Nos últimos anos, os centros de usinagem CNC de ligação de cinco eixos têm sido cada vez mais amplamente utilizados em vários campos. Em aplicações práticas, sempre que as pessoas encontram o problema de processamento de alta eficiência e alta qualidade de peças complexas de formato especial, a tecnologia de ligação de cinco eixos é, sem dúvida, um meio importante para resolver tais problemas. Mais e mais fabricantes tendem a procurar equipamentos de cinco eixos para atender processamento de alta eficiência e alta qualidade. Mas você realmente sabe o suficiente sobre usinagem de cinco eixos?
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A estrutura mecânica da máquina-ferramenta de cinco eixos
Para entender 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 rotativos aos três eixos lineares comuns de X, Y e Z. Os dois eixos de rotação nos três eixos A, B e C O eixo tem diferentes modos de movimento para atender aos requisitos técnicos de vários produtos.
Em termos de projeto mecânico do centro de usinagem de 5-eixos, os fabricantes de máquinas-ferramenta sempre se comprometeram incansavelmente com o desenvolvimento de novos modos de movimento para atender a vários requisitos. Com base nos vários tipos de máquinas-ferramentas de cinco eixos atualmente existentes no mercado, embora existam vários tipos de estruturas mecânicas, existem principalmente os seguintes tipos:
1. Duas coordenadas de rotação controlam diretamente a direção do eixo da ferramenta (forma de cabeçote oscilante duplo).
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2. Os dois eixos coordenados estão na parte superior da ferramenta, mas o eixo de rotação não é perpendicular ao eixo linear (tipo de cabeça flácida).
3. As duas coordenadas de rotação controlam diretamente a rotação do espaço (forma de plataforma giratória dupla).
4. Os dois eixos de coordenadas estão sobre a mesa, mas o eixo de rotação não é perpendicular ao eixo linear (tipo de mesa canalizada).
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5. Uma das duas coordenadas de rotação atua na ferramenta e a outra atua na peça de trabalho (um pêndulo e uma revolução).
*Termo: Se o eixo de rotação não for perpendicular ao eixo linear, é considerado um eixo "mergulho".
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 estão se movendo. No entanto, quais características uma estrutura de máquina-ferramenta tão diversa 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 luminosos da máquina-ferramenta de cinco eixos.
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As muitas vantagens da usinagem de cinco eixos
Falando das características das máquinas-ferramentas de cinco eixos, é necessário compará-las com equipamentos tradicionais de três eixos. O equipamento de processamento de três eixos é relativamente comum na produção e existem várias formas, como vertical, horizontal e pórtico. Métodos de processamento comuns incluem processamento de borda de fresa e processamento de borda lateral. Perfilamento de facas de ponta esférica, etc. Mas não importa qual forma ou método tenha uma característica comum, ou seja, a direção do eixo da ferramenta permanece inalterada durante o processo de usinagem, e a máquina-ferramenta só pode atingir a ferramenta no espaço cartesiano coordenadas através da interpolação dos três eixos lineares de X, Y e Z. movimento no departamento. Portanto, quando confrontados com os seguintes produtos, as desvantagens das máquinas-ferramentas de três eixos, como baixa eficiência, má qualidade da superfície e até mesmo incapacidade de processar, são expostas.
Em comparação com equipamentos de usinagem CNC de três eixos, as máquinas-ferramentas CNC de cinco articulações têm as seguintes vantagens:
1. Mantenha a ferramenta no melhor estado de corte e melhore as condições de corte
Conforme mostrado na figura acima, no modo de corte de três eixos na figura à esquerda, quando a ferramenta de corte se move para o topo ou para a borda da peça de trabalho, o estado de corte se deteriora gradualmente. Para manter as condições ideais de corte também aqui, é necessária uma mesa rotativa. E se quisermos processar completamente um plano irregular, a mesa deve ser girada várias vezes em diferentes direções. Pode-se ver que a máquina-ferramenta de cinco eixos também pode evitar a situação em que a velocidade da linha do ponto central da fresa de ponta esférica é 0 e obter melhor qualidade de superfície.
2. Evite efetivamente a interferência da ferramenta
Conforme mostrado na figura acima, para peças como impulsores, pás e blisks usados no campo aeroespacial, o equipamento de três eixos não pode atender aos requisitos do processo devido à interferência. A máquina-ferramenta de cinco eixos pode ser satisfeita. Ao mesmo tempo, a máquina-ferramenta de cinco eixos também pode usar ferramentas mais curtas para processamento, melhorar a rigidez do sistema, reduzir o número de ferramentas e evitar a produção de ferramentas especiais. Para nossos empresários, isso significa que, em termos de custos de ferramentas, a máquina-ferramenta de cinco eixos economizará dinheiro!
3. Reduza o número de vezes de fixação e conclua o processamento de cinco lados em uma fixação
Conforme mostrado na figura acima, pode-se ver que o centro de usinagem de cinco eixos também pode reduzir a conversão de referência e melhorar a precisão da usinagem. No processamento real, apenas uma fixação é necessária e a precisão do processamento é mais fácil de ser garantida. 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, área de oficina e custos de manutenção de equipamentos também são reduzidos. Isso significa que você pode usar menos acessórios, menos área de oficina e custos de manutenção para concluir um processamento mais eficiente e de maior qualidade!
4. Melhore a qualidade e a eficiência do processamento
Conforme mostrado na figura, a máquina-ferramenta de cinco eixos pode ser cortada com a borda lateral da ferramenta e a eficiência de processamento é maior.
5. Encurte a cadeia do processo de produção e simplifique o gerenciamento da produção
A usinagem completa de máquinas-ferramenta CNC de cinco eixos reduz muito a cadeia do processo de produção, o que pode simplificar o gerenciamento, o planejamento e a programação da produção. Quanto mais complexa a peça de trabalho, mais óbvias são suas vantagens sobre os métodos de produção tradicionais com processos descentralizados.
6. Encurtar o ciclo de desenvolvimento de novos produtos
Para empresas nos setores aeroespacial, automotivo e outros, algumas peças de novos produtos e moldes de moldagem têm formas complexas e requisitos de alta precisão. Portanto, centros de usinagem CNC de cinco eixos com alta flexibilidade, alta precisão, alta integração e recursos completos de processamento podem ser usados. Ele pode resolver os problemas de precisão e ciclo do processamento de peças complexas no processo de desenvolvimento de novos produtos, encurtar muito o ciclo de desenvolvimento e melhorar a taxa de sucesso de novos produtos.
Para resumir, a máquina-ferramenta de cinco eixos tem muitas vantagens, mas o controle de atitude da máquina-ferramenta de cinco eixos, o sistema CNC, a programação CAM e o pós-processamento são muito mais complicados do que a máquina-ferramenta de três eixos! Ao mesmo tempo, quando falamos sobre máquinas-ferramentas de cinco eixos, temos que falar sobre o problema do verdadeiro e falso cinco eixos. Todos nós sabemos que a maior diferença entre verdadeiro e falso cinco eixos é a função RTCP. Porém, o que é RTCP, como é gerado e como aplicá-lo? A seguir, vamos dar uma olhada no RTCP em detalhes, combinando a estrutura da máquina-ferramenta e o pós-processamento da programação para entender sua verdadeira face.
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Sobre RTCP
O RTCP, no sistema CNC de cinco eixos de ponta, pensa que o RTCP é 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, um movimento adicional do ponto da ponta da ferramenta é gerado devido ao movimento rotativo. Os pontos de controle do sistema CNC geralmente não coincidem com os pontos da ponta da ferramenta, portanto, o sistema CNC deve corrigir automaticamente os pontos de controle para garantir que os pontos da ponta da ferramenta se movam de acordo com a trajetória prescrita. Na indústria, essa tecnologia também é chamada de TCPM, TCPC ou RPCP. Na verdade, as definições de função desses nomes são semelhantes ao RTCP. Estritamente falando, a função RTCP é usada na estrutura de cabeçote oscilante duplo, e o ponto central da rotação do cabeçote oscilante é usado para compensação. A função semelhante ao RPCP é aplicada principalmente à máquina-ferramenta na forma de mesa giratória dupla e compensa a alteração das coordenadas do eixo linear causada pela rotação da peça de trabalho. Na verdade, essas funções têm o mesmo objetivo por diferentes rotas, todas elas para manter inalterado o ponto central da ferramenta e o ponto de contato real entre a ferramenta e a superfície da peça. Portanto, por conveniência de expressão, este artigo unifica esse tipo de tecnologia como tecnologia RTCP.
Então, como surgiu a função RTCP? Muitos anos atrás, quando as máquinas-ferramentas de cinco eixos se tornaram populares no mercado, o conceito de RTCP foi exaltado pelos fabricantes de máquinas-ferramentas. Naquela época, a função do RTCP era mais como um truque para o bem da tecnologia, e mais pessoas estavam entusiasmadas e empolgadas com a tecnologia em si. Na verdade, a função do 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 (ou seja, as chamadas verdadeiras máquinas-ferramentas de cinco eixos na China), o operador não precisa alinhar com precisão a peça de trabalho com a linha do eixo da mesa giratória e prendê-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 fácil de fazer, desde que as coordenadas e vetores do ponto da ponta da ferramenta sejam gerados. Como dissemos antes, em termos de estrutura mecânica, as máquinas-ferramentas CNC de cinco eixos têm principalmente estruturas como cabeçotes giratórios duplos, plataformas giratórias duplas e um giro e um giro.
A seguir, usaremos o sistema CNC de cinco eixos de ponta com plataforma giratória dupla como exemplo para introduzir a função RTCP em detalhes.
Defina o conceito do quarto eixo e do quinto eixo na máquina-ferramenta de cinco eixos: a rotação do quarto eixo afeta a atitude do quinto eixo na estrutura da mesa rotativa dupla e a rotação do quinto eixo não pode afetar a atitude do quarto eixo. O quinto eixo é a coordenada de rotação no quarto eixo.
Bem, 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 plataforma giratória do eixo C. Quando o eixo A do 4º eixo gira, porque o eixo C está instalado no eixo A, a postura do eixo C também será afetada. Da mesma forma, para a peça que colocamos no prato giratório, se programarmos o corte do centro da ferramenta, a alteração da coordenada de rotação levará inevitavelmente à alteração das coordenadas X, Y, Z do eixo linear, resultando em uma deslocamento relativo. Para eliminar este deslocamento, a máquina-ferramenta deve compensá-lo, e RTCP é uma função produzida para eliminar esta compensação.
Então, como a máquina-ferramenta compensa esse deslocamento? A seguir, vamos analisar como esse offset é gerado.
De acordo com o exposto, todos sabemos que o deslocamento das coordenadas do eixo linear é causado pela alteração das coordenadas de rotação. Então é particularmente importante analisar o centro de rotação do eixo de rotação. Para uma máquina-ferramenta com estrutura de plataforma giratória dupla, o ponto de controle do eixo C, ou seja, o quinto eixo, geralmente está no centro de rotação da mesa da máquina. Para o 4º eixo, o ponto médio do 4º eixo é geralmente selecionado como o ponto de controle.
Para realizar o controle de cinco eixos, o sistema de controle numérico precisa conhecer a relação entre o ponto de controle do quinto eixo e o ponto de controle do quarto eixo. Ou seja, o estado inicial (0 posição dos eixos A e C da máquina-ferramenta), o vetor de posição [U, V, W] do ponto de controle do quinto eixo no sistema de coordenadas de rotação do quarto eixo, onde o o ponto de controle do quarto eixo é a origem. Ao mesmo tempo, também é necessário saber a distância entre os eixos A e C. Para uma máquina-ferramenta de plataforma giratória dupla, um exemplo é mostrado na figura abaixo.
Falando nisso, você pode ver que para máquinas-ferramenta com função RTCP, o sistema de controle mantém o centro da ferramenta na posição programada o tempo todo. Neste caso, a programação é autônoma e independente da cinemática da máquina. Quando você programa em uma máquina-ferramenta, não precisa se preocupar com o movimento da máquina e com o comprimento da ferramenta, tudo o que você precisa pensar é no movimento relativo entre a ferramenta e a peça de trabalho. O resto do sistema de controle de trabalho fará isso por você. por exemplo:
Conforme mostrado na figura acima, quando a função RTCP não está 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 da posição e não ficará mais fixa.
Como mostrado na figura acima, quando a função RTCP está ligada, o sistema de controle apenas muda a direção da ferramenta, e a posição da ponta da ferramenta permanece inalterada. Os movimentos de compensação necessários nos eixos X, Y, Z são calculados automaticamente.
E como resolver o problema de deslocamento de coordenadas de eixo linear para máquinas-ferramenta de cinco eixos e sistemas CNC que não possuem RTCP? Sabemos que muitas máquinas-ferramenta CNC de cinco eixos e sistemas na China são de cinco eixos falsos. Os chamados falsos cinco eixos, na verdade, referem-se a máquinas-ferramentas sem função RTCP. Os cinco eixos verdadeiro e falso não se baseiam na aparência nem se os cinco eixos estão vinculados. Você deve saber que o falso cinco eixos também pode ser usado para ligação de cinco eixos. A diferença entre o falso cinco eixos é que ele não possui o algoritmo RTCP real 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 programar com um sistema CNC falso de cinco eixos e uma máquina-ferramenta, é necessário contar com a programação CAM e a 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 devem ser executados novamente. E a máquina-ferramenta falsa de cinco eixos precisa garantir que a peça de trabalho esteja no centro de rotação da mesa de trabalho ao prender a peça de trabalho. Para o operador, isso significa que é necessário muito tempo para fixação e alinhamento, e a precisão não pode ser garantida. Mesmo para usinagem de indexação, o eixo falso de cinco eixos é um grande problema. O verdadeiro cinco eixos só precisa configurar um sistema de coordenadas e precisa apenas de uma configuração de ferramenta para concluir a usinagem.
A figura abaixo usa as configurações do editor de pós-processamento NX como um exemplo para ilustrar a transformação de coordenadas do falso cinco eixos:
Conforme mostrado na figura acima, o eixo falso de cinco eixos depende da tecnologia de pós-processamento para exibir a relação da 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 . O programa CNC X, Y e Z gerado por ele não apenas programa o ponto de aproximação, mas também inclui as compensações necessárias nos eixos X, Y e Z.
O resultado de tal processamento não apenas levará a precisão de usinagem insuficiente e baixa eficiência, mas também o programa gerado não é universal e o custo de mão de obra necessário também é alto. Ao mesmo tempo, como os parâmetros de rotação de cada máquina-ferramenta são diferentes, deve haver arquivos de pós-processamento correspondentes, o que também causará grande inconveniência à produção. Além disso, o programa gerado do falso cinco eixos não pode ser alterado e é basicamente impossível realizar a programação manual de cinco eixos. Ao mesmo tempo, como não há função RTCP, muitas funções avançadas de cinco eixos derivadas dela 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 para obtermos resultados de processamento e não há distinção entre verdadeiro e falso. O importante é que nossa tecnologia determina qual método escolher para o processamento. Relativamente falando, as verdadeiras máquinas-ferramentas de cinco eixos são mais econômicas.
