In den letzten Jahren wurden CNC-Bearbeitungszentren mit fünfachsiger Verknüpfung immer häufiger in verschiedenen Bereichen eingesetzt. Immer wenn Menschen in der Praxis auf das Problem der hocheffizienten und qualitativ hochwertigen Bearbeitung von speziell geformten komplexen Teilen stoßen, ist die Fünf-Achs-Kinematiktechnologie zweifellos ein wichtiges Mittel, um solche Probleme zu lösen. Immer mehr Hersteller suchen nach 5-Achs-Geräten, um eine hocheffiziente und qualitativ hochwertige Verarbeitung zu gewährleisten. Aber wissen Sie wirklich genug über die 5-Achs-Bearbeitung?
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Der mechanische Aufbau der fünfachsigen Werkzeugmaschine
Um die Fünf-Achsen-Bearbeitung wirklich zu verstehen, müssen wir zunächst verstehen, was eine Fünf-Achsen-Werkzeugmaschine ist. Eine Fünf-Achsen-Werkzeugmaschine (5-Achsen-Bearbeitung) bezieht sich, wie der Name schon sagt, auf das Hinzufügen von zwei Rotationsachsen zu den drei gemeinsamen Linearachsen X, Y und Z. Die zwei Rotationsachsen in den drei Achsen A, B und C Achsen verfügen über unterschiedliche Bewegungsmodi, um den technischen Anforderungen verschiedener Produkte gerecht zu werden.
In Bezug auf das mechanische Design des 5--Achsen-Bearbeitungszentrums haben sich Werkzeugmaschinenhersteller schon immer unermüdlich dafür eingesetzt, neue Bewegungsmodi zu entwickeln, um verschiedenen Anforderungen gerecht zu werden. Basierend auf den verschiedenen Arten von fünfachsigen Werkzeugmaschinen, die derzeit auf dem Markt sind, gibt es zwar verschiedene Arten von mechanischen Strukturen, aber hauptsächlich die folgenden Arten:
1. Zwei Rotationskoordinaten steuern direkt die Richtung der Werkzeugachse (Doppelschwenkkopfform).
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2. Die beiden Koordinatenachsen befinden sich oben am Werkzeug, aber die Rotationsachse ist nicht senkrecht zur Linearachse (Typ mit hängendem Kopf).
3. Die beiden Drehkoordinaten steuern direkt die Drehung des Raumes (doppelte Drehscheibenform).
4. Die beiden Koordinatenachsen befinden sich auf dem Tisch, aber die Rotationsachse steht nicht senkrecht auf der Linearachse (Lottischtyp).
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5. Eine der beiden Rotationskoordinaten wirkt auf das Werkzeug, die andere auf das Werkstück (ein Pendel und eine Umdrehung).
*Begriff: Steht die Rotationsachse nicht senkrecht auf der Linearachse, spricht man von einer "Eintauchachse".
Nachdem wir die fünfachsigen Werkzeugmaschinen mit diesen Strukturen gesehen haben, sollten wir meiner Meinung nach verstehen, was und wie sich die fünfachsigen Werkzeugmaschinen bewegen. Doch welche Eigenschaften kann eine so vielfältige Werkzeugmaschinenstruktur bei der Bearbeitung aufweisen? Was sind die Vorteile gegenüber herkömmlichen dreiachsigen Werkzeugmaschinen? Als nächstes werfen wir einen Blick auf die Leuchtpunkte der fünfachsigen Werkzeugmaschine.
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Die vielen Vorteile der 5-Achs-Bearbeitung
Apropos Eigenschaften von fünfachsigen Werkzeugmaschinen, es ist notwendig, sie mit herkömmlichen dreiachsigen Geräten zu vergleichen. Dreiachsige Bearbeitungsgeräte sind in der Produktion relativ verbreitet, und es gibt verschiedene Formen wie vertikal, horizontal und Gantry. Übliche Bearbeitungsverfahren umfassen Schaftfräser-Endkantenbearbeitung und Seitenkantenbearbeitung. Profilieren von Kugelkopfmessern usw. Aber egal welche Form oder Methode, es ist gemeinsam, dass die Richtung der Werkzeugachse während des Bearbeitungsprozesses unverändert bleibt und die Werkzeugmaschine das Werkzeug nur im kartesischen Raum erreichen kann Koordinaten durch die Interpolation der drei linearen Achsen X, Y und Z. Bewegung in der Abteilung. Daher zeigen sich bei den folgenden Produkten die Nachteile dreiachsiger Werkzeugmaschinen, wie geringer Wirkungsgrad, schlechte Oberflächenqualität bis hin zur Unverarbeitbarkeit.
Im Vergleich zu dreiachsigen CNC-Bearbeitungsgeräten haben fünfgliedrige CNC-Werkzeugmaschinen die folgenden Vorteile:
1. Halten Sie das Werkzeug im besten Schnittzustand und verbessern Sie die Schnittbedingungen
Wie in der obigen Abbildung gezeigt, verschlechtert sich im dreiachsigen Schneidmodus in der linken Abbildung der Schneidzustand allmählich, wenn sich das Schneidwerkzeug zur Oberseite oder zum Rand des Werkstücks bewegt. Um auch hier optimale Schnittbedingungen zu erhalten, ist ein Rundtisch erforderlich. Und wenn wir eine unregelmäßige Ebene komplett bearbeiten wollen, muss der Tisch mehrfach in verschiedene Richtungen gedreht werden. Es ist ersichtlich, dass die fünfachsige Werkzeugmaschine auch die Situation vermeiden kann, dass die Mittelpunktliniengeschwindigkeit des Kugelkopffräsers 0 ist, und eine bessere Oberflächenqualität erzielen kann.
2. Vermeiden Sie effektiv Werkzeugstörungen
Wie in der obigen Abbildung gezeigt, kann die dreiachsige Ausrüstung für Teile wie Laufräder, Schaufeln und Blisks, die in der Luft- und Raumfahrt verwendet werden, aufgrund von Interferenzen die Prozessanforderungen nicht erfüllen. Die fünfachsige Werkzeugmaschine kann zufrieden sein. Gleichzeitig kann die fünfachsige Werkzeugmaschine auch kürzere Werkzeuge für die Bearbeitung verwenden, die Steifigkeit des Systems verbessern, die Anzahl der Werkzeuge reduzieren und die Herstellung von Sonderwerkzeugen vermeiden. Für unsere Unternehmer bedeutet das, dass Sie mit der 5-Achs-Werkzeugmaschine bei den Werkzeugkosten bares Geld sparen!
3. Reduzieren Sie die Anzahl der Aufspannungen und führen Sie die fünfseitige Bearbeitung in einer Aufspannung durch
Wie in der obigen Abbildung gezeigt, kann man sehen, dass das fünfachsige Bearbeitungszentrum auch die Benchmark-Umwandlung reduzieren und die Bearbeitungsgenauigkeit verbessern kann. Bei der tatsächlichen Bearbeitung ist nur eine Klemmung erforderlich, und die Bearbeitungsgenauigkeit lässt sich einfacher garantieren. Gleichzeitig werden durch die Verkürzung der Prozesskette und die Reduzierung der Geräteanzahl im Fünf-Achs-Bearbeitungszentrum auch die Anzahl der Vorrichtungen, die Werkstattfläche und die Wartungskosten der Geräte reduziert. Das bedeutet, dass Sie weniger Vorrichtungen, weniger Werkstattfläche und Wartungskosten verwenden können, um eine effizientere und qualitativ hochwertigere Verarbeitung durchzuführen!
4. Verbesserung der Verarbeitungsqualität und -effizienz
Wie in der Abbildung gezeigt, kann die fünfachsige Werkzeugmaschine mit der Seitenkante des Werkzeugs geschnitten werden, und die Verarbeitungseffizienz ist höher.
5. Verkürzen Sie die Produktionsprozesskette und vereinfachen Sie das Produktionsmanagement
Die Komplettbearbeitung von fünfachsigen CNC-Werkzeugmaschinen verkürzt die Prozesskette der Produktion erheblich, was die Produktionssteuerung und -planung vereinfachen kann. Je komplexer das Werkstück, desto deutlicher werden seine Vorteile gegenüber traditionellen Fertigungsverfahren mit dezentralen Prozessen.
6. Verkürzen Sie den Entwicklungszyklus für neue Produkte
Für Unternehmen in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und anderen Bereichen haben einige neue Produktteile und Formwerkzeuge komplexe Formen und hohe Präzisionsanforderungen. Daher können fünfachsige CNC-Bearbeitungszentren mit hoher Flexibilität, hoher Präzision, hoher Integration und vollständiger Verarbeitungsfähigkeit verwendet werden. Es kann die Präzisions- und Zyklusprobleme der komplexen Teileverarbeitung im Prozess der Entwicklung neuer Produkte gut lösen, den Entwicklungszyklus erheblich verkürzen und die Erfolgsrate neuer Produkte verbessern.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die fünfachsige Werkzeugmaschine zu viele Vorteile hat, aber die Lagesteuerung der fünfachsigen Werkzeugmaschine, das CNC-System, die CAM-Programmierung und die Nachbearbeitung sind viel komplizierter als die dreiachsige Werkzeugmaschine! Gleichzeitig müssen wir, wenn wir über fünfachsige Werkzeugmaschinen sprechen, über das Problem echter und falscher fünfachsiger sprechen. Wir alle wissen, dass der größte Unterschied zwischen echten und falschen Fünfachsen die RTCP-Funktion ist. Aber was ist RTCP, wie wird es generiert und wie wird es angewendet? Als nächstes werfen wir einen detaillierten Blick auf RTCP, indem wir die Struktur der Werkzeugmaschine und die Nachbearbeitung der Programmierung kombinieren, um ihr wahres Gesicht zu verstehen.
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Über RTCP
RTCP, im High-End-5-Achsen-CNC-System, denkt, dass RTCP der Rotated Tool Center Point ist, was wir oft als Werkzeugspitzen-Punktverfolgungsfunktion bezeichnen. Bei der Fünf-Achs-Bearbeitung wird beim Verfolgen der Bahn des Werkzeugspitzenpunkts und der Lage zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück aufgrund der Drehbewegung eine zusätzliche Bewegung des Werkzeugspitzenpunkts erzeugt. Die Kontrollpunkte des CNC-Systems stimmen häufig nicht mit den Werkzeugspitzenpunkten überein, so dass das CNC-System die Kontrollpunkte automatisch korrigieren muss, um sicherzustellen, dass sich die Werkzeugspitzenpunkte gemäß der vorgeschriebenen Bahn bewegen. In der Industrie wird diese Technologie auch als TCPM, TCPC oder RPCP bezeichnet. Tatsächlich ähneln die Funktionsdefinitionen dieser Namen denen von RTCP. Genau genommen wird die RTCP-Funktion in der Doppelschwenkkopfstruktur verwendet, und der Mittelpunkt der Schwenkkopfdrehung wird zum Ausgleich verwendet. Die RPCP-ähnliche Funktion wird hauptsächlich auf die Werkzeugmaschine in Form eines Doppeldrehtisches angewendet und kompensiert die Änderung der linearen Achsenkoordinaten, die durch die Drehung des Werkstücks verursacht wird. Tatsächlich haben diese Funktionen auf unterschiedlichen Wegen das gleiche Ziel, die alle darin bestehen, den Mittelpunkt des Werkzeugs und den tatsächlichen Kontaktpunkt zwischen dem Werkzeug und der Oberfläche des Werkstücks unverändert zu lassen. Daher vereinheitlicht dieser Artikel der Einfachheit halber diese Art von Technologie als RTCP-Technologie.
Wie also ist die RTCP-Funktion entstanden? Vor vielen Jahren, als fünfachsige Werkzeugmaschinen zum ersten Mal auf dem Markt populär wurden, wurde das Konzept von RTCP von Werkzeugmaschinenherstellern hochgespielt. Damals war die Funktion von RTCP eher eine Spielerei der Technik zuliebe, und immer mehr Menschen waren von der Technik selbst begeistert und gehyped. Tatsächlich ist die Funktion von RTCP genau das Gegenteil. Es ist nicht nur eine gute Technologie, sondern auch eine gute Technologie, die Vorteile bringt und Kunden einen Mehrwert schafft. Bei Werkzeugmaschinen mit RTCP-Technologie (d. h. den sogenannten echten Fünf-Achsen-Werkzeugmaschinen in China) muss der Bediener das Werkstück nicht genau mit der Achsenlinie des Drehtisches ausrichten und es zwanglos einspannen. Die Werkzeugmaschine kompensiert den Versatz automatisch, wodurch die Nebenzeiten erheblich reduziert und die Verarbeitung verbessert werden. Präzision. Gleichzeitig ist die Nachbearbeitung einfach durchzuführen, solange die Koordinaten und Vektoren des Werkzeugspitzenpunkts ausgegeben werden. Wie wir bereits gesagt haben, haben fünfachsige CNC-Werkzeugmaschinen in Bezug auf die mechanische Struktur hauptsächlich Strukturen wie doppelte Schwenkköpfe, doppelte Drehtische und eine Schwenkung und eine Drehung.
Im Folgenden stellen wir Ihnen am Beispiel der High-End-5-Achs-CNC-Anlage mit Doppeldrehtisch die RTCP-Funktion im Detail vor.
Definieren Sie das Konzept der vierten Achse und der fünften Achse in der fünfachsigen Werkzeugmaschine: Die Drehung der vierten Achse beeinflusst die Lage der fünften Achse in der Doppeldrehtischstruktur, und die Drehung der fünften Achse kann die Lage nicht beeinflussen der vierten Achse. Die fünfte Achse ist die Rotationskoordinate auf der vierten Achse.
Nun, nachdem wir die Definition gelesen haben, lassen Sie es uns erklären. Wie in der obigen Abbildung 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-Achse dreht, wird auch die Haltung der C-Achse beeinflusst, da die C-Achse auf der A-Achse installiert ist. In gleicher Weise führt bei dem Werkstück, das wir auf den Drehtisch legen, wenn wir das Schneiden der Werkzeugmitte programmieren, die Änderung der Rotationskoordinate zwangsläufig zu einer Änderung der X-, Y-, Z-Koordinaten der Linearachse, was zu a führt relative Verschiebung. Um diese Verschiebung zu eliminieren, muss die Werkzeugmaschine sie kompensieren, und RTCP ist eine Funktion, die erzeugt wird, um diese Kompensation zu eliminieren.
Wie gleicht die Werkzeugmaschine diesen Versatz aus? Lassen Sie uns als Nächstes analysieren, wie dieser Offset generiert wird.
Demnach wissen wir alle, dass der Versatz der Linearachsenkoordinaten durch die Änderung der Rotationskoordinaten verursacht wird. Dann ist es besonders wichtig, das Rotationszentrum der Rotationsachse zu analysieren. Bei einer Werkzeugmaschine mit Doppeldrehtischaufbau liegt der Steuerpunkt der C-Achse, also der fünften Achse, üblicherweise im Drehmittelpunkt des Maschinentisches. Für die 4. Achse wird üblicherweise der Mittelpunkt der 4. Achse als Kontrollpunkt gewählt.
Um eine Fünfachsensteuerung zu realisieren, muss das numerische Steuersystem die Beziehung zwischen dem Steuerpunkt der fünften Achse und dem Steuerpunkt der vierten Achse kennen. Das heißt, der Anfangszustand (0 Position der A- und C-Achsen der Werkzeugmaschine), der Positionsvektor [U, V, W] des Steuerpunkts der fünften Achse in dem sich drehenden Koordinatensystem der vierten Achse, wo die Kontrollpunkt der vierten Achse ist der Ursprung. Gleichzeitig ist es auch notwendig, den Abstand zwischen der A- und der C-Achse zu kennen. Ein Beispiel für eine Werkzeugmaschine mit doppeltem Drehtisch ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Apropos, Sie können sehen, dass bei Werkzeugmaschinen mit RTCP-Funktion das Steuerungssystem die Werkzeugmitte die ganze Zeit auf der programmierten Position hält. Die Programmierung ist dabei in sich abgeschlossen und unabhängig von der Maschinenkinematik. Wenn Sie auf einer Werkzeugmaschine programmieren, müssen Sie sich keine Gedanken über die Maschinenbewegung und die Werkzeuglänge machen, Sie müssen nur an die Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück denken. Der Rest des Auftragssteuerungssystems erledigt dies für Sie. Zum Beispiel:
Wie in der obigen Abbildung gezeigt, berücksichtigt das Steuersystem 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.
Wie in der Abbildung oben gezeigt, ändert das Steuersystem bei eingeschalteter RTCP-Funktion nur die Richtung des Werkzeugs, und die Position der Werkzeugspitze bleibt unverändert. Die notwendigen Ausgleichsbewegungen in den Achsen X, Y, Z werden automatisch berechnet.
Und wie löst man das Problem des Linearachsenkoordinatenversatzes für fünfachsige Werkzeugmaschinen und CNC-Systeme ohne RTCP? Wir wissen, dass viele fünfachsige CNC-Werkzeugmaschinen und -Systeme in China gefälschte fünfachsige sind. Der sogenannte Fake-Five-Achs bezieht sich eigentlich auf Werkzeugmaschinen ohne RTCP-Funktion. Die wahre und falsche Fünfachse basiert weder auf dem Aussehen noch darauf, ob die fünf Achsen miteinander verbunden sind. Sie müssen wissen, dass der gefälschte Fünfachser auch für eine Fünfachsverbindung verwendet werden kann. Der Unterschied zwischen der gefälschten Fünfachse besteht darin, dass sie nicht über den echten fünfachsigen RTCP-Algorithmus verfügt, was bedeutet, dass die gefälschte Fünfachsenprogrammierung die Pendellänge der Spindel und die Position des Drehtisches berücksichtigen muss. Das bedeutet, dass man sich beim Programmieren mit einem gefälschten Fünf-Achsen-CNC-System und einer Werkzeugmaschine auf die CAM-Programmierung und Nachbearbeitungstechnologie verlassen muss, um den Werkzeugweg im Voraus zu planen.
Wird für das gleiche Teil die Werkzeugmaschine oder das Werkzeug gewechselt, muss die CAM-Programmierung und Nachbearbeitung erneut durchgeführt werden. Und die falsche fünfachsige Werkzeugmaschine muss sicherstellen, dass sich das Werkstück beim Einspannen des Werkstücks im Rotationszentrum des Arbeitstisches befindet. Für den Bediener bedeutet dies, dass das Aufspannen und Ausrichten viel Zeit in Anspruch nimmt und die Genauigkeit nicht garantiert werden kann. Auch bei der Indexbearbeitung macht der fingierte Fünfachser ordentlich Ärger. Der echte Fünfachser muss nur ein Koordinatensystem einrichten und benötigt nur eine Werkzeugeinstellung, um die Bearbeitung abzuschließen.
Die folgende Abbildung zeigt beispielhaft die NX-Post-Processing-Editor-Einstellungen, um die Koordinatentransformation der gefälschten Fünfachse zu veranschaulichen:
Wie in der obigen Abbildung gezeigt, stützt sich die falsche Fünfachse auf Nachbearbeitungstechnologie, um die Mittenpositionsbeziehung zwischen der vierten Achse und der fünften Achse der Werkzeugmaschine anzuzeigen, um die Verschiebung der Rotationsachse zu den Koordinaten der Linearachse zu kompensieren . Die daraus generierten CNC-Programme X, Y und Z programmieren nicht nur den Anfahrpunkt, sondern beinhalten auch die notwendigen Korrekturen auf der X-, Y- und Z-Achse.
Das Ergebnis einer solchen Verarbeitung führt nicht nur zu einer unzureichenden Bearbeitungsgenauigkeit und einer geringen Effizienz, sondern das erzeugte Programm ist auch nicht universell und die erforderlichen Arbeitskosten sind ebenfalls hoch. Da die Rotationsparameter jeder Werkzeugmaschine unterschiedlich sind, müssen gleichzeitig entsprechende Nachbearbeitungsdateien vorhanden sein, was ebenfalls große Unannehmlichkeiten für die Produktion verursacht. Darüber hinaus kann das generierte Programm der gefälschten Fünfachse nicht geändert werden, und es ist grundsätzlich unmöglich, eine manuelle Fünfachsenprogrammierung zu realisieren. Da es keine RTCP-Funktion gibt, können gleichzeitig viele erweiterte fünfachsige Funktionen, die davon abgeleitet sind, nicht verwendet werden, wie beispielsweise die fünfachsige Werkzeugkompensationsfunktion.
Tatsächlich ist es für fünfachsige Werkzeugmaschinen nur ein Werkzeug für uns, um Bearbeitungsergebnisse zu erzielen, und es gibt keinen Unterschied zwischen wahr und falsch. Wichtig ist, dass unsere Technologie bestimmt, welche Methode für die Verarbeitung gewählt wird. Relativ gesehen sind echte 5-Achs-Werkzeugmaschinen kostengünstiger.
