Gia công 5 trục, như tên của nó, là một chế độ gia công CNC. Chuyển động nội suy tuyến tính của 5 tọa độ bất kỳ trong số X, Y, Z, A, B và C. Máy công cụ được sử dụng để gia công năm trục thường được gọi là máy công cụ năm trục hoặc trung tâm gia công năm trục. Nhưng bạn có thực sự hiểu về gia công năm trục?
Phát triển công nghệ năm trục
Trong nhiều thập kỷ, người ta tin rằng công nghệ gia công CNC năm trục là cách duy nhất để gia công các bề mặt cong liên tục, mịn và phức tạp. Một khi mọi người gặp phải những vấn đề nan giải trong thiết kế và sản xuất các bề mặt cong phức tạp, họ sẽ chuyển sang công nghệ gia công năm trục. nhưng. . .
CNC liên kết năm trục là công nghệ khó nhất và được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ CNC. Nó tích hợp điều khiển máy tính, truyền động servo hiệu suất cao và công nghệ gia công chính xác, được sử dụng trong việc gia công hiệu quả, chính xác và tự động các bề mặt cong phức tạp. Trên bình diện quốc tế, công nghệ điều khiển số liên kết năm trục được coi là biểu tượng của trình độ công nghệ tự động hóa thiết bị sản xuất của một quốc gia. Do vị thế đặc biệt của nó, đặc biệt là ảnh hưởng quan trọng đến hàng không, vũ trụ, công nghiệp quân sự và kỹ thuật phức tạp, các nước công nghiệp phương Tây luôn thực hiện chế độ cấp phép xuất khẩu cho hệ thống CNC 5 trục như một vật liệu chiến lược.
So với gia công CNC ba trục, từ góc độ công nghệ và lập trình, gia công CNC năm trục cho các bề mặt cong phức tạp có những ưu điểm sau:
(1) Cải thiện chất lượng và hiệu quả xử lý
(2) Mở rộng phạm vi quy trình
(3) Đáp ứng hướng phát triển tổng hợp mới
Nhưng haha, nhưng một lần nữa. . . Do sự can thiệp và điều khiển vị trí của dao trong không gian gia công, gia công CNC năm trục có cấu trúc lập trình CNC, hệ thống và máy công cụ CNC phức tạp hơn nhiều so với máy công cụ ba trục. Vì vậy, ngũ trục nói thì dễ, nhưng thực ra mới khó! Ngoài ra, nó là khó khăn hơn để hoạt động tốt!
Nói đến năm trục, bạn phải nói đến năm trục đúng và sai? Sự khác biệt giữa trục 5 đúng và sai chủ yếu là liệu có chức năng RTCP hay không. Vì lý do này, trình soạn thảo đã đặc biệt tìm kiếm thuật ngữ này!
RTCP, giải thích, RTCP của Fidia là chữ viết tắt của “Rotational Tool Center Point”, nghĩa đen có nghĩa là “trung tâm công cụ xoay”, ngành công nghiệp có xu hướng hơi thoát khỏi nó là “xoay quanh trung tâm công cụ”, và một số người dịch nghĩa đen là “xoay công cụ “Lập trình trung tâm”, trên thực tế, đây chỉ là kết quả của RTCP. RTCP của PA là chữ viết tắt của một vài từ đầu tiên của “Vòng quay điểm trung tâm công cụ thời gian thực”. Heidenhain đề cập đến cái gọi là công nghệ nâng cấp tương tự như TCPM, là chữ viết tắt của “Tool Center Point Management”, quản lý điểm trung tâm công cụ. Các nhà sản xuất khác gọi công nghệ tương tự là TCPC, là chữ viết tắt của “Tool Center Point Control”, là điều khiển điểm trung tâm công cụ.
Từ nghĩa đen của RTCP của Fidia, giả sử rằng chức năng RTCP được thực hiện theo cách thủ công, điểm tâm dao và điểm tiếp xúc thực tế giữa dao và bề mặt phôi sẽ không thay đổi. Lúc này, điểm tâm dao rơi tại điểm tiếp xúc thực tế điểm giữa dao và bề mặt phôi. Giá đỡ dao sẽ quay xung quanh điểm tâm dao Đối với các dụng cụ đầu bi, điểm tâm dao là điểm theo dõi đích của mã CNC. Để đạt được mục đích cho phép người giữ dao chỉ cần quay quanh điểm quỹ đạo mục tiêu (tức là điểm trung tâm của dao) khi thực hiện chức năng RTCP, cần phải bù đắp cho phần bù của tọa độ tuyến tính của điểm tâm dao gây ra. bằng cách quay của gá dao trong thời gian thực. Nó có thể thay đổi góc giữa gá dao và pháp tuyến tại điểm tiếp xúc thực của dụng cụ và bề mặt phôi trong khi vẫn giữ điểm tâm dụng cụ và điểm tiếp xúc thực của dụng cụ và bề mặt phôi không thay đổi, để phát huy tác dụng cắt tốt nhất của dụng cụ mũi bi. Hiệu quả, và có hiệu quả tránh nhiễu và các tác động khác. Do đó, RTCP dường như đứng hơn về điểm trung tâm công cụ (nghĩa là điểm quỹ đạo mục tiêu của mã điều khiển số) để đối phó với sự thay đổi của tọa độ quay.
Máy công cụ năm trục và hệ thống điều khiển số không có RTCP phải dựa vào lập trình CAM và xử lý hậu kỳ, đồng thời lập kế hoạch trước đường đi của dao. Đối với cùng một bộ phận, nếu máy công cụ bị thay đổi hoặc công cụ bị thay đổi, Phải thực hiện lại lập trình CAM và gia công hậu kỳ, gọi là máy 5 trục giả, nhiều máy công cụ và hệ thống máy CNC 5 trục trong nước cũng thuộc loại máy 5 trục giả này. Tất nhiên, người ta cứ khăng khăng gọi mình là liên kết năm trục là điều dễ hiểu, nhưng năm trục (giả) này không phải là năm trục (thật) kia!
Vì vậy, người biên tập cũng đã tham khảo ý kiến của các chuyên gia trong ngành. Tóm lại, trục 5 thật là 5 trục và 5 liên kết, trong khi 5 trục giả có thể là liên kết 5 trục và 3 trục còn lại chỉ đóng vai trò định vị !
Đây là một câu nói phổ biến, không phải là một tiêu chuẩn. Nói chung, máy công cụ năm trục được chia thành hai loại: một là liên kết năm trục, tức là tất cả năm trục có thể được liên kết cùng một lúc, và loại còn lại là Xử lý định vị năm trục. Đây là liên kết ba trục năm trục: nghĩa là, hai trục quay được quay và định vị, và chỉ có thể xử lý đồng thời ba trục. Máy công cụ năm trục này thường được gọi là chế độ 3 + 2 có thể còn được hiểu là ngũ trục giả.
Hình thức hiện tại của máy công cụ CNC năm trục
Trong thiết kế cơ khí của các trung tâm gia công 5 trục, các nhà sản xuất máy công cụ luôn cam kết không ngừng phát triển các chế độ chuyển động mới để đáp ứng các yêu cầu khác nhau. Tóm lại, hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại máy công cụ năm trục, tuy có cấu tạo cơ khí khác nhau nhưng chủ yếu có các dạng sau:
Hai tọa độ quay điều khiển trực tiếp hướng của trục công cụ (dạng đầu xoay kép)
Hai trục tọa độ ở trên cùng của công cụ,
Nhưng trục quay không vuông góc với trục tuyến tính (kiểu đầu xoay kiểu sân)
Hai tọa độ quay trực tiếp điều khiển chuyển động quay của không gian (dạng bàn xoay kép)
Hai trục tọa độ nằm trên bàn làm việc,
Nhưng trục quay không vuông góc với trục tuyến tính (bàn làm việc kiểu cao độ)
Hai tọa độ quay tác động lên công cụ một,
Một tác động lên phôi (một lần xoay và một lần quay)
Sau khi nhìn thấy những máy công cụ năm trục này, tôi tin rằng chúng ta nên hiểu những gì và cách máy năm trục chuyển động.
Những khó khăn và vướng mắc trong phát triển công nghệ CNC 5 trục
Từ lâu mọi người đã nhận ra tính ưu việt và tầm quan trọng của công nghệ CNC 5 trục. Nhưng cho đến nay, việc ứng dụng công nghệ CNC năm trục vẫn còn hạn chế ở một số sở, ngành được hỗ trợ kinh phí tốt và vẫn còn những vướng mắc chưa được giải quyết.
Người biên tập dưới đây đã thu thập một số khó khăn và kháng cự để xem chúng có tương ứng với hoàn cảnh của bạn không?
Lập trình CNC năm trục trừu tượng và khó vận hành
Đây là một vấn đề đau đầu mà mọi lập trình viên CNC truyền thống đều cảm thấy sâu sắc. Máy công cụ ba trục chỉ có trục tọa độ tuyến tính, trong khi máy công cụ CNC năm trục có nhiều cấu trúc khác nhau; cùng một mã NC có thể đạt được hiệu quả xử lý giống nhau trên các máy công cụ CNC ba trục khác nhau, nhưng mã NC của một trục năm không thể áp dụng máy công cụ Tất cả các loại máy công cụ năm trục. Ngoài chuyển động thẳng, lập trình CNC còn phải phối hợp các tính toán liên quan của chuyển động quay, chẳng hạn như kiểm tra hành trình góc quay, kiểm tra lỗi phi tuyến tính, tính toán vòng quay của dao, … Lượng thông tin được xử lý rất lớn, và lập trình CNC là vô cùng trừu tượng.
Hoạt động của gia công CNC năm trục liên quan chặt chẽ đến kỹ năng lập trình, nếu người dùng thêm các chức năng đặc biệt vào máy công cụ thì việc lập trình và vận hành sẽ phức tạp hơn. Chỉ bằng cách thực hành lặp đi lặp lại, nhân viên lập trình và vận hành mới có thể nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết. Việc thiếu kinh nghiệm lập trình và vận hành là một trở ngại lớn cho việc phổ biến công nghệ CNC năm trục.
Nhiều nhà sản xuất trong nước đã mua máy công cụ CNC năm trục từ nước ngoài, do không được đào tạo kỹ thuật và dịch vụ không đầy đủ nên khó thực hiện được các chức năng vốn có của máy công cụ CNC năm trục và tỷ lệ sử dụng máy công cụ rất thấp. Trong nhiều trường hợp, tốt hơn là sử dụng máy công cụ ba trục.
Yêu cầu rất nghiêm ngặt đối với bộ điều khiển nội suy NC và hệ thống truyền động servo
Chuyển động của máy công cụ năm trục là sự kết hợp của năm chuyển động của trục tọa độ. Việc bổ sung thêm các tọa độ quay sẽ không chỉ làm tăng gánh nặng của các phép tính nội suy, mà các sai số nhỏ của các tọa độ quay cũng sẽ làm giảm độ chính xác xử lý rất nhiều. Do đó, bộ điều khiển được yêu cầu phải có độ chính xác số học cao hơn.
Đặc tính chuyển động của máy công cụ năm trục đòi hỏi hệ thống truyền động servo phải có đặc tính động lực học tốt và dải tốc độ lớn.
Xác minh chương trình NC của CNC năm trục là đặc biệt quan trọng
Để nâng cao hiệu quả của quá trình gia công, cần phải loại bỏ phương pháp xác minh truyền thống “phương pháp cắt thử”. Trong gia công CNC năm trục, việc xác minh các chương trình NC cũng trở nên rất quan trọng, vì phôi được gia công bằng máy công cụ CNC năm trục thường rất đắt và va chạm là vấn đề phổ biến trong gia công CNC năm trục: dao cắt vào phôi; Nó va chạm với phôi ở tốc độ rất cao; công cụ va chạm với máy công cụ, vật cố định và thiết bị khác trong phạm vi gia công; bộ phận chuyển động trên máy công cụ va chạm với bộ phận cố định hoặc phôi. Trong CNC năm trục, rất khó dự đoán va chạm, và chương trình hiệu chuẩn phải phân tích toàn diện động học và hệ thống điều khiển của máy công cụ.
Nếu hệ thống CAM phát hiện lỗi, đường chạy dao có thể được xử lý ngay lập tức; nhưng nếu lỗi chương trình NC được tìm thấy trong quá trình gia công, đường dẫn dao không thể được sửa đổi trực tiếp như trong CNC ba trục. Trên máy công cụ ba trục, người vận hành máy có thể trực tiếp sửa đổi bán kính dao và các thông số khác. Trong gia công năm trục, tình huống không đơn giản như vậy, bởi vì sự thay đổi kích thước và vị trí của dao có ảnh hưởng trực tiếp đến quỹ đạo chuyển động quay sau đó.
Bán kính công cụ bù
Trong chương trình NC 5 trục, chức năng bù chiều dài dao vẫn hợp lệ, nhưng bù bán kính dao không hợp lệ. Khi sử dụng dao phay trụ để phay tạo hình tiếp xúc, cần phải lập trình các chương trình khác nhau cho các dao có đường kính khác nhau. Các hệ thống CNC phổ biến hiện nay không thể hoàn thành việc bù bán kính dao, vì tệp ISO không cung cấp đủ dữ liệu để tính toán lại vị trí dao. Người sử dụng cần thay đổi dao thường xuyên hoặc điều chỉnh kích thước chính xác của dao khi thực hiện gia công CNC Theo quy trình gia công thông thường, đường dẫn dao phải được gửi trở lại hệ thống CAM để tính toán lại. Kết quả là, hiệu quả của toàn bộ quá trình xử lý là rất thấp.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu Na Uy đang phát triển một giải pháp tạm thời gọi là LCOPS (Chiến lược sản xuất tối ưu hóa chi phí thấp). Dữ liệu cần thiết để hiệu chỉnh đường chạy dao được ứng dụng CNC gửi đến hệ thống CAM và đường dẫn dao đã tính toán được gửi trực tiếp đến bộ điều khiển. LCOPS yêu cầu bên thứ ba cung cấp phần mềm CAM, phần mềm này có thể được kết nối trực tiếp với máy công cụ CNC, trong đó tệp hệ thống CAM được truyền thay vì mã ISO. Giải pháp cuối cùng cho vấn đề này phụ thuộc vào sự ra đời của hệ thống điều khiển CNC thế hệ mới, có thể nhận dạng tệp mô hình phôi ở các định dạng phổ biến (chẳng hạn như STEP, v.v.) hoặc tệp hệ thống CAD.
Một loại ngôn ngữ lập trình
Sự khác biệt giữa máy công cụ năm trục và máy công cụ ba trục là nó cũng có hai tọa độ quay. Vị trí của dao được chuyển đổi từ hệ tọa độ phôi sang hệ tọa độ máy công cụ và một số phép biến đổi tọa độ được yêu cầu trong ở giữa. Sử dụng bộ tạo bộ xử lý bài phổ biến trên thị trường, bạn chỉ cần nhập các thông số cơ bản của máy công cụ để tạo bộ xử lý bài của máy công cụ CNC ba trục. Đối với máy công cụ CNC năm trục, hiện chỉ có một số bộ xử lý bài được cải tiến. Bộ xử lý sau của máy công cụ CNC năm trục vẫn chưa được phát triển thêm.
Khi liên kết ba trục, vị trí gốc phôi trên bàn máy công cụ không cần xét trong quỹ đạo dao, và bộ gia công bài bản có thể tự động xử lý mối quan hệ giữa hệ tọa độ phôi và hệ tọa độ máy. Đối với liên kết năm trục, ví dụ, khi gia công trên máy phay ngang với liên kết năm trục X, Y, Z, B và C, vị trí và kích thước của phôi trên bàn xoay C và vị trí và kích thước giữa Bàn xoay B và C được tạo ra khi đường chạy dao được tạo Phải được xem xét. Công nhân thường mất nhiều thời gian để xử lý các mối quan hệ vị trí này khi kẹp phôi. Nếu bộ xử lý hậu kỳ có thể xử lý những dữ liệu này, việc lắp đặt phôi và xử lý đường chạy dao sẽ được đơn giản hóa rất nhiều; chỉ cần kẹp phôi trên bàn làm việc, đo vị trí và hướng của hệ tọa độ phôi và nhập những dữ liệu này vào hậu xử lý Sau khi xử lý đường chạy dao, có thể thu được chương trình NC thích hợp.
Các lỗi phi tuyến tính và các vấn đề kỳ dị
Do sự ra đời của tọa độ quay, chuyển động học của máy công cụ CNC năm trục phức tạp hơn nhiều so với máy công cụ ba trục. Vấn đề đầu tiên liên quan đến quay là lỗi phi tuyến. Lỗi phi tuyến tính nên được quy cho lỗi lập trình, lỗi này có thể được kiểm soát bằng cách giảm khoảng cách bước. Trong giai đoạn tiền tính toán, người lập trình không thể biết kích thước của sai số phi tuyến tính, chỉ sau khi chương trình máy công cụ được tạo ra bởi bộ xử lý hậu kỳ mới có thể tính toán được sai số phi tuyến tính. Tuyến tính hóa đường dẫn công cụ có thể giải quyết vấn đề này. Một số hệ thống điều khiển có thể tuyến tính hóa quỹ đạo dao trong khi xử lý, nhưng nó thường được tuyến tính hóa trong bộ xử lý bài.
Một vấn đề khác do trục quay gây ra là điểm kỳ dị. Nếu điểm kỳ dị ở vị trí cực của trục quay, một dao động nhỏ gần điểm kỳ dị sẽ làm trục quay lật 180 °, khá nguy hiểm.
Yêu cầu đối với hệ thống CAD / CAM
Để vận hành xử lý khối pentahedron, người dùng phải dựa vào hệ thống CAD / CAM thuần thục và phải có lập trình viên có kinh nghiệm để vận hành hệ thống CAD / CAM.
Đầu tư lớn vào việc mua máy công cụ
Trước đây có một khoảng cách lớn về giá giữa máy công cụ năm trục và máy công cụ ba trục. Giờ đây, việc bổ sung trục quay vào máy công cụ ba trục về cơ bản là giá của máy công cụ ba trục thông thường, có thể thực hiện các chức năng của máy công cụ nhiều trục. Đồng thời, giá máy công cụ năm trục chỉ cao hơn giá máy công cụ ba trục từ 30% đến 50%.
Ngoài việc đầu tư vào bản thân máy công cụ, phần mềm hệ thống CAD / CAM và bộ xử lý hậu kỳ cũng phải được nâng cấp để thích ứng với các yêu cầu của gia công năm trục; chương trình xác minh phải được nâng cấp để có thể mô phỏng toàn bộ máy công cụ.