8 Ostacoli allo sviluppo della tecnologia CNC a cinque assi

La lavorazione a cinque assi è una modalità di lavorazione delle macchine utensili CNC. Utilizzando il movimento di interpolazione lineare di 5 coordinate qualsiasi in X, Y, Z, A, B, C, la macchina utensile utilizzata per la lavorazione a cinque assi è solitamente chiamata macchina utensile a cinque assi o centro di lavoro a cinque assi. Ma capisci davvero la lavorazione a cinque assi?

La programmazione CNC a cinque assi è astratta e difficile da utilizzare

Le macchine utensili a tre assi hanno solo assi di coordinate lineari, mentre le macchine utensili CNC a cinque assi hanno varie strutture; lo stesso codice NC può ottenere lo stesso effetto di elaborazione su diverse macchine utensili CNC a tre assi, ma il codice NC di una determinata macchina utensile a cinque assi non può essere applicato a tutti i tipi di macchine a cinque assi. Oltre al movimento lineare, la programmazione NC deve anche coordinare i calcoli relativi al movimento rotatorio, come l'ispezione della corsa dell'angolo di rotazione, il controllo degli errori non lineari, il calcolo del movimento di rotazione dell'utensile, ecc. La quantità di informazioni da elaborare è molto ampia e la programmazione NC è estremamente astratto.

Le capacità operative e di programmazione della lavorazione CNC a cinque assi sono strettamente correlate. Se l'utente aggiunge funzioni speciali alla macchina utensile, la programmazione e il funzionamento saranno più complicati. Solo con la pratica ripetuta la programmazione e gli operatori possono acquisire le conoscenze e le competenze necessarie. La mancanza di programmazione e di operatori esperti rappresenta un grave ostacolo alla divulgazione della tecnologia CNC a cinque assi.

 

Requisiti molto severi sul controller di interpolazione NC e sul sistema di servoazionamento

Il movimento della macchina utensile a cinque assi è la sintesi dei movimenti dei cinque assi coordinati. L'aggiunta di coordinate rotanti non solo aumenta il carico dei calcoli di interpolazione, ma anche i piccoli errori delle coordinate rotanti ridurranno notevolmente la precisione della lavorazione. Pertanto, il controller deve avere una precisione operativa maggiore.

 

Le caratteristiche cinematiche della macchina utensile a cinque assi richiedono che il sistema di servoazionamento abbia buone caratteristiche dinamiche e un ampio intervallo di velocità.

 

La verifica del programma NC del CNC a cinque assi è particolarmente importante

Al fine di migliorare l'efficienza della lavorazione, è urgente eliminare il tradizionale metodo di calibrazione del "metodo di taglio di prova". Nella lavorazione CNC a cinque assi, anche la verifica dei programmi NC è diventata molto importante, perché i pezzi solitamente lavorati dalle macchine utensili CNC a cinque assi sono molto costosi e la collisione è un problema comune nella lavorazione CNC a cinque assi: l'utensile taglia nel pezzo; Collisione con il pezzo ad altissima velocità; collisione tra l'utensile e la macchina utensile, l'attrezzatura e altre attrezzature nell'area di lavorazione; collisione tra la parte mobile della macchina utensile e la parte fissa o il pezzo da lavorare. Nel CNC a cinque assi, la collisione è difficile da prevedere e il programma di calibrazione deve condurre un'analisi completa della cinematica della macchina utensile e del sistema di controllo.

Se il sistema CAM rileva un errore, il percorso utensile può essere elaborato immediatamente; ma se durante la lavorazione viene riscontrato un errore nel programma NC, il percorso utensile non può essere modificato direttamente come nel CNC a tre assi. Su una macchina utensile a tre assi, l'operatore della macchina può modificare direttamente parametri come il raggio dell'utensile. Nella lavorazione a cinque assi, la situazione non è così semplice, perché i cambiamenti nelle dimensioni e nella posizione dell’utensile hanno un impatto diretto sulla successiva traiettoria del movimento rotatorio.

 

Compensazione del raggio utensile

Nel programma NC con collegamento a cinque assi, la funzione di compensazione della lunghezza utensile è ancora valida, ma la compensazione del raggio utensile non è valida. Quando la fresatura con formatura a contatto viene eseguita con una fresa cilindrica, è necessario compilare programmi diversi per frese di diverso diametro. Nessuno degli attuali sistemi CNC più diffusi è in grado di completare la compensazione del raggio utensile, poiché il file ISO non fornisce dati sufficienti per ricalcolare la posizione dell'utensile. L'utente deve cambiare frequentemente l'utensile o regolare la dimensione esatta dell'utensile durante la lavorazione CNC. Secondo la normale procedura di elaborazione, il percorso utensile dovrebbe essere rinviato al sistema CAM per il ricalcolo. Di conseguenza, l’efficienza dell’intero processo di lavorazione è molto bassa.

 

In risposta a questo problema, i ricercatori norvegesi stanno sviluppando una soluzione temporanea chiamata LCOPS (Low Cost Optimized Production Strategy, Strategia di produzione ottimizzata a basso costo). I dati richiesti per la correzione del percorso utensile vengono trasferiti dall'applicazione CNC al sistema CAM e il percorso utensile calcolato viene inviato direttamente al controller. LCOPS richiede a terzi di fornire un software CAM che possa essere collegato direttamente alla macchina CNC, dove vengono trasferiti i file del sistema CAM invece dei codici ISO. La soluzione definitiva a questo problema dipende dall'introduzione di una nuova generazione di sistemi di controllo CNC in grado di riconoscere file di modelli di pezzi in formati comuni (come STEP, ecc.) o file di sistema CAD.

 

Post-processore

La differenza tra una macchina utensile a cinque assi e una macchina utensile a tre assi è che ha due coordinate rotanti. La posizione dell'utensile viene convertita dal sistema di coordinate del pezzo al sistema di coordinate della macchina utensile e nel mezzo sono necessarie diverse trasformazioni di coordinate. Utilizzando il popolare generatore di post-processore sul mercato, è possibile inserire solo i parametri di base della macchina utensile per generare il post-processore della macchina utensile CNC a tre assi. Per le macchine utensili CNC a cinque assi, attualmente esistono solo alcuni post-processori migliorati. Il post processore della macchina utensile CNC a cinque assi deve ancora essere ulteriormente sviluppato.

 

Quando i tre assi sono collegati, non è necessario considerare la posizione dell'origine del pezzo sulla tavola della macchina nella traiettoria dell'utensile e il post-processore può gestire automaticamente la relazione tra il sistema di coordinate del pezzo e le coordinate della macchina utensile sistema. Per il collegamento a cinque assi, ad esempio, durante la lavorazione su una fresatrice orizzontale con collegamento a cinque assi X, Y, Z, B e C, la dimensione della posizione del pezzo sulla tavola rotante C e le dimensioni della posizione tra B e È necessario considerare le tavole girevoli C quando si genera il percorso utensile. Di solito i lavoratori dedicano molto tempo a gestire queste relazioni di posizione durante il bloccaggio dei pezzi. Se il post-processore può elaborare questi dati, l'installazione del pezzo e l'elaborazione del percorso utensile saranno notevolmente semplificate; basta bloccare il pezzo sulla tavola, misurare la posizione e l'orientamento del sistema di coordinate del pezzo e inserire questi dati nella post-elaborazione. Dopo aver elaborato il percorso utensile, è possibile ottenere il programma NC appropriato.

 

Errori non lineari e problemi di singolarità

A causa dell'introduzione delle coordinate rotanti, la cinematica di una macchina utensile CNC a cinque assi è molto più complicata di quella di una macchina utensile a tre assi. Il primo problema relativo alla rotazione è l'errore non lineare. L'errore non lineare dovrebbe essere attribuito all'errore di programmazione, che può essere controllato riducendo la distanza del passo. Nella fase di precalcolo, il programmatore non può conoscere la dimensione dell'errore non lineare e l'errore non lineare può essere calcolato solo dopo che il programma della macchina utensile è stato generato dal post-processore. La linearizzazione del percorso utensile può risolvere questo problema. Alcuni sistemi di controllo sono in grado di linearizzare il percorso utensile durante la lavorazione, ma solitamente ciò avviene in un post-processore.

 

Un altro problema causato dall'asse di rotazione è la singolarità. Se la singolarità si trova nella posizione estrema dell'asse di rotazione, una piccola oscillazione vicino alla singolarità risulterà in un capovolgimento di 180 gradi dell'asse di rotazione, il che è piuttosto pericoloso.

 

Requisiti per i sistemi CAD/CAM

Per il funzionamento dell'elaborazione del pentaedro, l'utente deve fare affidamento su un sistema CAD/CAM maturo e deve disporre di programmatori esperti per utilizzare il sistema CAD/CAM.

 

Investimento consistente nell'acquisto di macchine utensili

In passato esisteva un enorme divario di prezzo tra le macchine a cinque assi e quelle a tre assi. Ora, aggiungere un asse rotante a una macchina utensile a tre assi equivale sostanzialmente al prezzo di una normale macchina utensile a tre assi, che può realizzare le funzioni di una macchina utensile multiasse. Allo stesso tempo, il prezzo delle macchine utensili a cinque assi è superiore solo dal 30% al 50% rispetto a quello delle macchine utensili a tre assi.

Oltre all'investimento nella macchina utensile stessa, è necessario aggiornare il software del sistema CAD/CAM e il post-processore per soddisfare i requisiti della lavorazione a cinque assi; il programma di calibrazione deve essere aggiornato in modo che possa simulare l'intera macchina utensile.