Obróbka pięcioosiowa, jak sama nazwa wskazuje, jest rodzajem obróbki CNC. Obrabiarka używana do obróbki pięcioosiowej, która wykorzystuje ruch interpolacji liniowej w dowolnych pięciu współrzędnych X, Y, Z, A, B i C, jest zwykle określana jako obrabiarka pięcioosiowa lub pięcioosiowe centrum obróbcze. Ale czy naprawdę rozumiesz obróbkę pięcioosiową?
Rozwój technologii pięciu osi
Pięcioosiowy układ CNC jest najtrudniejszą i powszechnie stosowaną technologią w technologii CNC. Integruje sterowanie komputerowe, wysokowydajny serwonapęd i technologię precyzyjnej obróbki i jest stosowany do wydajnej, precyzyjnej i zautomatyzowanej obróbki skomplikowanych powierzchni. Na arenie międzynarodowej technologia CNC z pięcioosiowym układem zawieszenia jest uważana za symbol poziomu technologii automatyzacji urządzeń produkcyjnych w danym kraju. Ze względu na swój szczególny status, zwłaszcza znaczący wpływ na przemysł lotniczy, kosmiczny i wojskowy, a także złożoność technologiczną, rozwinięte zachodnie kraje przemysłowe zawsze wdrażały system licencji eksportowych dla pięcioosiowych systemów CNC jako materiałów strategicznych. W porównaniu z obróbką CNC z trójosiowym układem zawieszenia, z punktu widzenia technologii i programowania, zastosowanie 5-obróbki CNC osi dla skomplikowanych powierzchni ma następujące zalety: 1 Poprawa jakości i wydajności obróbki. 2. Rozszerz zakres procesu. 3. Poznaj nowy kierunek rozwoju kompozytów. Jednak ze względu na zakłócenia i kontrolę położenia narzędzia w przestrzeni obróbczej, programowanie CNC, system CNC i konstrukcja maszyny pięcioosiowej obróbki CNC są znacznie bardziej złożone niż w przypadku obrabiarek trójosiowych. Zatem pięć osi łatwo powiedzieć, ale naprawdę trudno je osiągnąć! Co więcej, jest jeszcze trudniejszy w obsłudze i skutecznym zastosowaniu!
Mówiąc o pięciu osiach, muszę powiedzieć, czy jest to prawda, czy fałsz? Główną różnicą między prawdziwą i fałszywą osią 5-jest to, czy ma ona funkcję RTCP. Dlatego redaktor specjalnie szukał tego słowa! RTCP, proszę wyjaśnić, że RTCP firmy Fidia oznacza „Rotating Tool Center Point”, co dosłownie oznacza „obrotowy środek narzędzia”. W branży często tłumaczy się to jako „obracanie się wokół środka narzędzia”, a niektórzy bezpośrednio tłumaczą to jako „programowanie wokół środka narzędzia”. W rzeczywistości jest to tylko wynik RTCP. RTCP w PA to skrót od kilku pierwszych słów „Obrót punktu środkowego narzędzia w czasie rzeczywistym”. Heidelberg odniósł się do podobnej technologii modernizacji jak TCPM, co oznacza Tool Center Point Management. Niektórzy producenci określają podobne technologie jako TCPC, co oznacza „Tool Center Point Control” lub kontrolę punktu środkowego narzędzia.
Z dosłownego znaczenia RTCP Fidii, przy założeniu, że funkcja RTCP jest wykonywana ręcznie w stałym punkcie, punkt środkowy narzędzia i rzeczywisty punkt styku narzędzia z powierzchnią przedmiotu obrabianego pozostaną niezmienione. W tym momencie punkt środkowy narzędzia pokrywa się z normalną w rzeczywistym punkcie styku narzędzia z powierzchnią przedmiotu obrabianego, a oprawka narzędziowa będzie się obracać wokół punktu środkowego narzędzia. W przypadku frezów z kulistą końcówką punkt środkowy narzędzia jest docelowym punktem trajektorii kodu CNC. Aby osiągnąć cel polegający na prostym obróceniu oprawki narzędziowej wokół docelowego punktu trajektorii (tj. punktu środkowego narzędzia) podczas funkcji RTCP, konieczna jest kompensacja w czasie rzeczywistym przesunięcia współrzędnych punktu środkowego narzędzia spowodowanego obrotem uchwytu narzędziowego. Tylko w ten sposób można zmienić kąt pomiędzy uchwytem narzędzia a normalną w rzeczywistym punkcie styku narzędzia z powierzchnią przedmiotu obrabianego, zachowując przy tym niezmieniony punkt środkowy narzędzia i rzeczywisty punkt styku narzędzia z powierzchnią przedmiotu obrabianego, maksymalizując w ten sposób wydajność cięcia narzędzia z końcówką kulistą i skuteczne unikanie zakłóceń. Dlatego RTCP wydaje się bardziej skupiać na położeniu w centralnym punkcie narzędzia (tj. docelowym punkcie trajektorii kodu CNC) i obsłudze zmian współrzędnych obrotowych.
Obrabiarki pięcioosiowe i systemy CNC bez RTCP muszą opierać się na programowaniu CAM i obróbce końcowej, planując z wyprzedzeniem ścieżkę narzędzia. W przypadku tej samej części, jeśli zmieniona zostanie obrabiarka lub narzędzie, należy ponownie wykonać programowanie CAM i obróbkę końcową, dlatego można to nazwać jedynie fałszywą pięcioosią. Wiele krajowych pięcioosiowych obrabiarek i systemów CNC należy do tego typu fałszywych pięcioosiowych. Oczywiście zrozumiałe jest, że inni upierają się przy nazywaniu siebie połączeniem pięcioosiowym, ale ta fałszywa pięcioosiowa nie jest prawdziwą pięcioosiową! W związku z tym redaktor zasięgnął także opinii ekspertów branżowych. Krótko mówiąc, prawdziwe pięć osi odnosi się do pięciu osi z pięcioma osiami, podczas gdy fałszywe pięć osi może być pięcioosiowymi połączeniami z trzema osiami, a pozostałe dwie osie służą jedynie funkcji pozycjonowania!
To powszechne powiedzenie, a nie ustandaryzowane. Ogólnie rzecz biorąc, istnieją dwa typy obrabiarek pięcioosiowych: jeden to pięcioosiowy układ zawieszenia, co oznacza, że wszystkie pięć osi można połączyć jednocześnie, a drugi to pięcioosiowa obróbka pozycjonująca. W rzeczywistości jest to połączenie pięcioosiowe i trójosiowe, co oznacza, że dwie osie obrotowe mogą się obracać i pozycjonować, a jednocześnie można połączyć tylko trzy osie. Ten typ obrabiarki pięcioosiowej, powszechnie znany jako tryb 3+2, można również rozumieć jako fałszywą pięcioosiową.
Obecna forma pięcioosiowych obrabiarek CNC
Projektując mechanicznie 5-centra obróbcze osi, producenci obrabiarek zawsze starali się opracowywać nowe tryby ruchu, aby spełnić różne wymagania. Biorąc pod uwagę różne typy obrabiarek pięcioosiowych dostępnych obecnie na rynku, mimo że ich budowa mechaniczna jest zróżnicowana, wyróżnia się głównie kilka postaci: dwie współrzędne obrotowe bezpośrednio kontrolują kierunek osi narzędzia (postać podwójnego wahadła), dwie osie współrzędnych znajdują się na wierzchołka narzędzia, ale nie prostopadle do osi liniowej (postać wahadła pionowego), dwie współrzędne obrotowe bezpośrednio kontrolują obrót przestrzeni (forma podwójnego stołu obrotowego), dwie osie współrzędnych znajdują się na stole warsztatowym, ale nie są prostopadłe do osi liniowej (postać pionowa w formie warsztatowej), dwie współrzędne obrotowe działają na narzędzie, jedna na przedmiot obrabiany (jedno wahadło i jedna forma obrotowa) i tak dalej.
Trudności i przeszkody w rozwoju technologii pięcioosiowej CNC
Wszyscy od dawna uznawali wyższość i znaczenie pięcioosiowej technologii CNC. Jednak jak dotąd zastosowanie pięcioosiowej technologii CNC jest nadal ograniczone do kilku silnych finansowo działów i nadal istnieją nierozwiązane problemy.
Abstrakcyjna i trudna obsługa programowania pięcioosiowego CNC
Jest to ból głowy każdego tradycyjnego programisty CNC. Obrabiarki trójosiowe mają jedynie liniowe osie współrzędnych, podczas gdy obrabiarki pięcioosiowe CNC mają różne formy konstrukcyjne; Ten sam kod NC może osiągnąć ten sam efekt obróbki na różnych trójosiowych obrabiarkach CNC, ale kodu NC określonego typu obrabiarki pięcioosiowej nie można zastosować do wszystkich typów obrabiarek pięcioosiowych. Oprócz ruchu liniowego programowanie CNC musi również koordynować odpowiednie obliczenia ruchu obrotowego, takie jak kontrola skoku kąta obrotu, weryfikacja błędów nieliniowych, obliczanie ruchu obrotowego narzędzia itp. Ilość przetwarzanych informacji jest duża, a programowanie CNC jest niezwykle abstrakcyjny.
Umiejętności obsługi i programowania pięcioosiowej obróbki CNC są ze sobą ściśle powiązane. Jeśli użytkownicy dodadzą specjalne funkcje do obrabiarki, programowanie i obsługa będą bardziej złożone. Tylko dzięki powtarzanej praktyce programiści i operatorzy mogą opanować niezbędną wiedzę i umiejętności. Główną przeszkodą w popularyzacji technologii pięcioosiowych CNC jest brak doświadczonych programistów i operatorów. Wielu krajowych producentów zakupiło z zagranicy pięcioosiowe obrabiarki CNC. Ze względu na niewystarczające szkolenia techniczne i usługi nieodłączne funkcje pięcioosiowych obrabiarek CNC są trudne do osiągnięcia, a stopień wykorzystania obrabiarek jest bardzo niski. W wielu sytuacjach lepiej jest zastosować obrabiarki trójosiowe. Wymagania dotyczące sterowników interpolacji NC i systemów serwonapędów są bardzo rygorystyczne; Ruch obrabiarki pięcioosiowej jest kombinacją ruchów pięciu osi współrzędnych. Dodanie współrzędnych obrotowych nie tylko zwiększa obciążenie operacjami interpolacyjnymi, ale także znacznie zmniejsza dokładność obróbki ze względu na małe błędy we współrzędnych obrotowych. Dlatego też wymagane jest, aby sterownik charakteryzował się większą dokładnością działania. Charakterystyka ruchu pięcioosiowej obrabiarki wymaga, aby układ serwonapędu miał dobre właściwości dynamiczne i duży zakres prędkości.
Szczególnie ważna jest weryfikacja programu NC dla pięcioosiowego CNC
Aby poprawić efektywność obróbki mechanicznej, należy pilnie wyeliminować tradycyjną metodę weryfikacji „metody próbnego cięcia”. W pięcioosiowej obróbce CNC bardzo ważna stała się również weryfikacja programu NC, ponieważ przedmiot obrabiany zwykle na pięcioosiowych obrabiarkach CNC jest bardzo kosztowny, a kolizja jest częstym problemem w pięcioosiowej obróbce CNC: narzędzie wcina się w przedmiot obrabiany; Narzędzie zderza się z przedmiotem obrabianym z bardzo dużą prędkością; Kolizja narzędzi skrawających, obrabiarek, osprzętu i innego sprzętu w obszarze przetwarzania; Zderzenie ruchomych części z częściami stałymi lub przedmiotami obrabianymi na obrabiarce. W pięcioosiowym CNC przewidywanie kolizji jest trudne, a program weryfikacji musi kompleksowo analizować kinematykę i układ sterowania obrabiarki.
Jeśli system CAM wykryje błąd, może natychmiast przetworzyć ścieżkę narzędzia; Jeśli jednak w procesie obróbki zostaną wykryte błędy programu NC, toru narzędzia nie można bezpośrednio modyfikować, jak w trójosiowym CNC. Na obrabiarce trójosiowej operator 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 ruchu obrotowego.
Kompensacja promienia narzędzia
W programie NC z pięcioosiowym połączeniem funkcja kompensacji długości narzędzia jest nadal skuteczna, ale kompensacja promienia narzędzia jest nieskuteczna. W przypadku stosowania frezów cylindrycznych do frezowania kształtowego należy opracować różne programy dla narzędzi o różnych średnicach. Obecnie popularne systemy CNC nie są w stanie wykonać pełnej kompensacji promienia narzędzia, ponieważ plik ISO nie dostarcza wystarczających danych do ponownego obliczenia położenia narzędzia. Użytkownicy muszą często zmieniać narzędzia lub dostosowywać dokładny rozmiar narzędzi podczas obróbki CNC. Zgodnie z normalnymi procedurami przetwarzania, trajektoria narzędzia powinna zostać odesłana do systemu CAM w celu ponownego obliczenia. W rezultacie efektywność całego procesu przetwarzania jest bardzo niska.
Norwescy badacze opracowują tymczasowe rozwiązanie tego problemu zwane LCOPS (Strategia produkcji zoptymalizowanej pod kątem niskich kosztów). Dane potrzebne do korekcji trajektorii narzędzia przesyłane są z aplikacji CNC do systemu CAM, a obliczona trajektoria narzędzia przesyłana jest bezpośrednio do sterownika. LCOPS wymaga oprogramowania CAM innej firmy, które można bezpośrednio podłączyć do obrabiarek CNC i przesyłać pliki systemowe CAM zamiast kodów ISO. Ostateczne rozwiązanie tego problemu polega na wprowadzeniu nowej generacji systemu sterowania CNC, który potrafi rozpoznawać pliki modeli detali w popularnych formatach (takich jak STEP) lub pliki systemu CAD.
Postprocesory
Różnica między obrabiarką pięcioosiową a obrabiarką trójosiową polega na tym, że ma ona również dwie współrzędne obrotu. Położenie narzędzia jest konwertowane z układu współrzędnych przedmiotu obrabianego na układ współrzędnych maszyny, a pomiędzy nimi wymaganych jest kilka transformacji współrzędnych. Wykorzystując popularny na rynku generator postprocesorów, możliwe jest wygenerowanie postprocesora dla trójosiowej obrabiarki CNC poprzez proste wprowadzenie podstawowych parametrów obrabiarki. W przypadku pięcioosiowych obrabiarek CNC dostępnych jest obecnie tylko kilka ulepszonych postprocesorów. Postprocesor pięcioosiowej obrabiarki CNC nadal wymaga dalszego rozwoju.
W przypadku stosowania zawieszenia trójosiowego położenie początku przedmiotu obrabianego na stole obrabiarki nie musi być uwzględniane w trajektorii narzędzia. Postprocesor może automatycznie obsługiwać relację pomiędzy układem współrzędnych przedmiotu obrabianego a układem współrzędnych obrabiarki. W przypadku połączenia pięcioosiowego, np. obróbki na poziomej frezarce z połączeniem pięcioosiowym X, Y, Z, B i C, wymiary położenia przedmiotu obrabianego na stole obrotowym C oraz wymiary położenia pomiędzy stołami obrotowymi B i C muszą być zgodne uwzględniane przy generowaniu ścieżek narzędzi. Pracownicy zwykle spędzają dużo czasu na zajmowaniu się tymi zależnościami pozycyjnymi podczas mocowania przedmiotów obrabianych. Jeśli postprocesor będzie w stanie przetworzyć te dane, instalacja detali i przetwarzanie trajektorii narzędzi zostaną znacznie uproszczone; Wystarczy zamocować przedmiot na stole warsztatowym, zmierzyć położenie i kierunek układu współrzędnych przedmiotu, wprowadzić te dane do postprocesora i wykonać obróbkę końcową ścieżki narzędzia, aby uzyskać odpowiedni program NC.
Problemy z błędem nieliniowym i osobliwością
Dzięki wprowadzeniu współrzędnych obrotowych kinematyka pięcioosiowej obrabiarki CNC jest znacznie bardziej złożona niż kinematyka trójosiowej obrabiarki. Pierwszym problemem związanym z rotacją jest błąd nieliniowy. Błędy nieliniowe należy przypisywać błędom programowania i można je kontrolować poprzez zmniejszenie odległości kroku. Na etapie obliczeń wstępnych programiści nie są w stanie określić wielkości błędów nieliniowych. Dopiero po wygenerowaniu programu maszynowego poprzez postprocesor można obliczyć błędy nieliniowe. Linearyzacja trajektorii narzędzia może rozwiązać ten problem. Niektóre systemy sterowania mogą linearyzować ścieżkę narzędzia podczas obróbki, ale zwykle odbywa się to w postprocesorze.
Kolejnym problemem powodowanym przez oś obrotu jest osobliwość. Jeśli osobliwość znajduje się w skrajnym położeniu osi obrotu, każda niewielka oscylacja w pobliżu osobliwości może spowodować odwrócenie osi obrotu o 180 stopni, co jest dość niebezpieczne.
Znacząca inwestycja w zakup obrabiarek
Wcześniej istniała znaczna różnica cenowa pomiędzy obrabiarkami pięcioosiowymi a obrabiarkami trójosiowymi. W dzisiejszych czasach dodanie osi obrotowej do obrabiarki trójosiowej to w zasadzie cena zwykłej obrabiarki trójosiowej, która może osiągnąć funkcje obrabiarki wieloosiowej. Tymczasem cena obrabiarki pięcioosiowej jest tylko od 30% do 50% wyższa niż obrabiarki trzyosiowej. Oprócz inwestycji w samą obrabiarkę konieczna jest także aktualizacja oprogramowania systemu CAD/CAM oraz postprocesora, aby sprostać wymaganiom obróbki pięcioosiowej; Program weryfikacyjny musi zostać zaktualizowany, aby umożliwić przetwarzanie symulacyjne całej obrabiarki.
Przyszłe trendy rozwojowe pięcioosiowych obrabiarek
Pięcioosiowe centrum obróbcze to wysoce precyzyjny i wydajny sprzęt do obróbki CNC z możliwością wykonywania operacji obróbkowych w wielu kierunkach, szeroko stosowany w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, obróbce form i innych dziedzinach. Wraz z ciągłym rozwojem produkcji i postępem technologicznym, pięcioosiowe centra obróbcze również podlegają ciągłej ewolucji i innowacjom, wykazując pewne oczywiste trendy rozwojowe i kierunki innowacji.
Po pierwsze, jednym z trendów rozwojowych jest inteligencja i automatyzacja. Wraz z ciągłym rozwojem technologii, takich jak sztuczna inteligencja, big data i przetwarzanie w chmurze, centra obróbcze również zmierzają w stronę inteligencji i automatyzacji. Wprowadzając inteligentne systemy sterowania i urządzenia automatyki, można osiągnąć automatyczną regulację, monitorowanie i konserwację sprzętu, poprawiając wydajność produkcji i dokładność przetwarzania, ograniczając interwencję człowieka, obniżając koszty pracy i osiągając inteligentną produkcję.
Po drugie, drugi trend rozwojowy to wielofunkcyjność i elastyczność. Wraz z dywersyfikacją i personalizacją popytu rynkowego, przemysł produkcyjny ma coraz wyższe wymagania wobec sprzętu. Centrum obróbcze musi nie tylko zapewniać wysoką precyzję i wydajność obróbki, ale także wielofunkcyjność i elastyczność, aby dostosować się do potrzeb obróbki różnych kształtów i materiałów. Dlatego przyszłość będzie rozwijać się w kierunku wielofunkcyjności i elastyczności, która pozwala na realizację różnych operacji przetwarzania