摆头转台五轴数控机床RTCP算法的研究

摘 要：数控机床，特别是五轴数控机场的加工技术，一直是我国研究的重点，五轴数控机床，由于受到旋转运动影响，使得机床进行轴线性，的插补合成运动的时候，经常会造成刀位偏移，不按照原本编程的直线进行运动，使得实际机床的运动，和机床的变成之间出现误差，而出现的这种误差在，通常情况下，被称之为非线性误差，为了减少非线性误差，让机床更加精准，本文就摆头转台五轴数控机床，RTCP算法进行研究，希望对于数控机床精准度有所帮助。

关键词：非线性误差；运动求解；RTCP

转头摆动五轴数控机床其本身，在实际的应用中，由于对于复杂曲面的加工。具有非常大的去除率，以及干涉、消除加工等特点，使得其在船舶、航空航天以及汽车的制造方面，都有着非常广泛的应用，而现在我国的转头摆动五轴数控机床，无论是在机床性能，还是在精准度上都不能跟进口机器相比。转头摆动五轴数控机床在实际的运行过程中，经常会出现，机床运动轨迹出现偏差的现象，为了减少这种非线性误差，就必须对机床进行RTCP算法的研究。

1 转头摆动五轴数控机床背景

相比较于国外的，转头摆动五轴数控机床研究技术，我国的RTCP算法研究，已经非常的落后了，现在国外的很多高档的，数控系统已经具备了RTCP功能，而在数控梓潼的核心技术方面，RTCP的核心技术仍旧是保密的，虽然国内对于RTCP功能，也进行了很多的研究，像是赵薇等设计的，RTCP功能集成插补算法，并给出了算法的理论，进行了算法的仿真实验和误差分析，实验的结果很好的表明了，RTCP功能插补算法，可以很好的减少，非线性的误差，针对实时性要求也能很好的满足，并且简单易行，可以广泛的应用于CNC系统之中。

而董超杰等，对双摆头五坐标机床进行的，非常线性误差昌盛的机理，以及机床运动的原理的研究，也介绍了一种RTCP功能集成的插补算法，RTCP功能可以非常有效的，让数控系统自动的，对非线性误差进行补偿，通过旋转轴进行实时补偿，来保证机床随时都处于，正确的编程轨迹上，并通过MATLAB仿真计算，来对该算法进行验证，证实了该系统能够有效的减少非线性误差。

2 五轴RTCP功能及研究必要性

在三轴铣削加工时，由于没有旋转轴运动，刀具中心点轨迹与刀控点轨迹是等距线，不存在非线性误差的补偿问题，但在五轴加工时，由于刀具中心点与刀控点存在距离偏移，刀具的旋转运动引起刀具中心的附加移动即产生非线性误差，当刀具中心点进行直线运动时，刀控点以曲线形式的轨迹运动.采用RTCP功能可以直接编程刀具中心点的轨迹，使得数控程序独立于具体的机床结构，数控系统会自动计算，并保持刀具中心总始终在编程轨迹上，由旋转轴运动引起的非线性误差，都会被位移轴的运动所补偿，从而满足加工要求。

非线性误差的产生，跟机床整体的结构，有着非常大的影响，前置刀位的计算通用化也非常难以考虑，而在后置的处理过程中，也会对机床的结构进行校验，保证误差不会超出许用值，而一旦超出许用值，就必须对相应的到位进行调整，进行修整处理，直到达到标准误差之内，同时在刀位数据进行后置处理中，也不能再对刀具，以及零件的型面信息，进行信息的接触，因此对于非线性误差不能完全的解决，只能变成近似标准值。

3 RTCP算法的研究

RTCP功能：

RTCP功能主要是为了，解决转头摆动五轴数控机床的，非常线性误差的问题，目前只能对非线性误差进行补偿，不能对其进行彻底的解决，而补偿也只能让误差变为，近似编程数据，而不能完全消除，因此需要用转头摆动五轴数控机床，对工件进行长度的补偿时，或者是需要用到两个旋转的刀头时，就需要用到RTCP功能，来对执刀的工具进行，中心点的路径的调整和移动，来增加零件加工的精准度，来减少非线性的误差。

4 实现RTCP功能的主要技术难点

由于受到旋转运动的影响，引起五轴联动机床各轴实际运动偏离编程直线，产生非线性误差，实现各插补轴的速度控制也是RTCP功能開发的关键技术。由于在加减速规划时，为了提高工件的表面加工质量，需要刀具中心点速度满足连续性要求，同时保证各轴的速度及加速度满足机床的加减速要求。

5 RTCP算法的实现

基于以上分析，本文从五轴加工中的非线性误差的控制、各轴速度控制及基于参数化配置的运动学模型的建立等方面对RTCP算法进行研究。

5.1 非线性误差的控制

非线性误差控制是实现RTCP技术的关键问题之一。由于补偿算法与选用的机床类型相关，不失一般性，以下以双转台结构的数控机床为例进行分析。对于其它类型的五轴机床的数学模型与此类似，只是坐标系的选取、旋转轴的代号及旋转变换矩阵有所变化。

5.2 基于前瞻算法的速度控制

为了提高工件表面的加工质量，本文采用基于刀触点进行加减速规划，但可能造成各轴的速度超出机床的最大加减速能力.为此，本文在加减速控制模块中增加了加工运动误差控制及各轴速度约束，通过对各轴运动速度的调整来保证加工速度的平稳性、使加速度大小不超出机床加减速能力.速度控制算法的流程图.基于二分法实现轨迹细分，保证各轨迹点问的误差满足加工误差的要求；通过运动学变换实现由工件坐标系中的坐标点到轴坐标系坐标点之间的映射；最后，根据加减速特性，通过各轴速度的前瞻控制算法实现各轨迹点处的最优速度，从而提高加工效率。

5.3 基于参数配置的运动学模型

由于RTCP技术采用工件坐标系编程，不同的机床结构对应于不同的运动学变换，使得加工代码对于机床结构的依赖性较大，造成同一加工程序不能在不同结构机床上运行，因此需要建立基于参数配置的运动学模型。五轴机床的结构形式种类繁多，但是按照旋转轴的分布可以将其分为3种类型：双摆头结构、双转台结构、摆头转台结构.根据机床不同的结构类型及各种机床的结构尺寸，如枢轴中心距及刀具尺寸等，实现五轴机床结构的参数化描述，由机床厂家或系统操作人员，根据具体机床结构及刀具尺寸进行配置。使系统满足多种结构机床加工的运动学要求。

6 结论

综上所述，运用RTCP算法对，转头摆动五轴数控机床进行研究，主要是利用线性插补的方式，在旋转轴之间进行插补，在每个插补步长内，对这种非现行误差，进行补偿，来达到要求的精准度，让每一段加工的程序，来对非线性误差进行细分，从而达到提高转头摆动五轴数控机床，加工精准度的目的，通过对各轴承之间的速度进行控制，来减少机床振动，让转头摆动五轴数控机床加工，工件的质量得到上升。通过RTCP算法来满足加工的需求。

参考文献

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