آیا می دانید ماشین ابزار پنج محوره انواع مختلفی دارد؟

ماشینکاری پنج محور همانطور که از نام آن پیداست، یک حالت از ماشینکاری CNC است. ماشین ابزار مورد استفاده برای ماشینکاری پنج محوره، که از حرکت درون یابی خطی در هر پنج مختصات X، Y، Z، A، B و C استفاده می کند، معمولاً به عنوان ماشین ابزار پنج محور یا مرکز ماشینکاری پنج محور شناخته می شود. اما آیا شما واقعاً ماشینکاری پنج محور را درک می کنید؟

توسعه فناوری پنج محور

CNC اتصال پنج محوره سخت ترین و پرکاربردترین فناوری در فناوری CNC است. این سیستم کنترل کامپیوتری، درایو سروو با عملکرد بالا و فناوری ماشینکاری دقیق را ادغام می کند و برای ماشینکاری کارآمد، دقیق و خودکار سطوح پیچیده اعمال می شود. در سطح بین المللی، فناوری CNC پیوند پنج محور به عنوان نمادی از سطح فناوری اتوماسیون تجهیزات تولید یک کشور در نظر گرفته می شود. کشورهای صنعتی پیشرفته غربی با توجه به جایگاه ویژه، به ویژه تاثیر قابل توجه آن بر صنایع هوایی، هوافضا و نظامی و همچنین پیچیدگی های تکنولوژیکی آن، همواره سیستم مجوز صادرات را برای سیستم های CNC پنج محوره به عنوان مواد استراتژیک اجرا کرده اند. در مقایسه با ماشینکاری CNC پیوندی سه محوره، از منظر فناوری و برنامه نویسی، استفاده از 5-ماشینکاری CNC محور برای سطوح پیچیده دارای مزایای زیر است: 1 بهبود کیفیت و کارایی پردازش. 2. دامنه فرآیند را گسترش دهید. 3. با جهت جدید توسعه کامپوزیت آشنا شوید. با این حال، به دلیل تداخل و کنترل موقعیت ابزار در فضای ماشین‌کاری، برنامه‌نویسی CNC، سیستم CNC و ساختار ماشین ماشین‌کاری پنج محوره CNC بسیار پیچیده‌تر از ماشین‌ابزارهای سه محوره است. بنابراین، گفتن پنج محور آسان است، اما رسیدن به آن واقعاً دشوار است! علاوه بر این، کارکردن و اعمال مؤثر آن حتی دشوارتر است!

در مورد پنج محور باید بگویم درست است یا نادرست؟ تفاوت اصلی بین محور 5-درست و نادرست این است که آیا تابع RTCP دارد یا خیر. بنابراین، ویرایشگر به طور خاص این کلمه را جستجو کرد! RTCP، لطفا توضیح دهید که RTCP فیدیا مخفف "Rotating Tool Center Point" است که در لغت به معنای "مرکز ابزار چرخان" است. در صنعت، اغلب کمی به عنوان "چرخش در اطراف مرکز ابزار" ترجمه می شود، و برخی افراد مستقیما آن را به عنوان "برنامه نویسی در اطراف مرکز ابزار" ترجمه می کنند. در واقع، این تنها نتیجه RTCP است. RTCP PA مخفف چند کلمه اول "چرخش نقطه مرکز ابزار در زمان واقعی" است. هایدلبرگ به فناوری ارتقاء مشابهی به عنوان TCPM اشاره کرد که مخفف Tool Center Point Management است. برخی از سازندگان به فناوری‌های مشابه به عنوان TCPC اشاره می‌کنند که مخفف عبارت "Tool Center Point Control" یا کنترل نقطه مرکز ابزار است.

از معنای لغوی RTCP فیدیا، با فرض اینکه تابع RTCP به صورت دستی در یک نقطه ثابت اجرا می شود، نقطه مرکزی ابزار و نقطه تماس واقعی بین ابزار و سطح قطعه کار بدون تغییر باقی می ماند. در این مرحله، نقطه مرکزی ابزار در نقطه تماس واقعی بین ابزار و سطح قطعه کار روی حالت عادی قرار می‌گیرد و نگهدارنده ابزار حول نقطه مرکزی ابزار می‌چرخد. برای برش های انتهایی توپ، نقطه مرکزی ابزار، نقطه مسیر هدف کد CNC است. به منظور دستیابی به هدف چرخش ساده نگهدارنده ابزار حول نقطه مسیر هدف (یعنی نقطه مرکزی ابزار) در طول عملکرد RTCP، لازم است که در زمان واقعی برای جبران مختصات نقطه مرکزی ابزار ناشی از چرخش، جبران شود. نگهدارنده ابزار فقط از این طریق می توان زاویه بین نگهدارنده ابزار و حالت عادی در نقطه تماس واقعی بین ابزار و سطح قطعه کار را تغییر داد و در عین حال نقطه مرکزی ابزار و نقطه تماس واقعی بین ابزار و سطح قطعه کار را بدون تغییر نگه داشت و در نتیجه به حداکثر رساند. راندمان برش ابزار انتهای توپ و جلوگیری از تداخل موثر. بنابراین، به نظر می رسد RTCP بیشتر بر روی ایستادن در نقطه مرکزی ابزار (یعنی نقطه مسیر هدف کد CNC)، مدیریت تغییرات در مختصات چرخشی متمرکز است.

ماشین ابزار پنج محور و سیستم های CNC بدون RTCP باید به برنامه نویسی CAM و پس پردازش تکیه کنند و مسیر ابزار را از قبل برنامه ریزی کنند. برای همان قسمت، اگر ماشین ابزار یا ابزار عوض شود، برنامه نویسی CAM و پس پردازش باید دوباره انجام شود، بنابراین فقط می توان آن را پنج محور جعلی نامید. بسیاری از ماشین آلات و سیستم های CNC پنج محوره خانگی متعلق به این نوع پنج محور تقلبی هستند. البته اصرار دیگران بر اینکه خود را پیوند پنج محوری بنامند قابل درک است، اما این پنج محور جعلی یک پنج محور واقعی نیست! بنابراین، سردبیر همچنین از کارشناسان صنعت مشورت کرد. به طور خلاصه، پنج محور واقعی به پیوند پنج محور پنج اشاره دارد، در حالی که محور پنج کاذب ممکن است پیوند پنج محور سه باشد، و دو محور دیگر فقط تابع موقعیت یابی را انجام می دهند!

این یک ضرب المثل رایج است، نه یک ضرب المثل استاندارد. به طور کلی، دو نوع ماشین ابزار پنج محوری وجود دارد: یکی پیوند پنج محوری است، به این معنی که هر پنج محور را می توان همزمان به هم متصل کرد، و دیگری ماشینکاری موقعیت یابی پنج محوری است. در واقع، این اتصال پنج محور سه است، به این معنی که دو محور دوار می توانند بچرخند و موقعیت داشته باشند، و تنها سه محور می توانند همزمان به هم متصل شوند. این نوع ماشین ابزار پنج محور که معمولاً به عنوان حالت 3+2 شناخته می شود، می تواند به عنوان یک محور پنج محور نادرست نیز شناخته شود.

شکل فعلی ماشین ابزار CNC پنج محوره
در طراحی مکانیکی 5-مراکز ماشین‌کاری محوری، سازندگان ماشین ابزار همیشه متعهد به توسعه حالت‌های حرکتی جدید برای برآوردن نیازهای مختلف بوده‌اند. با توجه به انواع مختلف ماشین‌آلات پنج محوری که در حال حاضر در بازار موجود است، اگرچه ساختار مکانیکی آنها متنوع است، اما عمدتاً اشکال مختلفی وجود دارد: دو مختصات دوار مستقیماً جهت محور ابزار را کنترل می‌کنند (فرم پاندول دوگانه)، دو محور مختصات در بالای ابزار اما عمود بر محور خطی نیست (فرم آونگ عمودی)، دو مختصات دوار مستقیماً چرخش فضا را کنترل می کنند (شکل میز دوار دوار)، دو محور مختصات روی میز کار هستند اما عمود بر محور خطی نیستند (عمودی) فرم میز کار)، دو مختصات دوار روی ابزار، یکی روی قطعه کار (یک آونگ و یک فرم چرخشی) و غیره.

مشکلات و موانع توسعه فناوری CNC پنج محوره
همه از دیرباز به برتری و اهمیت تکنولوژی CNC پنج محور پی برده اند. اما تا کنون، استفاده از فناوری CNC پنج محوره هنوز به چند بخش از نظر مالی قوی محدود شده است و هنوز مشکلات حل نشده وجود دارد.

عملیات انتزاعی و دشوار برنامه نویسی CNC پنج محوره

این یک سردرد برای هر برنامه نویس سنتی CNC است. ماشین‌آلات سه محوره فقط دارای محورهای مختصات خطی هستند، در حالی که ماشین‌آلات پنج محوره CNC اشکال ساختاری مختلفی دارند. کد NC یکسان می‌تواند به همان اثر ماشین‌کاری روی ماشین‌آلات سه محوره مختلف CNC دست یابد، اما کد NC نوع خاصی از ماشین ابزار پنج محوره را نمی‌توان برای همه انواع ماشین‌ابزارهای پنج محوری اعمال کرد. علاوه بر حرکت خطی، برنامه نویسی CNC همچنین نیاز به هماهنگی محاسبات مربوط به حرکت چرخشی دارد، مانند بازرسی ضربه زاویه چرخش، تأیید خطای غیرخطی، محاسبه حرکت چرخش ابزار، و غیره. مقدار اطلاعات پردازش شده زیاد است و برنامه نویسی CNC فوق العاده است. خلاصه.

مهارت های عملیاتی و برنامه نویسی ماشینکاری پنج محوره CNC ارتباط نزدیکی با هم دارند. اگر کاربران عملکردهای خاصی را به ماشین ابزار اضافه کنند، برنامه نویسی و عملیات پیچیده تر خواهد شد. تنها با تمرین مکرر می توان برنامه نویسی و اپراتورها بر دانش و مهارت های لازم تسلط یافت. فقدان برنامه نویسان و اپراتورهای مجرب مانع بزرگی بر سر راه رواج فناوری CNC پنج محوره است. بسیاری از تولیدکنندگان داخلی، ماشین‌آلات پنج محوره CNC را از خارج از کشور خریداری کرده‌اند. به دلیل آموزش فنی و خدمات ناکافی، دستیابی به عملکردهای ذاتی ماشین ابزارهای CNC پنج محوره دشوار است و میزان استفاده از ماشین ابزار بسیار پایین است. در بسیاری از مواقع بهتر است از ماشین های سه محوره استفاده شود. الزامات برای کنترل کننده های درون یابی NC و سیستم های درایو سروو بسیار سختگیرانه است. حرکت یک ماشین ابزار پنج محور ترکیبی از حرکت پنج محور مختصات است. افزودن مختصات دوار نه تنها بار عملیات درون یابی را افزایش می دهد، بلکه به دلیل خطاهای کوچک در مختصات چرخشی دقت ماشینکاری را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. بنابراین لازم است که کنترلر از دقت عملیاتی بالاتری برخوردار باشد. ویژگی‌های حرکتی یک ماشین ابزار پنج محوره مستلزم آن است که سیستم درایو سروو دارای ویژگی‌های دینامیکی خوب و محدوده سرعت زیاد باشد.

راستی‌آزمایی برنامه NC CNC پنج محور از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است

برای بهبود کارایی پردازش مکانیکی، حذف روش سنتی تأیید "روش برش آزمایشی" ضروری است. در ماشینکاری پنج محوره CNC، تأیید برنامه NC نیز بسیار مهم شده است، زیرا قطعه کار که معمولاً توسط ماشین ابزارهای CNC پنج محور پردازش می شود بسیار گران است و برخورد یک مشکل رایج در ماشینکاری CNC پنج محور است: ابزار برش می دهد. قطعه کار؛ ابزار با سرعت بسیار بالا با قطعه کار برخورد می کند. برخورد بین ابزارهای برش، ماشین ابزار، وسایل و سایر تجهیزات در محدوده پردازش؛ برخورد بین قطعات متحرک و قطعات ثابت یا قطعه کار روی ماشین ابزار. در CNC پنج محور، پیش‌بینی برخورد دشوار است و برنامه تأیید باید به طور جامع سینماتیک و سیستم کنترل ماشین ابزار را تجزیه و تحلیل کند.

اگر سیستم CAM خطایی را تشخیص دهد، می تواند بلافاصله مسیر ابزار را پردازش کند. اما اگر خطاهای برنامه NC در طول فرآیند ماشینکاری پیدا شود، مسیر ابزار را نمی توان مستقیماً مانند CNC سه محوره تغییر داد. در یک ماشین ابزار سه محوره، اپراتور می تواند به طور مستقیم پارامترهایی مانند شعاع ابزار را تغییر دهد. در ماشینکاری پنج محور، وضعیت چندان ساده نیست زیرا تغییرات در اندازه و موقعیت ابزار تأثیر مستقیمی بر مسیر حرکت چرخشی بعدی دارد.

جبران شعاع ابزار

در برنامه NC پیوند پنج محور، تابع جبران طول ابزار هنوز موثر است، اما جبران شعاع ابزار بی اثر است. هنگام استفاده از فرزهای استوانه ای برای فرز تماسی، باید برنامه های مختلفی برای ابزارهایی با قطرهای مختلف ایجاد شود. سیستم‌های CNC رایج کنونی قادر به تکمیل جبران شعاع ابزار نیستند زیرا فایل ISO داده‌های کافی برای محاسبه مجدد موقعیت ابزار را ارائه نمی‌کند. کاربران باید مرتباً ابزارها را تغییر دهند یا اندازه دقیق ابزارها را در حین ماشینکاری CNC تنظیم کنند. طبق روش‌های پردازش عادی، مسیر ابزار باید برای محاسبه مجدد به سیستم CAM بازگردانده شود. در نتیجه، بازده کل فرآیند پردازش بسیار پایین است.

محققان نروژی در حال توسعه یک راه حل موقت برای این مشکل به نام LCOPS (استراتژی تولید بهینه با هزینه کم) هستند. داده های مورد نیاز برای تصحیح مسیر ابزار از برنامه CNC به سیستم CAM منتقل می شود و مسیر ابزار محاسبه شده مستقیماً به کنترل کننده ارسال می شود. LCOPS به نرم افزار CAM شخص ثالث نیاز دارد که می تواند مستقیماً به ابزارهای CNC متصل شود و فایل های سیستم CAM را به جای کدهای ISO ارسال کند. راه حل نهایی برای این مشکل به معرفی نسل جدید سیستم کنترل CNC بستگی دارد که می تواند فایل های مدل قطعه کار را در فرمت های رایج (مانند STEP) یا فایل های سیستم CAD تشخیص دهد.

پردازشگرهای پست

تفاوت ماشین ابزار پنج محوره و ماشین ابزار سه محوره در این است که دو مختصات چرخشی نیز دارد. موقعیت ابزار از سیستم مختصات قطعه کار به سیستم مختصات ماشین تبدیل می شود و چندین تبدیل مختصات در بین آنها لازم است. با استفاده از ژنراتور پست پردازنده محبوب در بازار، می توان به سادگی با وارد کردن پارامترهای اصلی ماشین ابزار، یک پست پردازنده برای یک ابزار CNC سه محوره تولید کرد. برای ماشین‌ابزارهای CNC پنج محور، در حال حاضر فقط تعدادی پست پردازنده بهبود یافته وجود دارد. پس پردازشگر ماشین ابزار CNC پنج محوره هنوز نیاز به توسعه بیشتر دارد.

وقتی از اتصال سه محوره استفاده می شود، نیازی نیست که موقعیت مبدا قطعه کار روی میز کار ماشین ابزار در مسیر ابزار در نظر گرفته شود. پردازشگر پست می تواند به طور خودکار رابطه بین سیستم مختصات قطعه کار و سیستم مختصات ماشین ابزار را مدیریت کند. برای اتصال پنج محوری، مانند ماشینکاری روی ماشین فرز افقی با اتصال پنج محور X، Y، Z، B و C، ابعاد موقعیت قطعه کار روی میز گردان C و ابعاد موقعیت بین میزهای گردان B و C باید باشد. هنگام ایجاد مسیرهای ابزار در نظر گرفته می شود. کارگران معمولاً زمان زیادی را صرف رسیدگی به این روابط موقعیتی هنگام بستن قطعات کار می کنند. اگر پست پردازنده بتواند این داده ها را پردازش کند، نصب قطعات کار و پردازش مسیرهای ابزار بسیار ساده می شود. به سادگی قطعه کار را روی میز کار ببندید، موقعیت و جهت سیستم مختصات قطعه کار را اندازه گیری کنید، این داده ها را در پردازشگر پست وارد کنید، و پردازش پست را در مسیر ابزار انجام دهید تا برنامه NC مناسب را به دست آورید.

خطای غیرخطی و مشکلات تکینگی

با توجه به معرفی مختصات دورانی، سینماتیک یک ماشین ابزار CNC پنج محوره بسیار پیچیده تر از یک ماشین ابزار سه محوره است. اولین مسئله مربوط به چرخش خطای غیر خطی است. خطاهای غیرخطی را باید به خطاهای برنامه نویسی نسبت داد و با کاهش فاصله گام می توان آنها را کنترل کرد. در مرحله پیش محاسبه، برنامه نویسان نمی توانند بزرگی خطاهای غیرخطی را تعیین کنند. فقط پس از تولید برنامه ماشین از طریق پست پردازنده می توان خطاهای غیرخطی را محاسبه کرد. خطی کردن مسیر ابزار می تواند این مشکل را حل کند. برخی از سیستم‌های کنترلی می‌توانند مسیر ابزار را در حین ماشین‌کاری خطی‌سازی کنند، اما معمولاً در پردازشگر پست انجام می‌شود.

یکی دیگر از مسائل ناشی از محور چرخش تکینگی است. اگر تکینگی در موقعیت حدی محور چرخش باشد، هر نوسان کوچک در نزدیکی تکینگی می تواند باعث چرخش 180 درجه ای محور چرخش شود که بسیار خطرناک است.

سرمایه گذاری قابل توجه در خرید ماشین ابزار

پیش از این تفاوت قیمت قابل توجهی بین ماشین ابزار پنج محور و ماشین ابزار سه محوره وجود داشت. امروزه افزودن یک محور چرخشی به یک ماشین ابزار سه محوره اساساً قیمت یک ماشین ابزار سه محوره معمولی است که می تواند به عملکرد یک ماشین ابزار چند محوره دست یابد. این در حالی است که قیمت ماشین ابزار پنج محوره تنها 30 تا 50 درصد بیشتر از ماشین ابزار سه محوره است. علاوه بر سرمایه گذاری در خود ماشین ابزار، همچنین لازم است که نرم افزار سیستم CAD/CAM و پردازشگر پست ارتقا داده شود تا نیازهای ماشینکاری پنج محور را برآورده کند. برنامه تأیید باید به روز شود تا پردازش شبیه سازی کل ماشین ابزار را فعال کند.

روند توسعه آتی ماشین ابزارهای ماشینکاری پنج محور

مرکز ماشینکاری پنج محور یک تجهیزات ماشینکاری CNC با دقت و راندمان بالا با توانایی انجام عملیات ماشینکاری در جهات مختلف است که به طور گسترده در هوافضا، تولید خودرو، پردازش قالب و سایر زمینه ها استفاده می شود. با توسعه مستمر تولید و پیشرفت فناوری، پنج مرکز ماشین‌کاری محور نیز دائماً در حال تحول و نوآوری هستند و برخی از روندهای توسعه آشکار و جهت‌های نوآورانه را نشان می‌دهند.

اولاً، یکی از روندهای توسعه، هوشمندسازی و اتوماسیون است. با توسعه مداوم فناوری هایی مانند هوش مصنوعی، داده های بزرگ و محاسبات ابری، مراکز ماشینکاری نیز به سمت هوش و اتوماسیون حرکت می کنند. با معرفی سیستم‌های کنترل هوشمند و دستگاه‌های اتوماسیون می‌توان به تنظیم خودکار، نظارت و نگهداری تجهیزات، بهبود راندمان تولید و دقت پردازش، کاهش مداخلات انسانی، کاهش هزینه‌های نیروی کار و دستیابی به تولید هوشمند دست یافت.

ثانیاً، دومین روند توسعه به سمت چند کارکردی و انعطاف پذیری است. با تنوع و شخصی سازی تقاضای بازار، صنعت تولید به طور فزاینده ای نیاز به تجهیزات دارد. مرکز ماشینکاری نه تنها باید قابلیت ماشینکاری با دقت و راندمان بالا را داشته باشد، بلکه برای انطباق با نیازهای ماشینکاری اشکال و مواد مختلف، باید چند کارکردی و انعطاف پذیری داشته باشد. بنابراین، آینده به سمت چند کارکردی و انعطاف‌پذیری توسعه می‌یابد که می‌تواند به عملیات پردازش مختلفی دست یابد