五轴联动数控加工中心

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数十年前，一汽为模具加工招标五轴机床，据说当时去了不少国际大牌厂商，招标现场有外商提出他们


的产品好，有RTCP功能，在坐的国内厂商和业内专家一时语塞，几乎无人知晓RTCP为何方神圣，最后还


是国内最早从事数控研究的某高校知名教授现场指点迷津，才为国内业界挽回局面。但一直到十几年之


后的“十一五”数控重大专项出台前后，RTCP概念才开始得到国内数控业界和学界的广泛关注。 
   差不多两年，一业内企业在媒体上高调宣称其具有自主知识产权的高端数控系统具有RTCP和极高段数


的前瞻功能，问及RTCP和前瞻的精髓是什么时，也就噤声不语了，不知是不愿说，还是没法说。今年年


底“十一五”数控重大专项的高端数控系统的五家中标企业：华中、广数、高精（蓝天）、航天、光洋


都将进行项目验收，届时RTCP将不可避免地称为验收的焦点之一，八仙过海，各显神通，验收原则上不


会不过，但实效如何，国产的RTCP能否稳健走向市场，并为用户创造价值，大家仍需拭目以待。 
 五轴加工中心不仅应用于民用行业，例如木模制造，卫浴修边，汽车内饰件加工，泡沫模具加工，欧式


风格家居，实木椅子等，还广泛应用于航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等行业。五


轴加工中心是一种高科技的手段，它让不可能变成了可能，一切的空间曲面，异型加工都可以完成实现


。它不但能够完成复杂工件完成机械化加工的任务，而且还能够快速提高加工效率，缩短加工流程。 
  个人对RTCP的理解与传统机床主轴比拟，电主轴具有非常分明的优势。五轴加工因为主轴由内装式电


机直接驱动，省去了皮带、齿轮、联轴节等中心变速和传动安装，具有构造简略紧凑（五轴加工中心）


、效率高、噪声低、振动小和精度高级特点。并且，因为应用交流变频技能，电主轴可以在额外转速局


限内完成无级变速，以顺应机床任务时各类工况和负载转变的需求。


它将是万能型的设备，可用于车、铣、磨、激光加工等，成为真正意义上的加工中心。五轴联动加工全


自动地从材料送进，到成品产出，粗精加工、淬硬处理、超精加工，自动检测、自动校正，将无所不能


。设备将重视环保、节能，呈现出绿色制造业的标志。21世纪时代特征的IT功能是绝对不可少的，设备


将通过网络与外界交换信息，获得最新的技术成果，人类的智慧将在高科技产品加工中心上得到充分的


展现。
  一台数控机床有五个联动轴并不能就此简单地称之为五轴机床，同样，一套数控系统能控五个轴，也


不能就此声称为五轴数控系统，判断一台数控机床是不是五轴机床，一套数控系统是不是真正的五轴系


统，首先必须看其是否具备RTCP功能，Fidia的RTCP是“Rotational Tool Center Point”的缩写，字面


意思是“旋转刀具中心”，主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还带可环


绕X轴旋转的A轴，一般可达±90度以上，实现上述同样的功能。这种设置方式的优点是主轴加工非常灵


活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身、巨大的发动机壳都可以在这类加工中心上加工。这


种设计还有一大优点：我们在使用球面铣刀加工曲面时，当刀具中心线垂直于加工面时，由于球面铣刀


的顶点线速度为零，顶点切出的工件表面质量会很差，采用主轴回转的设计，令主轴相对工件转过一个


角度，使球面铣刀避开顶点切削，保证有一定的线速度，可提高表面加工质量。这种结构非常受模具高


精度曲面加工的欢迎，这是工作台回转式加工中心难以做到的。为了达到回转的高精度，高档的回转轴


还配置了圆光栅尺反馈，分度精度都在几秒以内，当然这类主轴的回转结构比较复杂，制造成本也较高


。
      
  从Fidia的RTCP的字面含义看，假设以手动方式定点执行RTCP功能，刀具中心点和刀具与工件表面的实


际接触点将维持不变，此时刀具中心点落在刀具与工件表面实际接触点处的法线上，而刀柄将围绕刀具


中心点旋转，对于球头刀而言，刀具中心点就是数控代码的目标轨迹点。为了达到让刀柄在执行RTCP功


能时能够单纯地围绕目标轨迹点（即刀具中心点）旋转的目的，就必须实时补偿由于刀柄转动所造成的


刀具中心点各直线坐标的偏移，这样才能够在保持刀具中心点以及刀具和工件表面实际实际接触点不变


的情况，改变刀柄与刀具和工件表面实际接触点处的法线之间的夹角，起到发挥球头刀的最佳切削效率


，并有效避让干涉等作用。因而RTCP似乎更多的是站在刀具中心点（即数控代码的目标轨迹点）上，处


理旋转坐标的变化。 
   不具备RTCP的五轴机床和数控系统必须依靠CAM编程和后处理，事先规划好刀路，同样一个零件，机


床换了，或者刀具换了，就必须重新进行CAM编程和后处理，因而只能被称作假五轴，国内很多五轴数控


机床和系统都属于这类假五轴。当然了，人家硬撑着把自己称作是五轴联动也无可厚非，但此（假）五


轴并非彼（真）五轴！