최근 몇 년 동안 5축 연결 CNC 머시닝 센터는 다양한 분야에서 점점 더 널리 사용되고 있습니다. 실용적인 응용 분야에서 사람들이 특수 형상의 복잡한 부품의 고효율 및 고품질 가공 문제에 직면할 때마다 5축 연결 기술은 의심할 여지없이 이러한 문제를 해결하는 중요한 수단입니다. 점점 더 많은 제조업체들이 고효율 및 고품질 가공을 충족하기 위해 5축 장비를 찾는 경향이 있습니다. 하지만 5축 가공에 대해 충분히 알고 계십니까?
01
5축 공작 기계의 기계 구조
5축 가공을 진정으로 이해하려면 먼저 5축 공작 기계가 무엇인지 이해해야 합니다. 5축 공작기계(5 Axis Machining)는 이름에서 알 수 있듯이 X, Y, Z의 세 가지 공통 선형 축에 두 개의 회전축을 추가한 것을 말합니다. A, B, C 세 개의 회전축은 축은 다양한 제품의 기술 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 동작 모드를 갖습니다.
5-축 머시닝 센터의 기계 설계 측면에서 공작 기계 제조업체는 항상 다양한 요구 사항을 충족하는 새로운 모션 모드를 개발하기 위해 끊임없이 노력해 왔습니다. 현재 시장에 나와 있는 다양한 유형의 5축 공작 기계를 기반으로 다양한 유형의 기계 구조가 있지만 주로 다음과 같은 유형이 있습니다.
1. 두 개의 회전 좌표가 공구 축의 방향을 직접 제어합니다(더블 스윙 헤드 형식).
그림
2. 두 개의 좌표축은 공구 상단에 있지만 회전축은 선형 축에 수직이 아닙니다(새깅 헤드 유형).
3. 두 개의 회전 좌표는 공간의 회전을 직접 제어합니다(더블 턴테이블 형태).
4. 두 개의 좌표축이 테이블 위에 있지만 회전축은 직선축과 수직이 아닙니다(배수 테이블 유형).
그림
5. 두 회전 좌표 중 하나는 공구에 작용하고 다른 하나는 공작물에 작용합니다(하나의 진자 및 하나의 회전).
*용어: 회전축이 선형 축에 수직이 아닌 경우 "플런징" 축으로 간주됩니다.
이러한 구조를 가진 5축 공작 기계를 본 후에는 5축 공작 기계가 무엇을 어떻게 움직이는지 이해해야 한다고 생각합니다. 그런데 이렇게 다양한 공작기계 구조가 가공 과정에서 어떤 특성을 나타낼 수 있을까요? 기존의 3축 공작 기계와 비교할 때 장점은 무엇입니까? 다음으로 5축 공작 기계의 발광점을 살펴보겠습니다.
02
5축 가공의 많은 이점
5축 공작 기계의 특성에 대해 말하자면 전통적인 3축 장비와 비교할 필요가 있습니다. 3축 가공 장비는 생산에서 비교적 일반적이며 수직, 수평 및 갠트리와 같은 여러 형태가 있습니다. 일반적인 가공 방법에는 엔드 밀 엔드 에지 가공과 사이드 에지 가공이 포함됩니다. 볼 엔드 나이프 등의 프로파일링 그러나 어떤 형태나 방법이 공통적인 특징을 가지고 있는지, 즉 가공 공정 중에 공구 축의 방향이 변경되지 않고 공작 기계는 직교 공간에서만 공구를 달성할 수 있습니다. X, Y, Z의 3개의 선형 축의 보간을 통해 좌표. 부서에서 이동. 따라서 다음과 같은 제품에 직면했을 때 효율성이 낮고 표면 품질이 좋지 않으며 가공이 불가능하다는 3축 공작 기계의 단점이 노출됩니다.
3축 CNC 가공 장비와 비교하여 5연계 CNC 공작 기계는 다음과 같은 장점이 있습니다.
1. 공구를 최상의 절삭 상태로 유지하고 절삭 조건을 개선합니다.
위 그림과 같이 왼쪽 그림의 3축 절삭 모드에서 절삭공구가 공작물의 상단이나 가장자리로 이동하면 절삭 상태가 점차 악화됩니다. 여기에서도 최적의 절삭 조건을 유지하려면 회전 테이블이 필요합니다. 그리고 불규칙한 평면을 완전히 가공하려면 테이블을 서로 다른 방향으로 여러 번 회전시켜야 합니다. 5축 공작 기계도 볼 엔드 밀링 커터의 중심선 속도가 0인 상황을 피하고 더 나은 표면 품질을 얻을 수 있음을 알 수 있습니다.
2. 도구 간섭을 효과적으로 방지
위 그림과 같이 항공우주 분야에서 사용되는 임펠러, 블레이드, 블리스크 등의 부품의 경우 3축 장비는 간섭으로 인해 공정 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 5축 공작 기계를 만족할 수 있습니다. 동시에 5축 공작 기계는 가공을 위해 더 짧은 도구를 사용하고 시스템의 강성을 개선하며 도구 수를 줄이고 특수 도구의 생산을 피할 수 있습니다. 우리 사업주에게는 공구 비용 측면에서 5축 공작 기계가 비용을 절감할 수 있음을 의미합니다!
3. 클램핑 횟수를 줄이고 한 번의 클램핑으로 5면 가공 완료
위의 그림에서 보듯이 5축 머시닝 센터도 벤치마크 변환을 줄이고 가공 정확도를 높일 수 있음을 알 수 있습니다. 실제 가공에서는 클램핑이 한 번만 필요하며 가공 정확도를 보장하기가 더 쉽습니다. 동시에 프로세스 체인의 단축과 5축 머시닝 센터의 장비 수 감소로 인해 고정구 수, 작업장 면적 및 장비 유지 보수 비용도 감소합니다. 이것은 더 적은 고정구, 더 적은 작업장 공간 및 유지 보수 비용을 사용하여 보다 효율적이고 고품질의 처리를 완료할 수 있음을 의미합니다!
4. 처리 품질 및 효율성 향상
그림과 같이 5축 공작 기계는 공구의 측면 모서리로 절단할 수 있어 가공 효율이 더 높습니다.
5. 생산 프로세스 체인 단축 및 생산 관리 간소화
5축 CNC 공작 기계의 완전한 가공은 생산 공정 체인을 크게 단축하여 생산 관리와 계획 및 스케줄링을 단순화할 수 있습니다. 공작물이 복잡할수록 분산 공정을 사용하는 기존 생산 방법에 비해 이점이 더욱 분명해집니다.
6. 신제품 개발 주기 단축
항공 우주, 자동차 및 기타 분야의 기업을 위해 일부 신제품 부품 및 성형 금형은 복잡한 모양과 고정밀 요구 사항을 가지고 있습니다. 따라서 높은 유연성, 고정밀, 고집적 및 완벽한 가공 기능을 갖춘 5축 CNC 머시닝 센터를 사용할 수 있습니다. 신제품 개발 과정에서 복잡한 부품 가공의 정밀도 및 주기 문제를 잘 해결하고 개발 주기를 크게 단축하며 신제품의 성공률을 높일 수 있습니다.
요약하면 5축 공작 기계는 장점이 너무 많지만 5축 공작 기계 자세 제어, CNC 시스템, CAM 프로그래밍 및 후처리는 3축 공작 기계보다 훨씬 더 복잡합니다! 동시에 5축 공작 기계에 대해 이야기할 때 참과 거짓 5축의 문제에 대해 이야기해야 합니다. 참과 거짓 5축의 가장 큰 차이점은 RTCP 기능이라는 것을 우리 모두 알고 있습니다. 그러나 RTCP는 무엇이며 어떻게 생성되며 어떻게 적용합니까? 다음으로 공작기계의 구조와 프로그래밍의 후처리를 결합하여 RTCP에 대해 자세히 살펴보고 그 진면목을 알아보자.
03
RTCP 소개
하이엔드 5축 CNC 시스템의 RTCP는 RTCP가 회전된 도구 중심점이라고 생각하며, 이는 우리가 종종 기능을 따르는 도구 끝점이라고 부르는 것입니다. 5축 가공에서 공구 끝점의 궤적과 공구와 공작물 사이의 자세를 추종할 때 회전 운동으로 인해 공구 끝점의 추가 운동이 발생합니다. CNC 시스템의 제어점은 종종 공구 끝점과 일치하지 않으므로 CNC 시스템은 자동으로 제어점을 수정하여 공구 끝점이 규정된 궤적에 따라 이동하도록 해야 합니다. 업계에서는 이 기술을 TCPM, TCPC 또는 RPCP라고도 합니다. 실제로 이러한 이름의 기능 정의는 RTCP와 유사합니다. 엄밀히 말하면 RTCP 기능은 이중 스윙 헤드 구조에서 사용되며 스윙 헤드 회전의 중심점은 보상을 위해 사용됩니다. RPCP와 유사한 기능은 더블 턴테이블 형태의 공작기계에 주로 적용되며 공작물의 회전에 따른 직선축 좌표의 변화를 보정한다. 실제로 이러한 기능은 서로 다른 경로에서 동일한 목표를 가지며, 모두 도구의 중심점과 도구와 공작물 표면 사이의 실제 접촉점을 변경하지 않고 유지하는 것입니다. 따라서 이 글에서는 표현의 편의를 위해 이런 종류의 기술을 RTCP 기술로 통일한다.
그렇다면 RTCP 기능은 어떻게 생겨난 것일까요? 수년 전 5축 공작 기계가 시장에서 처음으로 대중화되었을 때 공작 기계 제조업체는 RTCP 개념을 과장했습니다. 그 당시 RTCP의 기능은 기술을 위한 장치에 가까웠고 더 많은 사람들이 기술 자체에 대해 열광하고 과장했습니다. 사실 RTCP의 기능은 정반대입니다. 좋은 기술일 뿐만 아니라 고객에게 혜택을 주고 가치를 창출할 수 있는 좋은 기술입니다. RTCP 기술이 적용된 공작 기계(즉, 중국의 소위 진정한 5축 공작 기계)의 경우 작업자는 공작물을 턴테이블의 축선에 정확하게 정렬하고 자연스럽게 클램핑할 필요가 없습니다. 공작 기계는 오프셋을 자동으로 보정하여 보조 시간을 크게 줄이고 처리를 개선합니다. 정도. 동시에 툴 팁 포인트의 좌표와 벡터가 출력되는 한 후처리가 용이합니다. 앞에서 말했듯이 기계 구조 측면에서 5축 CNC 공작 기계는 주로 이중 스윙 헤드, 이중 턴테이블, 원 스윙 및 원 턴과 같은 구조를 가지고 있습니다.
아래에서는 이중 턴테이블이 있는 고급 5축 CNC 시스템을 예로 들어 RTCP 기능을 자세히 소개합니다.
5축 공작 기계에서 4축과 5축의 개념 정의: 이중 회전 테이블 구조에서 4축의 회전은 5축의 자세에 영향을 미치고 5축의 회전은 자세에 영향을 줄 수 없습니다. 네 번째 축. 다섯 번째 축은 네 번째 축의 회전 좌표입니다.
음, 정의를 읽은 후 설명하겠습니다. 위 그림과 같이 공작기계의 4축이 A축이고 5축이 C축이다. 공작물은 C축 턴테이블에 놓입니다. 4축 A축이 회전하면 C축이 A축에 설치되기 때문에 C축의 자세도 영향을 받게 됩니다. 같은 방식으로 우리가 턴테이블에 올린 공작물에 대해 공구 중심 절단을 프로그래밍하면 회전 좌표의 변경은 필연적으로 선형 축의 X, Y, Z 좌표의 변경으로 이어져 결과적으로 상대 변위. 이 변위를 없애기 위해서는 공작기계가 이를 보정해야 하는데 RTCP는 이 보정을 없애기 위해 만든 기능이다.
그렇다면 공작 기계는 이 오프셋을 어떻게 보상합니까? 다음으로 이 오프셋이 생성되는 방식을 분석해 보겠습니다.
위의 내용에 따르면 선형 축 좌표의 오프셋이 회전 좌표의 변경으로 인해 발생한다는 것을 모두 알고 있습니다. 그렇다면 회전축의 회전 중심을 분석하는 것이 특히 중요합니다. 이중 턴테이블 구조의 공작기계의 경우 C축 즉, 제5축의 제어점은 보통 머신 테이블의 회전 중심에 위치한다. 네 번째 축의 경우 일반적으로 네 번째 축의 중간점이 제어점으로 선택됩니다.
5축 제어를 실현하기 위해 수치 제어 시스템은 5축 제어점과 4축 제어점 간의 관계를 알아야 합니다. 즉, 초기 상태(공작기계의 A축과 C축의 0 위치), 4축 회전좌표계에서 5축 제어점의 위치 벡터[U, V, W]는 네 번째 축 제어점이 원점입니다. 동시에 A축과 C축 사이의 거리도 알아야 합니다. 더블 턴테이블 공작 기계의 경우 아래 그림에 예가 나와 있습니다.
말하자면 RTCP 기능이 있는 공작 기계의 경우 제어 시스템이 항상 프로그래밍된 위치에 공구 중심을 유지한다는 것을 알 수 있습니다. 이 경우 프로그래밍은 자체 포함되어 있으며 기계 운동학과는 독립적입니다. 공작 기계에서 프로그래밍할 때 기계 동작과 공구 길이에 대해 걱정할 필요가 없으며 공구와 공작물 사이의 상대 동작만 생각하면 됩니다. 나머지 작업 제어 시스템이 자동으로 처리합니다. 예를 들어:
위 그림과 같이 RTCP 기능이 꺼지지 않으면 제어 시스템은 공구 길이를 고려하지 않습니다. 공구가 축 중심을 기준으로 회전합니다. 나이프 끝이 제자리에서 벗어나 더 이상 고정되지 않습니다.
위의 그림과 같이 RTCP 기능이 켜져 있으면 제어 시스템은 도구의 방향만 변경하고 도구 팁의 위치는 변경되지 않은 상태로 유지됩니다. X, Y, Z 축에서 필요한 보정 이동이 자동으로 계산됩니다.
RTCP가 없는 5축 공작 기계 및 CNC 시스템의 선형 축 좌표 오프셋 문제를 해결하는 방법은 무엇입니까? 우리는 중국의 많은 5축 CNC 공작 기계와 시스템이 가짜 5축이라는 것을 알고 있습니다. 소위 가짜 5축은 실제로 RTCP 기능이 없는 공작 기계를 말합니다. 참과 거짓의 5축은 외형이나 5개의 축이 연결되어 있는지 여부를 기반으로 하지 않습니다. 가짜 5축은 5축 연동에도 사용할 수 있다는 것을 알아야 합니다. 가짜 5축의 차이점은 실제 5축 RTCP 알고리즘이 없다는 것입니다. 즉, 가짜 5축 프로그래밍은 스핀들의 진자 길이와 회전 테이블의 위치를 고려해야 합니다. 즉, 가짜 5축 CNC 시스템 및 공작 기계로 프로그래밍할 때 사전에 공구 경로를 계획하기 위해 CAM 프로그래밍 및 후처리 기술에 의존해야 합니다.
같은 부품이라도 공작기계를 바꾸거나 공구를 바꾸면 CAM 프로그래밍과 후가공을 다시 해야 한다. 그리고 거짓 5축 공작 기계는 공작물을 클램핑할 때 공작물이 작업대의 회전 중심에 있는지 확인해야 합니다. 이는 작업자에게 클램핑 및 정렬에 많은 시간이 필요하고 정확도를 보장할 수 없음을 의미합니다. 인덱싱 가공에도 가짜 5축은 골칫거리가 많다. 진정한 5축은 좌표계를 설정하기만 하면 되고 가공을 완료하기 위해 하나의 도구 설정만 필요합니다.
아래 그림은 가짜 5축의 좌표 변환을 설명하기 위해 NX 후처리 편집기 설정을 예로 들었습니다.
위의 그림과 같이 거짓 5축은 공작 기계의 4축과 5축 사이의 중심 위치 관계를 표시하는 후가공 기술에 의존하여 선형 축 좌표에 대한 회전축의 변위를 보상합니다. . 이에 의해 생성된 CNC 프로그램 X, Y 및 Z는 접근 지점을 프로그래밍할 뿐만 아니라 X, Y 및 Z축에 필요한 보정도 포함합니다.
이러한 처리의 결과는 가공 정확도가 부족하고 효율성이 낮을 뿐만 아니라 생성된 프로그램이 보편적이지 않으며 필요한 인건비도 높습니다. 동시에 각 공작 기계의 회전 매개변수가 다르기 때문에 해당 후처리 파일이 있어야 하며 이는 생산에 큰 불편을 초래합니다. 또한 생성된 가짜 5축 프로그램은 변경할 수 없으며 수동 5축 프로그래밍을 구현하는 것은 기본적으로 불가능합니다. 동시에 RTCP 기능이 없기 때문에 5축 공구 보정 기능과 같은 많은 고급 5축 기능을 사용할 수 없습니다.
실제로 5축 공작 기계의 경우 가공 결과를 달성하기 위한 도구일 뿐이며 참과 거짓의 구분이 없습니다. 중요한 것은 우리의 기술이 처리를 위해 선택할 방법을 결정한다는 것입니다. 상대적으로 말해서 진정한 5축 공작 기계는 더 비용 효율적입니다.
