Gia công năm trục, như tên cho thấy, là một chế độ gia công CNC. Máy công cụ được sử dụng để gia công năm trục, sử dụng chuyển động nội suy tuyến tính theo năm tọa độ X, Y, Z, A, B và C bất kỳ, thường được gọi là máy công cụ năm trục hoặc trung tâm gia công năm trục. Nhưng bạn có thực sự hiểu gia công năm trục không?
Sự phát triển của công nghệ năm trục
CNC liên kết năm trục là công nghệ khó nhất và được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ CNC. Nó tích hợp điều khiển máy tính, truyền động servo hiệu suất cao và công nghệ gia công chính xác, đồng thời được áp dụng để gia công hiệu quả, chính xác và tự động các bề mặt phức tạp. Trên bình diện quốc tế, công nghệ CNC liên kết năm trục được coi là biểu tượng cho trình độ công nghệ tự động hóa thiết bị sản xuất của một quốc gia. Do vị thế đặc biệt, đặc biệt là tác động đáng kể của nó đối với các ngành hàng không, vũ trụ và quân sự, cũng như sự phức tạp về công nghệ, các nước công nghiệp phương Tây phát triển luôn triển khai hệ thống cấp phép xuất khẩu cho hệ thống CNC năm trục làm vật liệu chiến lược. So với gia công CNC liên kết ba trục, từ góc độ công nghệ và lập trình, việc sử dụng 5-gia công CNC trục cho các bề mặt phức tạp có những ưu điểm sau: 1 Cải thiện chất lượng và hiệu quả xử lý. 2. Mở rộng phạm vi của quy trình. 3. Đáp ứng hướng phát triển tổng hợp mới. Tuy nhiên, do sự can thiệp và điều khiển vị trí dao trong không gian gia công, nên việc lập trình CNC, hệ thống CNC và cấu trúc máy của gia công CNC 5 trục phức tạp hơn nhiều so với máy công cụ 3 trục. Vì vậy, năm trục nói thì dễ nhưng thực hiện lại rất khó! Hơn nữa, việc vận hành và áp dụng hiệu quả lại càng khó khăn hơn!
Nói đến Ngũ Trục, phải nói là đúng hay sai? Sự khác biệt chính giữa trục 5-đúng và sai là liệu nó có chức năng RTCP hay không. Vì vậy, biên tập viên đã đặc biệt tìm kiếm từ này! RTCP, vui lòng giải thích rằng RTCP của Fidia là viết tắt của "Điểm trung tâm công cụ xoay", nghĩa đen là "trung tâm công cụ xoay". Trong ngành, nó thường được dịch một chút là "xoay quanh trung tâm công cụ", và một số người dịch trực tiếp là "lập trình xung quanh trung tâm công cụ". Thực chất đây chỉ là kết quả của RTCP. RTCP của PA là tên viết tắt của một vài từ đầu tiên của "Xoay điểm trung tâm công cụ thời gian thực". Heidelberg gọi một công nghệ nâng cấp tương tự là TCPM, viết tắt của Tool Center Point Management. Một số nhà sản xuất đề cập đến các công nghệ tương tự như TCPC, viết tắt của "Điều khiển điểm trung tâm công cụ" hoặc điều khiển điểm trung tâm công cụ.
Theo nghĩa đen của RTCP của Fidia, giả sử rằng chức năng RTCP được thực hiện thủ công tại một điểm cố định, điểm tâm dao và điểm tiếp xúc thực tế giữa dao và bề mặt phôi sẽ không thay đổi. Tại thời điểm này, điểm tâm dao nằm trên pháp tuyến tại điểm tiếp xúc thực tế giữa dao và bề mặt phôi, và bộ phận giữ dao sẽ xoay quanh điểm tâm dao. Đối với dao cắt đầu bi, điểm tâm dao là điểm quỹ đạo mục tiêu của mã CNC. Để đạt được mục tiêu chỉ đơn giản là xoay đầu cặp dao xung quanh điểm quỹ đạo mục tiêu (tức là điểm tâm dao) trong chức năng RTCP, cần phải bù theo thời gian thực cho độ lệch tọa độ của điểm tâm dao do chuyển động quay gây ra của người giữ dụng cụ. Chỉ bằng cách này, góc giữa giá đỡ dao và pháp tuyến tại điểm tiếp xúc thực tế giữa dao và bề mặt phôi mới có thể thay đổi trong khi vẫn giữ điểm tâm dao và điểm tiếp xúc thực giữa dao và bề mặt phôi không thay đổi, từ đó tối đa hóa hiệu quả cắt của dụng cụ đầu bi và tránh nhiễu một cách hiệu quả. Do đó, RTCP dường như tập trung nhiều hơn vào việc đứng ở điểm trung tâm của dao (tức là điểm quỹ đạo mục tiêu của mã CNC), xử lý các thay đổi trong tọa độ quay.
Máy công cụ năm trục và hệ thống CNC không có RTCP phải dựa vào lập trình CAM và xử lý hậu kỳ, lập kế hoạch trước cho đường chạy dao. Tương tự, nếu máy công cụ hoặc công cụ bị thay đổi thì phải thực hiện lại việc lập trình và xử lý hậu kỳ CAM nên chỉ có thể gọi là năm trục giả. Nhiều hệ thống và máy công cụ CNC năm trục trong nước thuộc loại năm trục giả này. Tất nhiên, việc người khác khăng khăng gọi mình là liên kết năm trục là điều dễ hiểu, nhưng năm trục giả này không phải là năm trục thật! Vì vậy, người biên tập cũng đã tham khảo ý kiến của các chuyên gia trong ngành. Nói tóm lại, năm trục thật đề cập đến liên kết năm trục năm, trong khi năm trục sai có thể là liên kết năm trục ba, và hai trục còn lại chỉ phục vụ chức năng định vị!
Đây là một câu nói phổ biến, không phải là một câu nói chuẩn mực. Nói chung, có hai loại máy công cụ năm trục: một là liên kết năm trục, có nghĩa là tất cả năm trục có thể được liên kết cùng một lúc, và loại còn lại là gia công định vị năm trục. Trên thực tế, đó là liên kết năm trục ba, nghĩa là hai trục quay có thể quay và định vị, đồng thời chỉ có thể liên kết ba trục. Loại máy công cụ năm trục này, thường được gọi là chế độ 3+2, cũng có thể được hiểu là năm trục sai.
Hình thức máy công cụ CNC 5 trục hiện nay
Trong thiết kế cơ khí của 5-trung tâm gia công trục, các nhà sản xuất máy công cụ luôn cam kết phát triển các chế độ chuyển động mới để đáp ứng nhiều yêu cầu khác nhau. Xét về các loại máy công cụ năm trục hiện có trên thị trường, mặc dù kết cấu cơ khí của chúng rất đa dạng nhưng chủ yếu có một số dạng: hai tọa độ quay điều khiển trực tiếp hướng của trục dao (dạng con lắc đôi), hai trục tọa độ nằm ở đỉnh dụng cụ nhưng không vuông góc với trục tuyến tính (dạng con lắc đứng), hai tọa độ quay trực tiếp điều khiển chuyển động quay của không gian (dạng bàn quay đôi), hai trục tọa độ nằm trên bàn làm việc nhưng không vuông góc với trục tuyến tính (dạng dọc). dạng bàn làm việc), hai tọa độ quay tác dụng lên dụng cụ, một tọa độ quay tác dụng lên phôi (một con lắc và một dạng quay), v.v.
Những khó khăn, trở ngại trong việc phát triển công nghệ CNC 5 trục
Mọi người từ lâu đã nhận ra tính ưu việt và tầm quan trọng của công nghệ CNC năm trục. Nhưng cho đến nay, việc ứng dụng công nghệ CNC 5 trục vẫn còn hạn chế ở một số bộ phận có tiềm lực tài chính và vẫn còn tồn tại những vấn đề chưa giải quyết được.
Hoạt động trừu tượng và khó khăn của lập trình CNC năm trục
Đây là vấn đề đau đầu của mọi lập trình viên CNC truyền thống. Máy công cụ ba trục chỉ có trục tọa độ tuyến tính, trong khi máy công cụ CNC năm trục có nhiều dạng cấu trúc khác nhau; Cùng một mã NC có thể đạt được hiệu quả gia công giống nhau trên các máy công cụ CNC ba trục khác nhau, nhưng mã NC của một loại máy công cụ năm trục nhất định không thể áp dụng cho tất cả các loại máy công cụ năm trục. Ngoài chuyển động tuyến tính, lập trình CNC còn cần phối hợp các tính toán liên quan của chuyển động quay, chẳng hạn như kiểm tra hành trình góc quay, xác minh lỗi phi tuyến, tính toán chuyển động quay của dụng cụ, v.v. Lượng thông tin được xử lý lớn và lập trình CNC cực kỳ phức tạp. trừu tượng.
Kỹ năng vận hành và lập trình của gia công CNC năm trục có liên quan chặt chẽ với nhau. Nếu người dùng thêm các chức năng đặc biệt vào máy công cụ thì việc lập trình và vận hành sẽ phức tạp hơn. Chỉ thông qua thực hành lặp đi lặp lại, người lập trình và người vận hành mới có thể nắm vững được kiến thức và kỹ năng cần thiết. Việc thiếu các lập trình viên và người vận hành có kinh nghiệm là trở ngại lớn cho việc phổ biến công nghệ CNC năm trục. Nhiều nhà sản xuất trong nước đã mua máy công cụ CNC 5 trục từ nước ngoài. Do đào tạo và dịch vụ kỹ thuật không đầy đủ nên khó đạt được các chức năng vốn có của máy công cụ CNC 5 trục và tỷ lệ sử dụng máy công cụ rất thấp. Trong nhiều trường hợp, tốt hơn nên sử dụng máy công cụ ba trục. Yêu cầu đối với bộ điều khiển nội suy NC và hệ thống truyền động servo rất nghiêm ngặt; Chuyển động của máy công cụ năm trục là sự kết hợp của năm chuyển động trục tọa độ. Việc bổ sung tọa độ quay không chỉ làm tăng gánh nặng của các thao tác nội suy mà còn làm giảm đáng kể độ chính xác gia công do các lỗi nhỏ trong tọa độ quay. Vì vậy đòi hỏi bộ điều khiển phải có độ chính xác vận hành cao hơn. Đặc tính chuyển động của máy công cụ năm trục yêu cầu hệ thống truyền động servo phải có đặc tính động tốt và dải tốc độ lớn.
Việc xác minh chương trình NC của máy CNC năm trục là đặc biệt quan trọng
Để nâng cao hiệu quả xử lý cơ học, điều cấp thiết là phải loại bỏ phương pháp xác minh "phương pháp cắt thử" truyền thống. Trong gia công CNC năm trục, việc xác minh chương trình NC cũng trở nên rất quan trọng, bởi vì phôi thường được xử lý bằng máy công cụ CNC năm trục rất tốn kém và va chạm là một vấn đề thường gặp trong gia công CNC năm trục: dao cắt vào phôi; Dụng cụ va chạm với phôi ở tốc độ rất cao; Va chạm giữa dụng cụ cắt, máy công cụ, đồ đạc và các thiết bị khác trong phạm vi xử lý; Va chạm giữa các bộ phận chuyển động và các bộ phận cố định hoặc phôi trên máy công cụ. Trong CNC năm trục, việc dự đoán va chạm là rất khó và chương trình xác minh phải phân tích toàn diện hệ thống động học và điều khiển của máy công cụ.
Nếu hệ thống CAM phát hiện lỗi, nó có thể xử lý ngay đường chạy dao; Nhưng nếu tìm thấy lỗi chương trình NC trong quá trình gia công, đường chạy dao không thể được sửa đổi trực tiếp như trong CNC ba trục. Trên máy công cụ ba trục, người vận hành có thể sửa đổi trực tiếp các tham số như bán kính dao. Trong gia công năm trục, tình huống không đơn giản như vậy vì những thay đổi về kích thước và vị trí dao có tác động trực tiếp đến quỹ đạo chuyển động quay tiếp theo.
Bù bán kính dao
Trong chương trình NC liên kết năm trục, chức năng bù chiều dài dao vẫn hiệu quả, nhưng bù bán kính dao không hiệu quả. Khi sử dụng dao phay hình trụ để phay tạo hình tiếp xúc, cần phát triển các chương trình khác nhau cho các dụng cụ có đường kính khác nhau. Các hệ thống CNC phổ biến hiện nay không thể hoàn thành việc bù bán kính dao vì tệp ISO không cung cấp đủ dữ liệu để tính toán lại vị trí dao. Người dùng cần thường xuyên thay đổi dao hoặc điều chỉnh kích thước chính xác của dao trong quá trình gia công CNC. Theo quy trình xử lý thông thường, quỹ đạo dao phải được gửi trở lại hệ thống CAM để tính toán lại. Kết quả là hiệu quả của toàn bộ quá trình xử lý là rất thấp.
Các nhà nghiên cứu Na Uy đang phát triển một giải pháp tạm thời cho vấn đề này được gọi là LCOPS (Chiến lược sản xuất tối ưu hóa chi phí thấp). Dữ liệu cần thiết để hiệu chỉnh quỹ đạo dao được truyền từ ứng dụng CNC đến hệ thống CAM và quỹ đạo dao được tính toán sẽ được gửi trực tiếp đến bộ điều khiển. LCOPS yêu cầu phần mềm CAM của bên thứ ba có thể kết nối trực tiếp với máy công cụ CNC, truyền các tệp hệ thống CAM thay vì mã ISO. Giải pháp cuối cùng cho vấn đề này phụ thuộc vào việc giới thiệu hệ thống điều khiển CNC thế hệ mới, có thể nhận dạng các tệp mô hình phôi ở các định dạng phổ biến (chẳng hạn như STEP) hoặc các tệp hệ thống CAD.
Bộ xử lý bài
Sự khác biệt giữa máy công cụ năm trục và máy công cụ ba trục là nó cũng có hai tọa độ quay. Vị trí dao được chuyển đổi từ hệ tọa độ phôi sang hệ tọa độ máy và cần có một số phép biến đổi tọa độ ở giữa. Bằng cách sử dụng bộ tạo bộ xử lý sau phổ biến trên thị trường, có thể tạo bộ xử lý sau cho máy công cụ CNC ba trục bằng cách chỉ cần nhập các thông số cơ bản của máy công cụ. Đối với máy công cụ CNC năm trục, hiện chỉ có một số bộ xử lý sau được cải tiến. Bộ xử lý sau của máy công cụ CNC năm trục vẫn cần được phát triển hơn nữa.
Khi sử dụng liên kết ba trục, không cần phải xem xét vị trí gốc phôi trên bàn làm việc của máy công cụ trong quỹ đạo dao. Bộ xử lý sau có thể tự động xử lý mối quan hệ giữa hệ tọa độ phôi và hệ tọa độ máy công cụ. Đối với liên kết năm trục, chẳng hạn như gia công trên máy phay ngang với liên kết năm trục X, Y, Z, B và C, kích thước vị trí của phôi trên bàn xoay C và kích thước vị trí giữa bàn xoay B và C phải là được xem xét khi tạo đường chạy dao. Công nhân thường dành nhiều thời gian để xử lý các mối quan hệ vị trí này khi kẹp phôi. Nếu bộ xử lý sau có thể xử lý dữ liệu này, việc lắp đặt phôi và xử lý quỹ đạo dao sẽ được đơn giản hóa rất nhiều; Chỉ cần kẹp phôi vào bàn làm việc, đo vị trí và hướng của hệ tọa độ phôi, nhập dữ liệu này vào bộ xử lý sau và thực hiện xử lý sau trên đường chạy dao để có được chương trình NC thích hợp.
Lỗi phi tuyến và các vấn đề kỳ dị
Do sự ra đời của tọa độ quay, động học của máy công cụ CNC năm trục phức tạp hơn nhiều so với động học của máy công cụ ba trục. Vấn đề đầu tiên liên quan đến phép quay là lỗi phi tuyến tính. Các lỗi phi tuyến có thể được quy cho lỗi lập trình và có thể được kiểm soát bằng cách giảm khoảng cách bước. Trong giai đoạn tính toán trước, người lập trình không thể xác định được độ lớn của sai số phi tuyến. Chỉ sau khi tạo chương trình máy thông qua bộ xử lý sau, các lỗi phi tuyến mới có thể được tính toán. Tuyến tính hóa quỹ đạo dao có thể giải quyết vấn đề này. Một số hệ thống điều khiển có thể tuyến tính hóa đường chạy dao trong khi gia công, nhưng nó thường được thực hiện trong bộ xử lý sau.
Một vấn đề khác do trục quay gây ra là điểm kỳ dị. Nếu điểm kỳ dị nằm ở vị trí giới hạn của trục quay thì bất kỳ dao động nhỏ nào gần điểm kỳ dị đều có thể khiến trục quay bị lật 180 độ, điều này khá nguy hiểm.
Đầu tư đáng kể vào việc mua máy công cụ
Trước đây, có sự chênh lệch đáng kể về giá giữa máy công cụ năm trục và máy công cụ ba trục. Ngày nay, việc thêm một trục quay vào máy công cụ ba trục về cơ bản chỉ bằng giá của một máy công cụ ba trục thông thường, có thể đạt được các chức năng của máy công cụ nhiều trục. Trong khi đó, giá máy công cụ 5 trục chỉ cao hơn máy công cụ 3 trục từ 30% đến 50%. Ngoài việc đầu tư vào bản thân máy công cụ, cũng cần nâng cấp phần mềm hệ thống CAD/CAM và bộ xử lý sau để đáp ứng yêu cầu gia công năm trục; Chương trình xác minh phải được nâng cấp để cho phép xử lý mô phỏng toàn bộ máy công cụ.
Xu hướng phát triển trong tương lai của máy công cụ gia công năm trục
Trung tâm gia công năm trục là thiết bị gia công CNC có độ chính xác và hiệu quả cao với khả năng thực hiện các hoạt động gia công theo nhiều hướng, được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ, sản xuất ô tô, gia công khuôn mẫu và các lĩnh vực khác. Với sự phát triển không ngừng của tiến bộ sản xuất và công nghệ, các trung tâm gia công năm trục cũng không ngừng phát triển và đổi mới, cho thấy một số xu hướng phát triển và hướng đổi mới rõ ràng.
Thứ nhất, một trong những xu hướng phát triển là trí tuệ và tự động hóa. Với sự phát triển không ngừng của các công nghệ như trí tuệ nhân tạo, dữ liệu lớn và điện toán đám mây, các trung tâm gia công cũng đang hướng tới trí thông minh và tự động hóa. Bằng cách giới thiệu các hệ thống điều khiển thông minh và thiết bị tự động hóa, có thể đạt được sự điều chỉnh, giám sát và bảo trì thiết bị tự động, nâng cao hiệu quả sản xuất và độ chính xác xử lý, giảm sự can thiệp của con người, giảm chi phí lao động và đạt được sản xuất thông minh.
Thứ hai, xu hướng phát triển thứ hai là hướng tới đa chức năng, linh hoạt. Với sự đa dạng hóa và cá nhân hóa nhu cầu thị trường, ngành sản xuất ngày càng có yêu cầu cao về thiết bị. Trung tâm gia công không chỉ cần có khả năng gia công có độ chính xác và hiệu quả cao mà còn cần có tính đa chức năng và tính linh hoạt để thích ứng với nhu cầu gia công của các hình dạng và vật liệu khác nhau. Do đó, tương lai sẽ phát triển theo hướng đa chức năng và linh hoạt, có thể đạt được nhiều hoạt động xử lý khác nhau