In den letzten Jahren wurden CNC-Bearbeitungszentren mit Fünf-Achsen-Verbindung in verschiedenen Bereichen immer häufiger eingesetzt. Wenn in der Praxis Probleme mit der effizienten und qualitativ hochwertigen Bearbeitung speziell geformter und komplexer Teile auftreten, ist die Fünf-Achsen-Verbindungstechnologie zweifellos ein wichtiges Mittel zur Lösung dieser Probleme. Immer mehr Hersteller tendieren dazu, nach Fünf-Achsen-Geräten zu suchen, um eine hocheffiziente und qualitativ hochwertige Bearbeitung zu ermöglichen. Aber wissen Sie wirklich genug über die 5-Achs-Bearbeitung?
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Mechanische Strukturform einer fünfachsigen Werkzeugmaschine
Um die Fünf-Achsen-Bearbeitung wirklich zu verstehen, müssen wir zunächst verstehen, was eine Fünf-Achsen-Werkzeugmaschine ist. Eine fünfachsige Werkzeugmaschine (5-Achsen-Bearbeitung) bezieht sich, wie der Name schon sagt, auf das Hinzufügen von zwei Rotationsachsen zu den drei gemeinsamen linearen Achsen X, Y und Z. Zwei der drei Achsen A, B und C haben unterschiedliche Bewegungen Modi, um den technischen Anforderungen verschiedener Produkte gerecht zu werden.
Im Hinblick auf die mechanische Konstruktion von 5-Achsen-Bearbeitungszentren haben sich Werkzeugmaschinenhersteller seit jeher unermüdlich der Entwicklung neuer Bewegungsarten verschrieben, um den unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden. Basierend auf den verschiedenen Arten von fünfachsigen Werkzeugmaschinen, die derzeit auf dem Markt sind, umfassen sie, obwohl ihre mechanischen Strukturen unterschiedlich sind, hauptsächlich die folgenden Formen:
1. Zwei Rotationskoordinaten steuern direkt die Richtung der Werkzeugachse (Doppelschwenkkopfform).
2. Die beiden Koordinatenachsen befinden sich oben am Werkzeug, aber die Rotationsachse steht nicht senkrecht zur Linearachse (Typ mit geneigtem Schwenkkopf).
3. Zwei Rotationskoordinaten steuern direkt die Rotation des Raums (Doppeldrehtischform).
4. Die beiden Koordinatenachsen befinden sich auf der Werkbank, aber die Rotationsachse steht nicht senkrecht zur linearen Achse (Typ der geneigten Werkbank).
5. Eine der beiden Rotationskoordinaten wirkt auf das Werkzeug und die andere auf das Werkstück (ein Schwung und eine Rotation).
*Terminologie: Wenn die Drehachse nicht senkrecht zur linearen Achse verläuft, wird sie als „Drop“-Achse betrachtet.
Nachdem wir die fünfachsigen Werkzeugmaschinen mit diesen Strukturen gesehen haben, glaube ich, dass wir verstehen sollten, was und wie sich die fünfachsigen Werkzeugmaschinen bewegen. Doch welche Eigenschaften kann eine so vielfältige Werkzeugmaschinenstruktur bei der Bearbeitung aufweisen? Was sind die Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen dreiachsigen Werkzeugmaschinen? Werfen wir als Nächstes einen Blick auf die Glanzpunkte fünfachsiger Werkzeugmaschinen.
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Die vielen Vorteile der 5-Achs-Bearbeitung
Wenn wir über die Eigenschaften von fünfachsigen Werkzeugmaschinen sprechen, müssen wir sie mit herkömmlichen dreiachsigen Geräten vergleichen. Dreiachsige Bearbeitungsmaschinen sind in der Produktion relativ verbreitet, darunter vertikale, horizontale und Portaltypen. Zu den gängigen Bearbeitungsmethoden gehören die Endkantenbearbeitung mit dem Schaftfräser und die Seitenkantenbearbeitung. Profilbearbeitung von Kugelfräsern usw. Doch egal welche Form und Methode verwendet wird, sie alle haben eines gemeinsam: Die Richtung der Werkzeugachse bleibt während des Bearbeitungsprozesses unverändert. Die Werkzeugmaschine kann die rechtwinkligen Koordinaten des Werkzeugs im Raum nur durch Interpolation der drei linearen Achsen X, Y und Z im System realisieren. Bei den folgenden Produkten treten daher die Nachteile einer geringen Effizienz dreiachsiger Werkzeugmaschinen, einer schlechten Bearbeitungsoberflächenqualität oder sogar einer Unfähigkeit zur Bearbeitung auf.
Im Vergleich zu dreiachsigen CNC-Bearbeitungsmaschinen bieten fünfgelenkige CNC-Werkzeugmaschinen die folgenden Vorteile:
1. Behalten Sie den besten Schnittzustand des Werkzeugs bei und verbessern Sie die Schnittbedingungen
Wie in der Abbildung oben gezeigt, verschlechtert sich bei der dreiachsigen Schneidmethode links der Schneidzustand allmählich, wenn sich das Schneidwerkzeug zur Oberseite oder Kante des Werkstücks bewegt. Um hier optimale Schnittbedingungen aufrechtzuerhalten, ist ein Drehtisch erforderlich. Und wenn wir eine unregelmäßige Ebene vollständig bearbeiten wollen, müssen wir die Werkbank mehrmals in verschiedene Richtungen drehen. Es ist ersichtlich, dass die fünfachsige Werkzeugmaschine auch die Situation vermeiden kann, in der die lineare Geschwindigkeit des Mittelpunkts des Kugelfräsers 0 beträgt, und eine bessere Oberflächenqualität erzielen kann.
2. Vermeiden Sie effektiv Werkzeuginterferenzen
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Wie in der Abbildung oben gezeigt, können dreiachsige Geräte bei Teilen wie Laufrädern, Schaufeln und Blisks, die im Luft- und Raumfahrtbereich verwendet werden, aufgrund von Interferenzen die Prozessanforderungen nicht erfüllen. Eine fünfachsige Werkzeugmaschine kann diese Anforderung erfüllen. Gleichzeitig können fünfachsige Werkzeugmaschinen auch kürzere Werkzeuge für die Bearbeitung verwenden, was die Systemsteifigkeit verbessert, die Anzahl der Werkzeuge reduziert und die Erzeugung von Spezialwerkzeugen vermeidet. Für unsere Unternehmer bedeutet das: Mit der Fünf-Achs-Werkzeugmaschine sparen Sie bares Geld bei den Werkzeugkosten!
3. Reduzieren Sie die Anzahl der Aufspannungen und führen Sie die fünfseitige Bearbeitung in einer Aufspannung durch
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Wie in der Abbildung oben gezeigt, kann das Fünf-Achsen-Bearbeitungszentrum auch die Datumsumwandlung reduzieren und die Bearbeitungsgenauigkeit verbessern. Bei der eigentlichen Bearbeitung ist nur eine Einspannung erforderlich und die Bearbeitungsgenauigkeit lässt sich leichter gewährleisten. Gleichzeitig werden durch die Verkürzung der Prozesskette und die Reduzierung der Geräteanzahl im Fünf-Achs-Bearbeitungszentrum auch die Anzahl der Werkzeugaufnahmen, die Werkstattfläche und die Gerätewartungskosten reduziert. Das bedeutet, dass Sie weniger Vorrichtungen, weniger Platz in der Fabrik und weniger Wartungskosten benötigen, um eine effizientere und qualitativ hochwertigere Verarbeitung durchzuführen!
4. Verbessern Sie die Verarbeitungsqualität und -effizienz
Wie in der Abbildung gezeigt, kann die fünfachsige Werkzeugmaschine das seitliche Kantenschneiden des Werkzeugs nutzen, um eine höhere Bearbeitungseffizienz zu erreichen.
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5. Verkürzen Sie die Produktionsprozesskette und vereinfachen Sie das Produktionsmanagement
Die Komplettbearbeitung von fünfachsigen CNC-Werkzeugmaschinen verkürzt die Produktionsprozesskette erheblich und kann das Produktionsmanagement sowie die Planung und Terminierung vereinfachen. Je komplexer das Werkstück, desto offensichtlicher sind seine Vorteile gegenüber herkömmlichen Fertigungsmethoden mit verteilten Prozessen.
6. Verkürzen Sie den Entwicklungszyklus neuer Produkte
Für Unternehmen in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und anderen Bereichen weisen einige neue Produktteile und Formformen komplexe Formen und hohe Präzisionsanforderungen auf. Daher kann ein fünfachsiges CNC-Bearbeitungszentrum mit hoher Flexibilität, hoher Präzision, hoher Integration und vollständigen Bearbeitungsfähigkeiten die Präzisions- und Zyklusprobleme der komplexen Teilebearbeitung im Prozess der Entwicklung neuer Produkte gut lösen und den Forschungs- und Entwicklungsaufwand erheblich verkürzen Zyklus und verbessern die Erfolgsquote neuer Produkte.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass fünfachsige Werkzeugmaschinen zu viele Vorteile haben, aber die Werkzeughaltungssteuerung, das CNC-System, die CAM-Programmierung und die Nachbearbeitung von fünfachsigen Werkzeugmaschinen sind viel komplizierter als die von dreiachsigen Werkzeugmaschinen! Wenn wir über fünfachsige Werkzeugmaschinen sprechen, müssen wir gleichzeitig über die Frage der echten und falschen fünfachsigen Maschine sprechen. Wir alle wissen, dass der größte Unterschied zwischen echten und falschen fünf Achsen die RTCP-Funktion ist. Doch was ist RTCP, wie wird es generiert und wie wird es angewendet? Als nächstes werden wir uns RTCP anhand der Werkzeugmaschinenstruktur und der Programmiernachbearbeitung genauer ansehen, um sein wahres Erscheinungsbild zu verstehen.
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Über RTCP
RTCP gilt in High-End-5-Achsen-CNC-Systemen als rotierter Werkzeugmittelpunkt, was wir oft als Funktion zur Verfolgung des Werkzeugspitzenpunkts bezeichnen. Bei der Fünf-Achsen-Bearbeitung kommt es beim Verfolgen der Bahn des Werkzeugspitzenpunkts und der Lage zwischen Werkzeug und Werkstück zu einer zusätzlichen Bewegung des Werkzeugspitzenpunkts aufgrund der Rotationsbewegung. Die Kontrollpunkte des CNC-Systems stimmen oft nicht mit dem Werkzeugspitzenpunkt überein, daher muss das CNC-System die Kontrollpunkte automatisch korrigieren, um sicherzustellen, dass sich der Werkzeugspitzenpunkt gemäß der vorgeschriebenen Flugbahn bewegt. Die Industrie nennt diese Technologie auch TCPM, TCPC oder RPCP und andere Funktionen. Tatsächlich ähneln die funktionalen Definitionen dieser Namen denen von RTCP. Genau genommen wird die RTCP-Funktion bei der Doppelschwingkopfstruktur verwendet und der Rotationsmittelpunkt des Schwingkopfs zur Kompensation verwendet. RPCP-ähnliche Funktionen werden hauptsächlich bei Werkzeugmaschinen mit Doppeldrehtisch verwendet und kompensieren Änderungen der linearen Achsenkoordinaten, die durch die Drehung des Werkstücks verursacht werden. Tatsächlich haben diese Funktionen das gleiche Ziel, nämlich den Werkzeugmittelpunkt und den tatsächlichen Kontaktpunkt zwischen Werkzeug und Werkstückoberfläche unverändert zu lassen. Der Einfachheit halber wird in diesem Artikel diese Art von Technologie daher als RTCP-Technologie zusammengefasst.
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Wie ist die RTCP-Funktion entstanden? Vor vielen Jahren, als fünfachsige Werkzeugmaschinen erstmals auf dem Markt populär wurden, wurde das RTCP-Konzept von Werkzeugmaschinenherstellern stark beworben. Zu dieser Zeit war die RTCP-Funktion eher eine Spielerei der Technologie zuliebe und immer mehr Menschen waren von der Technologie selbst begeistert und begeistert. Tatsächlich ist die RTCP-Funktion genau das Gegenteil. Es handelt sich nicht nur um eine gute Technologie, sondern auch um eine gute Technologie, die Vorteile bringen und den Kunden einen Mehrwert bieten kann. Bei Werkzeugmaschinen mit RTCP-Technologie (in China auch als echte Fünf-Achsen-Werkzeugmaschinen bekannt) muss der Bediener das Werkstück nicht genau auf die Achse des Drehtisches ausrichten und es beiläufig festklemmen. Die Werkzeugmaschine gleicht den Versatz automatisch aus, was die Nebenzeit erheblich reduziert und die Bearbeitung verbessert. Genauigkeit. Gleichzeitig ist die Nachbearbeitung einfach, solange die Koordinaten und der Vektor der Werkzeugspitze ausgegeben werden. Wie bereits erwähnt, verfügen fünfachsige CNC-Werkzeugmaschinen in Bezug auf die mechanische Struktur hauptsächlich über Doppelschwenkköpfe, Doppeldrehtische, einen Schwenk und eine Drehung.
Im Folgenden nehmen wir das High-End-Fünf-Achsen-CNC-System mit zwei Drehtischen als Beispiel, um die RTCP-Funktion im Detail vorzustellen.
Definieren Sie die Konzepte der vierten und fünften Achse in einer fünfachsigen Werkzeugmaschine: In einer Doppeldrehtischstruktur beeinflusst die Drehung der vierten Achse die Lage der fünften Achse, und die Drehung der fünften Achse kann diese nicht beeinflussen Haltung der vierten Achse. Die fünfte Achse ist die Rotationskoordinate auf der vierten Achse.
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Okay, nachdem wir die Definition gelesen haben, erklären wir sie. Wie in der Abbildung oben gezeigt, ist die 4. Achse der Werkzeugmaschine die A-Achse und die 5. Achse die C-Achse. Das Werkstück wird auf den C-Achsen-Drehtisch gelegt. Wenn sich die 4. Achse A dreht, wird auch die Haltung der C-Achse beeinflusst, da die C-Achse auf der A-Achse installiert ist. Auf die gleiche Weise führen Änderungen der Rotationskoordinaten für das Werkstück, das wir auf den Drehtisch legen, bei der Programmierung des Werkzeugmittelpunktschneidens unweigerlich zu Änderungen der X-, Y- und Z-Koordinaten der Linearachsen, was zu einer relativen Änderung führt Verschiebung. Um diese Verschiebung zu beseitigen, muss die Werkzeugmaschine sie ausgleichen. RTCP ist eine Funktion, die entwickelt wurde, um diese Kompensation zu eliminieren.
Wie gleicht die Werkzeugmaschine diesen Versatz aus? Lassen Sie uns als Nächstes analysieren, wie dieser Offset erzeugt wird.
Gemäß dem vorherigen Artikel wissen wir alle, dass die Änderung der Rotationskoordinaten einen Versatz der linearen Achsenkoordinaten verursacht. Dann ist es besonders wichtig, das Rotationszentrum der Rotationsachse zu analysieren. Bei Werkzeugmaschinen mit Doppeldrehtischstruktur liegt der Kontrollpunkt der C-Achse, der fünften Achse, normalerweise im Drehzentrum des Werkzeugmaschinentisches. Für die vierte Achse wird normalerweise der Mittelpunkt der vierten Achse als Kontrollpunkt ausgewählt.
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Um eine Fünf-Achsen-Steuerung zu realisieren, muss das CNC-System die Beziehung zwischen dem Kontrollpunkt der 5. Achse und dem Kontrollpunkt der 4. Achse kennen. Das heißt, im Anfangszustand (Position der Werkzeugmaschine A und C-Achse 0) ist der Kontrollpunkt der vierten Achse der Ursprung des Rotationskoordinatensystems der vierten Achse und der Positionsvektor [U, V, W] von der Kontrollpunkt der fünften Achse. Gleichzeitig müssen Sie auch den Abstand zwischen der A- und C-Achse kennen. Ein Beispiel für Doppeldrehtisch-Werkzeugmaschinen ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
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Allerdings können Sie sehen, dass bei Werkzeugmaschinen mit RTCP-Funktion das Steuerungssystem den Werkzeugmittelpunkt auf der programmierten Position hält. In diesem Fall ist die Programmierung unabhängig und hat nichts mit der Bewegung der Werkzeugmaschine zu tun. Wenn Sie auf einer Werkzeugmaschine programmieren, müssen Sie sich keine Gedanken über die Maschinenbewegung oder die Werkzeuglänge machen; Sie müssen lediglich die Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück berücksichtigen. Den Rest erledigt die Steuerung für Sie. Zum Beispiel:
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Wie in der Abbildung oben gezeigt, berücksichtigt das Steuerungssystem die Werkzeuglänge nicht, wenn die RTCP-Funktion nicht ausgeschaltet ist. Das Werkzeug dreht sich um den Mittelpunkt der Achse. Die Messerspitze bewegt sich aus ihrer Position und ist nicht mehr fixiert.
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Wie in der Abbildung oben gezeigt, ändert das Steuerungssystem bei aktivierter RTCP-Funktion nur die Werkzeugrichtung und die Position der Werkzeugspitze bleibt unverändert. Die notwendigen Ausgleichsbewegungen in der X-, Y- und Z-Achse werden automatisch berechnet.
Wie kann das Problem des linearen Achsenkoordinatenversatzes für fünfachsige Werkzeugmaschinen und CNC-Systeme ohne RTCP gelöst werden? Wir wissen, dass viele fünfachsige CNC-Werkzeugmaschinen und -Systeme in China gefälschte Fünfachser sind. Der sogenannte Fake-Fünfachser bezieht sich eigentlich auf Werkzeugmaschinen ohne RTCP-Funktion. Ob die wahre oder falsche Fünfachse ist, wird nicht anhand des Aussehens beurteilt oder ob die fünf Achsen miteinander verbunden sind. Sie müssen wissen, dass der gefälschte Fünf-Achser auch mit den fünf Achsen verknüpft werden kann. Der Hauptunterschied zwischen falschen Fünf-Achsen-Programmen besteht darin, dass es keinen echten Fünf-Achsen-RTCP-Algorithmus gibt, was bedeutet, dass bei der falschen Fünf-Achsen-Programmierung die Pendellänge der Spindel und die Position des Drehtisches berücksichtigt werden müssen. Das bedeutet, dass Sie sich bei der Verwendung falscher Fünf-Achsen-CNC-Systeme und der Werkzeugmaschinenprogrammierung auf die CAM-Programmierung und Nachbearbeitungstechnologie verlassen müssen, um den Werkzeugweg im Voraus zu planen.
Bei einem Wechsel der Werkzeugmaschine oder eines Werkzeugwechsels für dasselbe Teil muss die CAM-Programmierung und Nachbearbeitung erneut durchgeführt werden. Darüber hinaus muss die falsche Fünf-Achsen-Werkzeugmaschine beim Spannen des Werkstücks sicherstellen, dass sich das Werkstück im Drehzentrum des Arbeitstisches befindet. Für den Bediener bedeutet dies, dass viel Spann- und Ausrichtzeit benötigt wird und die Genauigkeit nicht gewährleistet werden kann. Selbst bei der Indexierungsverarbeitung bereitet der gefälschte Fünf-Achser große Probleme. Der echte Fünf-Achser muss nur ein Koordinatensystem einrichten und benötigt nur eine Werkzeugeinstellung, um die Bearbeitung abzuschließen.
In der folgenden Abbildung werden die Einstellungen des NX-Nachbearbeitungseditors als Beispiel verwendet, um die Koordinatentransformation der falschen fünf Achsen zu veranschaulichen:
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Wie in der Abbildung oben gezeigt, basiert die falsche Fünfachse auf Nachbearbeitungstechnologie, um die Mittelpositionsbeziehung zwischen der vierten Achse und der fünften Achse der Werkzeugmaschine anzuzeigen und die Verschiebung der Rotationsachse zu den linearen Achsenkoordinaten zu kompensieren . Die von ihm generierten CNC-Programme X, Y und Z sind nicht nur die Programmieranlaufpunkte, sondern beinhalten auch die notwendigen Korrekturen auf den Achsen
Das Ergebnis einer solchen Verarbeitung führt nicht nur zu unzureichender Verarbeitungsgenauigkeit und geringer Effizienz, das generierte Programm ist auch nicht vielseitig und die Arbeitskosten sind auch hoch. Da jede Werkzeugmaschine unterschiedliche Rotationsparameter hat, muss sie gleichzeitig über entsprechende Nachbearbeitungsdateien verfügen, was ebenfalls zu großen Unannehmlichkeiten für die Produktion führt. Darüber hinaus kann das Generierungsprogramm der gefälschten Fünf-Achsen-Achse nicht geändert werden, und es ist grundsätzlich unmöglich, eine manuelle Fünf-Achsen-Programmierung zu realisieren. Da es keine RTCP-Funktion gibt, können gleichzeitig viele der erweiterten Fünf-Achsen-Funktionen nicht verwendet werden, beispielsweise die Fünf-Achsen-Werkzeugkompensationsfunktion.
Tatsächlich handelt es sich bei fünfachsigen Werkzeugmaschinen lediglich um ein Werkzeug, mit dem wir Bearbeitungsergebnisse erzielen, und es gibt keinen Unterschied zwischen wahr und falsch. Wichtig ist, dass unser Prozess die Verarbeitungsmethode bestimmt. Relativ gesehen sind echte Fünf-Achsen-Werkzeugmaschinen kostengünstiger.
