5축 CNC 기술 개발의 8가지 장애물

5축 가공은 CNC 공작 기계 가공 모드입니다. X, Y, Z, A, B, C 중 임의의 5개 좌표의 직선 보간 동작을 이용하여 5축 가공에 사용되는 공작기계를 일반적으로 5축 공작기계 또는 5축 머시닝센터라고 부른다. 하지만 5축 가공을 정말로 이해하고 계십니까?

5축 CNC 프로그래밍은 추상적이고 작동하기 어렵습니다.

3축 공작기계는 선형 좌표축만 갖고 있는 반면, 5축 CNC 공작기계는 다양한 구조를 가지고 있습니다. 동일한 NC 코드는 서로 다른 3축 CNC 공작 기계에서 동일한 가공 효과를 얻을 수 있지만 특정 5축 공작 기계의 NC 코드를 모든 유형의 5축 기계에 적용할 수는 없습니다. NC 프로그래밍에서는 직선 운동 외에도 회전 각도 스트로크 검사, 비선형 오류 확인, 공구 회전 운동 계산 등 회전 운동과 관련된 계산을 조정해야 합니다. 처리할 정보량이 매우 많고 NC 프로그래밍에서는 매우 추상적이다.

5축 CNC 가공의 작동 및 프로그래밍 기술은 밀접한 관련이 있습니다. 사용자가 공작기계에 특수 기능을 추가하면 프로그래밍과 조작이 더욱 복잡해집니다. 반복적인 연습을 통해서만 프로그래밍과 운영자는 필요한 지식과 기술을 습득할 수 있습니다. 숙련된 프로그래밍과 작업자의 부족은 5축 CNC 기술의 대중화에 큰 장애물입니다.

 

NC 보간 컨트롤러 및 서보 드라이브 시스템에 대한 매우 엄격한 요구 사항

5축 공작 기계의 움직임은 5개 좌표축의 움직임을 종합한 것입니다. 회전 좌표를 추가하면 보간 계산의 부담이 커질 뿐만 아니라, 회전 좌표의 작은 오차로 인해 가공 정밀도가 크게 저하됩니다. 따라서 컨트롤러에는 더 높은 작동 정밀도가 필요합니다.

 

5축 공작 기계의 운동학적 특성으로 인해 서보 드라이브 시스템에는 우수한 동적 특성과 넓은 속도 범위가 필요합니다.

 

5축 CNC의 NC 프로그램 검증은 특히 중요합니다.

가공 효율성을 높이기 위해서는 기존의 '시험 절삭 방식' 교정 방법을 없애는 것이 시급합니다. 5축 CNC 가공에서는 일반적으로 5축 CNC 공작 기계로 가공되는 공작물이 매우 비싸고 5축 CNC 가공에서 충돌이 일반적인 문제이기 때문에 NC 프로그램의 검증도 매우 중요해졌습니다. 공작물에; 매우 빠른 속도로 공작물에 충돌; 가공 범위에서 공구와 공작 기계, 고정 장치 및 기타 장비 간의 충돌; 공작 기계의 움직이는 부분과 고정 부분 또는 공작물 사이의 충돌. 5축 CNC에서는 충돌을 예측하기 어렵기 때문에 캘리브레이션 프로그램은 공작 기계와 제어 시스템의 운동학에 대한 포괄적인 분석을 수행해야 합니다.

CAM 시스템이 오류를 감지하면 공구 경로를 즉시 처리할 수 있습니다. 그러나 가공 중에 NC 프로그램 오류가 발견되면 3축 CNC처럼 공구 경로를 직접 수정할 수 없습니다. 3축 공작 기계에서는 기계 작업자가 공구 반경과 같은 매개변수를 직접 수정할 수 있습니다. 5축 가공에서는 공구 크기와 위치의 변화가 후속 회전 동작 궤적에 직접적인 영향을 미치기 때문에 상황이 그렇게 간단하지 않습니다.

 

공구 반경 보정

5축 연계 NC 프로그램에서 공구 길이 보정 기능은 여전히 ​​유효하지만 공구 반경 보정은 유효하지 않습니다. 원통형 밀링 커터를 사용하여 접촉 성형 밀링을 수행하는 경우 직경이 다른 커터에 대해 서로 다른 프로그램을 컴파일해야 합니다. ISO 파일이 공구 위치를 다시 계산할 만큼 충분한 데이터를 제공하지 않기 때문에 현재 널리 사용되는 CNC 시스템 중 어느 것도 공구 반경 보정을 완료할 수 없습니다. 사용자는 공구를 자주 변경하거나 CNC 가공 중에 공구의 정확한 크기를 조정해야 합니다. 일반적인 처리 절차에 따라 공구 경로는 재계산을 위해 CAM 시스템으로 다시 전송되어야 합니다. 결과적으로 전체 처리 과정의 효율성이 매우 낮습니다.

 

이러한 문제에 대응하여 노르웨이 연구진은 LCOPS(Low Cost Optimized Production Strategy, 저비용 최적화 생산 전략)라는 임시 솔루션을 개발하고 있습니다. 공구 경로 수정에 필요한 데이터는 CNC 애플리케이션에서 CAM 시스템으로 전송되고 계산된 공구 경로는 컨트롤러로 직접 전송됩니다. LCOPS에서는 ISO 코드 대신 CAM 시스템 파일이 전송되는 CNC 기계에 직접 연결할 수 있는 CAM 소프트웨어를 제공하기 위해 제3자가 필요합니다. 이 문제에 대한 궁극적인 해결책은 일반적인 형식(예: STEP 등)의 공작물 모델 파일이나 CAD 시스템 파일을 인식할 수 있는 차세대 CNC 제어 시스템의 도입에 달려 있습니다.

 

포스트 프로세서

5축 공작기계와 3축 공작기계의 차이점은 회전 좌표가 2개라는 점입니다. 공구 위치는 공작물 좌표계에서 공작 기계 좌표계로 변환되며 중간에 여러 좌표 변환이 필요합니다. 시중에서 널리 사용되는 포스트 프로세서 생성기를 사용하면 공작 기계의 기본 매개변수만 입력하여 3축 CNC 공작 기계의 포스트 프로세서를 생성할 수 있습니다. 5축 CNC 공작 기계의 경우 현재 개선된 포스트 프로세서가 일부 있습니다. 5축 CNC 공작기계의 포스트 프로세서는 아직 더 개발되지 않았습니다.

 

세 개의 축이 연결되면 공구 궤적에서 기계 테이블 위의 공작물 원점 위치를 고려할 필요가 없으며 포스트 프로세서가 공작물 좌표계와 공작 기계 좌표 간의 관계를 자동으로 처리할 수 있습니다. 체계. 5축 연결의 경우, 예를 들어 X, Y, Z, B, C 5축 연결이 있는 수평 밀링 기계에서 가공할 때 C 턴테이블의 공작물의 위치 크기와 B와 B 사이의 위치 치수 C 턴테이블은 공구 경로를 생성할 때 고려해야 합니다. 작업자는 일반적으로 공작물을 클램핑할 때 이러한 위치 관계를 처리하는 데 많은 시간을 소비합니다. 포스트 프로세서가 이러한 데이터를 처리할 수 있다면 공작물 설치 및 공구 경로 처리가 크게 단순화됩니다. 테이블에 공작물을 고정하고 공작물 좌표계의 위치와 방향을 측정하고 이 데이터를 후처리에 입력하기만 하면 됩니다. 공구 경로를 처리한 후 적절한 NC 프로그램을 얻을 수 있습니다.

 

비선형 오류 및 특이성 문제

회전 좌표의 도입으로 인해 5축 CNC 공작 기계의 운동학은 3축 공작 기계의 운동학보다 훨씬 더 복잡합니다. 회전과 관련된 첫 번째 문제는 비선형 오류입니다. 비선형 오류는 프로그래밍 오류로 인해 발생하며, 이는 단계 거리를 줄여 제어할 수 있습니다. 사전 계산 단계에서 프로그래머는 비선형 오류의 크기를 알 수 없으며, 비선형 오류는 공작 기계 프로그램이 사후 프로세서에 의해 생성된 후에만 계산할 수 있습니다. 공구 경로 선형화는 이 문제를 해결할 수 있습니다. 일부 제어 시스템은 가공 중에 공구 경로를 선형화할 수 있지만 일반적으로 이는 포스트 프로세서에서 수행됩니다.

 

회전축으로 인해 발생하는 또 다른 문제는 특이점입니다. 특이점이 회전축의 극한 위치에 있는 경우, 특이점 근처에서 작은 진동이 발생하면 회전축이 180도 뒤집히게 되어 매우 위험합니다.

 

CAD/CAM 시스템 요구 사항

5면체 처리 작업을 위해 사용자는 성숙한 CAD/CAM 시스템에 의존해야 하며 CAD/CAM 시스템을 작동하려면 숙련된 프로그래머가 있어야 합니다.

 

공작기계 구입에 막대한 투자

예전에는 5축 기계와 3축 기계 사이에 엄청난 가격 격차가 있었습니다. 이제 3축 공작기계에 회전축을 추가하는 것은 기본적으로 다축 공작기계의 기능을 구현할 수 있는 일반 3축 공작기계의 가격이다. 동시에 5축 공작 기계의 가격은 3축 공작 기계 가격보다 30~50% 더 높습니다.

공작 기계 자체에 대한 투자 외에도 CAD/CAM 시스템 소프트웨어 및 포스트 프로세서를 업그레이드하여 5축 가공 요구 사항을 충족해야 합니다. 전체 공작 기계를 시뮬레이션할 수 있도록 교정 프로그램을 업그레이드해야 합니다.