李憲輝

摘 要：數(shù)控機床，特別是五軸數(shù)控機場的加工技術，一直是我國研究的重點，五軸數(shù)控機床，由于受到旋轉運動影響，使得機床進行軸線性，的插補合成運動的時候，經(jīng)常會造成刀位偏移，不按照原本編程的直線進行運動，使得實際機床的運動，和機床的變成之間出現(xiàn)誤差，而出現(xiàn)的這種誤差在，通常情況下，被稱之為非線性誤差，為了減少非線性誤差，讓機床更加精準，本文就擺頭轉臺五軸數(shù)控機床，RTCP算法進行研究，希望對于數(shù)控機床精準度有所幫助。

關鍵詞：非線性誤差；運動求解；RTCP

轉頭擺動五軸數(shù)控機床其本身，在實際的應用中，由于對于復雜曲面的加工。具有非常大的去除率，以及干涉、消除加工等特點，使得其在船舶、航空航天以及汽車的制造方面，都有著非常廣泛的應用，而現(xiàn)在我國的轉頭擺動五軸數(shù)控機床，無論是在機床性能，還是在精準度上都不能跟進口機器相比。轉頭擺動五軸數(shù)控機床在實際的運行過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)，機床運動軌跡出現(xiàn)偏差的現(xiàn)象，為了減少這種非線性誤差，就必須對機床進行RTCP算法的研究。

1 轉頭擺動五軸數(shù)控機床背景

相比較于國外的，轉頭擺動五軸數(shù)控機床研究技術，我國的RTCP算法研究，已經(jīng)非常的落后了，現(xiàn)在國外的很多高檔的，數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)具備了RTCP功能，而在數(shù)控梓潼的核心技術方面，RTCP的核心技術仍舊是保密的，雖然國內(nèi)對于RTCP功能，也進行了很多的研究，像是趙薇等設計的，RTCP功能集成插補算法，并給出了算法的理論，進行了算法的仿真實驗和誤差分析，實驗的結果很好的表明了，RTCP功能插補算法，可以很好的減少，非線性的誤差，針對實時性要求也能很好的滿足，并且簡單易行，可以廣泛的應用于CNC系統(tǒng)之中。

而董超杰等，對雙擺頭五坐標機床進行的，非常線性誤差昌盛的機理，以及機床運動的原理的研究，也介紹了一種RTCP功能集成的插補算法，RTCP功能可以非常有效的，讓數(shù)控系統(tǒng)自動的，對非線性誤差進行補償，通過旋轉軸進行實時補償，來保證機床隨時都處于，正確的編程軌跡上，并通過MATLAB仿真計算，來對該算法進行驗證，證實了該系統(tǒng)能夠有效的減少非線性誤差。

2 五軸RTCP功能及研究必要性

在三軸銑削加工時，由于沒有旋轉軸運動，刀具中心點軌跡與刀控點軌跡是等距線，不存在非線性誤差的補償問題，但在五軸加工時，由于刀具中心點與刀控點存在距離偏移，刀具的旋轉運動引起刀具中心的附加移動即產(chǎn)生非線性誤差，當?shù)毒咧行狞c進行直線運動時，刀控點以曲線形式的軌跡運動.采用RTCP功能可以直接編程刀具中心點的軌跡，使得數(shù)控程序獨立于具體的機床結構，數(shù)控系統(tǒng)會自動計算，并保持刀具中心總始終在編程軌跡上，由旋轉軸運動引起的非線性誤差，都會被位移軸的運動所補償，從而滿足加工要求。

非線性誤差的產(chǎn)生，跟機床整體的結構，有著非常大的影響，前置刀位的計算通用化也非常難以考慮，而在后置的處理過程中，也會對機床的結構進行校驗，保證誤差不會超出許用值，而一旦超出許用值，就必須對相應的到位進行調(diào)整，進行修整處理，直到達到標準誤差之內(nèi)，同時在刀位數(shù)據(jù)進行后置處理中，也不能再對刀具，以及零件的型面信息，進行信息的接觸，因此對于非線性誤差不能完全的解決，只能變成近似標準值。

3 RTCP算法的研究

RTCP功能：

RTCP功能主要是為了，解決轉頭擺動五軸數(shù)控機床的，非常線性誤差的問題，目前只能對非線性誤差進行補償，不能對其進行徹底的解決，而補償也只能讓誤差變?yōu)?，近似編程?shù)據(jù)，而不能完全消除，因此需要用轉頭擺動五軸數(shù)控機床，對工件進行長度的補償時，或者是需要用到兩個旋轉的刀頭時，就需要用到RTCP功能，來對執(zhí)刀的工具進行，中心點的路徑的調(diào)整和移動，來增加零件加工的精準度，來減少非線性的誤差。

4 實現(xiàn)RTCP功能的主要技術難點

由于受到旋轉運動的影響，引起五軸聯(lián)動機床各軸實際運動偏離編程直線，產(chǎn)生非線性誤差，實現(xiàn)各插補軸的速度控制也是RTCP功能開發(fā)的關鍵技術。由于在加減速規(guī)劃時，為了提高工件的表面加工質(zhì)量，需要刀具中心點速度滿足連續(xù)性要求，同時保證各軸的速度及加速度滿足機床的加減速要求。

5 RTCP算法的實現(xiàn)

基于以上分析，本文從五軸加工中的非線性誤差的控制、各軸速度控制及基于參數(shù)化配置的運動學模型的建立等方面對RTCP算法進行研究。

5.1 非線性誤差的控制

非線性誤差控制是實現(xiàn)RTCP技術的關鍵問題之一。由于補償算法與選用的機床類型相關，不失一般性，以下以雙轉臺結構的數(shù)控機床為例進行分析。對于其它類型的五軸機床的數(shù)學模型與此類似，只是坐標系的選取、旋轉軸的代號及旋轉變換矩陣有所變化。

5.2 基于前瞻算法的速度控制

為了提高工件表面的加工質(zhì)量，本文采用基于刀觸點進行加減速規(guī)劃，但可能造成各軸的速度超出機床的最大加減速能力.為此，本文在加減速控制模塊中增加了加工運動誤差控制及各軸速度約束，通過對各軸運動速度的調(diào)整來保證加工速度的平穩(wěn)性、使加速度大小不超出機床加減速能力.速度控制算法的流程圖.基于二分法實現(xiàn)軌跡細分，保證各軌跡點問的誤差滿足加工誤差的要求；通過運動學變換實現(xiàn)由工件坐標系中的坐標點到軸坐標系坐標點之間的映射；最后，根據(jù)加減速特性，通過各軸速度的前瞻控制算法實現(xiàn)各軌跡點處的最優(yōu)速度，從而提高加工效率。

5.3 基于參數(shù)配置的運動學模型

由于RTCP技術采用工件坐標系編程，不同的機床結構對應于不同的運動學變換，使得加工代碼對于機床結構的依賴性較大，造成同一加工程序不能在不同結構機床上運行，因此需要建立基于參數(shù)配置的運動學模型。五軸機床的結構形式種類繁多，但是按照旋轉軸的分布可以將其分為3種類型：雙擺頭結構、雙轉臺結構、擺頭轉臺結構.根據(jù)機床不同的結構類型及各種機床的結構尺寸，如樞軸中心距及刀具尺寸等，實現(xiàn)五軸機床結構的參數(shù)化描述，由機床廠家或系統(tǒng)操作人員，根據(jù)具體機床結構及刀具尺寸進行配置。使系統(tǒng)滿足多種結構機床加工的運動學要求。

6 結論

綜上所述，運用RTCP算法對，轉頭擺動五軸數(shù)控機床進行研究，主要是利用線性插補的方式，在旋轉軸之間進行插補，在每個插補步長內(nèi)，對這種非現(xiàn)行誤差，進行補償，來達到要求的精準度，讓每一段加工的程序，來對非線性誤差進行細分，從而達到提高轉頭擺動五軸數(shù)控機床，加工精準度的目的，通過對各軸承之間的速度進行控制，來減少機床振動，讓轉頭擺動五軸數(shù)控機床加工，工件的質(zhì)量得到上升。通過RTCP算法來滿足加工的需求。

參考文獻

[1]唐清春，黎國強，劉謙，等.擺頭轉臺五軸數(shù)控機床RTCP算法的研究？[J].組合機床與自動化加工技術，2016（5）：39-42.

[2]顧瀟.五軸聯(lián)動機床RTCP控制及其結構參數(shù)測量研究[D].華中科技大學，2016.

[3]彭錦群.五軸加工同步精度評價與診斷[D].華中科技大學，2016.

[4]姜忠，丁杰雄，王偉，等.基于RTCP功能的五軸數(shù)控機床動態(tài)誤差溯源方法[J].機械工程學報，2016，52（7）：187-195.