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[分享] RTCP、一次装夹、双转台……这是一份五轴应用说明书

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发表于 2020-1-22 09:41:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
上期内容中我们分析了五轴机床配合上创造性的夹紧策略,发挥设备优势的思路(链接:燕尾夹具的再升级,4柱式燕尾夹具长这样)。而之所以选用五轴,是因为它是面对异形复杂零件高效、高质量加工难题时的重要手段。
Part.1 五轴加工的特性

一次装夹5面加工
五轴加工中心最大的特点就是一次性装夹可以把五个面都加工。也就是所谓的加工角度避让。如果是联动机床,C轴能够无限制旋转,A轴大约能做到130度旋转。这些设备特性使得加工时不会发生干涉。
这样带来的好处在于一次装夹既可以完成加工,即避免了多次装夹所带来的重复定位误差。同时一次装夹也节约了大量的时间,提高了工作效率。能够减少从产品到发货的时间,减少库存货量。
部分零件的唯一加工手段
目前它也是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽车机轮子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。
Part.2 五轴RTCP是什么?

RTCP,在高档五轴数控系统里,认为RTCP即是Rotated Tool Center Point,也就是我们常说的刀尖点跟随功能。
不仅是刀尖点跟随
在五轴加工中,追求刀尖点轨迹及刀具与工件间的姿态时,由于回转运动,产生刀尖点的附加运动。数控系统控制点往往与刀尖点不重合,因此数控系统要自动修正控制点,以保证刀尖点按指令既定轨迹运动。
严格意义上来说,RTCP功能是用在双摆头结构上,是应用摆头旋转中心点来进行补偿。而类似于RPCP功能主要是应用在双转台形式的机床上,补偿的是由于工件旋转所造成的的直线轴坐标的变化。其实这些功能殊途同归,都是为了保持刀具中心点和刀具与工件表面的实际接触点不变。
双转台五轴上的RTCP功能
在双回转工作台结构中,第四轴的转动影响到第五轴的姿态,第五轴的转动无法影响第四轴的姿态。第五轴为在第四轴上的回转坐标。
如上图所示,机床第4轴为A轴,第5轴为C轴。工件摆放在C轴转台上。当第4轴A轴旋转时,因为C轴安装在A轴上,所以C轴姿态也会受到影响。同理,对于我们放在转台上面的工件,如果我们对刀具中心切削编程的话,转动坐标的变化势必会导致直线轴X、Y、Z坐标的变化,产生一个相对的位移。而为了消除这一段位移,势必机床要对其进行补偿,RTCP就是为了消除这个补偿而产生的功能。
那么机床如何对这段偏移进行补偿呢?接下来我们就来分析一下这段偏移是怎么产生的。
我们都知道旋转坐标的变化会导致直线轴坐标的偏移。那么分析旋转轴的旋转中心就显得尤为重要。对于双转台结构机床,C轴也就是第5轴的控制点通常在机床工作台面的回转中心。而第4轴通常选择第四轴轴线的中点作为控制点。
“真”“假”五轴之分
数控系统为了实现五轴控制,需要知道第5轴控制点与第四轴控制点之间的关系。即初始状态(机床A、C轴0位置),第四轴控制点为原点的第四轴旋转坐标系下,第五轴控制点的位置向量[U,V,W]。同时还需要知道A、C轴轴线之间的距离。对于双转台机床,举例如下图所示。
讲到这里,大家可以看出,对于有RTCP功能的机床,控制系统为保持刀具中心始终在被编程的位置上。在这种情况下,编程是独立的,是与机床运动无关的编程。在机床上编程时,不用担心机床运动和刀具长度,所需要考虑的只是刀具和工件之间的相对运动。举个例子:
如上图,不带RTCP功能关的情况下,控制系统不考虑刀具长度。刀具围绕轴的中心旋转。刀尖将移出其所在位置,并不再固定。
如上图,带RTCP功能开的情况下,控制系统只改变刀具方向,刀尖位置仍保持不变。X,Y,Z轴上必要的补偿运动已被自动计算进去。
我们常熟的“假”五轴机床在装夹工件时需要保证工件在其工作台回转中心位置,对操作者来说,这意味着需要大量的装夹找正时间,且精度得不到保证。即使是做分度加工,假五轴也麻烦很多。而真五轴只需要设置一个坐标系,只需要一次对刀,就可以完成加工。
下图以NX后处理编辑器设置为例,说明假五轴的坐标变换:
如上图,假五轴是依靠后处理技术,将机床第四轴和第五轴中心位置关系表明,来补偿旋转轴对直线轴坐标的位移。其生成的CNC程序X、Y、Z不仅仅是编程趋近点,更是包含了X、Y、Z轴上必要的补偿。这样处理的结果不仅会导致加工精度不足,效率低下,所生成的程序不具有通用性,所需人力成本也很高。
Part.3 五轴加工实例

这里介绍3个案例,分别是车铣复合加工件、曲轴试制、差速器壳体的改进实例:
产品加工时长有效缩减案例
这是一个关于车铣复合零件的案例,目前仅加工一天就可以完成发货。按照原先的加工方式使用加工中心,工艺上需要至少翻转三次,需要2~3天才能完成。
曲轴加工时间缩减
这是关于曲轴试制的工艺流程改进:大型钢件,属于定制化的零件,所以数量不多。按照之前的传统工艺,批量从锻件做到成品,时间大概需要两个月。
但是使用复合加工机仅需一道即可成型,最后只需要放到曲轴磨床磨削完成最后一道工艺即可。
回避干涉的接近加工方法
这是一个加工差速器壳体的案例。之前车内球面的加工方案是使用特殊刀具,需要人手工把刀具塞进去,然后再将刀架拉过来进行安装。
但是如果使用五轴,直接可以使用普通刀具,并且无需人工塞刀,设备可以自动塞进去,包括装夹时间能减少一半。
其实对于五轴机床来说,它只是我们为了实现加工结果的工具。重要的是我们的工艺决定了选用什么方式加工,并且用合适的工具去完成这套工艺设置,就能得到优质的产品。
(更多案例请搜索夹具侠,进入网站社区版块查看)

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