Negli ultimi anni, i centri di lavoro CNC con collegamento a cinque assi sono stati sempre più ampiamente utilizzati in vari campi. Nelle applicazioni pratiche, ogni volta che le persone incontrano problemi con la lavorazione efficiente e di alta qualità di parti complesse e di forma speciale, la tecnologia del collegamento a cinque assi è senza dubbio un mezzo importante per risolvere tali problemi. Sempre più produttori tendono a cercare apparecchiature a cinque assi per soddisfare lavorazioni ad alta efficienza e alta qualità. Ma ne sai davvero abbastanza della lavorazione a cinque assi?
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Forma della struttura meccanica della macchina utensile a cinque assi
Per comprendere veramente la lavorazione a cinque assi, dobbiamo prima capire cos'è una macchina utensile a cinque assi. La macchina utensile a cinque assi (lavorazione a 5 assi), come suggerisce il nome, si riferisce all'aggiunta di due assi di rotazione ai tre assi lineari comuni di X, Y e Z. Due dei tre assi A, B e C hanno movimenti diversi modalità per soddisfare le esigenze tecniche dei vari prodotti.
In termini di progettazione meccanica dei centri di lavoro ad assi 5-, i produttori di macchine utensili sono sempre stati incessantemente impegnati nello sviluppo di nuove modalità di movimento per soddisfare i vari requisiti. Basandosi sulle varie tipologie di macchine utensili a cinque assi attualmente presenti sul mercato, sebbene le loro strutture meccaniche siano diverse, comprendono principalmente le seguenti forme:
1. Due coordinate di rotazione controllano direttamente la direzione dell'asse dell'utensile (forma a doppia testa oscillante).
2. I due assi delle coordinate si trovano nella parte superiore dell'utensile, ma l'asse di rotazione non è perpendicolare all'asse lineare (tipo con testa oscillante inclinata).
3. Due coordinate di rotazione controllano direttamente la rotazione dello spazio (forma a doppia piattaforma girevole).
4. I due assi delle coordinate si trovano sul banco di lavoro, ma l'asse di rotazione non è perpendicolare all'asse lineare (tipo di banco di lavoro inclinato).
5. Una delle due coordinate di rotazione agisce sull'utensile e l'altra sul pezzo (una oscillazione e una rotazione).
*Terminologia: se l'asse di rotazione non è perpendicolare all'asse lineare, è considerato un asse di "droop".
Dopo aver visto le macchine utensili a cinque assi con queste strutture, credo che dovremmo capire cosa e come si muovono le macchine utensili a cinque assi. Ma quali caratteristiche può presentare una struttura di macchina utensile così diversificata durante la lavorazione? Rispetto alle tradizionali macchine utensili a tre assi, quali sono i vantaggi? Diamo ora uno sguardo ai punti di forza delle macchine utensili a cinque assi.
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I numerosi vantaggi della lavorazione a cinque assi
Parlando delle caratteristiche delle macchine utensili a cinque assi, dobbiamo confrontarle con le tradizionali attrezzature a tre assi. Le apparecchiature di lavorazione a tre assi sono relativamente comuni nella produzione, compresi i tipi verticale, orizzontale e a portale. I metodi di lavorazione comuni includono la lavorazione del bordo finale con fresa e la lavorazione del bordo laterale. Lavorazione di profilatura di frese a testa sferica, ecc. Tuttavia, indipendentemente dalla forma e dal metodo utilizzati, hanno tutti una caratteristica comune, ovvero la direzione dell'asse dell'utensile rimane invariata durante il processo di lavorazione. La macchina utensile può realizzare le coordinate rettangolari dell'utensile nello spazio solo attraverso l'interpolazione dei tre assi lineari di movimento X, Y e Z. nel sistema. Pertanto, quando si affrontano i seguenti prodotti, vengono esposti gli svantaggi della bassa efficienza delle macchine utensili a tre assi, della scarsa qualità della superficie di lavorazione o addirittura dell'impossibilità di lavorazione.
Rispetto alle apparecchiature di lavorazione CNC a tre assi, le macchine utensili CNC a cinque collegamenti presentano i seguenti vantaggi:
1. Mantenere le migliori condizioni di taglio dell'utensile e migliorare le condizioni di taglio
Come mostrato nella figura sopra, nel metodo di taglio a tre assi a sinistra, quando l'utensile da taglio si sposta verso la parte superiore o il bordo del pezzo, lo stato di taglio si deteriora gradualmente. Per mantenere qui condizioni di taglio ottimali, è necessaria una tavola rotante. E se vogliamo lavorare completamente un piano irregolare, dobbiamo ruotare il banco di lavoro più volte in direzioni diverse. Si può vedere che la macchina utensile a cinque assi può anche evitare la situazione in cui la velocità lineare del punto centrale della fresa a sfera è 0 e ottenere una migliore qualità della superficie.
2. Evitare efficacemente l'interferenza dello strumento
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Come mostrato nella figura sopra, per parti quali giranti, pale e blisk utilizzati nel campo aerospaziale, le apparecchiature a tre assi non possono soddisfare i requisiti di processo a causa delle interferenze. Una macchina utensile a cinque assi può soddisfare questo requisito. Allo stesso tempo, le macchine utensili a cinque assi possono anche utilizzare utensili più corti per la lavorazione, migliorando la rigidità del sistema, riducendo il numero di utensili ed evitando la generazione di utensili speciali. Per i nostri imprenditori, questo significa che la macchina utensile a cinque assi vi farà risparmiare denaro in termini di costi degli utensili!
3. Ridurre il numero di serraggi e completare la lavorazione su cinque lati con un solo serraggio
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Come mostrato nella figura sopra, il centro di lavoro a cinque assi può anche ridurre la conversione dei dati e migliorare la precisione della lavorazione. Nella lavorazione vera e propria è necessario un solo serraggio e la precisione della lavorazione è più facile da garantire. Allo stesso tempo, grazie all'accorciamento della catena di processo e alla riduzione del numero di attrezzature nel centro di lavoro a cinque assi, si riducono anche il numero di attrezzature per utensili, lo spazio dell'officina e i costi di manutenzione delle attrezzature. Ciò significa che puoi utilizzare meno attrezzature, meno spazio in fabbrica e meno costi di manutenzione per completare una lavorazione più efficiente e di qualità superiore!
4. Migliorare la qualità e l'efficienza della lavorazione
Come mostrato nella figura, la macchina utensile a cinque assi può utilizzare il taglio del bordo laterale dell'utensile per ottenere una maggiore efficienza di lavorazione.
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5. Accorciare la catena del processo produttivo e semplificare la gestione della produzione
La lavorazione completa delle macchine utensili CNC a cinque assi accorcia notevolmente la catena del processo produttivo e può semplificare la gestione, la pianificazione e la programmazione della produzione. Più il pezzo è complesso, più evidenti sono i suoi vantaggi rispetto ai metodi di produzione tradizionali con processi dispersi.
6. Accorciare il ciclo di sviluppo del nuovo prodotto
Per le aziende del settore aerospaziale, automobilistico e di altri settori, alcune parti di nuovi prodotti e stampi di stampaggio hanno forme complesse e requisiti di elevata precisione. Pertanto, un centro di lavoro CNC a cinque assi con elevata flessibilità, alta precisione, elevata integrazione e capacità di elaborazione complete può risolvere i problemi di precisione e ciclo della lavorazione di parti complesse nel processo di sviluppo di nuovi prodotti, abbreviando notevolmente la ricerca e lo sviluppo ciclo e migliorare il tasso di successo dei nuovi prodotti.
Per riassumere, le macchine utensili a cinque assi presentano troppi vantaggi, ma il controllo dell'assetto dell'utensile, il sistema CNC, la programmazione CAM e la post-elaborazione delle macchine utensili a cinque assi sono molto più complicati di quelli delle macchine utensili a tre assi! Allo stesso tempo, quando parliamo di macchine utensili a cinque assi, dobbiamo affrontare la questione dei veri e dei falsi cinque assi. Sappiamo tutti che la più grande differenza tra il vero e il falso cinque assi è la funzione RTCP. Ma cos’è RTCP, come viene generato e come applicarlo? Successivamente, daremo uno sguardo più da vicino a RTCP in base alla struttura della macchina utensile e alla post-elaborazione della programmazione per comprenderne il vero aspetto.
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A proposito di RTCP
RTCP, nei sistemi CNC a cinque assi di fascia alta, è considerato il punto centrale dell'utensile ruotato, che è ciò che spesso chiamiamo la funzione che segue il punto della punta dell'utensile. Nella lavorazione a cinque assi, quando si segue la traiettoria del punto della punta dell'utensile e l'assetto tra l'utensile e il pezzo, si verifica un movimento aggiuntivo del punto della punta dell'utensile a causa del movimento rotatorio. I punti di controllo del sistema CNC spesso non coincidono con il punto della punta dell'utensile, quindi il sistema CNC deve correggere automaticamente i punti di controllo per garantire che il punto della punta dell'utensile si muova secondo la traiettoria prescritta. L'industria chiama questa tecnologia anche TCPM, TCPC o RPCP e altre funzioni. In effetti, le definizioni funzionali di questi nomi sono simili a RTCP. A rigor di termini, la funzione RTCP viene utilizzata sulla struttura della doppia testa oscillante e il punto centrale di rotazione della testa oscillante viene utilizzato per la compensazione. Funzioni simili a RPCP vengono utilizzate principalmente su macchine utensili a doppia tavola e compensano le variazioni delle coordinate degli assi lineari causate dalla rotazione del pezzo. Queste funzioni infatti hanno lo stesso obiettivo, ovvero mantenere invariato il punto centrale dell'utensile e il punto di contatto effettivo tra l'utensile e la superficie del pezzo. Pertanto, per comodità di espressione, questo articolo unifica questo tipo di tecnologia come tecnologia RTCP.
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Allora come è nata la funzione RTCP? Molti anni fa, quando le macchine utensili a cinque assi divennero popolari sul mercato, il concetto RTCP fu ampiamente pubblicizzato dai produttori di macchine utensili. A quel tempo, la funzione RTCP era più simile a un espediente per il bene della tecnologia, e sempre più persone erano entusiaste e pubblicizzate dalla tecnologia stessa. In effetti, la funzione RTCP è esattamente l'opposto. Non è solo una buona tecnologia, ma anche una buona tecnologia che può portare benefici e creare valore per i clienti. Per le macchine utensili con tecnologia RTCP (note anche come vere macchine utensili a cinque assi in Cina), l'operatore non ha bisogno di allineare accuratamente il pezzo con l'asse della tavola rotante e di bloccarlo casualmente. La macchina utensile compensa automaticamente l'offset, riducendo notevolmente i tempi ausiliari e migliorando la lavorazione. Precisione. Allo stesso tempo, la post-elaborazione è semplice, purché vengano emesse le coordinate del punto della punta dell'utensile e il vettore. Come abbiamo detto prima, in termini di struttura meccanica, le macchine utensili CNC a cinque assi hanno principalmente doppie teste oscillanti, doppie tavole girevoli, una oscillazione e una rotazione.
Di seguito prenderemo come esempio il sistema CNC a cinque assi di fascia alta a doppia tavola rotante per introdurre la funzione RTCP in dettaglio.
Definire i concetti di quarto asse e quinto asse in una macchina utensile a cinque assi: in una struttura a doppia tavola rotante, la rotazione del quarto asse influenza l'assetto del quinto asse, e la rotazione del quinto asse non può influenzare la atteggiamento del quarto asse. Il quinto asse è la coordinata di rotazione sul quarto asse.
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Ok, dopo aver letto la definizione, spieghiamola. Come mostrato nella figura sopra, il 4° asse della macchina utensile è l'asse A e il 5° asse è l'asse C. Il pezzo viene posizionato sulla tavola rotante dell'asse C. Quando il 4° asse A ruota, poiché l'asse C è installato sull'asse A, anche l'assetto dell'asse C verrà influenzato. Allo stesso modo, per il pezzo che posizioniamo sulla tavola rotante, se programmiamo il taglio del centro utensile, la variazione delle coordinate di rotazione porterà inevitabilmente alla variazione delle coordinate X, Y e Z degli assi lineari, con conseguente spostamento. Per eliminare questo spostamento, la macchina utensile deve compensarlo. RTCP è una funzione creata per eliminare questa compensazione.
Quindi come fa la macchina utensile a compensare questo offset? Successivamente, analizziamo come viene generato questo offset.
Secondo l'articolo precedente, sappiamo tutti che il cambiamento delle coordinate di rotazione provoca l'offset delle coordinate dell'asse lineare. Quindi è particolarmente importante analizzare il centro di rotazione dell'asse di rotazione. Per le macchine utensili con struttura a doppia tavola rotante, il punto di controllo dell'asse C, che è il quinto asse, si trova solitamente nel centro di rotazione della tavola della macchina utensile. Per il quarto asse, il punto medio del quarto asse viene solitamente selezionato come punto di controllo.
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Per realizzare il controllo a cinque assi, il sistema CNC deve conoscere la relazione tra il punto di controllo del 5° asse e il punto di controllo del 4° asse. Cioè, nello stato iniziale (posizione 0 degli assi A e C della macchina utensile), il punto di controllo del quarto asse è l'origine del sistema di coordinate di rotazione del quarto asse e il vettore di posizione [U, V, W] di il punto di controllo del quinto asse. Allo stesso tempo, devi anche conoscere la distanza tra gli assi A e C. Per le macchine utensili a doppia tavola rotante, un esempio è mostrato nella figura seguente.
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Detto questo, si può vedere che per le macchine utensili con funzione RTCP, il sistema di controllo mantiene il centro dell'utensile nella posizione programmata. In questo caso la programmazione è indipendente e non ha nulla a che fare con il movimento della macchina utensile. Quando programmi su una macchina utensile, non devi preoccuparti del movimento della macchina o della lunghezza dell'utensile; tutto quello che devi considerare è il movimento relativo tra l'utensile e il pezzo. Il sistema di controllo fa il resto per te. Per esempio:
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Come mostrato nella figura sopra, senza la funzione RTCP disattivata, il sistema di controllo non considera la lunghezza dell'utensile. L'utensile ruota attorno al centro dell'asse. La punta del coltello si sposterà dalla sua posizione e non sarà più fissa.
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Come mostrato nella figura sopra, con la funzione RTCP attivata, il sistema di controllo cambia solo la direzione dell'utensile e la posizione della punta dell'utensile rimane invariata. I movimenti di compensazione necessari negli assi X, Y e Z vengono calcolati automaticamente.
Come risolvere il problema dell'offset delle coordinate degli assi lineari per macchine utensili a cinque assi e sistemi CNC che non dispongono di RTCP? Sappiamo che molte macchine utensili e sistemi CNC a cinque assi in Cina sono falsi a cinque assi. Il cosiddetto falso cinque assi in realtà si riferisce a macchine utensili senza funzione RTCP. Se i cinque assi veri o falsi non si giudicano dall'apparenza o se i cinque assi sono collegati. Devi sapere che il falso cinque assi può essere collegato anche ai cinque assi. La differenza principale tra i falsi cinque assi è che non dispone di un vero algoritmo RTCP a cinque assi, il che significa che la programmazione dei falsi cinque assi deve considerare la lunghezza del pendolo del mandrino e la posizione della tavola rotante. Ciò significa che quando si utilizzano sistemi CNC a cinque assi falsi e la programmazione delle macchine utensili, è necessario fare affidamento sulla programmazione CAM e sulla tecnologia di post-elaborazione per pianificare in anticipo il percorso utensile.
Per lo stesso pezzo, se si cambia la macchina utensile o si cambia l'utensile, è necessario eseguire nuovamente la programmazione CAM e la post-elaborazione. Inoltre, quando si blocca il pezzo, la falsa macchina utensile a cinque assi deve garantire che il pezzo si trovi al centro di rotazione del piano di lavoro. Per l'operatore, ciò significa che è necessario molto tempo per il serraggio e l'allineamento e che la precisione non può essere garantita. Anche per l'elaborazione dell'indicizzazione, il falso cinque assi crea molti problemi. Il vero cinque assi deve solo impostare un sistema di coordinate e necessita solo di un'impostazione utensile per completare l'elaborazione.
La figura seguente prende come esempio le impostazioni dell'editor di post-elaborazione NX per illustrare la trasformazione delle coordinate dei falsi cinque assi:
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Come mostrato nella figura sopra, il falso cinque assi si basa sulla tecnologia di post-elaborazione per indicare la relazione di posizione centrale tra il quarto asse e il quinto asse della macchina utensile per compensare lo spostamento dell'asse di rotazione rispetto alle coordinate dell'asse lineare . Il programma CNC X, Y e Z da esso generato non sono solo i punti di avvicinamento della programmazione, ma includono anche la compensazione necessaria sugli assi X, Y e Z.
Il risultato di tale elaborazione non solo porterà a una precisione di elaborazione insufficiente e a una bassa efficienza, ma il programma generato non sarà versatile e anche il costo della manodopera sarà elevato. Allo stesso tempo, poiché ogni macchina utensile ha parametri di rotazione diversi, deve avere file di post-elaborazione corrispondenti, il che causerà anche grandi disagi alla produzione. Inoltre, il programma di generazione del falso cinque assi non può essere modificato ed è praticamente impossibile realizzare la programmazione manuale dei cinque assi. Allo stesso tempo, poiché non è presente la funzione RTCP, molte delle sue funzioni avanzate a cinque assi non possono essere utilizzate, come la funzione di compensazione utensile a cinque assi.
Infatti, per le macchine utensili a cinque assi, è solo uno strumento che utilizziamo per ottenere risultati di lavorazione e non esiste distinzione tra vero e falso. L’importante è che il nostro processo determini il metodo di lavorazione. Relativamente parlando, le vere macchine utensili a cinque assi sono più convenienti.
