FANUC五轴加工机能简介

   2019-02-13 78
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工具机事业是国家制造业水平的象征,而五轴及复合加工机是制造业的最高境界,其控制技术难度最大且应用面最广,它集结计算机数值控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体,应用于复杂曲面的高效率且精密加工。五轴加工系统对国家的航天、军事、医疗等设备行业,有著举足轻重的影响力。

近年来,随著计算机辅助设计(CAD)及计算机辅助制造(CAM)系统发展快速,国内多家工具机厂商,纷纷推出五轴及复合加工机,大大降低制造业应用成本。更加凸显机械设备制造业在社会技术进步和产业升级中无可替代的基础作用。然而五轴及复合加工机渐渐成为机械业发展主流。其公司于2009 台湾TIMTOS展发表五轴加工机Vcenter-X300与车铣复合加工机Vturn-X200。

其中Vturn-X200搭配FANUC 31i-A5控制器,可支持多轴及多路径。FANUC致力于开发五轴加工机能符合高速、高精度及高效率加工,藉由智能化的控制、软件功能的提升与关键硬件零组件技术的整合应用,让五轴加工机能发挥的更为极致。

所谓的五轴加工是指在机台上至少有五个坐标轴组成,包含三个直线座标(X、Y、Z)及两个旋转座标(A、B、C),如图所示。其可分为三种类型说明:

1. 刀具回转型:

旋转轴座标运动全部集中于刀具侧,加工都由具旋转和摆动功能的主轴头来完成。此结构体优点是适合于加工复杂曲面的大型、重型壳体件。其缺点是运动部件质量大,惯性力大,不适宜于用过高的进给速度和加速度加工。虽然主轴头与机台质量较大,但因刀具重量相对较小。当刀具改变时,对运动部件影响不大且机台比较稳定。

2. 平台回转型:

旋转轴座标运动全部集中于工件侧,加工都由具旋转和摆动功能的工作台来完成。此结构体由于其刀具不摆动而刚性较强,因此适合于重切削及高速切削,但也因工作台运动灵敏度无法高于刀具侧,因此使用于多面加工零件。

3. 混合型:

此结构体的机台产品很多,应用也最广且最普遍。旋转轴座标运动各自分布于工作台与刀具侧。此型式工作台能承受较大重量且可以采用标准交换工作台,而主轴头结构比刀具回转型简单,现今多为中型五轴加工机及车铣复合机所采用。

FANUC五轴加工机能包含著座标系转换、刀具补正、平滑面加工等种类,其详细内容说明如下:

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>种类

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>机能

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>座标系转换

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>倾斜面加工指令 (TWP)

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>Tilted Working Plane command

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>刀具补正

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>刀具中心点控制 (TCP)

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>Tool Center Point control

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>3D切削补偿(3DCRC)

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>3-Dimensional Cutter Compensation

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>平滑加工面

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>纳米平滑加工面

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>Nano Smoothing 2

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>手动操作

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>3D手动进给

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>3-Dimensional Manual Feed

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>误差补偿

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>刀具轴方向热变形补偿

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>Thermal Growth Compensation along tool vector

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>工件设定误差补偿

normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center" align=center>Work-piece setting Error Compensation

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1. 倾斜面加工指令

倾斜面加工采用Euler angle作说明,程序指令能将正规平面(X-Y),自动转换成倾斜加工面,然而控制刀具轴方向与倾斜加工面垂直。而加工时,由机械座标定义工件座标再转换至倾斜面座标,三者座标系可由程序G码切换。

2. 刀具中心点控制

刀具中心点控制依据刀具长度作补偿,当程控旋转轴运动,不间断计算刀具轴补偿量。甚至程序执行当中控制刀具中心点沿著加工路径且配合进给率,改变刀具轴偏摆位移。

FANUC在2008日本JIMTOF展进阶发表了平滑化TCP技术。因路径不平坦造成控制点路径及刀具姿势因加减速变化产生不平滑,反而增加了加工时间。然而此机能对旋转轴位置作微量补偿,产生平滑的控制点路径且缩短加工时间。

3. 3D切削补偿

在五轴加工NC程序中,刀具长度补偿功能仍然有效,而刀具半径补偿却会失效。因旋转轴运动时,刀具半径随著摆动角度而变化,其过去作法常以CAM软件计算刀具轨迹,造成整个加工过程效率不佳,因而3D切削补偿就可弥补此缺陷。

4. 纳米平滑面加工

增加旋转轴补偿且延续Nano smoothing机能,路径依据刀具姿势作变化而更佳平滑,达到高速高精度功能。将常见CAM转出的程序路径作修饰,其点与点之间不平整部分平滑化且缩短加工时间。

5. 3D手动进给

此机能包含五种模式刀具轴方向、刀具轴直角方向、刀尖中心旋转、平台垂直方向和平台水平方向,分别于手轮模式与快速进给模式进行。依据所需的加工情况作手轮移动,在倾斜加工面钻孔时,刀具位于工件内部停止,此时必须沿著刀具轴方向移动退避刀具,方可保障刀具安全。

6. 刀具轴方向热变形补偿

针对机台旋转轴作有关于热对刀具伸缩的补偿机能,刀具轴方向在旋转状态下的补偿。设定刀具热变形值配合讯号与PMC控制等执行补偿量。

7. 工件设定误差补偿

工件放置在机器工作台上而位置不理想且工件移动不易,此机能可偏移工件座标至理想程序位置点上,座标系与刀具参数会自动计算调整至符合工件设定误差。而且与旋转轴相关机能TCP、TWP与3DCRC皆可涉及工件设定误差补偿功能。

复合化的目标是在机台上利用一次夹持来完成大部分或全部切削加工,以保证工件的位置精度,提高加工效率。然而在这制造优势下,延伸出干涉碰撞检查、加工面质量提升、制造时间缩短、刀具使用寿命提高等目标。其因五轴加工程序编辑抽象,还需仰赖CAD/CAM软件与后处理器的发展,以及FANUC持续对软硬件与智能化等方向的发展。
 
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