آیا واقعاً در مورد ماشینکاری پنج محوره می دانید؟

همانطور که از نام آن پیداست، ماشینکاری پنج محور یک حالت پردازش ماشین ابزار NC است.حرکت درونیابی خطی هر پنج مختصات در X، Y، Z، A، B، C پذیرفته شده است.ماشین ابزاری که برای ماشینکاری پنج محور استفاده می شود معمولاً ماشین ابزار پنج محور یا مرکز ماشینکاری پنج محور نامیده می شود.اما آیا واقعا ماشینکاری پنج محوره را می شناسید؟

توسعه فناوری پنج محور
برای چندین دهه، عموماً اعتقاد بر این بود که فناوری ماشینکاری پنج محوره NC تنها راه برای پردازش سطوح پیوسته، صاف و پیچیده است.هنگامی که مردم در طراحی و ساخت سطوح پیچیده با مشکلات غیر قابل حل مواجه می شوند، به فناوری ماشینکاری پنج محور روی می آورند.ولی...
CNC اتصال پنج محوره سخت ترین و پرکاربردترین فناوری CNC است.این سیستم کنترل کامپیوتری، درایو سروو با کارایی بالا و فناوری ماشینکاری دقیق را ادغام می کند و برای ماشینکاری کارآمد، دقیق و خودکار سطوح پیچیده اعمال می شود.در دنیا فناوری کنترل عددی پیوند پنج محوری به عنوان نماد سطح فناوری اتوماسیون تجهیزات تولید یک کشور محسوب می شود.کشورهای توسعه یافته صنعتی غرب به دلیل جایگاه ویژه، به ویژه تأثیر مهم آن بر صنایع هوایی، هوافضا و نظامی و همچنین پیچیدگی فناوری، همواره سیستم مجوز صادرات را به عنوان یک ماده استراتژیک اجرا کرده اند.

در مقایسه با ماشینکاری CNC سه محوره، از منظر فرآیند و برنامه ریزی، ماشینکاری CNC 5 محوره برای سطوح پیچیده دارای مزایای زیر است:
(1) بهبود کیفیت و کارایی پردازش
(2) دامنه فرآیند را گسترش دهید
(3) با جهت جدید توسعه مرکب روبرو شوید
اما، هاها، اما دوباره... به دلیل تداخل و کنترل موقعیت ابزار در فضای ماشینکاری، برنامه نویسی NC، سیستم NC و ساختار ماشین ابزار ماشینکاری پنج محوره NC بسیار پیچیده تر از ماشین ابزارهای سه محوره است.بنابراین، گفتن پنج محور آسان است، اما درک آن واقعاً سخت است!علاوه بر این، عملکرد خوب دشوارتر است!

وقتی صحبت از پنج محور شد، باید بگویم پنج محور درست و نادرست؟تفاوت بین 5 محور درست و نادرست عمدتاً در در دسترس بودن تابع RTCP نهفته است.به همین دلیل شیائو بیان 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.صنعت اغلب آن را به "چرخش در مرکز ابزار" ترجمه می کند و برخی افراد نیز مستقیماً آن را به عنوان "برنامه ریزی مرکز ابزار چرخان" ترجمه می کنند.در واقع، این فقط نتیجه RTCP است.RTCP از PA مخفف چند کلمه اول "چرخش نقطه مرکز ابزار در زمان واقعی" است.هایدگر به اصطلاح فناوری ارتقاء مشابه را TCPM می نامد که مخفف «مدیریت نقطه مرکز ابزار» است، یعنی مدیریت نقطه مرکز ابزار.برخی دیگر از فناوری مشابه به عنوان TCPC یاد می کنند که مخفف "Tool Center Point Control" است.
از معنای لغوی RTCP فیدیا، اگر تابع RTCP به صورت دستی در یک نقطه ثابت اجرا شود، نقطه مرکزی ابزار و نقطه تماس واقعی بین ابزار و سطح قطعه کار بدون تغییر باقی می‌ماند.در این زمان، نقطه مرکزی ابزار در نقطه تماس واقعی بین ابزار و سطح قطعه کار روی حالت عادی قرار می‌گیرد و دسته ابزار حول نقطه مرکزی ابزار می‌چرخد.برای برش های سر توپ، نقطه مرکزی ابزار، نقطه مسیر هدف کد NC است.برای اینکه دسته ابزار هنگام اجرای تابع RTCP به سادگی حول نقطه مسیر هدف (یعنی نقطه مرکز ابزار) بچرخد، باید به طور واقعی جابجایی مختصات خطی نقطه مرکزی ابزار ناشی از چرخش دسته ابزار را جبران کرد. زمان، به طوری که زاویه موجود بین دسته ابزار و حالت عادی در نقطه تماس واقعی ابزار و سطح قطعه کار را می توان تغییر داد در حالی که نقطه مرکزی ابزار و نقطه تماس واقعی ابزار و سطح قطعه کار بدون تغییر باقی می ماند. می تواند بهترین راندمان برش کاتر انتهای توپ را بازی کند و به طور موثر از تداخل جلوگیری کند.بنابراین، به نظر می رسد RTCP در نقطه مرکزی ابزار (یعنی نقطه مسیر هدف کد NC) بیشتر برای کنترل تغییر مختصات چرخش قرار دارد.
ماشین ابزار پنج محور و سیستم های CNC بدون RTCP باید بر برنامه نویسی CAM و پس پردازش تکیه کنند و مسیر ابزار باید از قبل برنامه ریزی شود.برای همان قسمت، اگر ماشین ابزار عوض شود یا ابزار عوض شود، برنامه نویسی CAM و پس پردازش باید دوباره انجام شود، بنابراین فقط می توان آنها را پنج محور نادرست نامید.بسیاری از ماشین آلات و سیستم های CNC پنج محوره خانگی متعلق به این نوع پنج محور کاذب هستند.البته افرادی که اصرار دارند خود را پیوند پنج محور بنامند اشکالی ندارد، اما این پنج محور (کاذب) آن پنج محور (درست) نیست!

شیائو بین همچنین با کارشناسان این صنعت مشورت کرد.به طور خلاصه، پنج محور واقعی پیوند پنج محور پنج است، محور پنج کاذب ممکن است پیوند پنج محور سه باشد، و دو محور دیگر فقط یک تابع موقعیت یابی را بازی می کنند!
این یک بیانیه محبوب است، نه یک بیانیه استاندارد.به طور کلی، ماشین ابزار پنج محور را می توان به دو نوع تقسیم کرد: یکی پیوند پنج محور است، یعنی می توان هر پنج محور را همزمان به هم متصل کرد.دیگری پردازش موقعیت یابی پنج محور است که در واقع پیوند پنج محور سه است: یعنی دو محور دوار می توانند بچرخند و موقعیت داشته باشند و تنها سه محور می توانند همزمان به هم متصل شوند.این معمولاً به عنوان حالت 3+2 ماشین ابزار پنج محوره شناخته می شود که می تواند به عنوان یک ماشین ابزار پنج محور کاذب نیز شناخته شود.
اشکال فعلی ماشین ابزار CNC پنج محوره

در طراحی مکانیکی مراکز ماشینکاری 5 محوره، سازندگان ماشین ابزار همیشه متعهد به توسعه حالت های حرکتی جدید برای برآوردن نیازهای مختلف بوده اند.با توجه به انواع ماشین‌آلات پنج محوره موجود در بازار، اگرچه ساختار مکانیکی آنها متنوع است، اما عمدتاً دارای اشکال زیر هستند:
دو مختصات چرخشی مستقیماً جهت محور ابزار را کنترل می کنند (فرم سر چرخش دوتایی)
دو محور در بالای ابزار قرار دارند،
با این حال، محور چرخش عمود بر محور خطی نیست (نوع آونگ عمودی)
دو مختصات چرخشی به طور مستقیم چرخش فضا را کنترل می کنند (فرم صفحه دوار)
دو محور روی میز کار هستند،
با این حال، محور چرخش عمود بر محور خطی نیست (میز کار عمودی)
یکی از دو مختصات چرخشی روی ابزار عمل می کند،
یکی روی قطعه کار عمل می کند (یک تاب و یک چرخش)

با دیدن این ماشین‌ابزارهای پنج محوری، من معتقدم که باید بفهمیم که ماشین‌ابزارهای پنج محور چگونه و چگونه حرکت می‌کنند.
مشکلات و مقاومت در توسعه فناوری NC پنج محور
ما قبلاً به برتری و اهمیت فناوری کنترل عددی پنج محور پی برده ایم.اما تاکنون استفاده از فناوری CNC پنج محوره همچنان به چند بخش با بودجه فراوان محدود شده است و هنوز مشکلات حل نشده وجود دارد.
بخش زیر برخی از مشکلات و مقاومت ها را جمع آوری می کند تا ببیند آیا آنها با شرایط شما مطابقت دارند یا خیر؟

برنامه نویسی NC 5 محوره، کار دشواری است
این یک سردرد برای هر برنامه نویس سنتی NC است.ماشین‌آلات سه محوره فقط دارای محورهای مختصات خطی هستند، در حالی که ماشین‌آلات پنج محوره CNC اشکال ساختاری مختلفی دارند.کد NC یکسان می تواند به همان اثر ماشینکاری روی ماشین های NC سه محور مختلف دست یابد، اما کد NC یک ماشین ابزار پنج محور خاص را نمی توان برای همه انواع ماشین ابزار پنج محور اعمال کرد.برنامه نویسی NC علاوه بر حرکت خطی، محاسبه حرکت چرخش را نیز هماهنگ می کند، مانند بازرسی سفر زاویه چرخش، بررسی خطای غیرخطی، محاسبه حرکت چرخش ابزار و غیره. مقدار اطلاعات پردازش شده زیاد است و برنامه نویسی NC بسیار انتزاعی است.
عملیات ماشینکاری پنج محوره NC ارتباط نزدیکی با مهارت های برنامه نویسی دارد.اگر کاربران عملکردهای خاصی را به ماشین ابزار اضافه کنند، برنامه نویسی و عملیات پیچیده تر خواهد شد.تنها با تمرین مکرر، پرسنل برنامه نویسی و عملیاتی می توانند بر دانش و مهارت های لازم تسلط یابند.فقدان برنامه نویسان و اپراتورهای باتجربه یک مقاومت بزرگ در برابر رایج شدن فناوری CNC پنج محور 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 پایین است.در بسیاری از موارد بهتر است از ماشین آلات CNC سه محوره استفاده شود.
الزامات بسیار سخت برای کنترل کننده درون یابی NC و سیستم درایو سروو
حرکت یک ماشین ابزار پنج محور ترکیبی از حرکت پنج محور مختصات است.افزودن مختصات چرخش نه تنها بار درون یابی را افزایش می دهد، بلکه به دلیل خطای کوچک مختصات چرخش، دقت ماشینکاری را بسیار کاهش می دهد.بنابراین لازم است کنترلر دقت محاسباتی بالاتری داشته باشد.
ویژگی‌های حرکتی ماشین ابزار پنج محور مستلزم آن است که سیستم درایو سروو دارای ویژگی‌های دینامیکی خوب و محدوده سرعت زیاد باشد.

تأیید برنامه NC NC 5 محوره از اهمیت ویژه ای برخوردار است
به منظور بهبود راندمان ماشینکاری، حذف روش سنتی کالیبراسیون "برش آزمایشی" ضروری است.در ماشینکاری NC 5 محوره، تأیید برنامه NC نیز بسیار مهم است، زیرا قطعات کار معمولاً توسط ماشین ابزارهای NC 5 محوره پردازش می شوند، بسیار گران هستند و برخورد یک مشکل رایج در ماشینکاری NC 5 محور است: ابزار برش به قطعه کار.این ابزار با سرعت بسیار بالایی با قطعه کار برخورد می کند.این ابزار با ماشین ابزار، تجهیزات و سایر تجهیزات در محدوده پردازش برخورد می کند.قطعات متحرک روی ماشین ابزار با قطعات ثابت یا قطعه کار برخورد می کنند.در پنج محور NC، پیش بینی برخورد بسیار دشوار است.برنامه کالیبراسیون 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.با این حال، اگر خطاهای برنامه NC در حین ماشینکاری پیدا شود، مسیر ابزار را نمی توان مستقیماً مانند NC سه محوره تغییر داد.در ماشین ابزار سه محوره، اپراتور ماشین ابزار 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 چرخش بعدی دارد.

جبران شعاع ابزار
در برنامه NC پیوند پنج محور، تابع جبران طول ابزار هنوز معتبر است، اما جبران شعاع ابزار نامعتبر است.هنگامی که از فرز استوانه ای برای فرز تماسی استفاده می شود، باید برنامه های مختلفی برای برش های با قطرهای مختلف تدوین شود.در حال حاضر، سیستم‌های CNC محبوب نمی‌توانند جبران شعاع ابزار را تکمیل کنند، زیرا فایل ISO داده‌های کافی برای محاسبه مجدد موقعیت ابزار را ارائه نمی‌کند.کاربر باید ابزار را مرتباً تغییر دهد یا اندازه دقیق ابزار را در طول پردازش NC تنظیم کند.طبق برنامه پردازش معمولی، مسیر ابزار باید برای محاسبه مجدد به سیستم CAM بازگردانده شود.در نتیجه راندمان کل فرآیند پردازش بسیار پایین است.

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

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

در پیوند سه محوره، موقعیت مبدا قطعه کار روی میز کار ماشین ابزار لازم نیست در مسیر ابزار در نظر گرفته شود و پردازشگر پست می تواند به طور خودکار رابطه بین سیستم مختصات قطعه کار و سیستم مختصات ماشین را مدیریت کند.برای اتصال پنج محور، به عنوان مثال، هنگام ماشینکاری بر روی یک ماشین فرز افقی با اتصال پنج محور X، Y، Z، B، C، اندازه قطعه کار روی میز گردان C و اندازه موقعیت بین میزهای گردان B و C. هنگام ایجاد مسیر ابزار باید در نظر گرفته 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 قطعه کار و پردازش مسیر ابزار بسیار ساده می شود.فقط قطعه کار را روی میز کار ببندید، موقعیت و جهت سیستم مختصات قطعه کار را اندازه گیری کنید، این داده ها را به پردازنده پست وارد کنید و مسیر ابزار را برای به دست آوردن برنامه CNC مناسب ارسال کنید.