五轴数控机床的RTCP精度调整方法(精品文档)-共95页.pdf

五轴数控机床的动态特性测定和调整方法

摘要：五轴机床对机床装备制造业意义非凡，RTCP功能是衡量五轴机床性能的重要指
标。在执行RTCP过程中，由于旋转轴的加入，需要对直线轴进行非线性补偿，因此旋转
轴和直线轴的伺服动态特性需要进行测定和调整，才能保证加工动态精度。本文对RTCP
原理进行了简单介绍，设计了一种五轴动态精度测定算法，通过该算法对五轴机床的5个
伺服轴特性进行了强弱排序，从而对伺服参数进行优化和调整。以五轴叶轮加工为例，将
伺服参数调整前后所加工的叶轮的加工质量进行对比，证明该方法取得了较好的效果。
关键字：RTCP；五轴动态精度；伺服不匹配度
Abstract:Five-axismachineissignificantfortoolequipment
manufacturingindustry,andthefunctionofRTCPisaveryimportantreference
toevaluatetheperformanceofafive-axismachinetool.Duringtheprocess
withtheRTCPfunctionturningon,itneedsanonlinearpositioncompensation
forthelinearaxesbecauseoftherotaryaxes,sotheabilityofservo
followingofthelinearaxesandrotaryaxesisrequiredtoguaranteethe
processingdynamicprecision.Inthispaper,theprincipleofRTCPis
introducedandakindoffive-axisdynamicprecisionmeasurementalgorithmis
designed.Accordingtothealgorithm,thefiveaxesareordered,whichhelps
tooptimizeandadjusttheservoparameters.Takingfiveaxisimpeller
machiningasanexample,themachiningqualityoftheimpellersiscompared
beforeandaftertheadjustmentoftheservoparameters,anditshowsthatthe
betterresultsareobtained.
Keywords:RTCP;five-axisdynamicprecision;servodismatchingdegree
五轴数控机床比原有的三轴数控机床拥有更多优点，如加工复杂曲面、减少加工工序
从而提高加工效率。但是由于旋转轴的存在，在执行RTCP过程中，旋转轴和直线轴会进
行非线性运动，因此需要对五轴机床的动态特性进行控制，其动态精度成为影响加工精度
的主要原因之一。五轴数控机床动态精度主要源于伺服系统加减速响应性能、零件受力变
形、刀具振动、主轴转速、机床进给大小等[1]。按照常规的伺服匹配测定方法无法准确对
直线轴和旋转轴进匹配，五轴动态精度测定方法以RTCP功能特性为基础，建立直线轴和
旋转轴联动模型，通过测定后的结果为依据，来调整五轴数控机床的伺服参数，使伺服系
统达到更好的状态，从而提高五轴联动数控机床的动态精度，提高机床的加工精度。
1.RTCP原理介绍
RTCP是RotationAroundToolCenterPoint的英文缩写，即图1中刀具中心点编程。
启用RTCP，控制系统会自动计算并保持刀
具中心始终在编程的XYZ位置上，刀具中
心始终在编程坐标系中，转动坐标每个运
动都会被编程坐标系XYZ的直线位移所补
偿[2]。使用RTCP，可以直接编程刀具中心
的轨迹，而不用考虑五轴机床结构参数，
大大简化了五轴工艺编程和提高了加精度。

2.RTCP动态精度测定原理
在三坐标机床中，经常采用圆度测试来检测任意直线轴间的动态特性是否匹配，但
在五坐标机床运动过程中，由于旋转轴的加入，必须在每个插补点对旋转轴运动而带来
的直线轴偏差进行非线性补偿，因此也必须对旋转轴和直线轴间的动态特性进行伺服匹
配。由于旋转轴和直线轴的控制单位不一样，不能像直线轴那样直接采用圆度测试，采

*基金项目:“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项课题（2012ZX04001-012)
用本方法，可以对五个轴的动态特性进行测试和排序，从而为伺服参数调整提供依据。
以X、Y、Z直线轴加A、C转台轴的五轴机床为例，分析五轴之间的动态精度的调整
方案。本测定方案之前，需保证X、Y、Z直线轴按照普通三轴机床调试策略进行了直线