עיבוד חמישה צירים, כפי שהשם מרמז, הוא מצב של עיבוד CNC. כלי המכונה המשמש לעיבוד חמישה צירים, המשתמש בתנועת אינטרפולציה ליניארית בכל חמש קואורדינטות של X, Y, Z, A, B ו-C, מכונה בדרך כלל כלי מכונה עם חמישה צירים או מרכז עיבוד של חמישה צירים. אבל האם אתה באמת מבין בעיבוד חמישה צירים?
פיתוח טכנולוגיית חמשת הצירים
חמש צירים CNC היא הטכנולוגיה הקשה והנפוצה ביותר בטכנולוגיית CNC. הוא משלב בקרת מחשב, כונן סרוו בעל ביצועים גבוהים וטכנולוגיית עיבוד שבבי מדויק, ומיושם לעיבוד יעיל, מדויק ואוטומטי של משטחים מורכבים. בינלאומית, טכנולוגיית ה-CNC של חמש הצירים נחשבת לסמל של רמת טכנולוגיית האוטומציה של ציוד הייצור במדינה. בשל מעמדו המיוחד, במיוחד השפעתו המשמעותית על תעשיות התעופה, החלל והצבא, כמו גם מורכבותו הטכנולוגית, מדינות תעשייתיות מערביות מפותחות יישמו מאז ומתמיד מערכת רישיונות יצוא למערכות CNC חמש צירים כחומרים אסטרטגיים. בהשוואה לעיבוד CNC תלת-צירי הצמדה, מנקודת המבט של טכנולוגיה ותכנות, לשימוש בעיבוד CNC של 5-ציר עבור משטחים מורכבים יש את היתרונות הבאים: 1 שפר את איכות העיבוד והיעילות. 2. הרחב את היקף התהליך. 3. הכירו את הכיוון החדש של פיתוח מרוכבים. עם זאת, בשל הפרעות ובקרת מיקום הכלים בחלל העיבוד, תכנות ה-CNC, מערכת ה-CNC ומבנה המכונה של עיבוד CNC עם חמישה צירים מורכבים הרבה יותר מאלו של כלי מכונות תלת-צירים. אז קל לומר את חמשת הציר, אבל זה באמת קשה להשגה! יתרה מכך, קשה עוד יותר לתפעול וליישם ביעילות!
אם כבר מדברים על חמשת הצירים, אני חייב לומר אם זה נכון או שקר? ההבדל העיקרי בין 5-הציר האמיתי לשקר הוא האם יש לו פונקציית RTCP. לכן, העורך חיפש במיוחד את המילה הזו! RTCP, אנא הסבירו שה-RTCP של Fidia מייצג "נקודת מרכז כלי מסתובב", שפירושו המילולי הוא "מרכז כלי מסתובב". בתעשייה, לעתים קרובות זה מתורגם מעט כ"סיבוב סביב מרכז הכלים", ויש אנשים שמתרגמים את זה ישירות כ"תכנות סביב מרכז הכלים". למעשה, זו רק התוצאה של RTCP. ה-RTCP של הרשות הפלסטינית הוא קיצור של המילים הראשונות של "סיבוב נקודת מרכז כלי בזמן אמת". היידלברג התייחס לטכנולוגיית שדרוג דומה בשם TCPM, שפירושו ניהול נקודות מרכז כלי. חלק מהיצרנים מתייחסים לטכנולוגיות דומות כ-TCPC, אשר מייצג "בקרת נקודת מרכז כלי" או בקרת נקודת מרכז כלי.
מהמשמעות המילולית של RTCP של Fidia, בהנחה שפונקציית RTCP מבוצעת באופן ידני בנקודה קבועה, נקודת מרכז הכלי ונקודת המגע בפועל בין הכלי למשטח העבודה יישארו ללא שינוי. בשלב זה, נקודת מרכז הכלי נופלת על הרגיל בנקודת המגע בפועל בין הכלי למשטח היצירה, ומחזיק הכלי יסתובב סביב נקודת מרכז הכלי. עבור חותכי קצה כדור, נקודת מרכז הכלי היא נקודת מסלול המטרה של קוד ה-CNC. על מנת להשיג את המטרה של סיבוב פשוט של מחזיק הכלי סביב נקודת מסלול המטרה (כלומר נקודת מרכז הכלי) במהלך פונקציית RTCP, יש צורך לפצות בזמן אמת על היסט של הקואורדינטות של נקודת מרכז הכלי שנגרם על ידי הסיבוב של מחזיק הכלי. רק בדרך זו ניתן לשנות את הזווית בין מחזיק הכלי לנורמלי בנקודת המגע בפועל בין הכלי למשטח העבודה תוך שמירה על נקודת מרכז הכלי ונקודת המגע בפועל בין הכלי למשטח העבודה ללא שינוי, ובכך למקסם יעילות החיתוך של כלי קצה הכדור וביעילות הימנעות מהפרעות. לכן, נראה ש-RTCP מתמקד יותר בעמידה בנקודת המרכז של הכלי (כלומר נקודת מסלול המטרה של קוד ה-CNC), טיפול בשינויים בקואורדינטות סיבוביות.
מכונות חמישה צירים ומערכות CNC ללא RTCP חייבות להסתמך על תכנות CAM ועיבוד לאחר, תוך תכנון נתיב הכלי מראש. עבור אותו חלק, אם הכלי או הכלי משתנה, יש לבצע שוב תכנות CAM ועיבוד לאחר מכן, כך שניתן לקרוא לזה רק חמישה צירים מזויפים. מכונות ומערכות CNC ביתיות רבות עם חמישה צירים שייכים לסוג זה של חמשת צירים מזויפים. כמובן, זה מובן שאחרים מתעקשים לקרוא לעצמם הצמדה של חמישה צירים, אבל חמישה צירים מזויפים זה לא ממש חמישה צירים! לכן, העורך התייעץ גם עם מומחים בתעשייה. בקיצור, חמש הצירים האמיתיים מתייחסים להצמדה של חמישה צירים חמישה, בעוד שציר חמשת השקר עשוי להיות הצמדה של חמישה צירים שלוש, ושני הצירים האחרים משרתים רק את פונקציית המיקום!
זוהי אמירה נפוצה, לא סטנדרטית. באופן כללי, ישנם שני סוגים של כלי מכונה עם חמישה צירים: האחד הוא הצמדה של חמישה צירים, כלומר ניתן לקשר את כל חמשת הצירים בו זמנית, והשני הוא עיבוד עיבוד של חמישה צירים. למעשה, מדובר בהצמדה של חמישה צירים שלושה, כלומר שני צירים מסתובבים יכולים להסתובב ולמקם, ורק שלושה צירים יכולים להיות מקושרים בו זמנית. סוג זה של כלי מכונה עם חמישה צירים, הידוע בדרך כלל כמצב 3+2, יכול להיות מובן גם בתור חמישה צירים שקריים.
הצורה הנוכחית של כלי מכונת CNC עם חמישה צירים
בתכנון המכני של 5-מרכזי עיבוד ציר, יצרני כלי מכונות תמיד היו מחויבים לפתח מצבי תנועה חדשים כדי לעמוד בדרישות שונות. בהתחשב בסוגים השונים של כלי מכונות חמישה צירים הקיימים כיום בשוק, למרות שהמבנים המכניים שלהם מגוונים, ישנן בעיקר מספר צורות: שתי קואורדינטות מסתובבות שולטות ישירות בכיוון ציר הכלי (צורת מטוטלת כפולה), שני צירים קואורדינטות נמצאים ב החלק העליון של הכלי אך אינו מאונך לציר הליניארי (צורת מטוטלת אנכית), שתי קואורדינטות מסתובבות שולטות ישירות בסיבוב החלל (צורת טבלה סיבובית כפולה), שני צירי קואורדינטות נמצאים על שולחן העבודה אך אינם מאונכים לציר הליניארי (אנכי צורת שולחן עבודה), שתי קואורדינטות מסתובבות פועלות על הכלי, אחת פועלת על חומר העבודה (מטוטלת אחת וצורת סיבוב אחת), וכן הלאה.
הקשיים והמכשולים בפיתוח טכנולוגיית CNC חמישה צירים
כולם כבר מזמן הכירו בעליונות ובחשיבות של טכנולוגיית CNC עם חמישה צירים. אבל עד כה, היישום של טכנולוגיית CNC עם חמישה צירים עדיין מוגבל לכמה מחלקות חזקות כלכלית, ועדיין יש בעיות לא פתורות.
פעולה מופשטת וקשה של תכנות CNC בחמישה צירים
זהו כאב ראש לכל מתכנת CNC מסורתי. לכלי מכונות שלושה צירים יש רק צירי קואורדינטות ליניאריות, בעוד לכלי מכונות CNC עם חמישה צירים יש צורות מבניות שונות; אותו קוד NC יכול להשיג את אותה אפקט עיבוד בכלי מכונת CNC תלת צירים שונים, אך לא ניתן להחיל את קוד ה-NC של סוג מסוים של מכונת חמש צירים על כל סוגי מכונת חמש הצירים. בנוסף לתנועה ליניארית, תכנות CNC צריך לתאם גם את החישובים הרלוונטיים של תנועה סיבובית, כגון בדיקת מהלך זווית סיבוב, אימות שגיאה לא ליניארית, חישוב תנועת סיבוב כלי עבודה וכו'. כמות המידע המעובד היא גדולה, ותכנות CNC הוא מאוד תַקצִיר.
כישורי הפעולה והתכנות של עיבוד CNC עם חמישה צירים קשורים קשר הדוק. אם משתמשים מוסיפים פונקציות מיוחדות לכלי המכונה, התכנות והתפעול יהיו מורכבים יותר. רק באמצעות תרגול חוזר יכולים התכנות והמפעילים לשלוט בידע ובכישורים הדרושים. היעדר מתכנתים ומפעילים מנוסים הוא מכשול מרכזי לפופולאריזציה של טכנולוגיית CNC עם חמישה צירים. יצרנים מקומיים רבים רכשו מכונות CNC עם חמישה צירים מחו"ל. בשל הכשרה טכנית ושירותים לא מספקים, קשה להשיג את הפונקציות המובנות של כלי מכונת CNC עם חמישה צירים, ושיעור הניצול של כלי מכונות נמוך מאוד. במצבים רבים, עדיף להשתמש במכונות תלת צירים. הדרישות עבור בקרי אינטרפולציה NC ומערכות הנעה סרוו הן קפדניות מאוד; התנועה של כלי מכונה עם חמישה צירים היא שילוב של חמש תנועות צירי קואורדינטות. הוספה של קואורדינטות מסתובבות לא רק מגדילה את עומס פעולות האינטרפולציה, אלא גם מפחיתה משמעותית את דיוק העיבוד בשל שגיאות קטנות בקואורדינטות מסתובבות. לכן, נדרש שלבקר יהיה דיוק תפעולי גבוה יותר. מאפייני התנועה של כלי מכונה עם חמישה צירים מחייבים את מערכת הנעת הסרוו בעלת מאפיינים דינמיים טובים וטווח מהירויות גדול.
אימות תוכנית ה-NC של CNC עם חמישה צירים חשוב במיוחד
כדי לשפר את יעילות העיבוד המכני, דחוף לבטל את שיטת האימות המסורתית "שיטת חיתוך ניסיון". בעיבוד CNC של חמישה צירים, האימות של תוכנית ה-NC הפך גם הוא חשוב מאוד, מכיוון שחומר העבודה המעובד בדרך כלל על ידי כלי מכונת CNC עם חמישה צירים הוא יקר מאוד, והתנגשות היא בעיה נפוצה בעיבוד CNC עם חמישה צירים: הכלי חותך לתוך חומר עבודה; הכלי מתנגש בחומר העבודה במהירות גבוהה מאוד; התנגשות בין כלי חיתוך, כלי מכונות, מתקנים וציוד אחר בטווח העיבוד; התנגשות בין חלקים נעים וחלקים קבועים או חלקי עבודה על כלי המכונה. ב-CNC של חמישה צירים, חיזוי התנגשות קשה, ותוכנית האימות חייבת לנתח באופן מקיף את הקינמטיקה ומערכת הבקרה של כלי המכונה.
אם מערכת CAM מזהה שגיאה, היא יכולה לעבד מיד את נתיב הכלי; אבל אם נמצאו שגיאות בתוכנית NC במהלך תהליך העיבוד, לא ניתן לשנות את נתיב הכלי ישירות כמו ב-CNC תלת צירים. בכלי מכונה בעל שלושה צירים, המפעיל יכול לשנות ישירות פרמטרים כגון רדיוס הכלי. בעיבוד חמישה צירים, המצב לא כל כך פשוט מכיוון שלשינויים בגודל הכלי ובמיקום יש השפעה ישירה על מסלול התנועה הסיבובית שלאחר מכן.
פיצוי רדיוס הכלי
בתוכנית NC חיבור חמשת הצירים, פונקציית פיצוי אורך הכלי עדיין יעילה, אך פיצוי רדיוס הכלי אינו יעיל. בעת שימוש בחותכי כרסום גליליים לכרסום ביצירת מגע, יש לפתח תוכניות שונות עבור כלים בעלי קטרים שונים. מערכות ה-CNC הפופולריות כיום אינן מסוגלות להשלים את פיצוי רדיוס הכלים מכיוון שקובץ ה-ISO אינו מספק מספיק נתונים כדי לחשב מחדש את מיקום הכלי. משתמשים צריכים להחליף כלים לעתים קרובות או להתאים את הגודל המדויק של הכלים במהלך עיבוד CNC. על פי נוהלי עיבוד רגילים, יש לשלוח את מסלול הכלי חזרה למערכת CAM לצורך חישוב מחדש. כתוצאה מכך, היעילות של כל תהליך העיבוד נמוכה מאוד.
חוקרים נורבגיים מפתחים פתרון זמני לבעיה זו הנקרא LCOPS (Low Cost Optimized Production Strategy). הנתונים הנדרשים לתיקון מסלול הכלי מועברים מאפליקציית CNC למערכת CAM, ומסלול הכלי המחושב נשלח ישירות לבקר. LCOPS דורשת תוכנת CAM של צד שלישי שניתן לחבר ישירות לכלי מכונת CNC, המשדרת קבצי מערכת CAM במקום קודי ISO. הפתרון האולטימטיבי לבעיה זו תלוי בהחדרה של מערכת בקרת CNC מהדור החדש, שיכולה לזהות קבצי דגמי עבודה בפורמטים נפוצים (כגון STEP) או קבצי מערכת CAD.
מעבדי פוסט
ההבדל בין כלי מכונה בן חמישה צירים לכלי מכונה בעל שלושה צירים הוא שיש לו גם שתי קואורדינטות סיבוביות. מיקום הכלי מומר ממערכת הקואורדינטות של חלק העבודה למערכת הקואורדינטות של המכונה, ונדרשות מספר טרנספורמציות קואורדינטות ביניהן. על ידי שימוש במחולל הפוסט מעבד הפופולרי בשוק, ניתן ליצור מעבד פוסט עבור מכונת CNC תלת צירית על ידי הזנת הפרמטרים הבסיסיים של כלי המכונה. עבור כלי מכונת CNC עם חמישה צירים, יש כרגע רק כמה מעבדי פוסט משופרים. המעבד הפוסט-מעבד של כלי מכונת CNC עם חמישה צירים עדיין זקוק לפיתוח נוסף.
כאשר נעשה שימוש בחיבור שלושת הצירים, אין צורך להתייחס למיקום המקור של חלק העבודה על שולחן העבודה של כלי המכונה במסלול הכלי. המעבד הפוסט יכול לטפל באופן אוטומטי בקשר בין מערכת הקואורדינטות של חלקי העבודה ומערכת הקואורדינטות של כלי המכונה. עבור הצמדת חמישה צירים, כגון עיבוד שבבי במכונת כרסום אופקית עם חיבור חמישה צירים X, Y, Z, B ו-C, מידות המיקום של חלק העבודה בפטיפון C וממדי המיקום בין הפטיפונים B ו-C חייבים להיות. נלקח בחשבון בעת יצירת נתיבי כלים. עובדים בדרך כלל מבלים זמן רב בהתמודדות עם יחסי מיקום אלה בעת הידוק חלקי עבודה. אם המעבד הפוסט-מעבד יכול לעבד נתונים אלה, ההתקנה של חלקי העבודה ועיבוד מסלולי הכלים יהיו מפושטים מאוד; כל שעליך לעשות הוא להדק את חומר העבודה על שולחן העבודה, למדוד את המיקום והכיוון של מערכת הקואורדינטות של חומר העבודה, להזין את הנתונים הללו למעבד הפוסט, ולבצע עיבוד לאחר בנתיב הכלי כדי לקבל את תוכנית ה-NC המתאימה.
בעיות שגיאה לא ליניאריות וייחודיות
עקב הכנסת קואורדינטות סיבוביות, הקינמטיקה של כלי מכונת CNC עם חמישה צירים מורכבת הרבה יותר מזו של כלי מכונה בעל שלושה צירים. הנושא הראשון הקשור לסיבוב הוא שגיאה לא ליניארית. יש לייחס שגיאות לא ליניאריות לשגיאות תכנות וניתן לשלוט בהן על ידי הקטנת מרחק הצעדים. בשלב החישוב המקדים, מתכנתים אינם יכולים לקבוע את גודל השגיאות הלא ליניאריות. רק לאחר יצירת תוכנית המכונה דרך ה-post processor ניתן לחשב שגיאות לא ליניאריות. לינאריזציה של מסלול הכלי יכולה לפתור בעיה זו. מערכות בקרה מסוימות יכולות לבצע ליניאריזציה של נתיב הכלי תוך כדי עיבוד, אבל זה נעשה בדרך כלל ב-post processor.
בעיה נוספת הנגרמת על ידי ציר הסיבוב היא הסינגולריות. אם הסינגולריות נמצאת במיקום הגבול של ציר הסיבוב, כל תנודה קטנה ליד הסינגולריות יכולה לגרום להיפוך של 180 מעלות של ציר הסיבוב, וזה די מסוכן.
השקעה משמעותית ברכישת כלי עבודה
בעבר, היה הבדל משמעותי במחיר בין מכונות חמישה צירים לבין מכונות שלושה צירים. כיום, הוספת ציר מסתובב לכלי מכונה תלת-צירי הוא בעצם המחיר של כלי מכונה תלת-צירי רגיל, שיכול להשיג את הפונקציות של מכונה מרובה צירים. בינתיים, המחיר של כלי מכונה עם חמישה צירים גבוה רק ב-30% עד 50% מזה של מכונות שלוש צירים. בנוסף להשקעה בכלי המכונה עצמו, יש צורך גם לשדרג את תוכנת מערכת ה-CAD/CAM והפוסט-מעבד כדי לעמוד בדרישות של עיבוד חמישה צירים; יש לשדרג את תוכנית האימות כדי לאפשר עיבוד סימולציה של כלי המכונה כולו.
מגמות פיתוח עתידיות של כלי עיבוד חמש צירים
מרכז עיבוד חמישה צירים הוא ציוד עיבוד CNC בעל דיוק גבוה ויעילות גבוהה עם יכולת לבצע פעולות עיבוד בכמה כיוונים, בשימוש נרחב בתעופה וחלל, ייצור רכב, עיבוד תבניות ותחומים נוספים. עם ההתפתחות המתמשכת של הייצור וההתקדמות הטכנולוגית, מרכזי עיבוד חמישה צירים מתפתחים ומתחדשים כל הזמן, ומציגים כמה מגמות התפתחות ברורות וכיוונים חדשניים.
ראשית, אחת ממגמות הפיתוח היא אינטליגנציה ואוטומציה. עם הפיתוח המתמשך של טכנולוגיות כמו בינה מלאכותית, ביג דאטה ומחשוב ענן, גם מרכזי עיבוד נעים לעבר בינה ואוטומציה. על ידי הכנסת מערכות בקרה חכמות והתקני אוטומציה, ניתן להשיג התאמה, ניטור ותחזוקה אוטומטית של הציוד, שיפור יעילות הייצור ודיוק העיבוד, הפחתת התערבות אנושית, הורדת עלויות העבודה והשגת ייצור מושכל.
שנית, מגמת הפיתוח השנייה היא לכיוון רב תכליתי וגמישות. עם הגיוון וההתאמה האישית של הביקוש בשוק, לתעשיית הייצור יש דרישות גבוהות יותר ויותר לציוד. מרכז העיבוד לא רק צריך להיות בעל יכולות עיבוד ברמת דיוק גבוהה ויעילות גבוהה, אלא גם צריך להיות בעל רב תפקודיות וגמישות כדי להתאים לצרכי העיבוד של צורות וחומרים שונים. לכן, העתיד יתפתח לכיוון רב תפקודי וגמישות, שיכולים להשיג פעולות עיבוד שונות