近年來（lái）五（wǔ）軸聯動數控（kòng）加工中心在（zài）各領域得（dé）到了越來越廣（guǎng）泛的應（yīng）用。在實際應用中，每當人（rén）們碰見異形複雜零件高效、高質（zhì）量加工難題時，五軸聯動技術無疑是解決這類問題的重要手段。越來越多的廠家傾向於尋（xún）找（zhǎo）五軸設備來滿足高效率、高質量的加工。但是，你（nǐ）真的足夠了解五軸加工嗎？
01
五軸機床的機械結構形式
想要真正（zhèng）的了解五軸加工，首先我們（men）要讀懂（dǒng）什麽是五軸機床。五軸機床（chuáng）（5 Axis Machining），顧名（míng）思義，是指在X、Y、Z，三根常見的直線軸上加（jiā）上兩（liǎng）根旋轉軸。A、B、C三軸中的兩個旋轉軸具有不同的運動方式，以滿足各類產品的技術需求。
而在5軸加工中心的機械設計上，機床製造商始終堅（jiān）持不懈地致力於開發出新的運動模式，以滿足各種要求。綜合目前（qián）市場上各（gè）類五軸機床，雖然（rán）其（qí）機械結構形（xíng）式多種多樣，但是主要有以（yǐ）下幾種形式：
1. 兩個轉動坐標直接控製刀具軸線的方向（雙擺頭形式）。
2. 兩個坐標軸在刀具頂端（duān），但是旋轉軸（zhóu）不與直線軸垂直（俯垂型擺頭式）。
3. 兩個轉動坐標直接（jiē）控製空間的旋轉（雙轉台形式）。
4. 兩個坐標軸在工作台上，但是旋轉軸不與直線軸（zhóu）垂（chuí）直（俯垂型工作（zuò）台（tái）式）。
5. 兩個（gè）轉動坐標一個作用在刀具上，一個作（zuò）用（yòng）在工件（jiàn）上（一擺一轉形式）。
*術語：如果（guǒ）旋轉軸不與直線軸相垂直（zhí），則被認為是一根俯垂型軸（zhóu）。
看過這些（xiē）結構的五軸機床，我相信我們（men）應該（gāi）明白了（le）五軸機床什麽在運動，怎樣運動。可是，這麽多樣（yàng）化的機床結構，在（zài）加（jiā）工時究竟能展現出哪（nǎ）些特點呢？與傳統的三軸機床相比，又有哪些優勢呢？接下來就讓我們來看看（kàn）五軸機床有哪些發光點。
02五軸（zhóu）加工的眾多（duō）優點
說起五軸機床的特（tè）點，就要（yào）和（hé）傳統的三軸設備（bèi）來比較。生產中三軸加工設備比較常見，有立式、臥式及龍門等幾種形式。常見的加工方法有立銑刀端刃加工、側刃加工。球頭刀的仿形加工等等。但無論哪種形式和（hé）方法都有（yǒu）著一個共（gòng）同的特點，就是在加工（gōng）過程中刀軸方向（xiàng）始終保持不變，機床隻能通過X、Y、Z三個（gè）線性軸的插補來（lái）實現刀具在空間直角坐標係中的運動。所以（yǐ），在麵對下麵這（zhè）些產品（pǐn）時，三軸機（jī）床效率低、加工表麵（miàn）質量（liàng）差甚至無法加工的弊端就暴露出來了。
與三軸數控加工設備相比，五聯動數控（kòng）機（jī）床有以（yǐ）下優點：
1. 保持刀（dāo）具***佳切削狀態，改（gǎi）善切削條件
如上圖，在左圖中三軸切削方式（shì），當切削刀具向頂端或工件邊緣移動時，切削狀態逐漸變差。而要（yào）在此處也保持***佳切削狀態，就需要旋轉工作台（tái）。而如果我（wǒ）們要完整加工一個不規則平麵，就必須將工作台以不同方向旋轉多次。可以看見，五軸機床還可以（yǐ）避免球頭銑刀中心點線速度為0的（de）情況，獲得更好的表麵質量。
2. 有效避免（miǎn）刀具幹涉
3. 減（jiǎn）少裝夾次數，一次裝夾完成五（wǔ）麵加工
如上圖可以看出五（wǔ）軸加工中心還可以減（jiǎn）少基準轉換，提高加工精度。在實（shí）際加工（gōng）中，隻需（xū）一次裝夾（jiá），加工精度更容易得到保證。同時五軸加工中心由於過程鏈的縮短和設備數量的減少，工裝夾具數量、車間占地麵積（jī）和設備維護費用也隨之減少。這意味著（zhe）您可以用更少的夾具，更少的（de）廠房麵積和維護費用，來完成更高效更高質量的（de）加工！
4. 提高（gāo）加工質量和效率
如圖，五軸機床可以采用刀具側刃切削，加工效率更高。
5. 縮短生產過程（chéng）鏈，簡化生（shēng）產管理
五軸數控機床的完（wán）整加工大大縮短了生產過程鏈，可以使生產管理和計劃調度（dù）簡化。工件越複（fù）雜，它（tā）相對傳統工序分散的生產方法的優勢就越明顯。
6. 縮短新產品研發周期
對於航空航天、汽車等領域的（de）企業（yè），有的新（xīn）產品零（líng）件及成型模具形狀很複雜，精度（dù）要求也很高，因此具備高柔性、高精度、高集成性和（hé）完整加（jiā）工能力的五軸數控加工中心可以很好地（dì）解決新產品研發過程中（zhōng）複雜零件加工的精度（dù）和周期問題，大大縮短研發周期和提高新產品的成功率。
綜（zōng）上所述，五軸機（jī）床實在是有太多太多（duō）優點，但是五軸機床刀具姿態控製，數控係統，CAM編程和（hé）後（hòu）處理都要比三軸機床複雜的多！同時（shí），我們說到（dào）五軸機床，就不得不說真假五軸的問題，我們都知（zhī）道真（zhēn）假（jiǎ）五軸（zhóu）***大的（de）區別在於RTCP功能（néng），然而何謂RTCP，它是怎麽產生的又該如（rú）何應用？下麵我們就結合機床結構和編程（chéng）後（hòu）處理來具體了解一下RTCP，了解他的真正麵目。
03
關於RTCP
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RTCP，在高檔五（wǔ）軸數控係統裏，認為RTCP即是Rotated Tool Center Point，也就是我（wǒ）們常說（shuō）的刀尖點跟隨功能。在五軸加工中，追求刀尖點軌跡及刀具與工件間的姿態時，由於回轉運動，產（chǎn）生刀尖點的附（fù）加運動（dòng）。數控係統控製點往往與刀（dāo）尖點不重合（hé），因此數控係統要自動修正控製點，以保證刀尖點（diǎn）按指令既定軌跡運（yùn）動（dòng）。業內也有將此技術稱為（wéi）TCPM、TCPC或者RPCP等功能。其實這些稱（chēng）呼的功能定義都與RTCP類似，嚴格意義上來說，RTCP功能是用在雙擺頭結構上，是應用（yòng）擺頭旋轉中心（xīn）點來進行補償。而類似於RPCP功能主要是應用在雙轉台形式的（de）機床上，補償的是由於工件旋轉所造成的的直線軸坐標的變化。其實這些（xiē）功能殊（shū）途同（tóng）歸，都是為了保持刀具中心點和刀具（jù）與工件表麵的實際接觸點不變。所以為（wéi）了表（biǎo）述方便，本文統一此（cǐ）類技（jì）術為RTCP技術。
那麽RTCP功能是怎麽產生的呢？多年以前，在五軸機床剛普及市（shì）場的時（shí）候，RTCP概念被機床廠家大（dà）肆宣傳。彼時RTCP功能更像是為技術而技術的噱頭，更多人是對其（qí）技術本身的熱衷和炒作。其實RTCP功能正好（hǎo）相反，它不光是一項好技術，更是一項（xiàng）能（néng）為客戶帶來效益（yì）和創造價值（zhí）的好技術。擁有RTCP技術的機（jī）床（也（yě）就是國內所說的真五軸（zhóu）機床），操作工不必把工件******的和轉台軸心線對（duì）齊，隨便裝夾，機床自動補償偏移，大大（dà）減少輔助時間，同時提高加工精度。同時後處理製作簡單，隻要輸出刀尖點坐標和矢量就行了。像我（wǒ）們之前說的那樣，在機械（xiè）結（jié）構（gòu）上，五軸數控機（jī）床主要有雙擺頭、雙轉（zhuǎn）台、一擺一轉等結構（gòu）。
下文我（wǒ）們將以雙轉台高檔五軸（zhóu）數控係統為例，詳細介紹一下RTCP功能。
在五（wǔ）軸機床（chuáng）中定義第四軸和第五軸的概念：在（zài）雙回轉工作台結構中（zhōng）第四軸的轉動影響到（dào）第五軸的姿態，第五軸（zhóu）的轉動無法影響（xiǎng）第四軸的姿態。第五軸（zhóu）為在（zài）第（dì）四軸上的回轉坐標。
好了，看完定義說明我們來解釋一下。如上圖所示，機床第4軸為A軸，第5軸為C軸。工件擺放在C軸轉台上。當第4軸A軸旋轉時，因為C軸安裝在A軸上，所以C軸姿態也會受到（dào）影響。同理，對於我們放在轉台上麵的工件，如（rú）果我們（men）對（duì）刀（dāo）具中心切削編程的話，轉動坐標的變化勢必會導致直線軸X、Y、Z坐標的變化，產生一個相對的（de）位移。而為了消除這一段位移，勢必機床要對其進行補償，RTCP就（jiù）是為了消除這個補償（cháng）而產（chǎn）生的功能。
那麽機床如何對這段偏移進（jìn）行補償呢？接下來我們就來分析一下這段（duàn）偏移是怎麽產生的。
根據前文，我們都知道是由於旋轉坐標的變化導致了直線軸坐標的（de）偏移。那麽分析旋轉軸的旋轉中心就顯得尤為（wéi）重（chóng）要（yào）。對於雙轉台結構機床，C軸也就是第5軸的控製（zhì）點通常在機床工作台麵的回轉中心。而（ér）第4軸通常選擇第四軸軸線的中點作為控製點。
數控係統為了實現五軸控製，需要知道第（dì）5軸控製點與第四（sì）軸控製點之間的關係。即初始狀態（機床A、C軸0位置），第四軸控製點為原點的第四軸旋（xuán）轉坐標係（xì）下，第五軸控製點的位置向量[U,V,W]。同時（shí）還（hái）需要知道A、C軸軸線之間的距離。對於雙轉（zhuǎn）台機床，舉例如下圖所示。
講到這裏，大家可以看出，對（duì）於有RTCP功能的機床，控製係統為保持刀具中心始終在被編程的位置上。在這種情況下（xià），點擊領取資料編程是獨立的，是與機床運動無關的編程。當您在機床上編程時，不用擔心機床運動和刀具（jù）長度，您所需要考慮的隻（zhī）是刀具和工件之間的相對運動。餘下的工（gōng）作控製係統將為您（nín）完成。舉個例（lì）子（zǐ）：
如上圖，不帶RTCP功能關的情況下，控製係統不考（kǎo）慮刀（dāo）具長度。刀具圍（wéi）繞軸的中（zhōng）心旋轉。刀尖將（jiāng）移（yí）出其所在位置，並不再固定。
如上圖，帶RTCP功能（néng）開的情況下，控製係統隻改變刀具方向，刀尖位置仍保（bǎo）持不變。X，Y，Z軸（zhóu）上必要的補償運動已（yǐ）被自動計算進去。
而對於不具（jù）備RTCP的五軸機床和數（shù）控係統是怎麽解決直線軸坐標偏移這個問題呢？我們知道（dào）現在國內很多五軸數控機床和係統都屬於假五軸，所（suǒ）謂假（jiǎ）五軸，其實就是指不（bú）帶RTCP功能（néng）的機床。真假五軸，既不是看長相也不是看五個軸是否聯動，要知道假五軸也可以做五軸聯（lián）動（dòng）。假（jiǎ）五軸的（de）區別主要在於其沒有真五軸RTCP算法，也就是（shì）說假五軸編程需要考慮主軸的擺長及旋轉（zhuǎn）工作台的位置。這就意味著用假五軸數控係統和機床編程時，必須（xū）依靠CAM編程和後處理技（jì）術，事先規劃好刀路。
同樣一個零件（jiàn），機床換了或者刀具換了，都必（bì）須重新進行CAM編程和後（hòu）處理。並（bìng）且假（jiǎ）五軸機床在裝夾工件時需要保證工件（jiàn）在其工作台回轉中心位置，對操作者（zhě）來說，這意味著需要大量的裝夾（jiá）找正時間，且精度得不到保證。即使是做分度加工（gōng），假五軸也麻煩很（hěn）多。而真五軸隻需要設置一個坐標係，隻需（xū）要一次對刀，就可以完成加工。
下圖（tú）以NX後處理編（biān）輯器設置為例，說（shuō）明假五軸的（de）坐標變換：
如上圖，假五軸是依靠後（hòu）處理技術（shù），將機床（chuáng）第四軸和第五軸中心位（wèi）置關係（xì）表明，來補償（cháng）旋轉軸對（duì）直線軸（zhóu）坐標的位移。其（qí）生成的CNC程（chéng）序X、Y、Z不僅僅是編程趨近點，更是包含了X、Y、Z軸上必要的補償。這樣處理的（de）結果不僅會導致加工精度不足（zú），效率低下，所生成的程序不（bú）具有通（tōng）用性，所需人力成本也很高（gāo）。同（tóng）時由於每台機床的回（huí）轉參（cān）數不同，都要有（yǒu）對應的（de）後處理（lǐ）文件，對於生產也會造成極大的不便。再者（zhě）假五軸其生成程序無法改（gǎi）動，實現手（shǒu）工五軸編程基（jī）本沒（méi）有可（kě）能。同時因為沒有RTCP功能，其衍生的眾（zhòng）多五軸（zhóu）高級功能都無法使用，比如五軸刀（dāo）補功能等。其實對（duì）於五軸機床來說，它隻是我們為了實現加工結果的工具，並無真假之分（fèn）。重要的（de）是我（wǒ）們的工藝決定了選用什麽方式加工，相對而言，真五軸機床性價比更高（gāo）。
其生成程序無（wú）法改動，實現手工五（wǔ）軸編程基本沒有可能。同時因為沒有RTCP功能，其衍生（shēng）的眾多五軸高級功能都無（wú）法（fǎ）使用，比如五軸刀補功能等。其實對於五軸機床來說，它隻是我們為了實現加工結果（guǒ）的工具，並無真假之分。重要的（de）是我們（men）的工藝決定了選用什麽方式加工，相對而言，真五軸機床性價（jià）比更高。
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