8 Przeszkody w rozwoju technologii pięcioosiowego CNC

Obróbka pięcioosiowa to tryb obróbki obrabiarek CNC. Wykorzystując ruch interpolacji liniowej dowolnych 5 współrzędnych w X, Y, Z, A, B, C, obrabiarkę używaną do obróbki pięcioosiowej nazywa się zwykle obrabiarką pięcioosiową lub pięcioosiowym centrum obróbczym. Ale czy naprawdę rozumiesz obróbkę pięcioosiową?

Programowanie CNC w pięciu osiach jest abstrakcyjne i trudne w obsłudze

Obrabiarki trójosiowe mają jedynie liniowe osie współrzędnych, natomiast obrabiarki pięcioosiowe CNC mają różne konstrukcje; ten sam kod NC może uzyskać ten sam efekt przetwarzania na różnych trójosiowych obrabiarkach CNC, ale kodu NC określonej obrabiarki pięcioosiowej nie można zastosować do wszystkich typów maszyn pięcioosiowych. Oprócz ruchu liniowego programowanie NC wymaga również koordynowania obliczeń związanych z ruchem obrotowym, takich jak kontrola skoku kąta obrotu, sprawdzanie błędów nieliniowych, obliczanie ruchu obrotowego narzędzia itp. Ilość przetwarzanych informacji jest bardzo duża, a programowanie NC jest niezwykle abstrakcyjne.

Umiejętności obsługi i programowania pięcioosiowej obróbki CNC są ze sobą ściśle powiązane. Jeśli użytkownik doda do obrabiarki specjalne funkcje, programowanie i obsługa będą bardziej skomplikowane. Tylko poprzez wielokrotną praktykę operatorzy programów mogą opanować niezbędną wiedzę i umiejętności. Główną przeszkodą w popularyzacji technologii pięcioosiowego CNC jest brak doświadczonych programistów.

 

Bardzo rygorystyczne wymagania dotyczące sterownika interpolacji NC i układu serwonapędu

Ruch obrabiarki pięcioosiowej jest syntezą ruchów pięciu osi współrzędnych. Dodanie współrzędnych obrotowych nie tylko zwiększa obciążenie obliczeń interpolacyjnych, ale także małe błędy współrzędnych obrotowych znacznie zmniejszą dokładność obróbki. Dlatego też od sterownika wymagana jest większa precyzja działania.

 

Charakterystyka kinematyczna 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, należy pilnie wyeliminować tradycyjną metodę kalibracji „metodą próbnego cięcia”. W pięcioosiowej obróbce CNC bardzo ważna stała się również weryfikacja programów NC, ponieważ przedmioty obrabiane zwykle na pięcioosiowych obrabiarkach CNC są bardzo drogie, a kolizja jest częstym problemem w pięcioosiowej obróbce CNC: w obrabiany przedmiot; Zderzenie z przedmiotem obrabianym przy bardzo dużej prędkości; kolizja narzędzia z obrabiarką, osprzętem i innym wyposażeniem w obszarze obróbki; kolizja pomiędzy ruchomą częścią obrabiarki a częścią stałą lub przedmiotem obrabianym. W pięcioosiowym CNC kolizja jest trudna do przewidzenia, a program kalibracyjny musi przeprowadzić kompleksową analizę kinematyki obrabiarki i układu sterowania.

Jeśli system CAM wykryje błąd, ścieżkę narzędzia można natychmiast przetworzyć; jeśli jednak podczas obróbki zostanie wykryty błąd programu NC, toru narzędzia nie można bezpośrednio modyfikować, jak w trójosiowym CNC. Na obrabiarce trójosiowej operator maszyny 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 układem zawieszenia funkcja kompensacji długości narzędzia jest nadal ważna, ale kompensacja promienia narzędzia jest nieważna. W przypadku frezowania stykowego za pomocą frezu cylindrycznego należy opracować różne programy dla frezów o różnych średnicach. Żaden z obecnie popularnych systemów CNC nie jest w stanie wykonać pełnej kompensacji promienia narzędzia, ponieważ plik ISO nie dostarcza wystarczających danych do ponownego obliczenia położenia narzędzia. Użytkownik musi często zmieniać narzędzie lub dostosowywać dokładny rozmiar narzędzia podczas obróbki CNC. Zgodnie z normalną procedurą przetwarzania, ścieżka narzędzia powinna zostać odesłana do systemu CAM w celu ponownego obliczenia. W rezultacie efektywność całego procesu przetwarzania jest bardzo niska.

 

W odpowiedzi na ten problem norwescy badacze opracowują tymczasowe rozwiązanie zwane LCOPS (ang. Low Cost Optimized Production Strategy, Low Cost Optimized Production Strategy, Low Cost Optimized Production Strategy). Dane potrzebne do korekcji ścieżki narzędzia przekazywane są z aplikacji CNC do systemu CAM, a obliczona ścieżka narzędzia przesyłana jest bezpośrednio do sterownika. LCOPS wymaga od strony trzeciej dostarczenia oprogramowania CAM, które można podłączyć bezpośrednio do maszyny CNC, gdzie zamiast kodów ISO przesyłane są pliki systemu CAM. Ostateczne rozwiązanie tego problemu zależy od wprowadzenia nowej generacji systemów sterowania CNC, które potrafią rozpoznawać pliki modeli detali w popularnych formatach (takich jak STEP itp.) lub pliki systemu CAD.

 

Postprocesor

Różnica między obrabiarką pięcioosiową a obrabiarką trójosiową polega na tym, że ma ona dwie współrzędne obrotowe. Położenie narzędzia jest konwertowane z układu współrzędnych przedmiotu obrabianego na układ współrzędnych obrabiarki, a w środku wymaganych jest kilka transformacji współrzędnych. Wykorzystując popularny na rynku generator postprocesorów, można wprowadzić jedynie podstawowe parametry obrabiarki, aby wygenerować postprocesor trójosiowej obrabiarki CNC. W przypadku pięcioosiowych obrabiarek CNC dostępnych jest obecnie tylko kilka ulepszonych postprocesorów. Postprocesor pięcioosiowej obrabiarki CNC wymaga jeszcze dalszego rozwoju.

 

Gdy trzy osie są połączone, położenie początku przedmiotu obrabianego na stole maszynowym nie musi być uwzględniane w trajektorii narzędzia, a postprocesor może automatycznie obsłużyć zależność między układem współrzędnych przedmiotu obrabianego a współrzędnymi obrabiarki system. W przypadku zawieszenia pięcioosiowego, na przykład podczas obróbki na frezarce poziomej z zawieszeniem pięcioosiowym X, Y, Z, B i C, wielkość pozycji przedmiotu obrabianego na stole obrotowym C oraz wymiary pozycji pomiędzy B i Przy generowaniu ścieżki narzędzia należy uwzględnić obrotnice typu C. Pracownicy zwykle spędzają dużo czasu na zajmowaniu się tymi zależnościami pozycyjnymi podczas mocowania przedmiotów obrabianych. Jeśli postprocesor może przetworzyć te dane, instalacja przedmiotu obrabianego i przetwarzanie ścieżki narzędzia zostaną znacznie uproszczone; wystarczy zamocować przedmiot na stole, zmierzyć położenie i orientację układu współrzędnych przedmiotu i wprowadzić te dane do obróbki końcowej. Po przetworzeniu ścieżki narzędzia można uzyskać odpowiedni program NC.

 

Błędy nieliniowe i problemy osobliwości

Ze względu na wprowadzenie współrzędnych obrotowych kinematyka pięcioosiowej obrabiarki CNC jest znacznie bardziej skomplikowana niż trzyosiowej obrabiarki. Pierwszym problemem związanym z rotacją jest błąd nieliniowy. Błąd nieliniowy należy przypisać błędowi programowania, który można kontrolować poprzez zmniejszenie odległości kroku. Na etapie obliczeń wstępnych programista nie może znać wielkości błędu nieliniowego, a błąd nieliniowy można obliczyć dopiero po wygenerowaniu programu obrabiarki przez postprocesor. Linearyzacja ścieżki narzędzia może rozwiązać ten problem. Niektóre systemy sterowania są w stanie 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, niewielka oscylacja w pobliżu osobliwości spowoduje obrót osi obrotu o 180 stopni, co jest dość niebezpieczne.

 

Wymagania dla systemów CAD/CAM

Do obsługi przetwarzania pięciościanu użytkownik musi polegać na dojrzałym systemie CAD/CAM i musi mieć doświadczonych programistów do obsługi systemu CAD/CAM.

 

Znacząca inwestycja w zakup obrabiarek

Kiedyś istniała ogromna różnica cenowa pomiędzy maszynami pięcioosiowymi a maszynami trzyosiowymi. Teraz dodanie osi obrotowej do obrabiarki trzyosiowej to w zasadzie cena zwykłej obrabiarki trójosiowej, która może realizować funkcje obrabiarki wieloosiowej. Jednocześnie cena obrabiarek pięcioosiowych jest tylko od 30% do 50% wyższa niż obrabiarek trójosiowych.

Oprócz inwestycji w samą obrabiarkę należy zaktualizować oprogramowanie systemu CAD/CAM i postprocesor, aby sprostać wymaganiom obróbki pięcioosiowej; program kalibracyjny musi zostać zaktualizowany, aby mógł symulować całą obrabiarkę.