五轴加工中心数控机床未来智能化的趋势

日期:2022-06-16 17:13:58 阅读:48

近年来,五轴加工中心数控机床的发展也逐渐成熟,但是就目前的发展状态也存在着或多或少的问题,比如五轴数控编程操作问题、刀具半径补偿、对CAD/CAM系统的要求、成本问题等。对于这些问题的解决,除了工艺上的更新,未来五轴加工智能化是一大趋势。现在,我们先看看现阶段五轴机床所遇到的问题。

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首先,五轴数控编程抽象、操作困难

这是每一个传统数控编程人员都深感头疼的问题。三轴机床只有直线坐标轴,而五轴数控机床结构形式多样。同一段NC代码可以在不同的三轴数控机床上获得同样的加工效果,但某一种五轴机床的NC代码却不能适用于所有类型的五轴机床。数控编程除了直线运动之外,还要协调旋转运动的相关计算,如旋转角度行程检验、非线性误差校核、刀具旋转运动计算等,处理的信息量很大,数控编程极其抽象。

五轴数控加工的操作和编程技能密切相关,如果用户为机床增添了特殊功能,则编程和操作会更复杂。只有反复实践,编程及操作人员才能掌握必备的知识和技能。经验丰富的编程、操作人员的缺乏,是五轴数控技术普及的一大阻力。

国内许多厂家从国外购买了五轴数控机床,由于技术培训和服务不到位,五轴数控机床固有功能很难实现,机床利用率很低,很多场合还不如采用三轴机床。

其次,五轴数控的NC程序校验尤为重要

要提高机械加工效率,迫切要求淘汰传统的“试切法”校验方式。在五轴数控加工当中,NC程序的校验工作也变得十分重要,因为通常采用五轴数控机床加工的工件价格十分昂贵,而且碰撞是五轴数控加工中的常见问题:刀具切入工件;刀具以极高的速度碰撞到工件;刀具和机床、夹具及其他加工范围内的设备相碰撞;机床上的移动件和固定件或工件相碰撞。五轴数控中,碰撞很难预测,校验程序必须对机床运动学及控制系统进行综合分析。

如果CAM系统检测到错误,可以立即对刀具轨迹进行处理;但如果在加工过程中发现NC程序错误,不能像在三轴数控中那样直接对刀具轨迹进行修改。在三轴机床上,机床操作者可以直接对刀具半径等参数进行修改。而在五轴加工中,情况就不那么简单了,因为刀具尺寸和位置的变化对后续旋转运动轨迹有直接影响。

然后,刀具半径补偿

在五轴联动NC程序中,刀具长度补偿功能仍然有效,而刀具半径补偿却失效了。以圆柱铣刀进行接触成形铣削时,需要对不同直径的刀具编制不同的程序。目前流行的CNC系统均无法完成刀具半径补偿,因为ISO文件中没有提供足够的数据对刀具位置进行重新计算。用户在进行数控加工时需要频繁换刀或调整刀具的确切尺寸,按照正常的处理程序,刀具轨迹应送回CAM系统重新进行计算。从而导致整个加工过程效率十分低下。

刀具轨迹修正所需数据由CNC应用程序输送到CAM系统,并将计算所得刀具轨迹直接送往控制器。LCOPS需要第三方提供CAM软件,能够直接连接到CNC机床,其间传送的是CAM系统文件而不是ISO代码。对这个问题的最终解决方案,有赖于引入新一代CNC控制系统,该系统能够识别通用格式的工件模型文件(如STEP等)或CAD系统文件。

后置处理器问题

五轴机床和三轴机床不同之处在于它还有两个旋转坐标,刀具位置从工件坐标系向机床坐标系转换,中间要经过几次坐标变换。利用市场上流行的后置处理器生成器,只需输入机床的基本参数,就能够产生三轴数控机床的后置处理器。而针对五轴数控机床,目前只有一些经过改良的后置处理器。五轴数控机床的后置处理器还有待进一步开发。

非线性误差和奇异性问题

由于旋转坐标的引入,五轴数控机床的运动学比三轴机床要复杂得多。和旋转有关的第一个问题是非线性误差。非线性误差应归属于编程误差,可以通过缩小步距加以控制。在前置计算阶段,编程者无法得知非线性误差的大小,只有通过后置处理器生成机床程序后,非线性误差才有可能计算出来。刀具轨迹线性化可以解决这个问题。有些控制系统能够在加工的同时对刀具轨迹进行线性化处理,但通常是在后置处理器中进行线性化处理。

旋转轴引起的另一个问题是奇异性。如果奇异点处在旋转轴的极限位置处,则在奇异点附近若有很小振荡都会导致旋转轴的180°翻转,这种情况相当危险。

对CAD/CAM系统的要求

对五面体加工的操作,用户必须借助于成熟的CAD/CAM系统,并且必须要有经验丰富的编程人员来对CAD/CAM系统进行操作。

购置机床的大量投资

以前五轴机床和三轴机床之间的价格悬殊很大。现在,三轴机床附加一个旋转轴基本上就是普通三轴机床的价格,这种机床可以实现多轴机床的功能。同时,五轴机床的价格也仅仅比三轴机床的价格高出30%~50%。

除了机床本身的投资之外,还必须对CAD/CAM系统软件和后置处理器进行升级,使之适应五轴加工的要求;必须对校验程序进行升级,使之能够对整个机床进行仿真处理。

五轴加工机床未来智能化趋势

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