5 軸 CNC 技術開発における 8 つの障害

5 軸加工は、CNC 工作機械加工のモードです。 X、Y、Z、A、B、Cの任意の5座標を直線補間動作させて5軸加工を行う工作機械のことを、一般に5軸工作機械または5軸マシニングセンタと呼びます。 しかし、5 軸加工について本当に理解していますか?

5 軸 CNC プログラミングは抽象的で操作が難しい

3軸工作機械は直線座標軸のみですが、5軸CNC工作機械はさまざまな構造を持っています。 同じ NC コードは、異なる 3 軸 CNC 工作機械で同じ加工効果を得ることができますが、特定の 5 軸工作機械の NC コードをすべてのタイプの 5 軸工作機械に適用できるわけではありません。 NCプログラミングでは直線運動だけでなく、回転角ストローク検査、非線形誤差チェック、工具回転運動計算など、回転運動に関わる計算も連携させる必要があります。処理する情報量が非常に多く、NCプログラミングでは非常に抽象的です。

5 軸 CNC 加工の操作とプログラミングのスキルは密接に関係しています。 ユーザーが工作機械に特殊な機能を追加すると、プログラミングや操作はさらに複雑になります。 繰り返し練習することによってのみ、プログラミングとオペレーターは必要な知識とスキルを習得できます。 経験豊富なプログラミングとオペレーターの不足は、5 軸 CNC テクノロジーの普及にとって大きな障害となっています。

 

NC補間コントローラとサーボドライブシステムに対する非常に厳しい要件

5軸工作機械の動作は5つの座標軸の動作を合成したものです。 回転座標の追加は補間計算の負担を増大させるだけでなく、回転座標のわずかな誤差により加工精度が大幅に低下します。 このため、コントローラにはより高い演算精度が要求される。

 

5 軸工作機械の運動学的特性により、サーボ駆動システムには良好な動的特性と広い速度範囲が必要です。

 

5軸CNCのNCプログラム検証は特に重要

加工効率を向上させるためには、従来の「試し切り法」による校正方法の廃止が急務となっています。 5 軸 CNC 加工では、NC プログラムの検証も非常に重要になっています。5 軸 CNC 工作機械で通常加工されるワークピースは非常に高価であり、5 軸 CNC 加工では衝突が一般的な問題であるためです。ワークピースに挿入します。 非常に高速でワークに衝突します。 加工範囲内の工具と工作機械、治具、その他の機器との衝突。 工作機械の可動部と固定部やワークとの衝突。 5 軸 CNC では衝突を予測するのが難しく、校正プログラムでは工作機械と制御システムの運動学の包括的な分析を実行する必要があります。

CAM システムがエラーを検出した場合、ツールパスは直ちに処理されます。 ただし、加工中に NC プログラムのエラーが見つかった場合、3 軸 CNC のようにツールパスを直接修正することはできません。 3 軸工作機械では、機械オペレータは工具半径などのパラメータを直接変更できます。 5 軸加工では、工具のサイズと位置の変更がその後の回転運動の軌跡に直接影響するため、状況はそれほど単純ではありません。

 

工具半径補正

5軸連動NCプログラムでは、工具長補正機能は有効ですが、工具径補正は無効となります。 円筒フライスでコンタクトフォーミング加工を行う場合、カッター径ごとに異なるプログラムを作成する必要があります。 ISO ファイルには工具の位置を再計算するのに十分なデータが含まれていないため、現在一般的な CNC システムでは工具半径の補正を完了することはできません。 ユーザーは、CNC 加工中に頻繁に工具を交換したり、工具の正確なサイズを調整したりする必要があります。 通常の処理手順に従って、ツールパスは再計算のために CAM システムに送り返される必要があります。 その結果、処理プロセス全体の効率が非常に低くなります。

 

この問題に対応して、ノルウェーの研究者は LCOPS (Low Cost Optimized Production Strategy、低コスト最適化生産戦略) と呼ばれる一時的な解決策を開発しています。 工具経路の修正に必要なデータは CNC アプリケーションから CAM システムに転送され、計算された工具経路はコントローラーに直接送信されます。 LCOPS では、サードパーティが CNC マシンに直接接続できる CAM ソフトウェアを提供することを要求しており、ISO コードの代わりに CAM システム ファイルが転送されます。 この問題の最終的な解決策は、一般的な形式のワークピース モデル ファイル (STEP など) または CAD システム ファイルを認識できる新世代の CNC 制御システムの導入にかかっています。

 

ポストプロセッサ

5 軸工作機械と 3 軸工作機械の違いは、2 つの回転座標があることです。 工具位置はワーク座標系から工作機械座標系に変換されますが、途中でいくつかの座標変換が必要になります。 市販されている一般的なポストプロセッサ ジェネレータを使用すると、工作機械の基本パラメータのみを入力して 3 軸 CNC 工作機械のポストプロセッサを生成できます。 5 軸 CNC 工作機械の場合、現在、改良されたポストプロセッサはいくつかしかありません。 5 軸 CNC 工作機械のポストプロセッサはまだ開発されていません。

 

3軸を連動させると、工具軌道上で工作機械テーブル上のワーク原点の位置を考慮する必要がなくなり、ポストプロセッサがワーク座標系と工作機械座標系の関係を自動的に扱うことができます。システム。 5軸連動の場合、例えばX、Y、Z、B、Cの5軸連動の横型フライスで加工する場合、Cターンテーブル上のワークの位置寸法と、BとBの間の位置寸法が求められます。ツールパスを生成するときは、C ターンテーブルを考慮する必要があります。 通常、作業者はワークをクランプする際、この位置関係に多くの時間を費やします。 ポストプロセッサがこれらのデータを処理できれば、ワークの設置とツールパスの処理が大幅に簡素化されます。 ワークをテーブルにクランプし、ワーク座標系の位置と姿勢を測定し、後処理に入力するだけで、ツールパスを加工した後、適切なNCプログラムが得られます。

 

非線形誤差と特異点問題

回転座標の導入により、5 軸 CNC 工作機械の運動学は 3 軸工作機械の運動学よりもはるかに複雑になります。 回転に関する最初の問題は、非線形誤差です。 非線形エラーはプログラミング エラーに起因するものと考えられますが、ステップ距離を減らすことで制御できます。 計算前の段階では、プログラマは非線形誤差のサイズを知ることができず、ポストプロセッサによって工作機械プログラムが生成された後でのみ非線形誤差を計算できます。 ツールパスの線形化により、この問題を解決できます。 一部の制御システムは、加工中にツール パスを線形化できますが、通常、これはポストプロセッサで行われます。

 

回転軸によって引き起こされるもう 1 つの問題は特異点です。 特異点が回転軸の極端な位置にある場合、特異点付近で小さな振動が発生すると回転軸が 180 度反転してしまい、非常に危険です。

 

CAD/CAM システムの要件

五面体処理を操作するには、ユーザーは成熟した CAD/CAM システムに依存する必要があり、CAD/CAM システムを操作するには経験豊富なプログラマーが必要です。

 

工作機械の購入に多額の投資

かつては、5 軸加工機と 3 軸加工機の間には大きな価格差がありました。 さて、３軸工作機械に回転軸を追加することにより、基本的には通常の３軸工作機械の価格で多軸工作機械の機能を実現することができます。 同時に、5 軸工作機械の価格は 3 軸工作機械の価格より 30% ～ 50% 高いだけです。

工作機械自体への投資に加えて、5 軸加工の要件を満たすために CAD/CAM システム ソフトウェアとポストプロセッサをアップグレードする必要があります。 工作機械全体をシミュレートできるように、校正プログラムをアップグレードする必要があります。