Czy naprawdę wiesz o obróbce pięcioosiowej?

Obróbka pięcioosiowa, jak sama nazwa wskazuje, jest trybem obróbki obrabiarki NC.Przyjmuje się ruch interpolacji liniowej dowolnych pięciu współrzędnych w X, Y, Z, A, B, C.Obrabiarka używana do obróbki pięcioosiowej jest zwykle nazywana obrabiarką pięcioosiową lub pięcioosiowym centrum obróbczym.Ale czy naprawdę znasz obróbkę pięcioosiową?

Rozwój technologii pięciu osi
Od dziesięcioleci powszechnie uważa się, że pięcioosiowa technologia obróbki NC jest jedynym sposobem na obróbkę ciągłych, gładkich i złożonych powierzchni.Gdy ludzie napotkają nierozwiązywalne problemy w projektowaniu i wytwarzaniu złożonych powierzchni, zwrócą się do technologii obróbki pięcioosiowej.Ale...
Pięcioosiowy układ zawieszenia CNC jest najtrudniejszą i najszerzej stosowaną technologią CNC.Łączy w sobie sterowanie komputerowe, wysokowydajny serwonapęd i technologię precyzyjnej obróbki skrawaniem i jest stosowany do wydajnej, precyzyjnej i automatycznej obróbki skomplikowanych powierzchni.Na świecie technologia sterowania numerycznego z pięcioma osiami jest uważana za symbol krajowego poziomu technologii automatyzacji urządzeń produkcyjnych.Ze względu na jego szczególny status, a zwłaszcza jego istotny wpływ na przemysł lotniczy, kosmonautyczny i wojskowy, a także złożoność technologii, zachodnie kraje rozwinięte przemysłowo zawsze wdrażały system licencji eksportowych jako materiał strategiczny.

W porównaniu z 3-osiową obróbką CNC, z punktu widzenia procesu i programowania, 5-osiowa obróbka CNC skomplikowanych powierzchni ma następujące zalety:
(1) Popraw jakość i wydajność przetwarzania
(2) Rozszerz zakres procesu
(3) Poznaj nowy kierunek rozwoju związków
Ale haha, ale znowu... Z powodu interferencji i kontroli położenia narzędzia w przestrzeni obróbki, programowanie NC, system NC i struktura obrabiarki pięcioosiowej obróbki NC są znacznie bardziej złożone niż w przypadku obrabiarek trzyosiowych.Tak więc pięć osi łatwo powiedzieć, ale naprawdę trudno to zrealizować!Ponadto trudniej jest dobrze działać!

Mówiąc o pięciu osiach, muszę powiedzieć, że pięć osi jest prawdziwe i fałszywe?Różnica między prawdziwą i fałszywą 5 osią polega głównie na tym, czy dostępna jest funkcja RTCP.Z tego powodu Xiao Bian specjalnie szukała tego słowa!
RTCP, proszę wyjaśnij, że RTCP Fidii to skrót od „Rotating Tool Center Point”, co dosłownie oznacza „obracające się centrum narzędzia”.Przemysł często tłumaczy to jako „obracanie wokół centrum narzędziowego”, a niektórzy tłumaczą to również bezpośrednio jako „programowanie obracającego się centrum narzędziowego”.W rzeczywistości jest to tylko wynik RTCP.RTCP od PA jest skrótem pierwszych kilku słów „Obrót punktu centralnego narzędzia w czasie rzeczywistym”.Heidegger nazywa podobną tak zwaną technologią aktualizacji TCPM, która jest skrótem od „Tool Center Point Management”, a mianowicie zarządzania punktem centrum narzędzi.Inni odnoszą się do podobnej technologii jako TCPC, co jest skrótem od „Tool Center Point Control”.
Z dosłownego znaczenia RTCP Fidii, jeśli funkcja RTCP jest wykonywana ręcznie w stałym punkcie, punkt środkowy narzędzia i rzeczywisty punkt kontaktu między narzędziem a powierzchnią przedmiotu obrabianego pozostaną niezmienione.W tym momencie punkt środkowy narzędzia wypada zgodnie z normalną w rzeczywistym punkcie styku narzędzia z powierzchnią przedmiotu obrabianego, a uchwyt narzędzia obraca się wokół punktu środkowego narzędzia.W przypadku frezów z głowicą kulową punkt środkowy narzędzia jest docelowym punktem ścieżki kodu NC.Aby uchwyt narzędzia mógł po prostu obracać się wokół docelowego punktu ścieżki (tj. punktu środkowego narzędzia) podczas wykonywania funkcji RTCP, przesunięcie współrzędnych liniowych punktu środkowego narzędzia spowodowane przez obrót uchwytu narzędzia musi być skompensowane w sposób rzeczywisty czas, aby kąt zawarty między rękojeścią narzędzia a normalną w rzeczywistym punkcie styku narzędzia z powierzchnią przedmiotu obrabianego mógł zostać zmieniony, przy jednoczesnym zachowaniu niezmienionego punktu środkowego narzędzia i rzeczywistego punktu styku narzędzia z powierzchnią przedmiotu obrabianego, może grać najlepszą wydajność cięcia noża kulowego i skutecznie unikać zakłóceń.Dlatego wydaje się, że RTCP znajduje się w punkcie środkowym narzędzia (tj. docelowym punkcie ścieżki kodu NC) bardziej, aby poradzić sobie ze zmianą współrzędnych obrotu.
Obrabiarki pięcioosiowe i systemy CNC bez RTCP muszą polegać na programowaniu CAM i przetwarzaniu końcowym, a ścieżka narzędzia musi być zaplanowana z wyprzedzeniem.W przypadku tej samej części, w przypadku zmiany obrabiarki lub narzędzia, należy ponownie przeprowadzić programowanie CAM i przetwarzanie końcowe, aby można je było nazwać tylko fałszywymi pięcioma osiami.Wiele krajowych pięcioosiowych obrabiarek i systemów CNC należy do tego rodzaju fałszywych pięcioosiowych.Oczywiście nie ma nic złego w ludziach, którzy upierają się przy nazywaniu siebie pięcioosiowym sprzężeniem, ale ta (fałszywa) pięcioosiowa nie jest tą (prawdziwą) pięcioosiową!

Xiao Bian konsultował się również z ekspertami z branży.Krótko mówiąc, prawdziwa pięć osi to połączenie pięciu osi pięciu, fałszywa pięć osi może być połączeniem pięciu osi trzech, a pozostałe dwie osie pełnią tylko funkcję pozycjonowania!
To popularne stwierdzenie, a nie standardowe stwierdzenie.Ogólnie rzecz biorąc, obrabiarki pięcioosiowe można podzielić na dwa typy: jeden to połączenie pięcioosiowe, co oznacza, że ​​wszystkie pięć osi może być połączonych w tym samym czasie;drugi to pięcioosiowe przetwarzanie pozycjonowania, które w rzeczywistości jest pięcioosiowym połączeniem trzech osi: to znaczy, że dwie obrotowe osie mogą się obracać i pozycjonować, a tylko trzy osie mogą być połączone w tym samym czasie.Jest to powszechnie znane jako tryb 3+2 pięcioosiowej obrabiarki, który można również rozumieć jako fałszywą pięcioosiową obrabiarkę.
Aktualne formy pięcioosiowych obrabiarek CNC

W projektowaniu mechanicznym 5-osiowych centrów obróbkowych producenci obrabiarek zawsze byli zaangażowani w opracowywanie nowych trybów ruchu, aby spełnić różne wymagania.Biorąc pod uwagę wszystkie dostępne na rynku obrabiarki pięcioosiowe, choć ich budowa mechaniczna jest zróżnicowana, to głównie przybierają one następujące formy:
Dwie współrzędne obrotu bezpośrednio sterują kierunkiem osi narzędzia (forma z podwójną głowicą obrotową)
Dwie osie znajdują się w górnej części narzędzia,
Jednak oś obrotu nie jest prostopadła do osi liniowej (typ wahadła pionowego)
Dwie współrzędne obrotu bezpośrednio sterują obrotem przestrzeni (forma podwójnego stołu obrotowego)
Dwie osie znajdują się na stole warsztatowym,
Jednak oś obrotu nie jest prostopadła do osi liniowej (pionowy stół roboczy)
Jedna z dwóch współrzędnych obrotu działa na narzędzie,
Jeden działa na obrabiany przedmiot (jedna huśtawka i jeden obrót)

Widząc te pięcioosiowe obrabiarki, uważam, że powinniśmy zrozumieć, co i jak poruszają się pięcioosiowe obrabiarki.
Trudności i opór w rozwoju pięcioosiowej technologii NC
Zdaliśmy sobie już sprawę z wyższości i znaczenia pięcioosiowej technologii sterowania numerycznego.Jednak do tej pory zastosowanie pięcioosiowej technologii CNC wciąż ogranicza się do kilku wydziałów dysponujących dużymi środkami finansowymi, a problemy wciąż pozostają nierozwiązane.
Poniższa sekcja zbiera pewne trudności i opór, aby sprawdzić, czy odpowiadają one twojej sytuacji?

Streszczenie 5-osiowe programowanie NC, trudne w obsłudze
To jest ból głowy dla każdego tradycyjnego programisty NC.Obrabiarki trójosiowe mają tylko liniowe osie współrzędnych, podczas gdy obrabiarki pięcioosiowe CNC mają różne formy strukturalne;Ten sam kod NC może osiągnąć ten sam efekt obróbki na różnych obrabiarkach trójosiowych NC, ale kodu NC pewnej obrabiarki pięcioosiowej nie można zastosować do wszystkich typów obrabiarek pięcioosiowych.Oprócz ruchu liniowego programowanie NC koordynuje również obliczanie ruchu obrotowego, takie jak kontrola ruchu kąta obrotu, nieliniowe sprawdzanie błędów, obliczanie ruchu obrotowego narzędzia itp. Ilość przetwarzanych informacji jest duża, a programowanie NC jest niezwykle abstrakcyjne.
Działanie pięcioosiowej obróbki NC jest ściśle związane z umiejętnościami programowania.Jeśli użytkownicy dodadzą specjalne funkcje do obrabiarki, programowanie i obsługa będą bardziej złożone.Tylko poprzez powtarzaną praktykę personel programujący i obsługujący może opanować niezbędną wiedzę i umiejętności.Brak doświadczonych programistów i operatorów jest dużym oporem przed popularyzacją pięcioosiowej technologii CNC.

Wielu krajowych producentów zakupiło pięcioosiowe obrabiarki CNC z zagranicy.Ze względu na nieodpowiednie szkolenie techniczne i serwis, nieodłączne funkcje pięcioosiowych obrabiarek CNC są trudne do osiągnięcia, a stopień wykorzystania obrabiarek jest niski.W wielu przypadkach lepiej zastosować trzyosiowe obrabiarki CNC.
Bardzo surowe wymagania dotyczące sterownika interpolacji NC i systemu serwonapędów
Ruch pięcioosiowej obrabiarki jest kombinacją ruchów w pięciu osiach współrzędnych.Dodanie współrzędnych obrotu nie tylko zwiększa obciążenie interpolacją, ale również znacznie zmniejsza dokładność obróbki ze względu na mały błąd współrzędnych obrotu.Dlatego od sterownika wymagana jest większa dokładność obliczeń.
Charakterystyki ruchu pięcioosiowej obrabiarki wymagają od serwonapędu dobrej charakterystyki dynamicznej i dużego zakresu prędkości.

Szczególnie ważna jest weryfikacja programu NC 5-osiowego NC
W celu poprawy wydajności obróbki pilnie należy wyeliminować tradycyjną metodę kalibracji „nacinania próbnego”.W 5-osiowej obróbce NC weryfikacja programu NC jest również bardzo ważna, ponieważ przedmioty obrabiane zwykle na 5-osiowych obrabiarkach NC są bardzo drogie, a kolizja jest częstym problemem w 5-osiowej obróbce NC: cięcie narzędzi na detale;Narzędzie zderza się z obrabianym przedmiotem z bardzo dużą prędkością;Narzędzie zderza się z obrabiarką, uchwytem i innym wyposażeniem w zakresie obróbki;Ruchome części na obrabiarce zderzają się z częściami stałymi lub przedmiotami obrabianymi.W pięcioosiowej NC kolizja jest bardzo trudna do przewidzenia.Program kalibracyjny musi kompleksowo analizować kinematykę i układ sterowania obrabiarki.

Jeśli system CAM wykryje błąd, może natychmiast przetworzyć ścieżkę narzędzia;Jeśli jednak podczas obróbki zostaną znalezione błędy programu NC, ścieżka narzędzia nie może być bezpośrednio modyfikowana, jak w przypadku trzyosiowego NC.Na obrabiarce trzyosiowej operator obrabiarki może bezpośrednio modyfikować parametry, takie jak promień narzędzia.W obróbce pięcioosiowej sytuacja nie jest taka prosta, ponieważ zmiany wielkości i położenia narzędzia mają bezpośredni wpływ na późniejszą trajektorię obrotu.

Kompensacja promienia narzędzia
W programie NC z pięcioma osiami funkcja kompensacji długości narzędzia jest nadal ważna, ale kompensacja promienia narzędzia jest nieprawidłowa.Gdy frez cylindryczny jest używany do frezowania kształtowego, należy skompilować różne programy dla frezów o różnych średnicach.Obecnie popularne systemy CNC nie mogą dokończyć kompensacji promienia narzędzia, ponieważ plik ISO nie dostarcza wystarczających danych do przeliczenia pozycji narzędzia.Użytkownik musi często zmieniać narzędzie lub dostosowywać dokładny rozmiar narzędzia podczas obróbki NC.Zgodnie z normalnym programem obróbki ścieżka narzędzia powinna zostać wysłana z powrotem do systemu CAM w celu ponownego obliczenia.W efekcie wydajność całego procesu przetwarzania jest bardzo niska.

Aby rozwiązać ten problem, norwescy naukowcy opracowują tymczasowe rozwiązanie o nazwie LCOPS (Strategia produkcji zoptymalizowanej pod kątem niskich kosztów).Dane potrzebne do korekcji ścieżki narzędzia są przekazywane do systemu CAM przez program użytkowy CNC, a obliczona ścieżka narzędzia jest bezpośrednio przesyłana do sterownika.LCOPS wymaga od strony trzeciej dostarczenia oprogramowania CAM, które można bezpośrednio podłączyć do obrabiarek CNC.W międzyczasie zamiast kodów ISO przesyłane są pliki systemu CAM.Ostateczne rozwiązanie tego problemu zależy od wprowadzenia nowej generacji systemu sterowania CNC, który potrafi rozpoznawać pliki modeli przedmiotu obrabianego (takie jak STEP) lub pliki systemowe CAD we wspólnym formacie.
Postprocesory

Różnica między obrabiarką pięcioosiową a obrabiarką trójosiową polega na tym, że ma ona również dwie współrzędne obrotu, a położenie narzędzia jest konwertowane z układu współrzędnych przedmiotu obrabianego na układ współrzędnych maszyny, co wymaga kilku transformacji współrzędnych.Wykorzystując popularny na rynku generator postprocesorów, postprocesor trójosiowych obrabiarek CNC można wygenerować wprowadzając podstawowe parametry obrabiarki.W przypadku pięcioosiowych obrabiarek CNC istnieje tylko kilka ulepszonych postprocesorów.Postprocesor pięcioosiowej obrabiarki CNC wymaga dalszego rozwoju.

W połączeniu trójosiowym położenie początku przedmiotu obrabianego na stole roboczym obrabiarki nie musi być uwzględniane w ścieżce narzędzia, a postprocesor może automatycznie obsługiwać relacje między układem współrzędnych przedmiotu obrabianego a układem współrzędnych maszyny.Dla pięcioosiowego połączenia, na przykład podczas obróbki na frezarce poziomej z pięcioosiowym połączeniem X, Y, Z, B, C, wielkość pozycji obrabianego przedmiotu na stole obrotowym C i wielkość pozycji między stołami obrotowymi B i C należy wziąć pod uwagę podczas generowania ścieżki narzędzia.Pracownicy zwykle poświęcają dużo czasu na radzenie sobie z tymi zależnościami pozycyjnymi podczas mocowania przedmiotów obrabianych.Jeśli postprocesor może przetworzyć te dane, instalacja przedmiotu obrabianego i obróbka ścieżki narzędzia zostaną znacznie uproszczone;Wystarczy zamocować obrabiany przedmiot na stole roboczym, zmierzyć położenie i kierunek układu współrzędnych przedmiotu obrabianego, wprowadzić te dane do postprocesora i przetworzyć ścieżkę narzędzia, aby uzyskać odpowiedni program CNC.