Sapete che esistono molti tipi di macchine utensili a cinque assi?
La lavorazione a cinque assi, come suggerisce il nome, è una modalità di lavorazione CNC. La macchina utensile utilizzata per la lavorazione a cinque assi, che utilizza il movimento di interpolazione lineare in cinque coordinate qualsiasi di X, Y, Z, A, B e C, viene solitamente definita macchina utensile a cinque assi o centro di lavoro a cinque assi. Ma capisci davvero la lavorazione a cinque assi?
Lo sviluppo della tecnologia a cinque assi
Per decenni si è creduto ampiamente che la tecnologia di lavorazione CNC a cinque assi fosse l’unico mezzo per lavorare superfici continue, lisce e complesse. Quando le persone incontrano problemi irrisolvibili nella progettazione e produzione di superfici complesse, si rivolgono alla tecnologia di lavorazione a cinque assi. Ma... Il CNC con collegamento a cinque assi è la tecnologia più difficile e ampiamente utilizzata nella tecnologia CNC. Integra il controllo computerizzato, il servoazionamento ad alte prestazioni e la tecnologia di lavorazione di precisione e viene applicato alla lavorazione efficiente, precisa e automatizzata di superfici complesse. A livello internazionale, la tecnologia CNC con collegamento a cinque assi è considerata un simbolo del livello di tecnologia di automazione delle apparecchiature di produzione di un paese. A causa del suo status speciale, in particolare del suo impatto significativo sull’industria aeronautica, aerospaziale e militare, nonché della sua complessità tecnologica, i paesi industriali occidentali sviluppati hanno sempre implementato un sistema di licenze di esportazione per i sistemi CNC a cinque assi come materiali strategici. Rispetto alla lavorazione CNC con collegamento a tre assi, dal punto di vista della tecnologia e della programmazione, l'utilizzo della lavorazione CNC a cinque assi per superfici complesse presenta i seguenti vantaggi: 1) miglioramento della qualità e dell'efficienza della lavorazione 2) ampliamento della gamma di processi 3) rispetto della nuova direzione di sviluppo composito
La lavorazione CNC a cinque assi è molto più complessa in termini di programmazione CNC, sistema CNC e struttura della macchina rispetto alle macchine utensili a tre assi a causa delle interferenze e del controllo della posizione dell'utensile nello spazio di lavorazione. Quindi i cinque assi sono facili a dirsi, ma è davvero difficile metterli in pratica! Inoltre, è ancora più difficile da operare e applicare in modo efficace!
Parlando dei Cinque Assi devo dire se è vero o falso? La differenza principale tra l'asse 5- vero e quello falso è se ha la funzione RTCP. Pertanto, l'editor ha cercato appositamente questa parola! RTCP, si prega di spiegare che RTCP di Fidia sta per "Rotating Tool Center Point", che letteralmente significa "centro dell'utensile rotante". Nel settore, viene spesso tradotto leggermente come "rotazione attorno al centro utensile" e alcune persone lo traducono direttamente come "programmazione attorno al centro utensile". In realtà, questo è solo il risultato di RTCP. L'RTCP di PA è l'abbreviazione delle prime parole di "Rotazione del punto centrale dell'utensile in tempo reale". Heidelberg si riferiva a una tecnologia di aggiornamento simile come TCPM, che sta per Tool Center Point Management. Alcuni produttori si riferiscono a tecnologie simili come TCPC, che sta per "Tool Center Point Control" o controllo del punto centrale dell'utensile. Dal significato letterale dell'RTCP di Fidia, presupponendo che la funzione RTCP venga eseguita manualmente in un punto fisso, il punto centrale dell'utensile e il punto di contatto effettivo tra l'utensile e la superficie del pezzo rimarranno invariati. A questo punto, il punto centrale dell'utensile cade sulla normale al punto di contatto effettivo tra l'utensile e la superficie del pezzo e il portautensile ruoterà attorno al punto centrale dell'utensile. Per le frese con estremità sferica, il punto centrale dell'utensile è il punto della traiettoria target del codice CNC. Per raggiungere l'obiettivo di ruotare semplicemente il portautensile attorno al punto della traiettoria target (ovvero il punto centrale dell'utensile) durante la funzione RTCP, è necessario compensare in tempo reale l'offset delle coordinate del punto centrale dell'utensile causato dalla rotazione del portautensili. Solo allora è possibile modificare l'angolo tra il portautensile e la normale al punto di contatto effettivo tra l'utensile e la superficie del pezzo, mantenendo invariati il punto centrale dell'utensile e il punto di contatto effettivo tra l'utensile e la superficie del pezzo. Per massimizzare l'efficienza di taglio di frese a sfera ed evitare efficacemente le interferenze. Pertanto, RTCP sembra essere più focalizzato sullo stare al centro dell'utensile (cioè il punto della traiettoria target del codice CNC), gestendo i cambiamenti nelle coordinate di rotazione. Le macchine utensili a cinque assi e i sistemi CNC senza RTCP devono fare affidamento sulla programmazione CAM e sulla post-elaborazione, pianificando in anticipo il percorso utensile. Per lo stesso pezzo, se la macchina utensile o l'utensile viene cambiato, è necessario eseguire nuovamente la programmazione CAM e la post-elaborazione, quindi può essere chiamato solo un falso cinque assi. Molte macchine utensili e sistemi CNC domestici a cinque assi appartengono a questo tipo di falsi cinque assi. Naturalmente, è comprensibile che altri insistano nel definirsi un collegamento a cinque assi, ma questi (falsi) cinque assi non sono i (veri) cinque assi!
Pertanto, l'editore ha consultato anche esperti del settore. In breve, i veri cinque assi si riferiscono al collegamento a cinque assi cinque, mentre i falsi cinque assi possono essere i collegamenti a cinque assi tre e gli altri due assi servono solo alla funzione di posizionamento! Questo è un detto comune, non standardizzato. In generale, esistono due tipi di macchine utensili a cinque assi: una è collegata a cinque assi, il che significa che tutti e cinque gli assi possono essere collegati contemporaneamente, e l'altra è la lavorazione di posizionamento a cinque assi. In effetti, si tratta di un collegamento a cinque assi e tre, il che significa che due assi rotanti possono ruotare e posizionarsi e solo tre assi possono essere collegati contemporaneamente. Questo tipo di macchina utensile a cinque assi, comunemente nota come modalità 3+2, può anche essere intesa come un falso cinque assi.
La forma attuale delle macchine utensili CNC a cinque assi
Nella progettazione meccanica dei centri di lavoro ad assi 5-, i produttori di macchine utensili si sono sempre impegnati a sviluppare nuove modalità di movimento per soddisfare diversi requisiti. Considerando le varie tipologie di macchine utensili a cinque assi attualmente disponibili sul mercato, nonostante le loro strutture meccaniche siano diverse, si distinguono principalmente le seguenti forme:
Due coordinate di rotazione controllano direttamente la direzione dell'asse dell'utensile (forma a doppio pendolo)
Nella parte superiore dello strumento sono presenti due assi di coordinate, ma l'asse di rotazione non è perpendicolare all'asse rettilineo (tipo a pendolo verticale)
Due coordinate di rotazione controllano direttamente la rotazione dello spazio (sotto forma di doppia piattaforma girevole)
Due assi di coordinate sul banco di lavoro, ma l'asse di rotazione non è perpendicolare all'asse rettilineo (banco di lavoro verticale)
Nelle strutture delle macchine utensili a cinque assi sono state osservate due coordinate di rotazione, una che agisce sull'utensile e l'altra sul pezzo (sotto forma di un'oscillazione e una rotazione). Crediamo che dovremmo capire cosa si muove la macchina utensile a cinque assi e come si muove.
Le difficoltà e gli ostacoli nello sviluppo della tecnologia CNC a cinque assi
Tutti riconoscono da tempo la superiorità e l’importanza della tecnologia CNC a cinque assi. Ma finora, l’applicazione della tecnologia CNC a cinque assi è ancora limitata a pochi dipartimenti finanziariamente forti e ci sono ancora problemi irrisolti.
Di seguito, l'editore ha raccolto alcune difficoltà e ostacoli per vedere se corrispondono alla tua situazione?
Il funzionamento astratto e difficile della programmazione CNC a cinque assi è un grattacapo per ogni programmatore CNC tradizionale. Le macchine utensili a tre assi hanno solo assi di coordinate lineari, mentre le macchine utensili CNC a cinque assi hanno varie forme strutturali; Lo stesso codice NC può ottenere lo stesso effetto di lavorazione su diverse macchine utensili CNC a tre assi, ma il codice NC di un certo tipo di macchina utensile a cinque assi non può essere applicato a tutti i tipi di macchine utensili a cinque assi. Oltre al movimento lineare, la programmazione CNC deve anche coordinare i calcoli rilevanti del movimento rotatorio, come l'ispezione della corsa dell'angolo di rotazione, la verifica degli errori non lineari, il calcolo del movimento di rotazione dell'utensile, ecc. La quantità di informazioni elaborate è ampia e la programmazione CNC è estremamente astratto. Le capacità operative e di programmazione della lavorazione CNC a cinque assi sono strettamente correlate. Se gli utenti aggiungono funzioni speciali alla macchina utensile, la programmazione e il funzionamento saranno più complessi. Solo attraverso la pratica ripetuta la programmazione e gli operatori possono acquisire le conoscenze e le competenze necessarie. La mancanza di programmatori e operatori esperti rappresenta un grave ostacolo alla divulgazione della tecnologia CNC a cinque assi. Molti produttori nazionali hanno acquistato macchine utensili CNC a cinque assi dall'estero. A causa della formazione tecnica e dei servizi inadeguati, le funzioni inerenti delle macchine utensili CNC a cinque assi sono difficili da ottenere e il tasso di utilizzo delle macchine utensili è molto basso. In molte situazioni è preferibile utilizzare macchine utensili a tre assi. I requisiti per i controller di interpolazione NC e i sistemi di servoazionamento sono molto severi. Il movimento di una macchina utensile a cinque assi è una combinazione di movimenti di cinque assi coordinati. L'aggiunta di coordinate rotanti non solo aumenta il carico delle operazioni di interpolazione, ma riduce anche significativamente la precisione della lavorazione a causa di piccoli errori nelle coordinate rotanti. Pertanto, è necessario che il controller abbia una maggiore precisione operativa. Le caratteristiche di movimento di una macchina utensile a cinque assi richiedono che il sistema di servoazionamento abbia buone caratteristiche dinamiche e un ampio intervallo di velocità.
La verifica del programma NC del CNC a cinque assi è particolarmente importante
Per migliorare l'efficienza delle lavorazioni meccaniche, è urgente eliminare il tradizionale metodo di verifica del "metodo di prova del taglio". Nella lavorazione CNC a cinque assi, anche la verifica del programma NC è diventata molto importante, perché il pezzo solitamente lavorato dalle macchine utensili CNC a cinque assi è molto costoso e la collisione è un problema comune nella lavorazione CNC a cinque assi: l'utensile taglia nel pezzo; L'utensile urta il pezzo ad altissima velocità; Collisione tra utensili da taglio, macchine utensili, attrezzature e altre attrezzature all'interno del campo di lavorazione; Collisione tra parti mobili e parti fisse o pezzi in lavorazione sulla macchina utensile. Nel CNC a cinque assi, la previsione delle collisioni è difficile e il programma di verifica deve analizzare in modo completo la cinematica e il sistema di controllo della macchina utensile. Se il sistema CAM rileva un errore, può elaborare immediatamente il percorso utensile; Ma se durante il processo di lavorazione vengono rilevati errori nel programma NC, il percorso utensile non può essere modificato direttamente come nel CNC a tre assi. Su una macchina utensile a tre assi, l'operatore può modificare direttamente parametri come il raggio dell'utensile. Nella lavorazione a cinque assi, la situazione non è così semplice perché i cambiamenti nelle dimensioni e nella posizione dell'utensile hanno un impatto diretto sulla successiva traiettoria del movimento rotatorio.
Compensazione del raggio utensile
Nel programma NC con collegamento a cinque assi, la funzione di compensazione della lunghezza dell'utensile è ancora efficace, ma la compensazione del raggio dell'utensile è inefficace. Quando si utilizzano frese cilindriche per la fresatura a contatto, è necessario sviluppare programmi diversi per utensili con diametri diversi. I sistemi CNC attualmente più diffusi non sono in grado di completare la compensazione del raggio utensile perché il file ISO non fornisce dati sufficienti per ricalcolare la posizione dell'utensile. Gli utenti devono cambiare frequentemente gli utensili o regolare la dimensione esatta degli utensili durante la lavorazione CNC. Secondo le normali procedure di lavorazione, la traiettoria dell'utensile dovrebbe essere rinviata al sistema CAM per il ricalcolo. Di conseguenza, l’efficienza dell’intero processo di lavorazione è molto bassa. I ricercatori norvegesi stanno sviluppando una soluzione temporanea a questo problema chiamata LCOPS (Low Cost Optimized Production Strategy). I dati richiesti per la correzione della traiettoria dell'utensile vengono trasmessi dall'applicazione CNC al sistema CAM e la traiettoria dell'utensile calcolata viene inviata direttamente al controller. LCOPS richiede un software CAM di terze parti che possa essere collegato direttamente alle macchine utensili CNC, trasmettendo file di sistema CAM anziché codici ISO. La soluzione definitiva a questo problema dipende dall'introduzione di un sistema di controllo CNC di nuova generazione, in grado di riconoscere file di modelli di pezzi in formati comuni (come STEP) o file di sistema CAD.
Postprocessori
La differenza tra una macchina utensile a cinque assi e una macchina utensile a tre assi è che anch'essa ha due coordinate di rotazione. La posizione dell'utensile viene convertita dal sistema di coordinate del pezzo al sistema di coordinate della macchina e nel frattempo sono necessarie diverse trasformazioni di coordinate. Utilizzando il popolare generatore di post processore sul mercato, è possibile generare un post processore per una macchina utensile CNC a tre assi semplicemente inserendo i parametri di base della macchina utensile. Per le macchine utensili CNC a cinque assi, attualmente esistono solo alcuni post processori migliorati. Il post processore della macchina utensile CNC a cinque assi necessita ancora di ulteriori sviluppi.
Quando si utilizza il collegamento a tre assi, non è necessario considerare la posizione dell'origine del pezzo sul banco di lavoro della macchina utensile nella traiettoria dell'utensile. Il post processore può gestire automaticamente la relazione tra il sistema di coordinate del pezzo e il sistema di coordinate della macchina utensile. Per il collegamento a cinque assi, come la lavorazione su una fresatrice orizzontale con collegamento a cinque assi X, Y, Z, B e C, le dimensioni di posizione del pezzo sulla tavola girevole C e le dimensioni di posizione tra le tavole girevoli B e C devono essere considerato durante la generazione dei percorsi utensile. Di solito i lavoratori dedicano molto tempo a gestire queste relazioni di posizione durante il bloccaggio dei pezzi. Se il post processore è in grado di elaborare questi dati, l'installazione dei pezzi e l'elaborazione delle traiettorie degli utensili saranno notevolmente semplificate; È sufficiente fissare il pezzo sul banco di lavoro, misurare la posizione e la direzione del sistema di coordinate del pezzo, inserire questi dati nel post processore ed eseguire la post elaborazione sul percorso utensile per ottenere il programma NC appropriato.
Problemi di errore non lineare e di singolarità
A causa dell'introduzione delle coordinate di rotazione, la cinematica di una macchina utensile CNC a cinque assi è molto più complessa di quella di una macchina utensile a tre assi. Il primo problema relativo alla rotazione è l'errore non lineare. Gli errori non lineari dovrebbero essere attribuiti a errori di programmazione e possono essere controllati riducendo la distanza del passo. Nella fase di precalcolo, i programmatori non possono determinare l'entità degli errori non lineari. Solo dopo aver generato il programma macchina tramite il post processore è possibile calcolare gli errori non lineari. La linearizzazione della traiettoria dell'utensile può risolvere questo problema. Alcuni sistemi di controllo possono linearizzare il percorso utensile durante la lavorazione, ma di solito ciò avviene nel post processore. Un altro problema causato dall'asse di rotazione è la singolarità. Se la singolarità si trova nella posizione limite dell'asse di rotazione, qualsiasi piccola oscillazione vicino alla singolarità può causare un'inversione di 180 gradi dell'asse di rotazione, il che è piuttosto pericoloso.
Requisiti per i sistemi CAD/CAM
Per il funzionamento della lavorazione pentaedrica, gli utenti devono fare affidamento su sistemi CAD/CAM maturi e disporre di programmatori esperti per utilizzare il sistema CAD/CAM.
