《五轴RTCP及ROTO功能详解.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《五轴RTCP及ROTO功能详解.docx（3页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、图 1图 2图 5五轴RTCP及ROTO功能详解沈阳菲迪亚数控机床有限公司（辽宁110142）韩诗典多轴数控加工一直是数控加工的难点，无论是数控编程、后置处理还是机床设置都与三轴数控加 工有着明显的区别。本文介绍了RTCP和ROTO功 能在多轴加工中的重要作用，可以对旋转轴转动对 数控加工造成的坐标偏差进行补偿和机床形式的转 换，极大简化了后处理和机床操作的难度，减少人 为错误。1. 多轴加工与三轴加工的区别（1）三轴加工设备比较常见，有立式、卧式 及龙门几种形式。常见的加工方法有立铣刀端刃加 工、侧刃加工，球头刀的型面加工，以及一些钻攻 循环等。但无论哪种形式和方法都有着一个共同的 特点，就
2、是在加工过程中刀轴方向始终保持不变， 机床通过X、Y、Z三个线性轴的插补来实现刀具在 空间直角坐标系中的运动，使得刀具的刀尖或刀心（球头刀具的球心）达到NC程 序中指定的坐标（见图1）。（2）多轴加工设备相对比 较复杂，它除提供沿 X 、 Y 、 Z 方向的线性移动外，还提供绕X 轴、Y轴、Z轴的转动，目的是在加工过程中除了可 使刀具可以到达指定的坐标位置，还可以实现刀具与工件的任意角度，从而改善切削条件。多轴机床也可分为立式、卧式、龙门等形式，如按照回转轴 的安放位置划分还可 分为主轴头旋转，工 作台旋转及混合旋转 等形式（见图2），如 图 3 、图 4 所示的转台 式多轴机床和摆头式 多轴
3、机床。（3）多轴加工的优势很明显，可以减少零件装夹次数，减少了定位误差，缩短辅助时间；可以 加工三轴铣无法加工到的区域；可以用更短的刀具 实现零件加工，提高刀具刚性；可避免球头刀刀尖 切削，改善切削条件；可以利用铣刀的端刃和侧刃 去切削工件，减少切削路径，提高加工效率；可以 加工尖角（见图5）。但是多轴加 工的难度也是显而易见的。（ 4 ）数控编程是利用 CAM 软件，基于产品的三维模型生成 刀具轨迹，然后对刀具轨迹进行 后置处理生成数控机床使用的NC 代码。其中多轴编程的刀具轨迹 记录了数控加工时刀具中心的坐注意：形状误差、拐角降速、机械振动、反向间隙加速补偿的调整。前三者互相关联,调整时
4、要综合考虑，第四者可单独调整。可观察正圆度， 如果一段加速效果不好，再使用2段反向间隙加速 功能。系统需要插补前加减速、拐角减速、先行 控制选项。（收稿日期：20120915）2013年 第5期53冷加工图 6图 7图 8M achine Tools Automation机床自动化标值及刀轴的矢量方向。三轴加工时，刀尖或刀心坐标始终与程序坐标保持一致。而多轴加工时会由 于回转轴的转动而造成刀尖或刀心点（编程点）与 机床实际坐标之间的位置偏差。多轴数控程序中的 X、Y、Z定义了刀具中心的坐标位置，A、C定义了 回转轴的角度（见图6）。（ 5 ）既然存在偏差 就需要进行补偿，传统做 法需要将造成该
5、偏差的转 轴参数如摆长、刀长、回 转轴偏移量等参数设定到 CAM软件的后处理中，在 刀具轨迹后置处理过程中 计算出刀轴旋转角度后的机床坐标。2. RTCP功能现在很多高端的数控系统中开发了 RTCP 功 能，此类系统已经在其内部记录了各回转轴回转中 心的位置，只需在加工前对刀具的绝对长度（刀尖 到主轴端面的距离）和刀具参数（刀具直径及刀尖 圆角半径）进行正确设定，RTCP功能即可对机床 多轴加工时摆长和刀长在有摆动角度时产生的坐标 偏置进行补偿。RTCP功能未启动时，如果转动旋转轴，机床 的状态如图7所示，机床的线性轴不动，机床坐标 保持不变，程序坐标不 变，但是刀具中心位置发 生变化，这与编
6、程过程不 符。RTCP功能启动后，如 果转动旋转轴，机床的状 态如图8 所示，机床的线 性轴移动，机床坐标变 化，程序坐标不变，刀具 中心位置不变，与编程过 程保持一致。RTCP功能的优点：（1）简化了CAM软 件后置处理的设定，在后置处理文件的设定中将所 有关于回转轴的偏差及摆长的参数设定为0即可。（2）增加了数控程序对五轴机床的通用性。没有RTCP功能的五轴机床，由于每台机床的回转参数不同，所以都要对应单独的后处理文件，对于 生产造成极大的不变，RTCP功能可对回转轴的回 转偏差自动补偿，NC程序中只给定刀具的刀心或 刀尖点的轨迹坐标和刀轴方向（两个回转轴的坐 标）即可，这样不同的五轴机床
7、就可以使用相同的 数控程序加工。（3）使得手工编写五轴程序变得简单可行。3. ROTO功能ROTO功能是在RTCP功能基础上开发的，它与 RTCP联合使用，主要针对带有工作台翻转类型的 多轴机床。该功能可使得动台式机床的加工形式转 换为动轴式机床。多轴数控编程时，在生成刀具轨迹的过程中， 被加工的工件始终保持不动，而是刀具在工件上移 动并变换角度，这与主轴头旋转的机床相符合，但 是也有很多小型多轴机床是通过工作台翻转或旋转 来实现多轴加工的。这些机床在加工过程中工作台 时刻变化，使得被加工工件的坐标位置也处在时 刻变化中，这给多轴程序的编写带来很大难度，也 需要对偏移的坐标进行补偿。这个补偿过
8、程必须由 CAM软件的后处理来完成。通常我们需要在后处 理文件中指定工件坐标系与各个回转轴回转中心的 偏差值，这给后置处理文件的制作及数控操作都带 来了极大的难度。因为每加工一个工件都要将工件 的中心与转台的中心的相对位置测量出来填写到后 处理文件中，或者将工件中心与转台中心重合，给 编程和操作都带来极大的不方便，而且容易造成人 为错误，影响加工效率。运动是相对的，究竟是工件运动还是刀具运 动都是相对于加工坐标系而言的，ROTO功能的实 现，就是利用了这个原理。它可将坐标系固定在工 作台或工件上，也就是说工件翻转的同时是带着坐 标系一起翻转的，也就相当于在加工过程中工件的 位置相对于加工坐标系
9、保持不变，即可视为工件始 终处于静止状态，机床和刀具在进行翻转和旋转， 那么一台动台式机床便转化成为了一台动轴式机 床，与多轴编程的特点相符合了。图9为一个双翻转工作台式五轴机床工件摆放 的示例。ROTO功能未启动时，如果转动旋转轴，2013年 第5期54冷加工图 9图 10图 11图 12（收稿日期：20121210）M achine Tools Automation机床自动化机床的状态如图10所示，加工坐标系位置不变，工件坐标发生变化，与多轴编程过程不符。Management”的缩写，刀具中心点管理。还有的厂家则称类似技术为TCPC，即“Tool Center PointControl”的
10、缩写，刀具中心点控制。以飞阳数控系统为例，这两个功能的设 定可有 G 代码实现， RTCP ： G96 （ ON ）和 G97 （ OFF ）； ROTO ： G196 （ ON ）和 G197 （OFF ）；也可由SET COMMAND 窗口（见图12）来实现这两个功能开启和关闭设定。ROTO功能开启后，如果转动旋转轴，机床的状态如图11所示，加工坐标系被固定在工件上，与 工件一起转动，工件坐标保持不变，与多轴编程过 程相符。有了ROTO功能给翻 转工作台式的多轴机床编 程带来很大的方便，加工 工件时工件可摆放在工作 台的任意位置，无需考虑 工件原点是否要放在工 作台的回转中心上，用户坐标系
11、是根据工件的摆放 位置来设定，而与翻转工作台的机械位置无关。后 置处理文件中也不用制定相关的位置偏差，只需指 定双摆头类型的机床，其他回转中心的偏差填0即 可。ROTO功能的优点：（1）简化编程及后处理文件的难度。（2）降低数控操作难度，减少人为错误。（3）减少装夹及参数设定时间，提高加工效 率。汉江机床与厦门大学合作成立产学研基地2013年1月15日，汉江机床有限公司与厦门大学合作建立“先进制造技术产学研基地”揭牌仪式 在汉机公司举行，厦门大学物理与机电工程学院副 院长博士生导师姚斌教授，汉江机床有限公司总工 程师赵仲琪共同为“先进制造技术产学研基地”揭 牌并致辞。汉江机床有限公司是我国生产
12、系列螺纹磨床、 滚动功能部件、机电一体化精密机床和检测仪器的 大型骨干企业，“先进制造技术产学研基地”在汉 机公司的正式挂牌，标志着汉江机床与厦门大学在 校企合作共赢、优势互补方面又向前迈出了坚实的 一步，对于今后企业和高校之间的信息交流、企业 技术创新后备人才培养、破解新产品研发技术课题 等将起到积极的推动作用。4. 结语针对不同的数控系统，此功能的实现方式略有 不同，但是功能相近。Fidia的RTCP是“Rotational Tool Center Point” 的缩写，字面意思是“旋转刀具中心”，业内往 往会转义为“围绕刀具中心转”，也有一些人直 译为“旋转刀具中心编程”，其实这只是RTCP的 结果。PA的RTCP则是“Realtime Tool Center Point rotation”前几个单词的缩写。海德汉则将类似的 所谓升级技术称为TCPM，即“Tool Centre Point 2013年 第5期55冷加工