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【东莞大数控车床加工】为什么加工复杂的零件,考虑五轴加工?

作者:jcmp      发布时间:2021-04-20      浏览量:0
五轴加工(5、Axis、Machinin

五轴加工(5、Axis、Machining)数控机床加工的模式。

根据ISO的规定,在描述数控机床的运动时,采用右手直角坐标系统,其中平行于主轴的坐标轴定义为z轴,x、y、z轴的旋转坐标分别为a、b、c。每个坐标轴的运动可以通过工作台或工具的运动来实现,但方向是根据工具相对于工件的运动方向来定义的。通常,五轴联动是指x、y、z、a、b、c中任意5个坐标的线性补充运动。换句话说,五轴是指x、y、z三个移动轴和任意两个旋转轴。与常见的三轴(x、y、z三个自由度)加工相比,五轴加工是指加工几何形状复杂的零件时,加工工具需要在五个自由度上定位和连接。

五轴加工所采用的机床通常称为五轴机床或五轴加工中心。五轴加工常用于宇宙领域,加工具有自由曲面的机体部件、涡轮机部件和叶轮等。五轴机床可以在不改变工件在机床上的位置的情况下加工工件的不同侧面,大大提高棱柱形件的加工效率。

五轴技术的发展

几十年来,人们普遍认为五轴数控加工工艺是加工加工、光滑复杂曲面的唯一手段。一旦人们在设计制造复杂曲面上碰到解决不了的难题,就会寻求五轴加工工艺的协助。五轴联动数控是数控技术中难度最大、应用范围最广的技术,集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体,应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。国际上以五轴联动数控技术为国家生产设备自动化技术水平的标志。由于其特殊地位,特别是对航空、宇宙、军事工业的重要影响和技术复杂性,西方工业发达国家以五轴数控系统为战略物资实施出口许可制度。与三轴联动的数控加工相比,从技术和编程的角度来看,在复杂曲面上采用五轴数控加工具有以下优点:

1)提高加工质量和效率

2)扩大技术范围3)满足复合化发展的新方向

但五轴数控加工由于干涉和刀具在加工空间的位置控制,其数控编程、数控系统和机床结构比三轴机床复杂得多。所以,五轴说起来容易,真的很难实现!此外,更难操作和运用!

说到五轴,必须说真伪五轴吗?真假5轴的区别主要在于是否有RTCP功能,以及是否有RTCP功能。

RTCP,解释一下,Fidia的RTCP是Rotation?Tool?Cool?Contr-Poitt的缩写,字面意思是Rotation?Tol?Cord,业内往往会稍加转义为围绕刀具中心转,有些人直译为旋转刀具中心编程,其实这只是RTCP的结果。PA的RTCP是Real-timeToolCenter-Pointer-rotation前几个单词的缩写。海德汉将类似的所谓升级技术称为TCPM,即ToolCentrepointManagement的缩写、刀具中心点管理。另一家制造商称类似技术为TCPC,即ToolCenterPointerControl的缩写和刀具中心点控制。

从Fidia的RTCP的字面意义来看,假设以手动方式定点执行RTCP功能,刀具中心点和刀具与工件表面的实际接触点将保持不变,此时刀具中心点落在刀具与工件表面的实际接触点的法线上,刀柄围绕刀具中心点旋转

为了实现手柄在执行RTCP功能时能够简单地围绕目标轨迹点(即手柄中心点)旋转的目的,必须实时补偿手柄旋转引起的手柄中心点各直线坐标的偏移,保持手柄中心点和手柄和工件表面的实际接触点不变,手柄和工件表面的实际接触点因此,RTCP似乎站在刀具的中心点(即数控代码的目标轨迹点),处理旋转坐标的变化。

没有RTCP的五轴机床和数控系统必须依靠CAM程序设计和后处理,事先规划刀路,同一部件,更换机床或更换刀具,必须重新进行CAM程序设计和后处理,因此只能称为假五轴,国内的五轴数控机床和系统当然,人们强行把自己称为五轴联动也没有厚度,但这个五轴不是彼此的五轴!

小编为此也咨询了业内专家,简单来说,真的,就是真的,五轴联动发起了定位功能,假的五轴有可能是发起了五轴三联动发起了鼓励,另外两轴只发起了定位功能!

这是一般的说法,不是规范的说法,一般来说,五轴机床分为五轴联动,也就是说五轴可以同时联动,另一个是五轴定位加工,实际上是五轴三是说,两个旋转轴的旋转定位的旋转定位,只有三轴可以同时联动加工

目前五轴数控机床的形式

在五轴加工中心的机械设计上,机床制造商始终致力于开发新的运动模式,满足各种要求。综合目前市场上各种五轴机床,其机械结构形式多种多样,主要有

两个旋转坐标直接控制工具轴线的方向(双摆头形式)

两个坐标轴在工具的顶部,但旋转轴与直线轴不垂直(俯卧型摆头形式)

两个旋转坐标直接控制空间的旋转(双转台形式)

两个旋转坐标一个作用于工具,一个作用于工件(一个旋转形式)。

看过这些结构的五轴机床,相信我们应该明白五轴机床是什么在运动,如何运动。

五轴数控编程抽象,操作困难

这是所有传统数控编程人员头疼的问题。三轴机床只有直线坐标轴,五轴数控机床的结构形式多样,同一段数控代码可以在不同的三轴数控机床上取得同样的加工效果,但某五轴机床的数控代码不适用于所有类型的五轴机床。数控编程不仅要调整直线运动,还要调整旋转角度行程检查、非直线误差检查、刀具旋转运动计算等,处理信息量大,数控编程非常抽象。

五轴数控加工的操作和程序设计技能密切相关,如果用户为机床增加特殊功能,程序设计和操作会更加复杂。只有反复实践,编程和操作者才能掌握必要的知识和技能。经验丰富的编程编程、操作人员,是五轴数控技术普及的一大阻力。

国内很多厂家从国外购买了五轴数控机床,由于技术培训和服务不足,五轴数控机床的固有功能难以实现,机床利用率低,很多情况下采用三轴机床比较好。

对数控插座控制器、伺服驱动系统的要求非常严格

五轴机床的运动是五个坐标轴运动的合成。旋转坐标的加入不仅增加了插入补充计算的负担,而且旋转坐标的微小误差大大降低了加工精度。因此,控制器需要更高的运算精度。

五轴机床的运动特性要求伺服驱动系统具有良好的动态特性和较大的调速范围。

五轴数控的数控程序验证尤为重要

提高机械加工效率,迫切要求淘汰传统的切割法验证方式。在五轴数控加工中,NC程序的检查也变得非常重要,通常采用五轴数控机床加工的工件价格非常高,冲突是五轴数控加工中的常见问题:工具切入工件的工具以非常高的速度撞到工件的工具和机床、工具等加工范围内的设备相撞的机床移动部件和固定部件或工件相撞。五轴数控中,碰撞难以预测,检查程序必须综合分析机床运动学和控制系统。

如果CAM系统发现错误,可以立即处理工具轨迹,但在加工过程中发现NC程序错误,不能像三轴数控那样直接修改工具轨迹。在三轴机床上,机床操作者可以直接修改工具半径等参数。在五轴加工中,工具尺寸和位置的变化直接影响后续旋转运动轨迹。

工具半径补偿

在五轴联动NC程序中,工具长度补偿功能仍有效,但工具半径补偿无效。用圆柱铣刀接触成型铣削时,需要制作不同直径的工具。目前流行的CNC系统无法完成工具半径补偿。因为ISO文件中没有提供足够的数据重新计算工具的位置。用户在进行数控加工的时候需要经常换刀或者调整刀具的正确尺寸,按照正常的处理程序,刀具的轨迹应该返回CAM系统重新计算。因此,整个加工过程的效率非常低。

对于这个问题,挪威研究人员正在开发一种临时解决方案,叫做LCPS,叫做LCOWCostOptimized更新版本的最佳生产策略)。刀具轨迹修正所需的数据由CNC应用程序输送到CAM系统,计算所得的刀具轨迹直接输送到控制器。LCOPS需要第三方提供CAM软件,可以直接连接到CNC机床,其间传递的是CAMT系统文件,而不是ISO代码。对于这个问题的最终解决方案,有赖于引入新一代CNC控制系统,该系统可以识别通用格式的工件模型文件(如STEP等)或CAD系统文件。

后置处理器

五轴机床和三轴机床的区别在于,还有两个旋转坐标,刀具位置从工件坐标系统向机床坐标系统转换,中间需要几次坐标转换。利用市场上流行的后置处理器生成器,只需输入机床的基本参数,就能生成三轴数控机床的后置处理器。对于五轴数控机床,目前只有一些改器。五轴数控机床的后置处理器需要进一步开发。

三轴联动时,刀具轨迹中不必考虑工件原点在机床工作台上的位置,后置处理器可自动处理工件坐标系和机床坐标系的关系。五轴联动,如x、y、z、b、c五轴联动的卧铣床加工时,工件必须考虑c转台的位置尺寸和b、c转台之间的位置尺寸。工人通常在装配工件时需要花费很多时间来处理这些位置关系。如果后置处理器能够处理这些数据,工件的安装和工具轨迹的处理将大大简化。只要将工件夹在工作台上,测量工件坐标系的位置和方向,将这些数据输入后置处理器,对工具轨迹进行后置处理,就能得到适当的NC程序。

非线性误差和奇异性问题

由于旋转坐标的引入,五轴数控机床的运动学比三轴机床复杂得多。与旋转相关的第一个问题是非线性误差。非线性误差应属于编程误差,可通过缩小步距来控制。在前置计算阶段,编程者无法知道非线性误差的大小,只有在后置处理器生成机床程序后,才能计算出非线性误差。刀具轨迹线性化可以解决这个问题。一些控制系统可以在加工的同时直线处理工具轨迹,但通常在后处理器中直线处理。

旋转轴引起的另一个问题是奇异性。如果奇异点位于旋转轴的极限位置,如果在奇异点附近有小的振动,旋转轴的180°会翻转,这是相当危险的。

对CAD/肖CAM系统的要求

对五面体加工的操作,用户必须利用成熟的CAD/CAM系统,经验丰富的编程人员必须操作CAD/CAM系统。

以前五轴机床和三轴机床之间的价格差距很大。目前,三轴机床追加旋转轴基本上是普通三轴机床的价格,该机床可以实现多轴机床的功能。同时,五轴机床的价格也比三轴机床的价格高30%~50%。

除了机床本身的投资外,还必须升级CAD/CAM系统软件和后置处理器,以满足五轴加工的要求。必须升级检验程序,模拟整个机床。

五轴加工机床在未来智能化趋势下,智能化装备的控制模式和人机界面将会有挺大的转变,WiFi宽带、蓝牙近距离通信等互联网性能的提升,基于平板电脑、手机和穿戴设备等互联网的移动控制方式将会愈来愈普及化。与时俱进的触摸屏和多点触摸的图形人机界面将逐渐取代按钮、开关、鼠标和键盘。人们,尤其是年轻人已经习惯了智能电子消费产品的操作方式,能够快速反应,切换屏幕,上传或下载数据,大大丰富了人机交互的内容,同时明显降低了误操作率。