RTCP、一次装夹、双转台……这是一份五轴应用说明书

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。

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