五軸跟隨加工與Vericut 仿真

張家平 達州職業技術學院

具有RTCP(Rotated Tool Centre Point，旋轉刀具中心點)、RPCP（Rotated Part Center Point，旋轉零件中心點）跟隨功能的五軸機床，通過數控系統的跟隨補償插補運算，使得刀具刀位點能始終自動跟隨加工坐標的變化，從而使得加工程序的編制以及工件的加工等工藝環節都可以大為簡化，能更有效地完成異形復雜工件的加工，是加工工藝性能良好的五軸機床，也是五軸機床今后發展的方向。然而，因相關資料的缺乏零散，加之因五軸機床技術的復雜而不敢貿然操機研習，因此無論是編程員還是操機員，特別是初學者，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際應用。為此，特對該功能做一說明，并通過Vericut 數控加工仿真軟件仿真兩個實例，以便人們能較快理解與掌握，提高機床使用效能。

一、五軸RTCP、RPCP 功能

由于五軸機床結構的限制，其刀具的刀位點p 與刀具的旋轉中心點o，如圖1 所示，或刀具的刀位點p 與工件的旋轉中心點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 雙轉臺擺長

由于擺長的存在，使得刀具或工件在旋轉進給時其刀位點p 將偏離程序所給定的坐標值，如圖3、4 所示。

圖3 雙擺頭刀具偏離

圖4 雙轉臺刀具偏離

為克服此問題，一是根據擺長重新計算并指定刀位點坐標值，二是由機床數控系統予以補償所偏離的坐標值。前一種方法對數控系統要求較低，但編程計算復雜麻煩，同時，不同的機床和刀具使得其擺長不一樣，所以程序適應性差。另外，工件的安裝位置也要按程序的要求進行，因此其安裝要求很高。后一種方法雖然對數控系統要求高些，但編程計算簡單，不必考慮擺長的影響，程序的通用性強，同時，也不必考慮工件安裝位置的影響，工件的安裝要求低，因而現在的較為高端一些的數控機床普遍采用了后一種方法，即機床數控系統補償的方法，使刀位點跟隨偏離的坐標，從而消除克服坐標偏離問題。

實際應用中，根據機床型式的不同，其機床數控系統補償的方式也有所不同，如雙擺頭型是保持刀位點p 固定而刀具旋轉中心o 點移動，這稱為RTCP 型跟隨補償，如圖5 所示。雙轉臺型是移動刀具使刀位點p 保持其坐標值，這稱為RPCP 型跟隨補償，如圖6 所示。臺擺型是應用了兩種補償方式來保持刀位點位置。

圖5 RTCP 補償

圖6 RPCP 補償

二、五軸RTCP、RPCP 仿真

應用Vericut 仿真軟件可以很逼真地模擬機床的RTCP、RPCP跟隨補償功能，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 公司的產品，是目前應用較多的數控加工仿真軟件。

仿真時要先向項目樹內調入并配置好機床控制文件[3]，以使機床配置具有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 關閉指令。開啟和關閉指令的設置值分別是1 和0 以及-On 和-Off。然后調入相

圖7 RTCP 配置

圖8 RPCP 配置

應的機床、刀具、數控程序等文件，再設置好G 代碼偏置，重置模型后即可進行仿真。加工如圖9、10所示工件，其機床和部分程序如下。

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 關閉)

M30

三、結束語

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