Víceosé obrábění - Multiaxis machining

5osá řezačka vodního paprsku a část s ním vyrobená.

Víceosé obrábění je výrobní proces, který zahrnuje nástroje, které se pohybují ve 4 nebo více směrech a používají se k výrobě dílů z kovu nebo jiných materiálů pomocí frézování pryč přebytečný materiál, o řezání vodním paprskem nebo laserové řezání. Tento typ obrábění byl původně prováděn mechanicky na velkých složitých strojích. Tyto stroje fungovaly na 4, 5, 6 a dokonce 12 osách, které byly ovládány jednotlivě pomocí pák, které spočívaly na vačkových deskách. Vačkové desky nabízejí možnost ovládat nástrojové zařízení, stůl, ve kterém je součást zajištěna, a také otáčet nástroji nebo součástí ve stroji. Vzhledem k velikosti a složitosti strojů trvalo jejich uvedení do výroby značné množství času.[1] Jednou počítač numericky řízen představeno rychlejší a efektivnější způsob obrábění složitých dílů.

Typická podpora CNC nástrojů překlad ve 3 osách; víceosé stroje také podporují rotaci kolem jedné nebo více os. 5osé stroje se běžně používají v průmyslu, kde se obrobek posouvá lineárně podél tří os (obvykle x, yaz) a nástrojové vřeteno je schopné otáčení kolem přídavných 2 os.[2]

Nyní existuje mnoho CAM (počítačem podporovaná výroba ) dostupné softwarové systémy pro podporu víceosého obrábění, včetně softwaru, který dokáže automaticky převést 3osé dráhy nástrojů na 5osé dráhy nástrojů.[3] Před rozvojem Computer Aided Manufacturing vyžadoval přenos informací z designu do výroby často rozsáhlou manuální práci, generování chyb a výslednou ztrátu času a materiálu.

Víceosé stroje mají tři hlavní komponenty:

  1. Fyzické schopnosti strojů, tj. Točivý moment, otáčky vřetena, orientace / provoz osy.
  2. Systém pohonu CNC, komponenty, které pohybují strojem. To zahrnuje servomotory, systémy rychlého posuvu, kuličkové šrouby a způsob sledování polohy.
  3. Řadič CNC, takto se přenášejí / ukládají data uvnitř stroje a zpracovávají a provádějí vstupní data.[4]

Víceosé stroje nabízejí několik vylepšení oproti jiným CNC nástrojům za cenu zvýšené složitosti a ceny stroje:

  • Množství lidské práce se sníží, pokud by se kus během obrábění jinak musel ručně otáčet.
  • Lepší povrchové úpravy lze dosáhnout tangenciálním pohybem nástroje po povrchu (na rozdíl od pohybu obrobku kolem vřetena).
  • Lze vyrobit složitější součásti, zejména díly se zakřivenými otvory.
  • Prodloužená životnost nástroje díky schopnosti dosáhnout optimálních úhlů mezi nástrojem a povrchem obrábění.
  • Kvalitnější díly. To, co dříve vyžadovalo více nastavení, lze nyní provést pouze v několika málo, pokud ne v jednom, což snižuje počet kroků a snižuje možnost chyby.

Počet os pro víceosé stroje se pohybuje od 4 do 9.[5] Každá osa pohybu je realizována buď pohybem stolu (ke kterému je obrobek připevněn), nebo pohybem nástroje. Skutečná konfigurace os se liší, proto se stroje se stejným počtem os mohou lišit v pohybech, které lze provádět.

Aplikace

Víceosé CNC stroje se používají v mnoha průmyslových odvětvích, včetně:

Víceosé obrábění se také běžně používá pro rychlé prototypování protože může vytvářet silné a vysoce kvalitní modely z kovu, plastu a dřeva a přitom je snadno programovatelný.[9]

Porovnání různých víceosých strojů[10][11][12][13]
názevpočet rotačních os na hlavěpočet rotačních os na stoleVýhody oproti jiným víceosým strojůmDiagram
CNC soustruh01 otočná osa X.
  • Optimalizováno pro obrábění válcových předmětů
CNC soustruh.png
Otočná vřetenová hlava a otočný stůl1 otočná osa X.1 otočná osa Y.
  • Schopen mít větší pracovní plochu, která zvyšuje univerzálnost stroje a druhů dílů, které může frézovat
  • Stabilnější než Double Pivot Spindle Head


Otočná hlava a otočný stůl.png
Dvojitý otočný stůl01 otočná osa X.

1 otočná osa Y.

  • Nejlepší způsob frézování přesahů
  • Nejjednodušší způsob převodu 3osého stroje na 5osý stroj
  • Schopen zpracovávat objekty s větším objemem
Double Rotary Table.png
Dvojitá otočná vřetenová hlava1 otočná osa Y.

1 otočná osa Z.

0
  • Stacionární základna umožňuje frézování těžkých dílů
  • Ideální pro frézování neoblých předmětů
Dvojitá otočná hlava.png
Otočný stůl a čep stolu01 otočná osa Z.

1 otočná osa 45 ° mezi osami X a Y.

  • Podobně jako u dvojitého otočného stolu, ale osa 45 ° umožňuje, aby byla kompaktnější
  • Nejúspornější pro obrábění malých dílů
Otočný stůl a stůl trunnion.png

Software pro počítačovou výrobu (CAM)

Software CAM automatizuje proces převodu 3D modelů na dráhy nástrojů, což je trasa, kterou víceosý stroj vede k frézování součásti (obr. 1). Tento software zohledňuje různé parametry hlavy nástroje (v případě CNC router, to by byla velikost bitu), rozměry polotovaru a veškerá omezení, která může stroj mít. Je možné generovat dráhy nástroje pro více průchodů, aby se na součástech vytvořila vyšší úroveň podrobností. Prvních několik průchodů odstraní velké množství materiálu, zatímco poslední nejdůležitější průchod vytvoří povrchová úprava.[14] V případě CNC soustruhu software CAM optimalizuje dráhu nástroje tak, aby byla středová osa součásti zarovnána s rotací soustruhu.[15] Po vygenerování drah nástroje je software CAM převede na G-kód, což umožňuje CNC stroji zahájit frézování.[16]

Software CAM je v současné době limitujícím faktorem ve schopnostech víceosého stroje s neustálým vývojem. Nedávné objevy v tomto prostoru zahrnují:

  • Optimalizace topologie, algoritmus, který vylepšuje 3D modely tak, aby byly efektivnější a nákladově efektivnější na CNC strojích.[17]
  • Automatické rozpoznávání prvků 3D modelu, které může zjednodušit generování dráhy nástroje určením pokynů, které má stroj následovat od funkcí 3D modelu.[18]

Viz také

Reference

  1. ^ Apro, Karlo (2009). Tajemství 5osého obrábění. Průmyslový tisk. ISBN  9780831133757. OCLC  1008856747.
  2. ^ „Jaké jsou hlavní aplikace pro 5osé CNC obrábění? - Kentin Engineering Australia“. Kentin Engineering Australia. 2016-05-05. Citováno 2018-11-17.
  3. ^ MCADCafé. Sescoi's WorkNC 5-Axis and Auto 5 - konkurenční výhoda pro ALLIO.
  4. ^ https://search.proquest.com/docview/1269154092
  5. ^ Karlo Apro (2008). Tajemství 5osého obrábění. Industrial Press Inc. ISBN  0-8311-3375-9.
  6. ^ „Přesné použití 5osého CNC obrábění v automobilovém průmyslu“. www.waykenrm.com. Citováno 2020-11-15.
  7. ^ „Specializovaná řešení pro CNC obrábění“. Výroba nábytku a truhlářství. Citováno 2020-11-15.
  8. ^ Manhas, Sumeet (2019-11-26). „Způsoby, jak lze CNC stroj použít v lékařském sektoru“. Bit Rebels. Citováno 2020-11-16.
  9. ^ „Proč lidé rádi používají 5osý CNC stroj při rychlém vytváření prototypů?“. www.ltc-proto.com. Citováno 2020-11-16.
  10. ^ „Co je to CNC soustruh a jaká je jeho funkce?“. Hodný hardware. 2017-08-09. Citováno 2020-10-22.
  11. ^ „Vše, co potřebujete vědět o 5osém CNC obrábění“. www.waykenrm.com. Citováno 2020-10-25.
  12. ^ „Konfigurace stroje“. Co je 5osé CNC obrábění a programování. Citováno 2020-11-15.
  13. ^ „Čtyři typy pětiosých obráběcích center“. www.mmsonline.com. Citováno 2020-11-15.
  14. ^ Chang, Kuang-Hua, 1960- (2013). Výroba produktů a odhad nákladů pomocí CAD / CAE. Oxford, UK: Academic Press. ISBN  978-0-12-404600-9. OCLC  868597615.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  15. ^ Kawaguchi, Yasuhiro; Nakamoto, Keiichi; Ishida, Toru; Takeuchi, Yoshimi (2009). "Umělecké obrábění C8 pomocí víceúčelového stroje (víceosé řídicí obrábění)". Sborník mezinárodní konference o špičkové výrobě ve 21. století: LEM21. 2009.5: 145–148. doi:10.1299 / jsmelem.2009.5.145. ISSN  2424-3086.
  16. ^ Dejan (06.05.2020). "Vysvětlení G-kódu | Seznam nejdůležitějších příkazů v G-kódu". HowToMechatronics. Citováno 2020-11-15.
  17. ^ Mirzendehdel, Amir M .; Behandish, Morad; Nelaturi, Saigopal (2020-01-28). „Optimalizace topologie s omezením přístupnosti pro víceosé obrábění“. Počítačem podporovaný design. 122: 102825. arXiv:2002.07627. doi:10.1016 / j.cad.2020.102825. S2CID  211146708.
  18. ^ Věda o výrobních technologiích a technologií VI: Vybrané recenzované příspěvky ze 6. mezinárodní konference o vědě a technologii výroby (ICMST 2015), 1. – 2. Června 2015, Bandar Seri Begawan, Brunej. De Silva, Liyanage C. ,, Debnath, Sujan ,, Reddy, M. Mohan. [Curych], Švýcarsko. ISBN  978-3-0357-0014-5. OCLC  921032943.CS1 maint: ostatní (odkaz)