Viiden akselin koneistus, kuten nimestä voi päätellä, on CNC-työstötapa. Työstökonetta, jota käytetään viiden akselin koneistukseen, joka käyttää lineaarista interpolaatioliikettä missä tahansa viidessä X, Y, Z, A, B ja C koordinaatissa, kutsutaan yleensä viisiakseliseksi työstökoneeksi tai viisiakseliseksi työstökeskukseksi. Mutta ymmärrätkö todella viiden akselin koneistuksen?
Viiden akselin teknologian kehitys
Viiden akselin linkitys CNC on vaikein ja laajimmin käytetty tekniikka CNC-tekniikassa. Se integroi tietokoneohjauksen, tehokkaan servokäytön ja tarkkuustyöstötekniikan, ja sitä käytetään monimutkaisten pintojen tehokkaaseen, täsmälliseen ja automatisoituun koneistukseen. Kansainvälisesti viisiakselista CNC-tekniikkaa pidetään symbolina maan tuotantolaitteiden automaatioteknologian tasosta. Erityisasemansa, erityisesti sen merkittävän vaikutuksensa ilmailu-, ilmailu- ja sotilasteollisuuteen sekä teknologisen monimutkaisuuden vuoksi kehittyneet länsimaiset teollisuusmaat ovat aina ottaneet käyttöön vientilisenssijärjestelmän viiden akselin CNC-järjestelmille strategisina materiaaleina. Verrattuna kolmiakseliseen CNC-koneistukseen, tekniikan ja ohjelmoinnin näkökulmasta, 5-akselin CNC-työstöllä monimutkaisiin pintoihin on seuraavat edut: 1 Paranna käsittelyn laatua ja tehokkuutta. 2. Laajenna prosessin alaa. 3. Tapaa komposiittikehityksen uusi suunta. Kuitenkin johtuen häiriöistä ja työkalun sijainnin ohjauksesta työstötilassa, CNC-ohjelmointi, CNC-järjestelmä ja viisiakselisen CNC-työstön konerakenne ovat paljon monimutkaisempia kuin kolmiakselisten työstökoneiden. Joten, viisi akselia on helppo sanoa, mutta se on todella vaikea saavuttaa! Lisäksi se on vielä vaikeampaa toimia ja soveltaa tehokkaasti!
Viidestä akselista puhuttaessa minun on sanottava, onko se totta vai tarua? Suurin ero tosi ja epätosi 5-akselin välillä on, onko sillä RTCP-toiminto. Siksi toimittaja etsi erityisesti tätä sanaa! RTCP, selitä, että Fidian RTCP tarkoittaa "Rotating Tool Center Point", joka tarkoittaa kirjaimellisesti "pyörivää työkalun keskustaa". Teollisuudessa sitä käännetään usein hieman "työkalukeskuksen ympärillä pyöriväksi", ja jotkut ihmiset kääntävät sen suoraan "ohjelmoimiseksi työkalukeskuksen ympäri". Itse asiassa tämä on vain RTCP:n tulos. PA:n RTCP on lyhenne sanoista "Reaaliaikainen työkalun keskipisteen kierto" ensimmäisistä sanoista. Heidelberg viittasi samanlaiseen päivitystekniikkaan kuin TCPM, joka tarkoittaa Tool Center Point Managementia. Jotkut valmistajat viittaavat samankaltaisiin tekniikoihin kuin TCPC, joka tarkoittaa "Tool Center Point Control" tai työkalun keskipisteen ohjaus.
Fidian RTCP:n kirjaimellisesta merkityksestä, olettaen, että RTCP-toiminto suoritetaan manuaalisesti kiinteässä pisteessä, työkalun keskipiste ja todellinen kosketuspiste työkalun ja työkappaleen pinnan välillä pysyvät ennallaan. Tässä vaiheessa työkalun keskipiste osuu normaaliin työkalun ja työkappaleen pinnan väliseen todelliseen kosketuspisteeseen, ja työkalun pidike pyörii työkalun keskipisteen ympäri. Kuulapääjyrsissä työkalun keskipiste on CNC-koodin tavoiteratapiste. Jotta saavutettaisiin tavoite yksinkertaisesti kiertää työkalun pidikettä tavoiteradan pisteen (eli työkalun keskipisteen) ympäri RTCP-toiminnon aikana, on välttämätöntä kompensoida reaaliajassa pyörimisen aiheuttama työkalun keskipisteen koordinaattien siirtymä. työkalun pidikkeestä. Vain tällä tavalla työkalun pidikkeen ja normaalin välistä kulmaa työkalun ja työkappaleen pinnan todellisessa kosketuspisteessä voidaan muuttaa samalla, kun työkalun keskipiste ja työkalun ja työkappaleen pinnan välinen todellinen kosketuspiste pysyy muuttumattomina, mikä maksimoi. pallon päätytyökalun leikkaustehokkuus ja häiriön tehokas välttäminen. Siksi RTCP näyttää keskittyneen enemmän seisomaan työkalun keskipisteessä (eli CNC-koodin tavoiteratapisteessä) ja käsittelemään kiertokoordinaattien muutoksia.
Viisiakselisten työstökoneiden ja CNC-järjestelmien, joissa ei ole RTCP:tä, on turvauduttava CAM-ohjelmointiin ja jälkikäsittelyyn, joka suunnittelee työkalun radan etukäteen. Jos työstökonetta tai työkalua vaihdetaan samalle osalle, CAM-ohjelmointi ja jälkikäsittely on suoritettava uudelleen, joten sitä voidaan kutsua vain väärennetyksi viisiakseliksi. Monet kotimaiset viisiakseliset CNC-työstökoneet ja -järjestelmät kuuluvat tämän tyyppisiin väärennettyihin viisiakselisiin. Tietysti on ymmärrettävää, että muut kutsuvat itseään viiden akselin kytkennäksi, mutta tämä väärennetty viisiakselinen ei ole todellinen viisiakselinen! Siksi toimittaja konsultoi myös alan asiantuntijoita. Lyhyesti sanottuna todellinen viisi akselia viittaa viiden akselin viiteen kytkentään, kun taas väärä viisi akselia voi olla viiden akselin 3 kytkentä, ja kaksi muuta akselia palvelevat vain paikannustoimintoa!
Tämä on yleinen sanonta, ei standardoitu. Yleisesti ottaen viisiakselisia työstökoneita on kahta tyyppiä: yksi on viiden akselin linkitys, mikä tarkoittaa, että kaikki viisi akselia voidaan yhdistää samanaikaisesti, ja toinen on viiden akselin paikoituskoneistus. Itse asiassa se on viiden akselin kolmikytkentäinen, mikä tarkoittaa, että kaksi pyörivää akselia voi pyöriä ja asemoida, ja vain kolme akselia voidaan yhdistää samanaikaisesti. Tämän tyyppinen viisiakselinen työstökone, joka tunnetaan yleisesti nimellä 3+2-tila, voidaan ymmärtää myös vääräksi viisiakseliseksi.
Viiden akselin CNC-työstökoneiden nykymuoto
Työstökoneiden valmistajat ovat 5-akselin työstökeskusten mekaanisessa suunnittelussa aina olleet sitoutuneet kehittämään uusia liiketiloja eri vaatimusten täyttämiseksi. Kun otetaan huomioon tällä hetkellä markkinoilla olevat erityyppiset viisiakseliset työstökoneet, vaikka niiden mekaaniset rakenteet ovat erilaisia, niitä on pääasiassa useita muotoja: kaksi pyörivää koordinaattia ohjaa suoraan työkalun akselin suuntaa (kaksoisheilurimuoto), kaksi koordinaattiakselia on työkalun yläosa, mutta ei kohtisuorassa lineaariseen akseliin nähden (pysty heilurimuoto), kaksi pyörivää koordinaattia ohjaavat suoraan tilan pyörimistä (kaksoispyörivä pöytämuoto), kaksi koordinaattiakselia ovat työpöydällä, mutta eivät kohtisuorassa lineaariseen akseliin (pystysuora) työpenkkimuoto), kaksi pyörivää koordinaattia vaikuttaa työkaluun, yksi työkappaleeseen (yksi heiluri ja yksi kiertomuoto) ja niin edelleen.
Vaikeudet ja esteet viiden akselin CNC-tekniikan kehittämisessä
Jokainen on jo pitkään tunnustanut viiden akselin CNC-tekniikan paremmuuden ja tärkeyden. Mutta toistaiseksi viiden akselin CNC-tekniikan soveltaminen on edelleen rajoitettu muutamaan taloudellisesti vahvaan osastoon, ja ratkaisemattomia ongelmia on edelleen.
Viiden akselin CNC-ohjelmoinnin abstrakti ja vaikea käyttö
Tämä on päänsärky jokaiselle perinteiselle CNC-ohjelmoijalle. Kolmiakselisilla työstökoneilla on vain lineaariset koordinaattiakselit, kun taas viiden akselin CNC-työstökoneilla on erilaisia rakenteellisia muotoja; Sama NC-koodi voi saavuttaa saman työstövaikutuksen eri kolmiakselisissa CNC-työstökoneissa, mutta tietyn tyyppisen viisiakselisen työstökoneen NC-koodia ei voida soveltaa kaikkiin viisiakselisiin työstökoneisiin. Lineaarisen liikkeen lisäksi CNC-ohjelmoinnin on koordinoitava myös asiaankuuluvia pyörimisliikkeen laskelmia, kuten kiertokulman iskun tarkastus, epälineaarisen virheen todentaminen, työkalun pyörimisliikkeen laskeminen jne. Käsiteltävän tiedon määrä on suuri ja CNC-ohjelmointi on erittäin tehokasta. abstrakti.
Viisiakselisen CNC-koneistuksen käyttö- ja ohjelmointitaidot liittyvät läheisesti toisiinsa. Jos käyttäjät lisäävät työstökoneeseen erikoistoimintoja, ohjelmointi ja käyttö on monimutkaisempaa. Ohjelmointi ja käyttäjät voivat hallita tarvittavat tiedot ja taidot vain toistuvalla harjoittelulla. Kokeneiden ohjelmoijien ja operaattoreiden puute on suuri este viisiakselisen CNC-tekniikan yleistymiselle. Monet kotimaiset valmistajat ovat ostaneet viisiakselisia CNC-työstökoneita ulkomailta. Riittämättömän teknisen koulutuksen ja palveluiden vuoksi viisiakselisten CNC-työstökoneiden luontaisia toimintoja on vaikea saavuttaa ja työstökoneiden käyttöaste on erittäin alhainen. Monissa tilanteissa on parempi käyttää kolmiakselisia työstökoneita. Vaatimukset NC-interpolointiohjaimille ja servokäyttöjärjestelmille ovat erittäin tiukat; Viisiakselisen työstökoneen liike on viiden koordinaattiakselin liikkeen yhdistelmä. Pyörivien koordinaattien lisääminen ei ainoastaan lisää interpolointitoimintojen taakkaa, vaan myös vähentää merkittävästi koneistustarkkuutta pyörivien koordinaattien pienistä virheistä johtuen. Siksi vaaditaan, että ohjaimella on suurempi toimintatarkkuus. Viisiakselisen työstökoneen liikeominaisuudet edellyttävät servokäyttöjärjestelmältä hyvät dynaamiset ominaisuudet ja laajan nopeusalueen.
Viiden akselin CNC:n NC-ohjelman tarkistus on erityisen tärkeä
Mekaanisen käsittelyn tehokkuuden parantamiseksi on kiireellisesti poistettava perinteinen "koeleikkausmenetelmä" -varmennusmenetelmä. Viisiakselisessa CNC-työstössä myös NC-ohjelman varmentamisesta on tullut erittäin tärkeä, koska tavallisesti viisiakselisilla CNC-työstökoneilla työstetty työkappale on erittäin kallista ja törmäys on yleinen ongelma viisiakselisessa CNC-työstyksessä: työkalu leikkaa koneeseen. työkappale; Työkalu törmää työkappaleeseen erittäin suurella nopeudella; Törmäys leikkaustyökalujen, työstökoneiden, kiinnikkeiden ja muiden käsittelyalueella olevien laitteiden välillä; Liikkuvien osien ja työstökoneen kiinteiden osien tai työkappaleiden välinen törmäys. Viiden akselin CNC:ssä törmäyksen ennustaminen on vaikeaa, ja varmennusohjelman on analysoitava kattavasti työstökoneen kinematiikka ja ohjausjärjestelmä.
Jos CAM-järjestelmä havaitsee virheen, se voi välittömästi käsitellä työkalun polun; Mutta jos koneistuksen aikana havaitaan NC-ohjelmavirheitä, työkalun rataa ei voida muuttaa suoraan kuten kolmiakselisessa CNC:ssä. Kolmiakselisessa työstökoneessa käyttäjä voi suoraan muokata parametreja, kuten työkalun sädettä. Viiden akselin koneistuksessa tilanne ei ole näin yksinkertainen, koska työkalun koon ja aseman muutokset vaikuttavat suoraan myöhempään pyörimisliikerataan.
Työkalun sädekorjaus
Viiden akselin kytkennän NC-ohjelmassa työkalun pituuskorjaus on edelleen voimassa, mutta työkalun sädekorjaus on tehoton. Käytettäessä lieriömäisiä jyrsimiä kosketusmuovausjyrsintään, on kehitettävä erilaisia ohjelmia halkaisijaltaan eri työkaluille. Tällä hetkellä suositut CNC-järjestelmät eivät pysty suorittamaan työkalun sädekorjausta loppuun, koska ISO-tiedosto ei tarjoa riittävästi tietoja työkalun sijainnin uudelleen laskemiseen. Käyttäjien on vaihdettava työkaluja usein tai säädettävä työkalujen tarkka koko CNC-työstön aikana. Normaalien käsittelymenettelyjen mukaisesti työkalun liikerata tulee lähettää takaisin CAM-järjestelmään uudelleenlaskentaa varten. Tämän seurauksena koko käsittelyprosessin tehokkuus on erittäin alhainen.
Norjalaiset tutkijat kehittävät tähän ongelmaan väliaikaista ratkaisua nimeltä LCOPS (Low Cost Optimized Production Strategy). Työkalun liikeradan korjaukseen tarvittavat tiedot välitetään CNC-sovelluksesta CAM-järjestelmään ja laskettu työkalun liikerata lähetetään suoraan säätimeen. LCOPS vaatii kolmannen osapuolen CAM-ohjelmiston, joka voidaan liittää suoraan CNC-työstökoneisiin ja joka lähettää CAM-järjestelmätiedostoja ISO-koodien sijaan. Lopullinen ratkaisu tähän ongelmaan riippuu uuden sukupolven CNC-ohjausjärjestelmän käyttöönotosta, joka pystyy tunnistamaan työkappaleen mallitiedostot yleisissä muodoissa (kuten STEP) tai CAD-järjestelmätiedostot.
Postiprosessorit
Ero viisiakselisen työstökoneen ja kolmiakselisen työstökoneen välillä on se, että sillä on myös kaksi pyörimiskoordinaattia. Työkalun asema muunnetaan työkappaleen koordinaattijärjestelmästä koneen koordinaatistoon, ja välissä tarvitaan useita koordinaattimuunnoksia. Markkinoilla suosittua jälkiprosessorigeneraattoria hyödyntämällä on mahdollista luoda jälkiprosessori kolmiakseliseen CNC-työstökoneeseen syöttämällä vain koneen perusparametrit. Viisiakselisia CNC-työstökoneita varten on tällä hetkellä vain joitain parannettuja jälkiprosessoreita. Viisiakselisen CNC-työstökoneen jälkiprosessori vaatii edelleen kehittämistä.
Kun käytetään kolmiakselista vivustoa, työkappaleen alkupisteen sijaintia työstökoneen työpenkissä ei tarvitse ottaa huomioon työkalun liikeradassa. Postprosessori voi automaattisesti käsitellä työkappaleen koordinaattijärjestelmän ja työstökoneen koordinaattijärjestelmän välistä suhdetta. Viiden akselin vivustoille, kuten koneistukseen vaakasuuntaisella jyrsimellä, jossa on X-, Y-, Z-, B- ja C-vivusto, työkappaleen asemamitat C-kääntöpöydällä ja asemamitat B- ja C-kääntöpöydän välillä on oltava samat. otetaan huomioon työkaluratoja luotaessa. Työntekijät käyttävät yleensä paljon aikaa näiden sijaintisuhteiden käsittelyyn työkappaleita kiinnittäessään. Jos jälkiprosessori pystyy käsittelemään nämä tiedot, työkappaleiden asennus ja työkalun liikeratojen käsittely yksinkertaistuvat huomattavasti; Kiinnitä vain työkappale työpenkkiin, mittaa työkappaleen koordinaattijärjestelmän sijainti ja suunta, syötä nämä tiedot jälkiprosessoriin ja suorita jälkikäsittely työkaluradalla oikean NC-ohjelman saamiseksi.
Epälineaarinen virhe ja singulaarisuusongelmat
Pyörimiskoordinaattien käyttöönoton ansiosta viisiakselisen CNC-työstökoneen kinematiikka on paljon monimutkaisempi kuin kolmiakselisen työstökoneen. Ensimmäinen kiertoon liittyvä ongelma on epälineaarinen virhe. Epälineaariset virheet tulisi katsoa ohjelmointivirheiksi ja niitä voidaan hallita pienentämällä askeletäisyyttä. Esilaskentavaiheessa ohjelmoijat eivät voi määrittää epälineaaristen virheiden suuruutta. Epälineaariset virheet voidaan laskea vasta kun koneohjelma on generoitu jälkiprosessorin kautta. Työkalun liikeradan linearisointi voi ratkaista tämän ongelman. Jotkut ohjausjärjestelmät voivat linearisoida työkalun radan koneistuksen aikana, mutta se tehdään yleensä jälkiprosessorissa.
Toinen pyörimisakselin aiheuttama ongelma on singulaarisuus. Jos singulaarisuus on pyörimisakselin raja-asennossa, mikä tahansa pieni värähtely singulaarisuuden lähellä voi aiheuttaa kiertoakselin 180 asteen kääntymisen, mikä on melko vaarallista.
Merkittävä investointi työstökoneiden hankintaan
Aiemmin viisiakselisten työstökoneiden ja kolmiakselisten työstökoneiden välillä oli merkittävä hintaero. Nykyään pyörivän akselin lisääminen kolmiakseliseen työstökoneeseen on periaatteessa tavallisen kolmiakselisen työstökoneen hinta, jolla voidaan saavuttaa moniakselisen työstökoneen toiminnot. Samaan aikaan viisiakselisen työstökoneen hinta on vain 30–50 % korkeampi kuin kolmiakselisen työstökoneen. Itse työstökoneinvestoinnin lisäksi on tarpeen päivittää CAD/CAM-järjestelmäohjelmisto ja jälkiprosessori vastaamaan viiden akselin koneistuksen vaatimuksia; Varmennusohjelma on päivitettävä, jotta koko työstökoneen simulointi voidaan käsitellä.
Viisiakselisten työstökoneiden tulevaisuuden kehityssuuntaukset
Viiden akselin työstökeskus on erittäin tarkka ja tehokas CNC-työstölaite, joka pystyy suorittamaan koneistustoimintoja useisiin suuntiin ja jota käytetään laajalti ilmailuteollisuudessa, autoteollisuudessa, muottien käsittelyssä ja muilla aloilla. Valmistuksen ja teknologisen kehityksen jatkuvan kehityksen myötä viisiakseliset työstökeskukset kehittyvät ja innovoivat jatkuvasti, ja ne osoittavat joitain ilmeisiä kehitystrendejä ja innovatiivisia suuntauksia.
Ensinnäkin yksi kehitystrendeistä on älykkyys ja automaatio. Tekoälyn, big datan ja pilvitekniikan kaltaisten teknologioiden jatkuvan kehityksen myötä myös koneistuskeskukset ovat siirtymässä kohti älykkyyttä ja automaatiota. Älykkäillä ohjausjärjestelmillä ja automaatiolaitteilla voidaan saavuttaa laitteiden automaattinen säätö, valvonta ja huolto, mikä parantaa tuotannon tehokkuutta ja prosessointitarkkuutta, vähentää ihmisen väliintuloa, alentaa työvoimakustannuksia ja saavuttaa älykkään tuotannon.
Toiseksi toinen kehitystrendi on kohti monitoiminnallisuutta ja joustavuutta. Markkinoiden kysynnän monipuolistuessa ja personoituessa valmistavalla teollisuudella on yhä korkeammat vaatimukset laitteille. Koneistuskeskuksen ei tarvitse olla ainoastaan erittäin tarkkoja ja tehokkaita työstöominaisuuksia, vaan sillä on oltava myös monikäyttöisyys ja joustavuus sopeutuakseen eri muotojen ja materiaalien koneistustarpeisiin. Siksi tulevaisuus kehittyy kohti monitoimivuutta ja joustavuutta, jolla voidaan saavuttaa erilaisia käsittelytoimintoja