Многоосная обработка

Производственные процессы с использованием инструментов, которые могут двигаться в 4 или более направлениях.

5-осевой гидроабразивный резак и детали, изготовленные с его помощью.

Многоосная обработка — это производственный процесс , в котором используются инструменты , которые движутся в 4 или более направлениях и используются для изготовления деталей из металла или других материалов путем фрезерования избыточного материала, водоструйной резки или лазерной резки . Первоначально этот тип механической обработки выполнялся механически на больших сложных станках. Эти машины работали по 4, 5, 6 и даже 12 осям, которые управлялись индивидуально с помощью рычагов, опирающихся на кулачковые пластины. Кулачковые пластины давали возможность управлять инструментальным устройством, столом, на котором закреплена деталь, а также вращать инструмент или деталь внутри станка. Из-за размеров и сложности машин потребовалось много времени, чтобы настроить их на производство. ^[1] С появлением компьютерной обработки с числовым программным управлением появился более быстрый и эффективный метод обработки сложных деталей.

Типичные инструменты ЧПУ поддерживают перемещение по 3 осям; Многоосные машины также поддерживают вращение вокруг одной или нескольких осей. В промышленности обычно используются 5-осевые станки, в которых заготовка перемещается линейно по трем осям (обычно x, y и z), а инструментальный шпиндель способен вращаться еще вокруг двух осей. ^[2]

В настоящее время существует множество программных систем CAM ( автоматизированного производства ) для поддержки многоосной обработки, включая программное обеспечение, которое может автоматически преобразовывать 3-осевые траектории инструмента в 5-осевые. ^[3] До развития автоматизированного производства передача информации от проектирования к производству часто требовала обширного ручного труда, приводила к ошибкам и приводила к напрасной трате времени и материалов.

Многоосные машины состоят из трех основных компонентов:

1. Физические возможности станка, т.е. крутящий момент, скорость шпинделя, ориентация/работа оси.
2. Система привода с ЧПУ, компоненты, приводящие в движение станок. Сюда входят серводвигатели, системы быстрого перемещения, шариковые винты и способы контроля позиционирования.
3. Контроллер ЧПУ позволяет передавать/хранить данные внутри станка, а входные данные обрабатывать и выполнять. ^[4]

Многоосные станки имеют ряд улучшений по сравнению с другими инструментами с ЧПУ за счет увеличения сложности и цены станка:

• Объем человеческого труда сокращается, если в противном случае деталь пришлось бы поворачивать вручную во время обработки.
• Лучшее качество поверхности можно получить, перемещая инструмент по касательной к поверхности (в отличие от перемещения заготовки вокруг шпинделя).
• Могут быть изготовлены более сложные детали, особенно детали с изогнутыми отверстиями.
• Увеличение стойкости инструмента за счет возможности достижения оптимальных углов между инструментом и обрабатываемой поверхностью.
• Детали более высокого качества. То, что когда-то требовало нескольких настроек, теперь можно выполнить всего за несколько, если не за одну, что сокращает количество шагов и снижает вероятность ошибки.

Число осей у многоосных станков варьируется от 4 до 9. ^[5] Каждая ось перемещения реализуется либо перемещением стола (к которому крепится заготовка), либо перемещением инструмента. Фактическая конфигурация осей различается, поэтому машины с одинаковым количеством осей могут различаться выполняемыми движениями.

Приложения

Многоосные станки с ЧПУ используются во многих отраслях промышленности, в том числе:

• Автомобильная промышленность : Многоосные станки с ЧПУ создают корпуса двигателей, диски. и фары. ^[6]
• Мебельная промышленность : токарные станки с ЧПУ массово производят деревянные ножки столов, а также большинство других компонентов. ^[7]
• Медицинская промышленность : Многоосные станки с ЧПУ производят индивидуальные замены тазобедренного сустава, зубные имплантаты и протезы конечностей. ^{[ нужна ссылка ] [8]}

Многоосная обработка также широко используется для быстрого прототипирования , поскольку с ее помощью можно создавать прочные и высококачественные модели из металла, пластика и дерева, при этом оставаясь при этом легко программируемыми. ^[9]

Программное обеспечение для автоматизированного производства (CAM)

Программное обеспечение CAM автоматизирует процесс преобразования 3D-моделей в траектории инструмента — маршрут, по которому многоосный станок фрезерует деталь (рис. 1). Это программное обеспечение учитывает различные параметры головки инструмента (в случае фрезерного станка с ЧПУ это размер сверла), размеры заготовки и любые ограничения, которые может иметь станок. Траектории инструмента для нескольких проходов могут быть созданы для получения более высокого уровня детализации деталей. Первые несколько проходов удаляют большое количество материала, а последний, самый важный проход обеспечивает чистоту поверхности . ^[14] В случае токарного станка с ЧПУ программное обеспечение CAM оптимизирует траекторию инструмента, чтобы центральная ось детали совпадала с вращением токарного станка. ^[15] После того, как траектории инструмента будут созданы, программное обеспечение CAM преобразует их в G-код , позволяя станку с ЧПУ начать фрезерование. ^[16]

Программное обеспечение CAM в настоящее время является ограничивающим фактором возможностей многоосного станка, который постоянно развивается. Недавние достижения в этой области включают в себя:

• Оптимизация топологии — алгоритм, который уточняет 3D-модели, чтобы сделать их более эффективными и экономичными на станках с ЧПУ. ^[17]
• Автоматическое распознавание особенностей 3D-модели, которое может упростить создание траектории движения инструмента за счет определения инструкций, которым должен следовать станок, исходя из особенностей 3D-модели. ^[18]

Смотрите также

• Станок
• Фрезерный станок
• Числовое управление
• Фрезерование карманов с ЧПУ

Рекомендации

1. Апро, Карло (2009). Секреты 5-осевой обработки . Промышленная пресса. ISBN 9780831133757. OCLC  1008856747.^{[ нужна страница ]}
2. «Каковы основные области применения 5-осевой обработки с ЧПУ? - Kentin Engineering Australia» . Кентин Инжиниринг Австралия . 05 мая 2016 г. Проверено 17 ноября 2018 г.
3. MCADCafé. WorkNC 5-Axis и Auto 5 от Sescoi — конкурентное преимущество ALLIO .
4. Саксер, М; Де Бир, Н.; Димитров, Д.М. (3 декабря 2012 г.). «Высокоскоростная 5-осевая обработка инструментов». Южноафриканский журнал промышленной инженерии . 23 (3): 144–153. дои : 10.7166/23-3-517 . ПроКвест  1269154092.
5. Карло Апро (2008). Секреты 5-осевой обработки . ISBN Industrial Press Inc. 0-8311-3375-9 . ^{[ нужна страница ]} 
6. «Точное использование 5-осевой обработки с ЧПУ в автомобильной промышленности». www.waykenrm.com . 30 октября 2018 года . Проверено 15 ноября 2020 г.
7. «Специализированные решения для обработки с ЧПУ» . Производство мебели и столярных изделий . Проверено 15 ноября 2020 г.
8. Дункан Томпсон. «На мяче с тазобедренными имплантатами». Самый гибкий в мире шлифовальный станок — ANCA — Станки с ЧПУ .
9. «Почему людям нравится использовать 5-осевой станок с ЧПУ для быстрого прототипирования?» www.ltc-proto.com . Проверено 16 ноября 2020 г.
10. «Что такое токарный станок с ЧПУ и каковы его функции?». Достойное оборудование . 09.08.2017 . Проверено 22 октября 2020 г.
11. «Все, что вам нужно знать о 5-осевой обработке с ЧПУ» . www.waykenrm.com . Проверено 25 октября 2020 г.
12. «Конфигурации машины». Что такое 5-осевая обработка и программирование с ЧПУ . Проверено 15 ноября 2020 г.
13. «Четыре типа пятиосных обрабатывающих центров» . www.mmsonline.com . Проверено 15 ноября 2020 г.
14. Чанг, Куан-Хуа, 1960- (2013). Производство продукции и оценка стоимости с использованием CAD/CAE. Оксфорд, Великобритания: Academic Press. ISBN 978-0-12-404600-9. ОСЛК  868597615.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )^{[ нужна страница ]}
15. Кавагути, Ясухиро; Накамото, Кейичи; Исида, Тору; Такеучи, Ёшими (2009). «Художественная обработка C8 с помощью многозадачного станка (обработка с многоосным управлением)». Материалы международной конференции по передовым технологиям производства в 21 веке . 2009 (5): 145–148. doi :10.1299/jsmelem.2009.5.145.
16. Деян (06 мая 2020 г.). «Объяснение G-кода | Список наиболее важных команд G-кода». Как Мехатроника . Проверено 15 ноября 2020 г.
17. Мирзендедель, Амир М.; Бехандиш, Морад; Нелатури, Сайгопал (май 2020 г.). «Оптимизация топологии с ограничением доступности для многоосной обработки». Системы автоматизированного проектирования . 122 : 102825. arXiv : 2002.07627 . дои : 10.1016/j.cad.2020.102825. S2CID  211146708.
18. Производственная наука и технологии VI: Избранные рецензируемые статьи 6-й Международной конференции по производственной науке и технологиям 2015 г. (ICMST 2015), 1–2 июня 2015 г., Бандар-Сери-Бегаван, Бруней . Де Сильва, Лиянаге К., Дебнат, Суджан, Редди, М. Мохан. [Цюрих, Швейцария. ISBN 978-3-0357-0014-5. ОКЛК  921032943.{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )^{[ нужна страница ]}