五軸跟隨加工與Vericut 仿真

張家平 達(dá)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院

具有RTCP(Rotated Tool Centre Point，旋轉(zhuǎn)刀具中心點(diǎn))、RPCP（Rotated Part Center Point，旋轉(zhuǎn)零件中心點(diǎn)）跟隨功能的五軸機(jī)床，通過數(shù)控系統(tǒng)的跟隨補(bǔ)償插補(bǔ)運(yùn)算，使得刀具刀位點(diǎn)能始終自動跟隨加工坐標(biāo)的變化，從而使得加工程序的編制以及工件的加工等工藝環(huán)節(jié)都可以大為簡化，能更有效地完成異形復(fù)雜工件的加工，是加工工藝性能良好的五軸機(jī)床，也是五軸機(jī)床今后發(fā)展的方向。然而，因相關(guān)資料的缺乏零散，加之因五軸機(jī)床技術(shù)的復(fù)雜而不敢貿(mào)然操機(jī)研習(xí)，因此無論是編程員還是操機(jī)員，特別是初學(xué)者，對于該功能的理解與掌握均多有不足，從而限制了對該功能的實(shí)際應(yīng)用。為此，特對該功能做一說明，并通過Vericut 數(shù)控加工仿真軟件仿真兩個實(shí)例，以便人們能較快理解與掌握，提高機(jī)床使用效能。

一、五軸RTCP、RPCP 功能

由于五軸機(jī)床結(jié)構(gòu)的限制，其刀具的刀位點(diǎn)p 與刀具的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)o，如圖1 所示，或刀具的刀位點(diǎn)p 與工件的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)o，如圖2 所示，兩者之間都有一段距離l，稱為擺長，由樞軸距離M 和刀長L組成。

圖1 雙擺頭擺長

圖2 雙轉(zhuǎn)臺擺長

由于擺長的存在，使得刀具或工件在旋轉(zhuǎn)進(jìn)給時其刀位點(diǎn)p 將偏離程序所給定的坐標(biāo)值，如圖3、4 所示。

圖3 雙擺頭刀具偏離

圖4 雙轉(zhuǎn)臺刀具偏離

為克服此問題，一是根據(jù)擺長重新計算并指定刀位點(diǎn)坐標(biāo)值，二是由機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)予以補(bǔ)償所偏離的坐標(biāo)值。前一種方法對數(shù)控系統(tǒng)要求較低，但編程計算復(fù)雜麻煩，同時，不同的機(jī)床和刀具使得其擺長不一樣，所以程序適應(yīng)性差。另外，工件的安裝位置也要按程序的要求進(jìn)行，因此其安裝要求很高。后一種方法雖然對數(shù)控系統(tǒng)要求高些，但編程計算簡單，不必考慮擺長的影響，程序的通用性強(qiáng)，同時，也不必考慮工件安裝位置的影響，工件的安裝要求低，因而現(xiàn)在的較為高端一些的數(shù)控機(jī)床普遍采用了后一種方法，即機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ沟段稽c(diǎn)跟隨偏離的坐標(biāo)，從而消除克服坐標(biāo)偏離問題。

實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)機(jī)床型式的不同，其機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)姆绞揭灿兴煌?，如雙擺頭型是保持刀位點(diǎn)p 固定而刀具旋轉(zhuǎn)中心o 點(diǎn)移動，這稱為RTCP 型跟隨補(bǔ)償，如圖5 所示。雙轉(zhuǎn)臺型是移動刀具使刀位點(diǎn)p 保持其坐標(biāo)值，這稱為RPCP 型跟隨補(bǔ)償，如圖6 所示。臺擺型是應(yīng)用了兩種補(bǔ)償方式來保持刀位點(diǎn)位置。

圖5 RTCP 補(bǔ)償

圖6 RPCP 補(bǔ)償

二、五軸RTCP、RPCP 仿真

應(yīng)用Vericut 仿真軟件可以很逼真地模擬機(jī)床的RTCP、RPCP跟隨補(bǔ)償功能，這對于該功能的熟識與掌握，以及在以后的編程、操機(jī)等過程中都具有非常積極的意義。Vericut 仿真軟件是美國CGTECH 公司的產(chǎn)品，是目前應(yīng)用較多的數(shù)控加工仿真軟件。

仿真時要先向項(xiàng)目樹內(nèi)調(diào)入并配置好機(jī)床控制文件[3]，以使機(jī)床配置具有RTCP 或RPCP 功能，如圖7、8 所示。其中G43.4、M150 分別是RTCP、RPCP 開啟指令，后面程序中G49、M151[1]（254-282）分別是RTCP、RPCP 關(guān)閉指令。開啟和關(guān)閉指令的設(shè)置值分別是1 和0 以及-On 和-Off。然后調(diào)入相

圖7 RTCP 配置

圖8 RPCP 配置

應(yīng)的機(jī)床、刀具、數(shù)控程序等文件，再設(shè)置好G 代碼偏置，重置模型后即可進(jìn)行仿真。加工如圖9、10所示工件，其機(jī)床和部分程序如下。

雙擺頭RTCP 銑圓：

T01 M06

M03 S1000

圖9 RTCP 銑圓

圖10 RPCP 鉆孔

G43.4 G00 X0 Y720 Z460 B45 C102 H01 (RTCP 開啟)

G68 X0 Y720 Z440 I1 J0 K0 R-45

G68 X0 Y0 Z0 I0 J1 K0 R-8

X120 Y0 Z10

G01 Z-4 F100

G02 I-120

G00 Z300

G69

……

T01 M06

M03 S1000

M150 (RPCP 開啟)

G43 G00 X90 Y-90 Z170 A-60 C225 H01

G68 X81 Y-81 Z177 I0 J0 K1 R45

G68 X0 Y0 Z0 I1 J0 K0 R60

X0 Y0 Z10

G81 Z-30 R10 F100

G80

G69

……

M151 (RPCP 關(guān)閉)

M30

三、結(jié)束語

具有RTCP、RPCP 跟隨補(bǔ)償功能的五軸機(jī)床，使得機(jī)床在執(zhí)行刀具或工件旋轉(zhuǎn)指令時，刀具刀位點(diǎn)能自動跟蹤到編程坐標(biāo)值，因而編程時與三軸、四軸機(jī)床一樣，不必考慮機(jī)床樞軸距離，也不必考慮刀具的長度，工件在機(jī)床上的位置也可以任意，因此編程簡單，程序適應(yīng)性強(qiáng)。通過Vericut 仿真，不僅能直觀理解和掌握RTCP、RPCP跟隨補(bǔ)償功能，也能檢查程序的正確性，從而使五軸機(jī)床的RTCP、RPCP 跟隨補(bǔ)償功能得以充分應(yīng)用，以發(fā)揮出高端五軸的工藝效能。