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五轴加工中心好学吗?难吗?

时间:2016-11-01 16:01来源:山东海特数控机床
  1.五轴加工中心编程抽象、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, 而五轴加工中心结构形式多样;同一段NC代码可以在不同的三轴数控加工中心上获得同样的加工效果, 但某一种五轴加工中心的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加工中心, 由于技术培训和服务不到位, 五轴加工中心固有功能很难实现,机床利用率很低, 很多场合还不如采用三轴数控加工中心。
  
  2.对NC插补控制器、伺服驱动系统要求十分严格
  
  五轴加工中心的运动是五个坐标轴运动的合成。旋转坐标的加入,不但加重了插补运算的负担,而且旋转坐标的微小误差就会大幅度降低加工精度。因此要求控制器有更高的运算精度。
  
  五轴加工中心的运动特性要求伺服驱动系统有很好的动态特性和较大的调速范围。
  
  3.五轴加工中心的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。五轴加工中心中,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。在三轴数控加工中心上, 机床操作者可以直接对刀具半径等参数进行修改。而在五轴加工中心中, 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。
  
  4.刀具半径补偿
  
  在五轴加工中心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。
  
  针对这个问题, 挪威研究人员正在开发一种临时解决方案, 叫做LCOPS(Low Cost Optimized ProductionStrategy , 低耗最优生产策略)。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。
  
  5.后置处理器
  
  五轴加工中心和三轴加工中心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。
  
  三轴联动时,刀具的轨迹中不必考虑工件原点在机床工作台的位置, 后置处理器能够自动处理工件坐标系和机床坐标系的关系。对于五轴联动, 例如在XYZBC 五轴联动的卧式铣床上加工时, 工件在C 转台上位置尺寸以及B 、C 转台相互之间的位置尺寸, 产生刀具轨迹时都必须加以考虑。工人通常在装夹工件时要耗费大量时间来处理这些位置关系。如果后置处理器能处理这些数据, 工件的安装和刀具轨迹的处理都会大大简化:只需将工件装夹在工作台上, 测量工件坐标系的位置和方向, 将这些数据输入到后置处理器, 对刀具轨迹进行后置处理即可得到适当的NC 程序。
  
  6.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。
  
  7.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。
  
  8.购置机床的大量投资
  
  五轴加工中心和三轴加工中心之间的价格悬殊很大。五轴加工中心与三轴加工中心进行价格比较的话,五轴要比三轴的价格约高50%。五轴高速加工中心价格虽高,但这种高档机床特别适合用来加工几何形状复杂的模具。五轴加工中心在加工较深、较陡的型腔时,可以通过工件或主轴头的附加回转及摆动为立铣刀的加工创造最佳的工艺条件,并避免DaoJu及刀杆与型腔壁发生碰撞,减小DaoJu加工时的抖动和DaoJu破损的危险,从而有利于提高模具的表面质量、加工效率和DaoJu的耐用度。用户在采购加工中心时,是选用三轴加工中心还是五轴加工中心,应根据模具型腔几何形状的复杂程度和精度等要求来决定。详情请登录
  
  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, 使之适应五轴加工中心的要求;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。

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