五軸五聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的RTCP功能的個(gè)人理解

    十?dāng)?shù)年前，一汽為模具加工招標(biāo)五軸機(jī)床，據(jù)說(shuō)當(dāng)時(shí)去了不少?lài)?guó)際大牌廠(chǎng)商，招標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)有外商提出他們的產(chǎn)品好，有RTCP功能，在坐的國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商和業(yè)內(nèi)專(zhuān)家一時(shí)語(yǔ)塞，幾乎無(wú)人知曉RTCP為何方神圣，最后還是國(guó)內(nèi)最早從事數(shù)控研究的某高校知名教授現(xiàn)場(chǎng)指點(diǎn)迷津，才為國(guó)內(nèi)業(yè)界挽回局面。但一直到十幾年之后的“十一五”數(shù)控重大專(zhuān)項(xiàng)出臺(tái)前后，RTCP概念才開(kāi)始得到國(guó)內(nèi)數(shù)控業(yè)界和學(xué)界的廣泛關(guān)注。 
差不多兩年，一業(yè)內(nèi)企業(yè)在媒體上高調(diào)宣稱(chēng)其具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高端數(shù)控系統(tǒng)具有RTCP和極高段數(shù)的前瞻功能，問(wèn)及RTCP和前瞻的精髓是什么時(shí)，也就噤聲不語(yǔ)了，不知是不愿說(shuō)，還是沒(méi)法說(shuō)。 
今年年底“十一五”數(shù)控重大專(zhuān)項(xiàng)的高端數(shù)控系統(tǒng)的五家中標(biāo)企業(yè)：華中、廣數(shù)、高精（藍(lán)天）、航天、光洋都將進(jìn)行項(xiàng)目驗(yàn)收，屆時(shí)RTCP將不可避免地稱(chēng)為驗(yàn)收的焦點(diǎn)之一，八仙過(guò)海，各顯神通，驗(yàn)收原則上不會(huì)不過(guò)，但實(shí)效如何，國(guó)產(chǎn)的RTCP能否穩(wěn)健走向市場(chǎng)，并為用戶(hù)創(chuàng)造價(jià)值，大家仍需拭目以待。 

個(gè)人對(duì)RTCP的理解 

一臺(tái)數(shù)控機(jī)床有五個(gè)聯(lián)動(dòng)軸并不能就此簡(jiǎn)單地稱(chēng)之為五軸機(jī)床，同樣，一套數(shù)控系統(tǒng)能控五個(gè)軸，也不能就此聲稱(chēng)為五軸數(shù)控系統(tǒng)，判斷一臺(tái)數(shù)控機(jī)床是不是五軸機(jī)床，一套數(shù)控系統(tǒng)是不是真正的五軸系統(tǒng)，首先必須看其是否具備RTCP功能，F(xiàn)idia的RTCP是“Rotational Tool Center Point”的縮寫(xiě)，字面意思是“旋轉(zhuǎn)刀具中心”，業(yè)內(nèi)往往會(huì)稍加轉(zhuǎn)義為“圍繞刀具中心轉(zhuǎn)”，也有一些人直譯為“旋轉(zhuǎn)刀具中心編程”，其實(shí)這只是RTCP的結(jié)果。PA的RTCP則是“Real-time Tool Center Point rotation”前幾個(gè)單詞的縮寫(xiě)。海德漢則將類(lèi)似的所謂升級(jí)技術(shù)稱(chēng)為T(mén)CPM，即“Tool Centre Point Management”的縮寫(xiě)，刀具中心點(diǎn)管理。還有的廠(chǎng)家則稱(chēng)類(lèi)似技術(shù)為T(mén)CPC，即“Tool Center Point Control”的縮寫(xiě)，刀具中心點(diǎn)控制。 
從Fidia的RTCP的字面含義看，假設(shè)以手動(dòng)方式定點(diǎn)執(zhí)行RTCP功能，刀具中心點(diǎn)和刀具與工件表面的實(shí)際接觸點(diǎn)將維持不變，此時(shí)刀具中心點(diǎn)落在刀具與工件表面實(shí)際接觸點(diǎn)處的法線(xiàn)上，而刀柄將圍繞刀具中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，對(duì)于球頭刀而言，刀具中心點(diǎn)就是數(shù)控代碼的目標(biāo)軌跡點(diǎn)。為了達(dá)到讓刀柄在執(zhí)行RTCP功能時(shí)能夠單純地圍繞目標(biāo)軌跡點(diǎn)（即刀具中心點(diǎn)）旋轉(zhuǎn)的目的，就必須實(shí)時(shí)補(bǔ)償由于刀柄轉(zhuǎn)動(dòng)所造成的刀具中心點(diǎn)各直線(xiàn)坐標(biāo)的偏移，這樣才能夠在保持刀具中心點(diǎn)以及刀具和工件表面實(shí)際實(shí)際接觸點(diǎn)不變的情況，改變刀柄與刀具和工件表面實(shí)際接觸點(diǎn)處的法線(xiàn)之間的夾角，起到發(fā)揮球頭刀的最佳切削效率，并有效避讓干涉等作用。因而RTCP似乎更多的是站在刀具中心點(diǎn)（即數(shù)控代碼的目標(biāo)軌跡點(diǎn)）上，處理旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的變化。 
不具備RTCP的五軸機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)必須依靠CAM編程和后處理，事先規(guī)劃好刀路，同樣一個(gè)零件，機(jī)床換了，或者刀具換了，就必須重新進(jìn)行CAM編程和后處理，因而只能被稱(chēng)作假五軸，國(guó)內(nèi)很多五軸數(shù)控機(jī)床和系統(tǒng)都屬于這類(lèi)假五軸。當(dāng)然了，人家硬撐著把自己稱(chēng)作是五軸聯(lián)動(dòng)也無(wú)可厚非，但此（假）五軸并非彼（真）五軸！

Fidia C20數(shù)控系統(tǒng)宣傳樣本關(guān)于RTCP的描述 

（以下文字面由本人參照英文樣本翻譯，不夠貼切之處請(qǐng)不吝指正） 

RTCP功能可以直接在機(jī)床上針對(duì)雙擺銑頭和雙轉(zhuǎn)臺(tái)管理刀具的空間長(zhǎng)度補(bǔ)償。 
這樣一來(lái)，五軸刀路的編程就可以不必在數(shù)控代碼生成之前就考慮該如何在刀路中體現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的刀具或者工作臺(tái)的軸心及其偏差。 

RTCP具有一下特點(diǎn)： 
1.針對(duì)刀具的實(shí)際切削點(diǎn)執(zhí)行進(jìn)給控制； 
2.針對(duì)五個(gè)軸的前瞻控制； 
3.可處理垂直、傾斜和存在偏心的銑頭； 
4.“虛擬主軸”：將某個(gè)軸定向到刀具軸線(xiàn)上執(zhí)行鉆削和回退操作； 
5.針對(duì)五軸的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)和（或）坐標(biāo)變換； 
6.參考坐標(biāo)系（G194）的旋轉(zhuǎn)：應(yīng)用于加工程序以及那些來(lái)自JOG或手輪的運(yùn)動(dòng)； 


RTCP功能也可以用于三軸加工程序：在保持刀具與工件的實(shí)際接觸點(diǎn)不變的前提下，以手動(dòng)方式改變銑頭或工作臺(tái)的姿態(tài)角。 

RTCP和HMS 
RTCP功能和HMS銑頭標(biāo)定系統(tǒng)相結(jié)合是五軸銑削領(lǐng)域獨(dú)一無(wú)二的成果技術(shù)，非常有助于提高刀尖運(yùn)動(dòng)精度。 

HMS（節(jié)選） 
HMS銑頭量測(cè)系統(tǒng)用于量測(cè)和校驗(yàn)雙擺銑頭和雙轉(zhuǎn)臺(tái)的連續(xù)運(yùn)動(dòng)和定位數(shù)據(jù)，配備有連接到數(shù)控系統(tǒng)的三只傳感器和專(zhuān)門(mén)的測(cè)量管理軟件。軟件實(shí)時(shí)處理輸入數(shù)據(jù)，并功能校驗(yàn)和修正幾何誤差、位置精度，以及銑頭和轉(zhuǎn)臺(tái)的RTCP參數(shù)。 
HMS是一款高精度量?jī)x，可替代采用標(biāo)準(zhǔn)刻度盤(pán)的傳統(tǒng)校驗(yàn)方法。其優(yōu)點(diǎn)包括： 
1.極大地降低校驗(yàn)時(shí)間（僅半個(gè)小時(shí)而不是一整天） 
2.量測(cè)銑頭和轉(zhuǎn)臺(tái)的全部位置（而不僅僅是正交位置） 
3.量測(cè)RTCP參數(shù) 
4.自動(dòng)在數(shù)控系統(tǒng)中插入修正值 

摘自“金屬加工世界”《五坐標(biāo)高速銑削加工與編程的關(guān)鍵技術(shù)》 

文中“四、五坐標(biāo)高速銑削后處理程序開(kāi)發(fā)”之“1.五軸機(jī)床旋轉(zhuǎn)刀具中心編程RTCP(Rotation Tool Centre Point)”一小節(jié)內(nèi)容如下： 


五坐標(biāo)機(jī)床及其加工編程，常用RTCP功能對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度和數(shù)控編程進(jìn)行簡(jiǎn)化，下面對(duì)RTCP（Rotation Tool Centre Point 旋轉(zhuǎn)刀具中心）編程進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。 
非RTCP模式編程：為了編程五坐標(biāo)的曲面加工，必須知道刀具中心與旋轉(zhuǎn)主軸頭中心的距離：這個(gè)距離我們稱(chēng)為轉(zhuǎn)軸中心(pivot)。根據(jù)轉(zhuǎn)軸中心和坐標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)值計(jì)算出X、Y、Z 的直線(xiàn)補(bǔ)償，以保證刀具中心處于所期望的位置。運(yùn)行一個(gè)這樣得出的程序必須要求機(jī)床的轉(zhuǎn)軸中心長(zhǎng)度正好等于在書(shū)寫(xiě)程序時(shí)所考慮的數(shù)值。任何修改都要求重新書(shū)寫(xiě)程序。對(duì)于FIDIA C20數(shù)控系統(tǒng)G96 激活RTCP，G97 禁止RTCP 
RTCP模式編程：選件RTCP 的運(yùn)行原理是當(dāng)存在此選項(xiàng)時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)保持刀具中心始終在被編程的XYZ位置上。為了保持住這個(gè)位置，轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)都會(huì)被XYZ 坐標(biāo)的一個(gè)直線(xiàn)位移所補(bǔ)償。因此，對(duì)于其它傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)而言，一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)會(huì)引起刀具中心的位移；而對(duì)于FIDIA 數(shù)控系統(tǒng)（當(dāng)RTCP 選件起作用時(shí)），是坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)中心的位移，保持刀具中心始終處于同一個(gè)位置上。在這種情況下，可以直接編程刀具中心的軌跡，而不需考慮轉(zhuǎn)軸中心，這個(gè)轉(zhuǎn)軸中心是獨(dú)立于編程的，是在執(zhí)行程序前由顯示終端輸入的，與程序無(wú)關(guān)。通過(guò)計(jì)算機(jī)編程或通過(guò)PLP 選件被記錄的三坐標(biāo)程序，可以通過(guò)RTCP 邏輯，以五坐標(biāo)方式被執(zhí)行。對(duì)于這種特殊的應(yīng)用方法，必須要求使用球形刀具。這些轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，可以通過(guò)JOG 方式或通過(guò)手輪來(lái)完成，所以在某些加工條件下，允許所使用的刀具，其長(zhǎng)度值小于用于三坐標(biāo)加工的刀具。 

國(guó)外關(guān)于RTCP的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的兩則討論和觀(guān)點(diǎn) 

以下文字由本人親自翻譯（不夠貼切之處請(qǐng)不吝指正）： 

【1】很多數(shù)控系統(tǒng)具備一種叫做“刀具中心管理”的實(shí)用功能，該功能可以被稱(chēng)作 RTCP, TCPC或者TCPM，具體稱(chēng)呼往往因數(shù)控系統(tǒng)的制造商而異，無(wú)論是哪個(gè)牌子的數(shù)控系統(tǒng)，該功能都會(huì)起到一些大致相同的作用，“刀具中心管理”最關(guān)鍵的功能就是允許數(shù)控系統(tǒng)在五軸加工模式下按照裝夾偏差在線(xiàn)調(diào)整數(shù)控代碼的執(zhí)行，因而可以把同一個(gè)后處理代碼應(yīng)用于整批零件。 
好處是操作工不必把工件精確地和轉(zhuǎn)臺(tái)的軸心線(xiàn)對(duì)齊，工件安裝后用探頭進(jìn)行測(cè)量，將軸心偏差存入數(shù)控系統(tǒng)的指定寄存器并在加工過(guò)程中隨數(shù)控代碼一起應(yīng)用。該功能可以降低銑床因工件裝卡造成的空閑時(shí)間，使機(jī)床有更多的時(shí)間用于金屬切削。與購(gòu)置第二套托盤(pán)和工作臺(tái)，在加工第一個(gè)托盤(pán)上的工件時(shí)，同期裝卡后續(xù)工件的方法相比，該方法更為經(jīng)濟(jì)。 
更有甚者，“刀具中心管理”功能還允許降低同一系列零件的裝夾精度，既不必精確實(shí)現(xiàn)與機(jī)床的定位關(guān)系，也不必精確實(shí)現(xiàn)與同批次的其它零件的相對(duì)定位關(guān)系。這樣一來(lái)，我們不僅能夠減少裝夾工件的勞動(dòng)量和機(jī)床空閑時(shí)間，而且該控制功能還可以降低夾具成本和準(zhǔn)備時(shí)間，甚至可以免除工件的安裝定位面。 

【2】一般說(shuō)來(lái)RTCP和TCPM就是一回事。不過(guò)這類(lèi)功能的實(shí)際效果并不只是在手冊(cè)上說(shuō)說(shuō)，而是已經(jīng)集成在數(shù)控制造商提供的軟件和固件系統(tǒng)當(dāng)中，不過(guò)制造商顯然不會(huì)明確地告訴你他們?cè)撊绾螌?shí)現(xiàn)“刀具中心點(diǎn)控制”算法。 
“刀具中心點(diǎn)控制”這一技術(shù)概念中至少應(yīng)包含以下幾個(gè)不同的功能： 
1.在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行的多坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)學(xué)變換。這樣做的好處之一是CAM軟件的后置處理無(wú)需執(zhí)行這一數(shù)學(xué)運(yùn)算，另一個(gè)好處是旋轉(zhuǎn)軸的中心偏差可以記錄在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的寄存器列表中，該功能最大的好處是一個(gè)數(shù)控加工程序可以在工廠(chǎng)中不同的機(jī)床上使用，盡管這些機(jī)床的軸心偏差各不相同。要是在過(guò)去（其實(shí)并不久遠(yuǎn)），想在不同的機(jī)床上加工同一個(gè)零件，你就必須在CAM的后置處理中使用不同的軸心偏差，生成不同的數(shù)控代碼，盡管這些機(jī)床出自同一個(gè)制造商而且擁有相同的動(dòng)態(tài)特性。 
與此同時(shí)，進(jìn)給速度也是由數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)部算法直接控制刀具實(shí)際加工點(diǎn)的軌跡運(yùn)行速度，這一做法與過(guò)去用CAM軟件以“時(shí)間反算”模式計(jì)算每個(gè)程序塊所需的運(yùn)行時(shí)間（即進(jìn)給率）的方法截然不同。 
2.“刀具中心管理”一般都包含夾具偏心處理功能。機(jī)床配備的探頭可以在線(xiàn)測(cè)量零件的裝夾位置，位置偏差則累加到前面提及的軸心偏差上。 
由此帶來(lái)的又一好處是同一系列的零件可以裝夾到同一臺(tái)機(jī)床上，由探頭測(cè)量定位情況，以同一套數(shù)控代碼加工所有零件。最終用戶(hù)不必為了把零件中心定位到可接受的細(xì)小誤差容限之內(nèi)而花費(fèi)額外的時(shí)間去“敲打”調(diào)整零件。

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