Nos últimos anos, os centros de usinagem CNC com articulação de cinco eixos têm sido cada vez mais utilizados em vários campos. Em aplicações práticas, sempre que as pessoas encontram problemas com o processamento eficiente e de alta qualidade de peças complexas e com formatos especiais, a tecnologia de ligação de cinco eixos é, sem dúvida, um meio importante para resolver tais problemas. Cada vez mais fabricantes tendem a procurar equipamentos de cinco eixos para atender ao processamento de alta eficiência e alta qualidade. Mas você realmente sabe o suficiente sobre usinagem de cinco eixos?
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Forma de estrutura mecânica de máquina-ferramenta de cinco eixos
Para compreender verdadeiramente a usinagem de cinco eixos, devemos primeiro entender o que é uma máquina-ferramenta de cinco eixos. Máquina-ferramenta de cinco eixos (usinagem de 5 eixos), como o nome sugere, refere-se à adição de dois eixos de rotação aos três eixos lineares comuns de X, Y e Z. Dois dos três eixos A, B e C têm movimentos diferentes modos para atender às necessidades técnicas de vários produtos.
Em termos de projeto mecânico de centros de usinagem de eixos 5-, os fabricantes de máquinas-ferramenta sempre estiveram incessantemente comprometidos com o desenvolvimento de novos modos de movimento para atender a vários requisitos. Com base nos diversos tipos de máquinas-ferramenta de cinco eixos atualmente existentes no mercado, embora suas estruturas mecânicas sejam diversas, incluem principalmente as seguintes formas:
1. Duas coordenadas de rotação controlam diretamente a direção do eixo da ferramenta (formato de cabeça oscilante dupla).
2. Os dois eixos de coordenadas estão na parte superior da ferramenta, mas o eixo de rotação não é perpendicular ao eixo linear (tipo de cabeça oscilante inclinada).
3. Duas coordenadas de rotação controlam diretamente a rotação do espaço (forma de plataforma giratória dupla).
4. Os dois eixos de coordenadas estão na bancada, mas o eixo de rotação não é perpendicular ao eixo linear (tipo bancada inclinada).
5. Uma das duas coordenadas de rotação atua na ferramenta e a outra na peça (um balanço e uma rotação).
*Terminologia: Se o eixo de rotação não for perpendicular ao eixo linear, é considerado um eixo de "inclinação".
Depois de ver as máquinas-ferramentas de cinco eixos com essas estruturas, acredito que devemos entender o que e como as máquinas-ferramentas de cinco eixos se movem. No entanto, quais características uma estrutura de máquina-ferramenta tão diversificada pode apresentar durante o processamento? Em comparação com as máquinas-ferramentas tradicionais de três eixos, quais são as vantagens? A seguir, vamos dar uma olhada nos pontos brilhantes das máquinas-ferramentas de cinco eixos.
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As muitas vantagens da usinagem de cinco eixos
Falando nas características das máquinas-ferramentas de cinco eixos, precisamos compará-las com os equipamentos tradicionais de três eixos. Equipamentos de usinagem de três eixos são relativamente comuns na produção, incluindo tipos verticais, horizontais e pórticos. Os métodos de processamento comuns incluem processamento de borda final de fresa e processamento de borda lateral. Processamento de perfil de fresas de ponta esférica, etc. Porém, independentemente da forma e método utilizado, todos eles têm uma característica comum, ou seja, a direção do eixo da ferramenta permanece inalterada durante o processo de usinagem. A máquina-ferramenta só pode realizar as coordenadas retangulares da ferramenta no espaço através da interpolação dos três eixos lineares de X, Y e Z. movimento no sistema. Portanto, ao enfrentar os produtos a seguir, ficam expostas as desvantagens da baixa eficiência das máquinas-ferramentas de três eixos, da má qualidade da superfície de processamento ou mesmo da incapacidade de processamento.
Em comparação com equipamentos de usinagem CNC de três eixos, as máquinas-ferramentas CNC de cinco ligações têm as seguintes vantagens:
1. Mantenha as melhores condições de corte da ferramenta e melhore as condições de corte
Conforme mostrado na figura acima, no método de corte de três eixos à esquerda, quando a ferramenta de corte se move em direção ao topo ou borda da peça de trabalho, o estado de corte deteriora-se gradualmente. Para manter condições de corte ideais aqui, é necessária uma mesa rotativa. E se quisermos processar completamente um plano irregular, devemos girar a bancada várias vezes em diferentes direções. Pode-se observar que a máquina-ferramenta de cinco eixos também pode evitar a situação em que a velocidade linear do ponto central da fresa esférica é 0 e obter melhor qualidade superficial.
2. Evite efetivamente a interferência da ferramenta
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Conforme mostrado na figura acima, para peças como impulsores, pás e blisks utilizados no campo aeroespacial, os equipamentos de três eixos não podem atender aos requisitos do processo devido à interferência. Uma máquina-ferramenta de cinco eixos pode satisfazer esse requisito. Ao mesmo tempo, as máquinas-ferramentas de cinco eixos também podem utilizar ferramentas mais curtas para processamento, melhorando a rigidez do sistema, reduzindo o número de ferramentas e evitando a geração de ferramentas especiais. Para nossos empresários, isso significa que a máquina-ferramenta de cinco eixos economizará dinheiro em termos de custos de ferramentas!
3. Reduza o número de fixações e conclua o processamento de cinco lados em uma fixação
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Conforme mostrado na figura acima, o centro de usinagem de cinco eixos também pode reduzir a conversão de dados e melhorar a precisão da usinagem. No processamento real, apenas uma fixação é necessária e a precisão do processamento é mais fácil de garantir. Ao mesmo tempo, devido ao encurtamento da cadeia de processo e à redução do número de equipamentos no centro de usinagem de cinco eixos, o número de acessórios de ferramentas, o espaço da oficina e os custos de manutenção de equipamentos também são reduzidos. Isso significa que você pode usar menos acessórios, menos espaço de fábrica e menos custos de manutenção para concluir um processamento mais eficiente e de maior qualidade!
4. Melhorar a qualidade e eficiência do processamento
Conforme mostrado na figura, a máquina-ferramenta de cinco eixos pode usar o corte da borda lateral da ferramenta para obter maior eficiência de processamento.
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5. Encurte a cadeia do processo de produção e simplifique o gerenciamento da produção
O processamento completo de máquinas-ferramentas CNC de cinco eixos encurta muito a cadeia do processo de produção e pode simplificar o gerenciamento, o planejamento e a programação da produção. Quanto mais complexa a peça, mais óbvias são as suas vantagens em relação aos métodos de produção tradicionais com processos dispersos.
6. Encurtar o ciclo de desenvolvimento de novos produtos
Para empresas dos setores aeroespacial, automotivo e outros, algumas peças de novos produtos e moldes de moldagem têm formas complexas e requisitos de alta precisão. Portanto, um centro de usinagem CNC de cinco eixos com alta flexibilidade, alta precisão, alta integração e capacidades de processamento completas pode resolver bem os problemas de precisão e ciclo de processamento de peças complexas no processo de desenvolvimento de novos produtos, encurtar significativamente a pesquisa e desenvolvimento ciclo e melhorar a taxa de sucesso de novos produtos.
Resumindo, as máquinas-ferramentas de cinco eixos têm muitas vantagens, mas o controle de atitude da ferramenta, o sistema CNC, a programação CAM e o pós-processamento das máquinas-ferramentas de cinco eixos são muito mais complicados do que os das máquinas-ferramentas de três eixos! Ao mesmo tempo, quando falamos de máquinas-ferramentas de cinco eixos, temos que falar sobre a questão dos cinco eixos verdadeiros e falsos. Todos nós sabemos que a maior diferença entre cinco eixos verdadeiros e falsos é a função RTCP. Porém, o que é RTCP, como é gerado e como aplicá-lo? A seguir, examinaremos mais de perto o RTCP com base na estrutura da máquina-ferramenta e no pós-processamento da programação para entender sua verdadeira aparência.
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Sobre o RTCP
O RTCP, em sistemas CNC de cinco eixos de última geração, é considerado o ponto central da ferramenta girada, que é o que costumamos chamar de função seguinte do ponto da ponta da ferramenta. Na usinagem de cinco eixos, ao seguir a trajetória do ponto da ponta da ferramenta e a atitude entre a ferramenta e a peça de trabalho, ocorre movimento adicional do ponto da ponta da ferramenta devido ao movimento rotacional. Os pontos de controle do sistema CNC muitas vezes não coincidem com o ponto da ponta da ferramenta, portanto o sistema CNC deve corrigir automaticamente os pontos de controle para garantir que o ponto da ponta da ferramenta se mova de acordo com a trajetória prescrita. A indústria também chama essa tecnologia de TCPM, TCPC ou RPCP e outras funções. Na verdade, as definições funcionais destes nomes são semelhantes às do RTCP. A rigor, a função RTCP é usada na estrutura da cabeça oscilante dupla e o ponto central de rotação da cabeça oscilante é usado para compensação. Funções semelhantes ao RPCP são usadas principalmente em máquinas-ferramentas de mesa giratória dupla e compensam alterações nas coordenadas do eixo linear causadas pela rotação da peça de trabalho. Na verdade, essas funções têm o mesmo objetivo, que é manter inalterados o ponto central da ferramenta e o ponto de contato real entre a ferramenta e a superfície da peça. Portanto, para comodidade de expressão, este artigo unifica este tipo de tecnologia como tecnologia RTCP.
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Então, como surgiu a função RTCP? Há muitos anos, quando as máquinas-ferramentas de cinco eixos se tornaram populares no mercado, o conceito RTCP foi amplamente divulgado pelos fabricantes de máquinas-ferramentas. Naquela época, a função RTCP era mais um artifício em prol da tecnologia, e mais pessoas estavam entusiasmadas e entusiasmadas com a tecnologia em si. Na verdade, a função RTCP é exatamente o oposto. Não é apenas uma boa tecnologia, mas também uma boa tecnologia que pode trazer benefícios e criar valor para os clientes. Para máquinas-ferramentas com tecnologia RTCP (também conhecidas como verdadeiras máquinas-ferramentas de cinco eixos na China), o operador não precisa alinhar com precisão a peça de trabalho com o eixo da mesa giratória e fixá-la casualmente. A máquina-ferramenta compensa automaticamente o deslocamento, reduzindo bastante o tempo auxiliar e melhorando o processamento. Precisão. Ao mesmo tempo, o pós-processamento é simples, desde que as coordenadas do ponto da ponta da ferramenta e o vetor sejam gerados. Como dissemos antes, em termos de estrutura mecânica, as máquinas-ferramentas CNC de cinco eixos possuem principalmente cabeçotes giratórios duplos, mesas giratórias duplas, um giro e uma rotação.
Abaixo, tomaremos o sistema CNC de cinco eixos de alta tecnologia com plataforma giratória dupla como exemplo para apresentar a função RTCP em detalhes.
Defina os conceitos de quarto eixo e quinto eixo em uma máquina-ferramenta de cinco eixos: em uma estrutura de mesa rotativa dupla, a rotação do quarto eixo afeta a atitude do quinto eixo, e a rotação do quinto eixo não pode afetar o atitude do quarto eixo. O quinto eixo é a coordenada de rotação no quarto eixo.
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Ok, depois de ler a definição, vamos explicar. Conforme mostrado na figura acima, o 4º eixo da máquina-ferramenta é o eixo A e o 5º eixo é o eixo C. A peça de trabalho é colocada na mesa giratória do eixo C. Quando o 4º eixo A gira, porque o eixo C está instalado no eixo A, a atitude do eixo C também será afetada. Da mesma forma, para a peça que colocamos na mesa giratória, se programarmos o corte central da ferramenta, alterações nas coordenadas de rotação levarão inevitavelmente a alterações nas coordenadas X, Y e Z dos eixos lineares, resultando em um relativo deslocamento. Para eliminar esse deslocamento, a máquina-ferramenta deve compensá-lo. O RTCP é uma função criada para eliminar esta compensação.
Então, como a máquina-ferramenta compensa esse deslocamento? A seguir, vamos analisar como esse deslocamento é gerado.
De acordo com o artigo anterior, todos sabemos que a mudança nas coordenadas de rotação provoca o deslocamento das coordenadas do eixo linear. Então é particularmente importante analisar o centro de rotação do eixo de rotação. Para máquinas-ferramentas com estrutura de mesa giratória dupla, o ponto de controle do eixo C, que é o quinto eixo, geralmente está no centro de rotação da mesa da máquina-ferramenta. Para o quarto eixo, o ponto médio do quarto eixo é geralmente selecionado como ponto de controle.
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Para realizar o controle de cinco eixos, o sistema CNC precisa conhecer a relação entre o ponto de controle do 5º eixo e o ponto de controle do 4º eixo. Ou seja, no estado inicial (posição dos eixos A e C da máquina-ferramenta 0), o ponto de controle do quarto eixo é a origem do sistema de coordenadas de rotação do quarto eixo e o vetor de posição [U, V, W] de o ponto de controle do quinto eixo. Ao mesmo tempo, você também precisa saber a distância entre os eixos A e C. Para máquinas-ferramentas de mesa giratória dupla, um exemplo é mostrado na figura abaixo.
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Dito isto, pode-se observar que para máquinas-ferramentas com função RTCP, o sistema de controle mantém o centro da ferramenta na posição programada. Neste caso, a programação é independente e nada tem a ver com o movimento da máquina-ferramenta. Ao programar em uma máquina-ferramenta, você não precisa se preocupar com o movimento da máquina ou com o comprimento da ferramenta; tudo que você precisa considerar é o movimento relativo entre a ferramenta e a peça de trabalho. O sistema de controle faz o resto para você. por exemplo:
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Conforme mostrado na figura acima, sem a função RTCP desligada o sistema de controle não considera o comprimento da ferramenta. A ferramenta gira em torno do centro do eixo. A ponta da faca sairá de sua posição e não ficará mais fixa.
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Conforme mostrado na figura acima, com a função RTCP ativada, o sistema de controle apenas altera a direção da ferramenta e a posição da ponta da ferramenta permanece inalterada. Os movimentos de compensação necessários nos eixos X, Y e Z são calculados automaticamente.
Como resolver o problema de deslocamento de coordenadas de eixo linear para máquinas-ferramentas de cinco eixos e sistemas CNC que não possuem RTCP? Sabemos que muitas máquinas-ferramentas e sistemas CNC de cinco eixos na China são falsos de cinco eixos. Os chamados cinco eixos falsos, na verdade, referem-se a máquinas-ferramentas sem função RTCP. Se os cinco eixos verdadeiros ou falsos não são julgados pela aparência ou se os cinco eixos estão interligados. Você deve saber que os cinco eixos falsos também podem ser vinculados aos cinco eixos. A principal diferença entre os falsos cinco eixos é que ele não possui um algoritmo RTCP verdadeiro de cinco eixos, o que significa que a programação falsa de cinco eixos precisa considerar o comprimento do pêndulo do fuso e a posição da mesa rotativa. Isso significa que ao usar falsos sistemas CNC de cinco eixos e programação de máquinas-ferramenta, você deve confiar na programação CAM e na tecnologia de pós-processamento para planejar o caminho da ferramenta com antecedência.
Para a mesma peça, se a máquina-ferramenta for trocada ou a ferramenta for trocada, a programação CAM e o pós-processamento deverão ser realizados novamente. Além disso, ao fixar a peça de trabalho, a máquina-ferramenta falsa de cinco eixos precisa garantir que a peça de trabalho esteja no centro de rotação da mesa de trabalho. Para o operador, isso significa que é necessário muito tempo de fixação e alinhamento e a precisão não pode ser garantida. Mesmo para processamento de indexação, os cinco eixos falsos causam muitos problemas. Os verdadeiros cinco eixos só precisam configurar um sistema de coordenadas e apenas uma configuração de ferramenta para concluir o processamento.
A figura a seguir toma as configurações do editor de pós-processamento NX como exemplo para ilustrar a transformação de coordenadas dos falsos cinco eixos:
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Conforme mostrado na figura acima, os falsos cinco eixos dependem da tecnologia de pós-processamento para indicar a relação de posição central entre o quarto eixo e o quinto eixo da máquina-ferramenta para compensar o deslocamento do eixo de rotação para as coordenadas do eixo linear . Os programas CNC X, Y e Z por ele gerados não são apenas os pontos de aproximação da programação, mas também incluem as compensações necessárias nos eixos X, Y e Z.
O resultado de tal processamento não só levará a uma precisão de processamento insuficiente e baixa eficiência, o programa gerado não será versátil e o custo de mão de obra também será alto. Ao mesmo tempo, como cada máquina-ferramenta possui parâmetros de rotação diferentes, ela deve possuir arquivos de pós-processamento correspondentes, o que também causará grandes transtornos à produção. Além disso, o programa de geração dos cinco eixos falsos não pode ser alterado e é basicamente impossível realizar a programação manual dos cinco eixos. Ao mesmo tempo, como não há função RTCP, muitas de suas funções avançadas de cinco eixos não podem ser usadas, como a função de compensação de ferramenta de cinco eixos.
Na verdade, para máquinas-ferramentas de cinco eixos, é apenas uma ferramenta que usamos para obter resultados de processamento e não há distinção entre verdadeiro e falso. O importante é que nosso processo determine o método de processamento. Relativamente falando, as verdadeiras máquinas-ferramentas de cinco eixos são mais econômicas.
