五轴数控机床的RTCP精调整方法.docx

五轴数控机床的动态特性测定和调整方法*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)

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-axismachineissignificantfortoolequipmentmanufacturingindustry,andthefunctionofRTCPisaveryimportantreferencetoevaluatetheperformanceofafive-axismachinetool.DuringtheprocesswiththeRTCPfunctionturningon,itneedsanonlinearpositioncompensationforthelinearaxesbecauseoftherotaryaxes,sotheabilityofservofollowingofthelinearaxesandrotaryaxesisrequiredtoguaranteetheprocessingdynamicprecision.Inthispaper,theprincipleofRTCPisintroducedandakindoffive-axisdynamicprecisionmeasurementalgorithmisdesigned.Accordingtothealgorithm,thefiveaxesareordered,whichhelpstooptimizeandadjusttheservoparameters.Takingfiveaxisimpellermachiningasanexample,themachiningqualityoftheimpellersiscomparedbeforeandaftertheadjustmentoftheservoparameters,anditshowsthatthebetterresultsareobtained.
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。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。
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。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。

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轴之间的匹配。
在RTCP运动过程中，A轴运动会引起Y、Z轴运动，C轴运动会引起X、Y轴运动。虽然加工