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5軸加工を本当に理解していますか? それを読んだ後、あなたは突然気付くでしょう!

5軸加工は、その名前が示すように、CNC加工のモードです。 X、Y、Z、A、B、Cの任意の5座標の直線補間動作を採用しています。5軸加工に使用される工作機械は、通常、5軸工作機械または5軸マシニングセンターと呼ばれます。しかし、あなたは本当に5軸加工を理解していますか?

5軸技術の開発

何十年もの間、5軸CNC機械加工技術は、連続的で滑らかで複雑な曲面を処理する唯一の方法であると広く信じられてきました。複雑な曲面の設計と製造で解決できない問題に遭遇すると、5軸加工技術に目を向けます。だが。 。 。

5軸リンケージCNCは、CNC技術で最も困難で最も広く使用されている技術であり、コンピューター制御、高性能サーボドライブ、精密加工技術を統合し、複雑な曲面の効率的で正確な自動加工に使用されます。国際的には、5軸リンケージ数値制御技術は、国の生産設備の自動化技術レベルのシンボルと見なされています。その特別な地位、特に航空、航空宇宙、軍事産業、および技術的な複雑さへの重要な影響のために、西側の先進工業国は常に戦略的材料として5軸CNCシステムの輸出許可システムを実装してきました。

技術とプログラミングの観点から、3軸CNC加工と比較して、複雑な曲面の5軸CNC加工には次の利点があります。

(1)処理品質と効率を向上させる

(2)処理範囲を拡大

(3)複合開発の新しい方向性に対応する

しかし、ハハ、しかし再び。 。 。加工スペースでの工具の干渉と位置制御により、5軸CNC加工は、3軸工作機械よりもはるかに複雑なCNCプログラミング、CNCシステム、および工作機械構造を備えています。したがって、5軸は簡単に言うことができますが、それを実現するのは本当に難しいです!また、うまく操作するのはもっと難しいです!

5軸と言えば、真と偽の5軸について話す必要がありますか?真と偽の5軸の違いは、主にRTCP機能があるかどうかです。このため、編集者は特別に用語を探しました。

RTCP、説明、FidiaのRTCPは「RotationalTool Center Point」の略で、文字通り「回転ツールセンター」を意味し、業界は「ツールセンターを回転させる」と少し逃げる傾向があり、文字通り「回転する」と翻訳する人もいます。ツール「中央プログラミング」、実際、これはRTCPの結果にすぎません。 PAのRTCPは、「リアルタイムツールセンターポイントローテーション」の最初の数語の略語です。ハイデンハインは、TCPMと同様のいわゆるアップグレードテクノロジーを指します。これは、ツールセンターポイント管理である「ツールセンターポイント管理」の略語です。他のメーカーは、同様の技術をTCPCと呼んでいます。これは、ツールの中心点制御である「ツール中心点制御」の略語です。

フィディアのRTCPの文字通りの意味から、RTCP機能を手動で実行すると仮定すると、工具の中心点と工具とワーク表面の実際の接触点は変わりません。このとき、工具の中心点は実際の接触になります。ツールとワーク表面の間のポイント。ツールホルダーはツールの中心点を中心に回転します。ボールエンドツールの場合、ツールの中心点はCNCコードのターゲットトラックポイントです。 RTCP機能を実行するときにツールホルダーがターゲット軌道点(つまりツール中心点)を中心に単純に回転できるようにする目的を達成するには、ツール中心点の線形座標のオフセットを補正する必要があります。リアルタイムで工具ホルダーを回転させることにより、工具中心点と工具の実際の接触点を維持しながら、工具とワーク表面の実際の接触点で工具ホルダーと法線との間の角度を変更することができます。ボールノーズ工具の最高の切削を再生するために、ワークピースの表面を変更しません。効率的で、干渉やその他の影響を効果的に回避します。したがって、RTCPは、回転座標の変化に対処するために、ツールの中心点(つまり、数値制御コードのターゲット軌道点)に立っているように見えます。

RTCPを持たない5軸工作機械と数値制御システムは、CAMプログラミングと後処理に依存し、事前に工具経路を計画する必要があります。同じ部分で、工作機械が変更された場合、または工具が変更された場合、 CAMプログラミングと後処理を再度実行する必要があります。これは偽の5軸と呼ばれ、多くの国内の5軸CNC工作機械およびシステムはこの種の偽の5軸に属しています。もちろん、人々が自分自身を5軸リンケージと呼ぶことを主張することは理解できますが、この(偽の)5軸は他の(真の)5軸ではありません!

そのため、編集者は業界の専門家にも相談しました。つまり、真の5軸は5軸と5リンケージであり、偽の5軸は5軸と3リンケージである可能性があります。他の2軸は、測位機能のみを果たします。 !

これは一般的なことわざであり、標準的なことわざではありません。一般的に、5軸工作機械は2つのタイプに分けられます。1つは5軸リンケージ、つまり5軸すべてを同時にリンクできます。もう1つは5軸位置決め処理。5軸3リンケージです。つまり、2つの回転軸を回転させて位置決めし、同時に処理できるのは3軸のみです。この5軸工作機械は一般に3 +2モードとして知られています。偽の5軸としても理解されます。

5軸CNC工作機械の現在の形態

5軸マシニングセンターの機械設計では、工作機械メーカーは常にさまざまな要件を満たす新しいモーションモードの開発に絶え間なく取り組んできました。要約すると、現在市場に出回っている5軸工作機械にはさまざまな種類があり、さまざまな機械的構造がありますが、主に次の形式があります。
2つの回転座標が工具軸の方向を直接制御します(ダブルスイングヘッドフォーム)

2つの座標軸はツールの上部にあります。

ただし、回転軸は直線軸に対して垂直ではありません(ピッチ式スイングヘッド式)

2つの回転座標が空間の回転を直接制御します(ダブルターンテーブル形式)

2つの座標軸は作業台上にあります。

ただし、回転軸は直線軸に対して垂直ではありません(ピッチ式作業台)

2つの回転座標がツール1に作用します。

1つはワークピースに作用します(1回のスイングと1回の回転)

これらの5軸工作機械を見て、5軸工作機械が何をどのように動かしているのかを理解する必要があると思います。

5軸CNC技術の開発における難しさと抵抗

誰もが5軸CNC技術の優位性と重要性を長い間認識してきました。しかし、これまでのところ、5軸CNCテクノロジーの適用は、資金が十分にあるいくつかの部門に限定されており、未解決の問題がまだあります。

以下の編集者は、あなたの状況に対応しているかどうかを確認するために、いくつかの困難と抵抗を集めましたか?

5軸CNCプログラミングは抽象的で、操作が困難です

これは、すべての従来のCNCプログラマーが深く感じている頭痛の種です。 3軸工作機械は直線座標軸しかありませんが、5軸CNC工作機械はさまざまな構造を持っています。同じNCコードで異なる3軸CNC工作機械で同じ処理効果を得ることができますが、NCコードは5軸です。工作機械は適用できませんすべてのタイプの5軸工作機械。線形運動に加えて、CNCプログラミングは、回転角ストローク検査、非線形エラーチェック、工具回転計算など、回転運動の関連計算も調整する必要があります。処理される情報の量は非常に多く、CNCプログラミングは非常に大量です。概要。

5軸CNC加工の操作は、プログラミングスキルと密接に関係しています。ユーザーが工作機械に特別な機能を追加すると、プログラミングと操作がより複雑になります。繰り返し練習することによってのみ、プログラミングと運用の担当者は必要な知識とスキルを習得できます。経験豊富なプログラミングとオペレーターの不足は、5軸CNC技術の普及に対する大きな障害です。

国内メーカーの多くが海外から5軸CNC工作機械を購入していますが、技術的なトレーニングやサービスが不十分なため、5軸CNC工作機械本来の機能を実現することが難しく、工作機械の稼働率が非常に低くなっています。多くの場合、3軸工作機械を使用することをお勧めします。

NC補間コントローラとサーボドライブシステムの非常に厳しい要件

5軸工作機械の動きは、5つの座標軸の動きの組み合わせです。回転座標を追加すると、補間計算の負担が増えるだけでなく、回転座標の誤差が小さいため、処理精度が大幅に低下します。したがって、コントローラはより高い演算精度を備えている必要があります。

5軸工作機械の動作特性には、サーボドライブシステムが優れた動的特性と広い速度範囲を備えている必要があります。

5軸CNCのNCプログラム検証は特に重要です

加工効率を上げるためには、従来の「トライアルカット法」の検証方法を廃止することが急務です。 5軸CNC工作機械では、通常、5軸CNC工作機械で処理されるワークピースは非常に高価であり、衝突は5軸CNC工作機械で一般的な問題であるため、NCプログラムの検証も非常に重要になります。ワークピース;非常に高速でワークピースと衝突します;ツールは処理範囲内で工作機械、固定具および他の機器と衝突します;工作機械の可動部分は固定部分またはワークピースと衝突します。 5軸CNCでは、衝突を予測することは困難であり、キャリブレーションプログラムは工作機械の運動学と制御システムを包括的に分析する必要があります。

CAMシステムがエラーを検出した場合、工具パスはすぐに処理できますが、加工プロセス中にNCプログラムエラーが見つかった場合、3軸CNCのように工具パスを直接変更することはできません。 3軸工作機械では、機械のオペレータが工具の半径やその他のパラメータを直接変更できます。 5軸加工では、工具のサイズと位置の変更がその後の回転運動の軌道に直接影響するため、状況はそれほど単純ではありません。

工具径補正

5軸NCプログラムでは、工具長補正機能は有効ですが、工具径補正は無効です。接触成形フライスに円筒フライスを使用する場合、さまざまな直径のカッター用にさまざまなプログラムをプログラムする必要があります。現在人気のあるCNCシステムは、ISOファイルが工具位置を再計算するのに十分なデータを提供していないため、工具半径補正を完了できません。 CNC加工を行う場合、ユーザーは工具を頻繁に交換するか、工具の正確なサイズを調整する必要があります。通常の処理手順に従って、工具経路をCAMシステムに送り返して再計算する必要があります。その結果、処理プロセス全体の効率は非常に低くなります。

この問題に対応して、ノルウェーの研究者はLCOPS(低コスト最適化生産戦略)と呼ばれる一時的なソリューションを開発しています。ツールパス補正に必要なデータはCNCアプリケーションによってCAMシステムに送信され、計算されたツールパスはコントローラーに直接送信されます。 LCOPSは、CNC工作機械に直接接続できるCAMソフトウェアを提供するサードパーティを必要とします。この間、ISOコードの代わりにCAMシステムファイルが送信されます。この問題の最終的な解決策は、一般的な形式(STEPなど)のワークピースモデルファイルまたはCADシステムファイルを認識できる新世代のCNC制御システムの導入に依存しています。

ポストプロセッサ

5軸工作機械と3軸工作機械の違いは、回転座標も2つあることです。工具位置はワーク座標系から工作機械座標系に変換され、いくつかの座標変換が必要になります。中間。市場で人気のあるポストプロセッサジェネレータを使用すると、工作機械の基本的なパラメータを入力するだけで、3軸CNC工作機械のポストプロセッサを生成できます。 5軸CNC工作機械の場合、現在、改良されたポストプロセッサは一部しかありません。 5軸CNC工作機械のポストプロセッサはまだ開発されていません。

3軸リンケージの場合、工作機械テーブル上のワーク原点の位置を工具軌道で考慮する必要がなく、ポストプロセッサはワーク座標系と工作機械座標系の関係を自動的に処理できます。たとえば、5軸リンケージの場合、X、Y、Z、B、Cの5軸リンケージを備えた水平フライス盤で加工する場合、Cターンテーブル上のワークピースの位置とサイズ、およびその間の位置とサイズBおよびCターンテーブルは、ツールパスの生成時に生成されます。考慮する必要があります。作業者は通常、ワークピースをクランプするときにこれらの位置関係を処理するのに多くの時間を費やします。ポストプロセッサがこれらのデータを処理できれば、ワークの取り付けとツールパスの処理が大幅に簡素化されます。ワークをワークテーブルにクランプし、ワーク座標系の位置と方向を測定して、これらのデータを入力するだけです。後処理へツールパスを処理した後、適切なNCプログラムを取得できます。

非線形エラーと特異点の問題

回転座標の導入により、5軸CNC工作機械の運動学は3軸工作機械の運動学よりもはるかに複雑です。回転に関連する最初の問題は非線形エラーです。非線形エラーはプログラミングエラーに起因する必要があります。プログラミングエラーは、ステップ距離を短くすることで制御できます。事前計算段階では、プログラマは非線形エラーのサイズを知ることができません。工作機械プログラムがポストプロセッサによって生成された後でのみ、非線形エラーを計算できます。ツールパスの線形化により、この問題を解決できます。一部の制御システムは、処理中にツールの軌道を線形化できますが、通常、ポストプロセッサで線形化されます。

回転シャフトによって引き起こされる別の問題は、特異点です。特異点が回転軸の極限位置にある場合、特異点の近くで小さな振動が発生すると、回転軸が180°反転します。これは非常に危険です。

CAD / CAMシステムの要件

五面体処理の操作については、ユーザーは成熟したCAD / CAMシステムに依存している必要があり、CAD / CAMシステムを操作するには経験豊富なプログラマーが必要です。

工作機械の購入に多額の投資

過去には、5軸工作機械と3軸工作機械の間に大きな価格差がありました。さて、3軸工作機械に回転軸を追加することは、基本的には通常の3軸工作機械の価格であり、多軸工作機械の機能を実現することができます。同時に、5軸工作機械の価格は3軸工作機械の価格よりもわずか30%から50%高くなっています。

工作機械自体への投資に加えて、CAD / CAMシステムソフトウェアとポストプロセッサもアップグレードして、5軸加工の要件に適合させる必要があります。検証プログラムをアップグレードして、マシン全体をシミュレートできるようにする必要があります。ツール。

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