近年、5軸連動CNCマシニングセンタは様々な分野での活用が進んでいます。実際の応用において、特殊な形状や複雑な部品を効率よく高品質に加工するという課題に直面したとき、5軸リンク技術は間違いなくその課題を解決する重要な手段となります。高効率、高品質の加工を実現するために、ますます多くのメーカーが 5 軸装置を求める傾向にあります。しかし、5 軸加工について本当に十分に知っていますか?
01
5軸工作機械の機械構造形式
5 軸加工を真に理解するには、まず 5 軸工作機械とは何かを理解する必要があります。 5 軸工作機械（5 軸加工）とは、その名のとおり、X、Y、Z の共通の 3 つの直線軸に 2 つの回転軸を追加することを指します。 3 つの軸のうち、A、B、C の 2 つは異なる動きをします。さまざまな製品の技術的ニーズを満たすモード。
5- 軸マシニング センターの機械設計に関して、工作機械メーカーは常に、さまざまな要件を満たす新しい動作モードの開発に絶え間なく取り組んできました。現在市販されている各種の5軸工作機械は、その機械構造は多岐にわたりますが、主に以下のような形式があります。
1. 2つの回転座標により工具軸の方向を直接制御します（両振りヘッド形状）。
2. 2つの座標軸はツール先端にありますが、回転軸は直線軸と直角ではありません（傾斜スイングヘッドタイプ）。
3. 2 つの回転座標が空間の回転を直接制御します (ダブル ターンテーブル形式)。
4. 2 つの座標軸は作業台上にありますが、回転軸は直線軸と直交していません (傾斜作業台タイプ)。
5. 2 つの回転座標の 1 つはツールに作用し、もう 1 つはワークに作用します (1 回のスイングと 1 回の回転)。
*用語: 回転軸が直線軸に対して垂直でない場合、それは「ドループ」軸とみなされます。
このような構造の5軸工作機械を見て、5軸工作機械が何をどのように動かすのかを理解する必要があると思います。しかし、このように多様な工作機械の構造は、加工中にどのような特性を示すのでしょうか?従来の3軸工作機械と比較して、どのような利点がありますか?次に、5軸工作機械のキラリと光るポイントを見てみましょう。
02
5 軸加工の多くの利点
5 軸工作機械の特性について言えば、従来の 3 軸装置と比較する必要があります。 3 軸加工装置は、垂直型、水平型、ガントリー型など、生産現場では比較的一般的です。一般的な加工方法としては、エンドミルの端面加工と側端面の加工が挙げられます。ボールカッターなどの倣い加工。ただし、どのような形状・方法であっても、加工中に工具軸の方向が変わらないという共通点があります。工作機械は、システム内の X、Y、Z の 3 つの直線軸の動きを補間することによってのみ、空間内の工具の直交座標を実現できます。したがって、次のような製品に直面すると、3 軸工作機械の効率が低い、加工面の品質が悪い、または加工できないという欠点が露呈します。
3 軸 CNC 加工機と比較して、5 リンク CNC 工作機械には次の利点があります。
1. 工具の最良の切削状態を維持し、切削条件を向上させる
上図に示すように、左の3軸切削方法では、切削工具がワークの先端や端に近づくと徐々に切削状態が悪化していきます。ここで最適な切削条件を維持するには、回転テーブルが必要です。また、不規則な平面を完全に加工したい場合は、ワークベンチを異なる方向に複数回回転させる必要があります。 ５軸工作機械でもボールエンドミルの中心点の線速度が｛｝２｝となる状況を回避でき、より良好な面品位が得られることがわかる。
2. 工具干渉を効果的に回避
写真
上図に示すように、航空宇宙分野で使用されるインペラ、ブレード、ブリスクなどの部品は、3軸装置では干渉によりプロセス要件を満たせません。 5 軸工作機械はこの要件を満たすことができます。同時に、5 軸工作機械では加工に短い工具を使用することもできるため、システムの剛性が向上し、工具の数が減り、特殊な工具の生成が回避されます。ビジネス オーナーにとって、これは、5 軸工作機械が工具コストの面でコストを節約できることを意味します。
3. クランプ回数を削減し、1回のクランプで5面加工を完了
写真
上図のように、5軸マシニングセンタでもデータム変換を軽減し、加工精度を向上させることができます。実際の加工ではクランプが1回で済み、加工精度が確保しやすくなります。同時に、プロセスチェーンの短縮と 5 軸マシニングセンターの機器数の削減により、治具の数、作業場の床面積、機器のメンテナンスコストも削減されます。これは、使用する治具、工場スペース、メンテナンスコストを削減して、より効率的で高品質な加工を完了できることを意味します。
4. 処理品質と効率の向上
図に示すように、5軸工作機械ではツール側の端面切削を利用することで、より高い加工効率を実現できます。
写真
5. 生産工程チェーンの短縮と生産管理の簡素化
5 軸 CNC 工作機械の完全な処理により、生産プロセスチェーンが大幅に短縮され、生産管理と計画とスケジューリングが簡素化されます。ワークピースが複雑になればなるほど、分散プロセスによる従来の生産方法と比較した利点がより明らかになります。
6. 新製品開発サイクルの短縮
航空宇宙、自動車、その他の分野の企業にとって、一部の新製品部品や成形金型には複雑な形状と高精度が要求されます。したがって、高い柔軟性、高精度、高統合性、完全な処理能力を備えた 5 軸 CNC マシニング センターは、新製品開発過程における複雑な部品加工の精度とサイクルの問題をうまく解決し、研究開発を大幅に短縮できます。サイクルを改善し、新製品の成功率を向上させます。
要約すると、5 軸工作機械には利点が多すぎますが、5 軸工作機械の工具姿勢制御、CNC システム、CAM プログラミング、および後処理は 3 軸工作機械に比べてはるかに複雑です。同時に、5 軸工作機械について話すときは、真の 5 軸と偽の 5 軸の問題についても話さなければなりません。真の 5 軸と偽の 5 軸の最大の違いは RTCP 機能であることは誰もが知っています。しかし、RTCP とは何ですか、どのように生成され、どのように適用するのでしょうか?次に、RTCP の本当の姿を理解するために、工作機械の構造と後処理のプログラミングに基づいて RTCP を詳しく見ていきます。
03
RTCPについて
ハイエンドの 5 軸 CNC システムにおける RTCP は、回転工具中心点とみなされます。これは、私たちがよく工具先端点追従機能と呼ぶものです。 5軸加工では、工具先端の軌跡や工具とワークとの姿勢を追求する際、回転運動により工具先端の付加的な動きが発生します。 CNC システムの制御点は工具先端点と一致しないことが多いため、CNC システムは工具先端点が所定の軌道に従って移動するように制御点を自動的に修正する必要があります。業界では、このテクノロジーを TCPM、TCPC、または RPCP などの機能とも呼んでいます。実際、これらの名前の機能定義は RTCP に似ています。厳密に言えば、RTCP機能はダブルスイングヘッド構造上で使用されており、スイングヘッドの回転中心点を補正に使用しています。 RPCP と同様の機能は主にダブルターンテーブル工作機械で使用され、ワークの回転によって生じる直線軸座標の変化を補正します。実際、これらの機能は同じ目標を持っており、工具の中心点と、工具とワークピース表面の間の実際の接触点を変更しないようにすることです。したがって、表現の便宜上、この記事ではこの種の技術を RTCP 技術として統一します。
写真
では、RTCP機能はどのようにして生まれたのでしょうか?何年も前、5 軸工作機械が初めて市場で普及し始めたとき、RTCP コンセプトは工作機械メーカーによって大々的に宣伝されました。当時、RTCP 機能はテクノロジーのためのギミックのようなもので、テクノロジーそのものに熱中し、誇大宣伝する人が増えていました。実際、RTCP 機能はまったく逆です。それは優れた技術であるだけでなく、顧客に利益をもたらし、価値を生み出すことができる優れた技術でもあります。 RTCP テクノロジーを備えた工作機械 (中国では真の 5 軸工作機械とも呼ばれます) の場合、オペレーターはワークピースをターンテーブルの軸に正確に位置合わせして何気なくクランプする必要はありません。工作機械はオフセットを自動的に補正し、補助時間を大幅に短縮し、加工を改善します。正確さ。また、ツール先端点の座標とベクトルを出力するだけで後処理も簡単です。前に述べたように、機械構造の点では、5 軸 CNC 工作機械は主にダブル スイング ヘッド、ダブル ターンテーブル、1 スイング 1 回転を備えています。
以下では、デュアル ターンテーブル ハイエンド 5 軸 CNC システムを例として、RTCP 機能を詳しく紹介します。
5 軸工作機械における第 4 軸と第 5 軸の概念を定義します。二重回転テーブル構造では、第 4 軸の回転は第 5 軸の姿勢に影響を与えますが、第 5 軸の回転は姿勢に影響を与えることはできません。第4軸の姿勢。 5 番目の軸は 4 番目の軸上の回転座標です。
写真
さて、定義を読んだ後、説明しましょう。上図に示すように、工作機械の 4 軸目は A 軸、5 軸目は C 軸です。ワークはC軸ターンテーブル上に設置されます。 4番目の軸Aが回転すると、A軸の上にC軸が取り付けられているため、C軸の姿勢も影響を受けます。同様に、ターンテーブルに載せるワークに対しても、工具中心切削をプログラムすると、回転座標の変化により直線軸の X、Y、Z 座標も必然的に変化し、相対的な変位。この位置ずれをなくすために、工作機械はそれを補正する必要があります。 RTCPはこの補償をなくすために作られた機能です。
では、工作機械はこのオフセットをどのように補正するのでしょうか?次に、このオフセットがどのように生成されるかを分析してみましょう。
前回の記事によると、回転座標の変更により直線軸座標のオフセットが発生することは誰もが知っています。次に、回転軸の回転中心を解析することが特に重要です。ダブルターンテーブル構造の工作機械の場合、通常、5軸目であるC軸の制御点は工作機械テーブルの回転中心になります。 4 番目の軸の場合、通常は 4 番目の軸の中点が制御点として選択されます。
写真
写真
5 軸制御を実現するには、CNC システムは 5 軸制御点と 4 軸制御点の関係を知る必要があります。つまり、初期状態(工作機械A,C軸0の位置)では、第4軸制御点が第4軸回転座標系の原点となり、その位置ベクトル[U,V,W]は、 5 番目の軸の制御点。同時に、A 軸と C 軸の間の距離も知る必要があります。ダブルターンテーブル工作機械の例を下図に示します。
写真
ただし、RTCP 機能を備えた工作機械では、制御システムが工具中心をプログラムされた位置に維持することがわかります。この場合、プログラミングは独立しており、工作機械の動作とは何の関係もありません。工作機械でプログラムを作成する場合、機械の動きや工具の長さを心配する必要はありません。考慮する必要があるのは、工具とワークピース間の相対運動だけです。残りの作業は制御システムが行います。例えば：
写真
上図に示すように、RTCP 機能がオフになっていない場合、制御システムは工具長を考慮しません。工具は軸の中心を中心に回転します。ナイフの先端が所定の位置からずれて固定されなくなります。
写真
上図に示すように、RTCP 機能をオンにすると、制御システムはツールの方向のみを変更し、ツール先端の位置は変化しません。 X、Y、Z 軸で必要な補正動作が自動的に計算されます。
RTCP を持たない 5 軸工作機械や CNC システムの直線軸座標オフセットの問題を解決するにはどうすればよいですか?中国の多くの 5 軸 CNC 工作機械とシステムは偽の 5 軸であることを私たちは知っています。いわゆる偽5軸とは、実際にはRTCP機能を持たない工作機械を指します。 ５軸の真偽は見た目や５軸が連動しているかどうかで判断するものではありません。偽の5軸も5軸とリンクできることを知らなければなりません。疑似 5 軸の主な違いは、真の 5 軸 RTCP アルゴリズムがないことです。つまり、疑似 5 軸プログラミングでは、スピンドルの振り子の長さと回転テーブルの位置を考慮する必要があります。これは、疑似 5 軸 CNC システムと工作機械プログラミングを使用する場合、CAM プログラミングと後処理テクノロジーを利用して事前にツール パスを計画する必要があることを意味します。
同じ部品でも工作機械を変更したり、工具を変更したりすると、再度CAMのプログラミングや後処理を行う必要があります。さらに、擬似５軸工作機械は、ワークをクランプする際に、ワークがワークテーブルの回転中心にあることを確認する必要がある。これはオペレータにとって、クランプと位置合わせに多くの時間が必要となり、精度が保証できないことを意味します。割出し加工でも擬似５軸は大変です。真の 5 軸では、座標系を設定するだけで、ツール設定を 1 つだけ行うだけで処理が完了します。
次の図は、疑似 5 軸の座標変換を説明するために、NX ポストプロセス エディターの設定を例に取っています。
写真
上図に示すように、疑似 5 軸は、工作機械の 4 軸目と 5 軸目の中心位置関係を示す後処理技術に依存し、直線軸座標に対する回転軸のずれを補正します。 。それによって生成された CNC プログラム X、Y、Z は、プログラミングのアプローチ ポイントであるだけでなく、X、Y、Z 軸上で必要な補正も含まれています。
このような処理を行った場合、処理精度が不十分で効率が低いだけでなく、生成されるプログラムの汎用性が低くなり、人件費も高くなる。同時に、各工作機械の回転パラメータが異なるため、対応する後処理ファイルが必要となり、これも生産に大きな不便をもたらします。また、疑似5軸の生成プログラムは変更できず、手動5軸プログラミングは基本的に実現できません。同時に、RTCP機能がないため、5軸工具補正機能などの多くの高度な5軸機能が使用できません。
実は、5軸工作機械にとって、それは加工結果を得るために使用する単なるツールであり、真と偽の区別はありません。重要なことは、プロセスが処理方法を決定するということです。相対的に言えば、真の 5 軸工作機械はよりコスト効率が高くなります。
