查看全部 2015-08-05 | 類(lèi)目:技術(shù)文章 | 點(diǎn)擊: | 上一篇:數(shù)控機(jī)床電氣檢查法 下一篇:CNC加工中心攻絲的技巧方法
五軸五聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的RTCP功能的個(gè)人理解
十?dāng)?shù)年前,一汽為模具加工招標(biāo)五軸機(jī)床,據(jù)說(shuō)當(dāng)時(shí)去了不少?lài)?guó)際大牌廠商,招標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)有外商提出他們的產(chǎn)品好,有RTCP功能,在坐的國(guó)內(nèi)廠商和業(yè)內(nèi)專(zhuān)家一時(shí)語(yǔ)塞,幾乎無(wú)人知曉RTCP為何方神圣,最后還是國(guó)內(nèi)最早從事數(shù)控研究的某高校知名教授現(xiàn)場(chǎng)指點(diǎn)迷津,才為國(guó)內(nèi)業(yè)界挽回局面。但一直到十幾年之后的“十一五”數(shù)控重大專(zhuān)項(xiàng)出臺(tái)前后,RTCP概念才開(kāi)始得到國(guó)內(nèi)數(shù)控業(yè)界和學(xué)界的廣泛關(guān)注。
差不多兩年,一業(yè)內(nèi)企業(yè)在媒體上高調(diào)宣稱(chēng)其具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高端數(shù)控系統(tǒng)具有RTCP和極高段數(shù)的前瞻功能,問(wèn)及RTCP和前瞻的精髓是什么時(shí),也就噤聲不語(yǔ)了,不知是不愿說(shuō),還是沒(méi)法說(shuō)。
今年年底“十一五”數(shù)控重大專(zhuān)項(xiàng)的高端數(shù)控系統(tǒng)的五家中標(biāo)企業(yè):華中、廣數(shù)、高精(藍(lán)天)、航天、光洋都將進(jìn)行項(xiàng)目驗(yàn)收,屆時(shí)RTCP將不可避免地稱(chēng)為驗(yàn)收的焦點(diǎn)之一,八仙過(guò)海,各顯神通,驗(yàn)收原則上不會(huì)不過(guò),但實(shí)效如何,國(guó)產(chǎn)的RTCP能否穩(wěn)健走向市場(chǎng),并為用戶(hù)創(chuàng)造價(jià)值,大家仍需拭目以待。
個(gè)人對(duì)RTCP的理解
一臺(tái)數(shù)控機(jī)床有五個(gè)聯(lián)動(dòng)軸并不能就此簡(jiǎn)單地稱(chēng)之為五軸機(jī)床,同樣,一套數(shù)控系統(tǒng)能控五個(gè)軸,也不能就此聲稱(chēng)為五軸數(shù)控系統(tǒng),判斷一臺(tái)數(shù)控機(jī)床是不是五軸機(jī)床,一套數(shù)控系統(tǒng)是不是真正的五軸系統(tǒng),首先必須看其是否具備RTCP功能,F(xiàn)idia的RTCP是“Rotational Tool Center Point”的縮寫(xiě),字面意思是“旋轉(zhuǎn)刀具中心”,業(yè)內(nèi)往往會(huì)稍加轉(zhuǎn)義為“圍繞刀具中心轉(zhuǎn)”,也有一些人直譯為“旋轉(zhuǎn)刀具中心編程”,其實(shí)這只是RTCP的結(jié)果。PA的RTCP則是“Real-time Tool Center Point rotation”前幾個(gè)單詞的縮寫(xiě)。海德漢則將類(lèi)似的所謂升級(jí)技術(shù)稱(chēng)為T(mén)CPM,即“Tool Centre Point Management”的縮寫(xiě),刀具中心點(diǎn)管理。還有的廠家則稱(chēng)類(lèi)似技術(shù)為T(mén)CPC,即“Tool Center Point Control”的縮寫(xiě),刀具中心點(diǎn)控制。
從Fidia的RTCP的字面含義看,假設(shè)以手動(dòng)方式定點(diǎn)執(zhí)行RTCP功能,刀具中心點(diǎn)和刀具與工件表面的實(shí)際接觸點(diǎn)將維持不變,此時(shí)刀具中心點(diǎn)落在刀具與工件表面實(shí)際接觸點(diǎn)處的法線上,而刀柄將圍繞刀具中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn),對(duì)于球頭刀而言,刀具中心點(diǎn)就是數(shù)控代碼的目標(biāo)軌跡點(diǎn)。為了達(dá)到讓刀柄在執(zhí)行RTCP功能時(shí)能夠單純地圍繞目標(biāo)軌跡點(diǎn)(即刀具中心點(diǎn))旋轉(zhuǎn)的目的,就必須實(shí)時(shí)補(bǔ)償由于刀柄轉(zhuǎn)動(dòng)所造成的刀具中心點(diǎn)各直線坐標(biāo)的偏移,這樣才能夠在保持刀具中心點(diǎn)以及刀具和工件表面實(shí)際實(shí)際接觸點(diǎn)不變的情況,改變刀柄與刀具和工件表面實(shí)際接觸點(diǎn)處的法線之間的夾角,起到發(fā)揮球頭刀的最佳切削效率,并有效避讓干涉等作用。因而RTCP似乎更多的是站在刀具中心點(diǎn)(即數(shù)控代碼的目標(biāo)軌跡點(diǎn))上,處理旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的變化。
不具備RTCP的五軸機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)必須依靠CAM編程和后處理,事先規(guī)劃好刀路,同樣一個(gè)零件,機(jī)床換了,或者刀具換了,就必須重新進(jìn)行CAM編程和后處理,因而只能被稱(chēng)作假五軸,國(guó)內(nèi)很多五軸數(shù)控機(jī)床和系統(tǒng)都屬于這類(lèi)假五軸。當(dāng)然了,人家硬撐著把自己稱(chēng)作是五軸聯(lián)動(dòng)也無(wú)可厚非,但此(假)五軸并非彼(真)五軸!
Fidia C20數(shù)控系統(tǒng)宣傳樣本關(guān)于RTCP的描述
(以下文字面由本人參照英文樣本翻譯,不夠貼切之處請(qǐng)不吝指正)
RTCP功能可以直接在機(jī)床上針對(duì)雙擺銑頭和雙轉(zhuǎn)臺(tái)管理刀具的空間長(zhǎng)度補(bǔ)償。
這樣一來(lái),五軸刀路的編程就可以不必在數(shù)控代碼生成之前就考慮該如何在刀路中體現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的刀具或者工作臺(tái)的軸心及其偏差。
RTCP具有一下特點(diǎn):
1.針對(duì)刀具的實(shí)際切削點(diǎn)執(zhí)行進(jìn)給控制;
2.針對(duì)五個(gè)軸的前瞻控制;
3.可處理垂直、傾斜和存在偏心的銑頭;
4.“虛擬主軸”:將某個(gè)軸定向到刀具軸線上執(zhí)行鉆削和回退操作;
5.針對(duì)五軸的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)和(或)坐標(biāo)變換;
6.參考坐標(biāo)系(G194)的旋轉(zhuǎn):應(yīng)用于加工程序以及那些來(lái)自JOG或手輪的運(yùn)動(dòng);
RTCP功能也可以用于三軸加工程序:在保持刀具與工件的實(shí)際接觸點(diǎn)不變的前提下,以手動(dòng)方式改變銑頭或工作臺(tái)的姿態(tài)角。
RTCP和HMS
RTCP功能和HMS銑頭標(biāo)定系統(tǒng)相結(jié)合是五軸銑削領(lǐng)域獨(dú)一無(wú)二的成果技術(shù),非常有助于提高刀尖運(yùn)動(dòng)精度。
HMS(節(jié)選)
HMS銑頭量測(cè)系統(tǒng)用于量測(cè)和校驗(yàn)雙擺銑頭和雙轉(zhuǎn)臺(tái)的連續(xù)運(yùn)動(dòng)和定位數(shù)據(jù),配備有連接到數(shù)控系統(tǒng)的三只傳感器和專(zhuān)門(mén)的測(cè)量管理軟件。軟件實(shí)時(shí)處理輸入數(shù)據(jù),并功能校驗(yàn)和修正幾何誤差、位置精度,以及銑頭和轉(zhuǎn)臺(tái)的RTCP參數(shù)。
HMS是一款高精度量?jī)x,可替代采用標(biāo)準(zhǔn)刻度盤(pán)的傳統(tǒng)校驗(yàn)方法。其優(yōu)點(diǎn)包括:
1.極大地降低校驗(yàn)時(shí)間(僅半個(gè)小時(shí)而不是一整天)
2.量測(cè)銑頭和轉(zhuǎn)臺(tái)的全部位置(而不僅僅是正交位置)
3.量測(cè)RTCP參數(shù)
4.自動(dòng)在數(shù)控系統(tǒng)中插入修正值
摘自“金屬加工世界”《五坐標(biāo)高速銑削加工與編程的關(guān)鍵技術(shù)》
文中“四、五坐標(biāo)高速銑削后處理程序開(kāi)發(fā)”之“1.五軸機(jī)床旋轉(zhuǎn)刀具中心編程RTCP(Rotation Tool Centre Point)”一小節(jié)內(nèi)容如下:
五坐標(biāo)機(jī)床及其加工編程,常用RTCP功能對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度和數(shù)控編程進(jìn)行簡(jiǎn)化,下面對(duì)RTCP(Rotation Tool Centre Point 旋轉(zhuǎn)刀具中心)編程進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。
非RTCP模式編程:為了編程五坐標(biāo)的曲面加工,必須知道刀具中心與旋轉(zhuǎn)主軸頭中心的距離:這個(gè)距離我們稱(chēng)為轉(zhuǎn)軸中心(pivot)。根據(jù)轉(zhuǎn)軸中心和坐標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)值計(jì)算出X、Y、Z 的直線補(bǔ)償,以保證刀具中心處于所期望的位置。運(yùn)行一個(gè)這樣得出的程序必須要求機(jī)床的轉(zhuǎn)軸中心長(zhǎng)度正好等于在書(shū)寫(xiě)程序時(shí)所考慮的數(shù)值。任何修改都要求重新書(shū)寫(xiě)程序。對(duì)于FIDIA C20數(shù)控系統(tǒng)G96 激活RTCP,G97 禁止RTCP
RTCP模式編程:選件RTCP 的運(yùn)行原理是當(dāng)存在此選項(xiàng)時(shí),控制系統(tǒng)會(huì)保持刀具中心始終在被編程的XYZ位置上。為了保持住這個(gè)位置,轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)都會(huì)被XYZ 坐標(biāo)的一個(gè)直線位移所補(bǔ)償。因此,對(duì)于其它傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)而言,一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)會(huì)引起刀具中心的位移;而對(duì)于FIDIA 數(shù)控系統(tǒng)(當(dāng)RTCP 選件起作用時(shí)),是坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)中心的位移,保持刀具中心始終處于同一個(gè)位置上。在這種情況下,可以直接編程刀具中心的軌跡,而不需考慮轉(zhuǎn)軸中心,這個(gè)轉(zhuǎn)軸中心是獨(dú)立于編程的,是在執(zhí)行程序前由顯示終端輸入的,與程序無(wú)關(guān)。通過(guò)計(jì)算機(jī)編程或通過(guò)PLP 選件被記錄的三坐標(biāo)程序,可以通過(guò)RTCP 邏輯,以五坐標(biāo)方式被執(zhí)行。對(duì)于這種特殊的應(yīng)用方法,必須要求使用球形刀具。這些轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng),可以通過(guò)JOG 方式或通過(guò)手輪來(lái)完成,所以在某些加工條件下,允許所使用的刀具,其長(zhǎng)度值小于用于三坐標(biāo)加工的刀具。
國(guó)外關(guān)于RTCP的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的兩則討論和觀點(diǎn)
以下文字由本人親自翻譯(不夠貼切之處請(qǐng)不吝指正):
【1】很多數(shù)控系統(tǒng)具備一種叫做“刀具中心管理”的實(shí)用功能,該功能可以被稱(chēng)作 RTCP, TCPC或者TCPM,具體稱(chēng)呼往往因數(shù)控系統(tǒng)的制造商而異,無(wú)論是哪個(gè)牌子的數(shù)控系統(tǒng),該功能都會(huì)起到一些大致相同的作用,“刀具中心管理”最關(guān)鍵的功能就是允許數(shù)控系統(tǒng)在五軸加工模式下按照裝夾偏差在線調(diào)整數(shù)控代碼的執(zhí)行,因而可以把同一個(gè)后處理代碼應(yīng)用于整批零件。
好處是操作工不必把工件精確地和轉(zhuǎn)臺(tái)的軸心線對(duì)齊,工件安裝后用探頭進(jìn)行測(cè)量,將軸心偏差存入數(shù)控系統(tǒng)的指定寄存器并在加工過(guò)程中隨數(shù)控代碼一起應(yīng)用。該功能可以降低銑床因工件裝卡造成的空閑時(shí)間,使機(jī)床有更多的時(shí)間用于金屬切削。與購(gòu)置第二套托盤(pán)和工作臺(tái),在加工第一個(gè)托盤(pán)上的工件時(shí),同期裝卡后續(xù)工件的方法相比,該方法更為經(jīng)濟(jì)。
更有甚者,“刀具中心管理”功能還允許降低同一系列零件的裝夾精度,既不必精確實(shí)現(xiàn)與機(jī)床的定位關(guān)系,也不必精確實(shí)現(xiàn)與同批次的其它零件的相對(duì)定位關(guān)系。這樣一來(lái),我們不僅能夠減少裝夾工件的勞動(dòng)量和機(jī)床空閑時(shí)間,而且該控制功能還可以降低夾具成本和準(zhǔn)備時(shí)間,甚至可以免除工件的安裝定位面。
【2】一般說(shuō)來(lái)RTCP和TCPM就是一回事。不過(guò)這類(lèi)功能的實(shí)際效果并不只是在手冊(cè)上說(shuō)說(shuō),而是已經(jīng)集成在數(shù)控制造商提供的軟件和固件系統(tǒng)當(dāng)中,不過(guò)制造商顯然不會(huì)明確地告訴你他們?cè)撊绾螌?shí)現(xiàn)“刀具中心點(diǎn)控制”算法。
“刀具中心點(diǎn)控制”這一技術(shù)概念中至少應(yīng)包含以下幾個(gè)不同的功能:
1.在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行的多坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)學(xué)變換。這樣做的好處之一是CAM軟件的后置處理無(wú)需執(zhí)行這一數(shù)學(xué)運(yùn)算,另一個(gè)好處是旋轉(zhuǎn)軸的中心偏差可以記錄在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的寄存器列表中,該功能最大的好處是一個(gè)數(shù)控加工程序可以在工廠中不同的機(jī)床上使用,盡管這些機(jī)床的軸心偏差各不相同。要是在過(guò)去(其實(shí)并不久遠(yuǎn)),想在不同的機(jī)床上加工同一個(gè)零件,你就必須在CAM的后置處理中使用不同的軸心偏差,生成不同的數(shù)控代碼,盡管這些機(jī)床出自同一個(gè)制造商而且擁有相同的動(dòng)態(tài)特性。
與此同時(shí),進(jìn)給速度也是由數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)部算法直接控制刀具實(shí)際加工點(diǎn)的軌跡運(yùn)行速度,這一做法與過(guò)去用CAM軟件以“時(shí)間反算”模式計(jì)算每個(gè)程序塊所需的運(yùn)行時(shí)間(即進(jìn)給率)的方法截然不同。
2.“刀具中心管理”一般都包含夾具偏心處理功能。機(jī)床配備的探頭可以在線測(cè)量零件的裝夾位置,位置偏差則累加到前面提及的軸心偏差上。
由此帶來(lái)的又一好處是同一系列的零件可以裝夾到同一臺(tái)機(jī)床上,由探頭測(cè)量定位情況,以同一套數(shù)控代碼加工所有零件。最終用戶(hù)不必為了把零件中心定位到可接受的細(xì)小誤差容限之內(nèi)而花費(fèi)額外的時(shí)間去“敲打”調(diào)整零件。
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