في السنوات الأخيرة، تم استخدام مراكز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي ذات الروابط الخمسة على نطاق واسع بشكل متزايد في مختلف المجالات. في التطبيقات العملية، عندما يواجه الأشخاص مشاكل في المعالجة الفعالة والعالية الجودة للأجزاء ذات الشكل الخاص والمعقدة، فإن تقنية الربط خماسي المحاور هي بلا شك وسيلة مهمة لحل مثل هذه المشكلات. يميل المزيد والمزيد من الشركات المصنعة إلى البحث عن معدات ذات خمسة محاور لتلبية المعالجة عالية الكفاءة والجودة. ولكن هل تعرف حقًا ما يكفي عن المعالجة خماسية المحاور؟
01
شكل الهيكل الميكانيكي لأداة الآلة ذات خمسة محاور
لكي نفهم حقًا الآلات ذات المحاور الخمسة، يجب علينا أولاً أن نفهم ما هي الآلات ذات المحاور الخمسة. تشير الأداة الآلية ذات خمسة محاور (5 Axis Machining)، كما يوحي الاسم، إلى إضافة محوري دوران إلى المحاور الخطية الثلاثة المشتركة X وY وZ. اثنان من المحاور الثلاثة A وB وC لهما حركة مختلفة وسائط لتلبية الاحتياجات الفنية لمختلف المنتجات.
فيما يتعلق بالتصميم الميكانيكي لمراكز تصنيع المحاور 5-، كان مصنعو الأدوات الآلية دائمًا ملتزمين بشكل متواصل بتطوير أوضاع حركة جديدة لتلبية المتطلبات المتنوعة. استنادًا إلى الأنواع المختلفة للأدوات الآلية خماسية المحاور الموجودة حاليًا في السوق، وعلى الرغم من تنوع هياكلها الميكانيكية، إلا أنها تشمل بشكل أساسي الأشكال التالية:
1. إحداثيات دوران تتحكم بشكل مباشر في اتجاه محور الأداة (شكل رأس متأرجح مزدوج).
2. يوجد محورا الإحداثيات في الجزء العلوي من الأداة، لكن محور الدوران ليس متعامدًا مع المحور الخطي (نوع الرأس المتأرجح المائل).
3. إحداثيات دوران تتحكم بشكل مباشر في دوران الفضاء (شكل قرص دوار مزدوج).
4. يوجد محورا الإحداثيات على طاولة العمل، لكن محور الدوران ليس متعامدًا مع المحور الخطي (نوع طاولة العمل المائلة).
5. يعمل أحد إحداثيي الدوران على الأداة والآخر على قطعة العمل (تأرجح واحد ودوران واحد).
*مصطلحا: إذا لم يكن محور الدوران متعامدا مع المحور الخطي فإنه يعتبر محورا "متدليا".
بعد رؤية الآلات ذات المحاور الخمسة بهذه الهياكل، أعتقد أننا يجب أن نفهم ماذا وكيف تتحرك الآلات ذات المحاور الخمسة. ومع ذلك، ما هي الخصائص التي يمكن أن تظهرها بنية الأدوات الآلية المتنوعة أثناء المعالجة؟ بالمقارنة مع الآلات التقليدية ثلاثية المحاور، ما هي المزايا؟ بعد ذلك، دعونا نلقي نظرة على النقاط المضيئة للأدوات الآلية ذات المحاور الخمسة.
02
المزايا العديدة للتصنيع الخماسي المحاور
عند الحديث عن خصائص الآلات ذات المحاور الخمسة، نحتاج إلى مقارنتها بالمعدات التقليدية ذات المحاور الثلاثة. معدات التصنيع ثلاثية المحاور شائعة نسبيًا في الإنتاج، بما في ذلك الأنواع الرأسية والأفقية والجسر. تتضمن طرق المعالجة الشائعة معالجة حافة نهاية المطحنة ومعالجة الحافة الجانبية. معالجة التشكيل الجانبي لقواطع الأنف الكروية، وما إلى ذلك. ومع ذلك، بغض النظر عن الشكل والطريقة المستخدمة، فإن جميعها لها ميزة مشتركة، وهي أن اتجاه محور الأداة يظل دون تغيير أثناء عملية التشغيل الآلي. لا تستطيع الآلة الآلية تحقيق الإحداثيات المستطيلة للأداة في الفضاء إلا من خلال استيفاء المحاور الخطية الثلاثة للحركة X وY وZ في النظام. لذلك، عند مواجهة المنتجات التالية، يتم الكشف عن عيوب الكفاءة المنخفضة للأدوات الآلية ثلاثية المحاور، أو ضعف جودة سطح المعالجة أو حتى عدم القدرة على المعالجة.
بالمقارنة مع معدات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي ثلاثية المحاور، تتمتع أدوات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي ذات الخمس وصلات بالمزايا التالية:
1. الحفاظ على أفضل حالة قطع للأداة وتحسين ظروف القطع
كما هو موضح في الشكل أعلاه، في طريقة القطع ثلاثية المحاور على اليسار، عندما تتحرك أداة القطع نحو أعلى أو حافة قطعة العمل، تتدهور حالة القطع تدريجيًا. للحفاظ على ظروف القطع المثالية هنا، هناك حاجة إلى طاولة دوارة. وإذا أردنا معالجة مستوى غير منتظم بشكل كامل، فيجب علينا تدوير طاولة العمل عدة مرات في اتجاهات مختلفة. يمكن ملاحظة أن الأداة الآلية ذات المحاور الخمسة يمكنها أيضًا تجنب الموقف الذي تكون فيه السرعة الخطية للنقطة المركزية للطاحونة الطرفية الكروية 0 والحصول على جودة سطح أفضل.
2. تجنب تدخل الأداة بشكل فعال
صورة
كما هو موضح في الشكل أعلاه، بالنسبة لأجزاء مثل الدفاعات والشفرات والشفرات المستخدمة في مجال الفضاء الجوي، لا يمكن للمعدات ثلاثية المحاور تلبية متطلبات العملية بسبب التداخل. يمكن للأداة الآلية ذات خمسة محاور أن تلبي هذا المطلب. وفي الوقت نفسه، يمكن للآلات الآلية ذات المحاور الخمسة أيضًا استخدام أدوات أقصر للمعالجة وتحسين صلابة النظام وتقليل عدد الأدوات وتجنب إنشاء أدوات خاصة. بالنسبة لأصحاب الأعمال لدينا، هذا يعني أن الآلة ذات المحاور الخمسة ستوفر لك المال من حيث تكاليف الأداة!
3. تقليل عدد المشابك وإكمال المعالجة الخماسية الجوانب في لقط واحد
صورة
كما هو موضح في الشكل أعلاه، يمكن لمركز المعالجة خماسي المحاور أيضًا تقليل تحويل المسند وتحسين دقة المعالجة. في المعالجة الفعلية، يلزم تثبيت واحد فقط، ويكون ضمان دقة المعالجة أسهل. في الوقت نفسه، نظرًا لتقصير سلسلة المعالجة وتقليل عدد المعدات في مركز المعالجة خماسي المحاور، تم أيضًا تقليل عدد تركيبات الأدوات ومساحة أرضية الورشة وتكاليف صيانة المعدات. وهذا يعني أنه يمكنك استخدام عدد أقل من التركيبات ومساحة أقل في المصنع وتكاليف صيانة أقل لإكمال معالجة أكثر كفاءة وأعلى جودة!
4. تحسين جودة وكفاءة المعالجة
كما هو موضح في الشكل، يمكن للأداة الآلية ذات المحاور الخمسة استخدام قطع الحافة الجانبية للأداة لتحقيق كفاءة معالجة أعلى.
صورة
5. تقصير سلسلة عملية الإنتاج وتبسيط إدارة الإنتاج
تعمل المعالجة الكاملة لأدوات آلة CNC ذات المحاور الخمسة على تقصير سلسلة عملية الإنتاج بشكل كبير ويمكن أن تبسط إدارة الإنتاج والتخطيط والجدولة. كلما كانت قطعة العمل أكثر تعقيدًا، كلما كانت مزاياها أكثر وضوحًا مقارنة بطرق الإنتاج التقليدية ذات العمليات المتفرقة.
6. تقصير دورة تطوير المنتج الجديد
بالنسبة للشركات العاملة في مجال الطيران والسيارات وغيرها من المجالات، فإن بعض أجزاء المنتج الجديدة وقوالب التشكيل لها أشكال معقدة ومتطلبات عالية الدقة. لذلك، يمكن لمركز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي ذو خمسة محاور الذي يتمتع بمرونة عالية ودقة عالية وتكامل عالي وقدرات معالجة كاملة أن يحل مشاكل الدقة والدورة لمعالجة الأجزاء المعقدة في عملية تطوير منتج جديد، مما يؤدي إلى تقصير البحث والتطوير بشكل كبير دورة وتحسين معدل نجاح المنتجات الجديدة.
باختصار، تتمتع الأدوات الآلية ذات المحاور الخمسة بالعديد من المزايا، لكن التحكم في موقف الأداة ونظام CNC وبرمجة CAM والمعالجة اللاحقة للأدوات الآلية ذات المحاور الخمسة أكثر تعقيدًا بكثير من تلك الخاصة بالأدوات الآلية ذات المحاور الثلاثة! وفي الوقت نفسه، عندما نتحدث عن الآلات ذات المحاور الخمسة، علينا أن نتحدث عن مسألة المحاور الخمسة الحقيقية والخاطئة. نعلم جميعًا أن أكبر فرق بين المحاور الخمسة الحقيقية والخاطئة هو وظيفة RTCP. ولكن ما هو RTCP وكيف يتم إنشاؤه وكيفية تطبيقه؟ بعد ذلك، سنلقي نظرة فاحصة على RTCP استنادًا إلى بنية أداة الآلة والمعالجة اللاحقة للبرمجة لفهم مظهرها الحقيقي.
03
حول RTCP
يعتبر RTCP، في أنظمة CNC ذات خمسة محاور المتطورة، بمثابة نقطة مركزية للأداة المدورة، وهو ما نسميه غالبًا وظيفة نقطة تلميح الأداة التالية. في المعالجة ذات خمسة محاور، عند متابعة مسار نقطة طرف الأداة والموقف بين الأداة وقطعة العمل، تحدث حركة إضافية لنقطة طرف الأداة بسبب الحركة الدورانية. غالبًا لا تتطابق نقاط التحكم في نظام CNC مع نقطة طرف الأداة، لذا يجب على نظام CNC تصحيح نقاط التحكم تلقائيًا لضمان تحرك نقطة طرف الأداة وفقًا للمسار المحدد. تسمي الصناعة أيضًا هذه التقنية TCPM أو TCPC أو RPCP ووظائف أخرى. وفي الواقع، فإن التعريفات الوظيفية لهذه الأسماء تشبه RTCP. بالمعنى الدقيق للكلمة، يتم استخدام وظيفة RTCP على هيكل رأس التأرجح المزدوج، ويتم استخدام نقطة مركز الدوران لرأس التأرجح للتعويض. تُستخدم الوظائف المشابهة لـ RPCP بشكل أساسي في الأدوات الآلية ذات القرص الدوار المزدوج، وتعوض عن التغييرات في إحداثيات المحور الخطي الناتجة عن دوران قطعة العمل. في الواقع، هذه الوظائف لها نفس الهدف، وهو الحفاظ على النقطة المركزية للأداة ونقطة الاتصال الفعلية بين الأداة وسطح قطعة العمل دون تغيير. ولذلك، لتسهيل التعبير، توحد هذه المقالة هذا النوع من التكنولوجيا كتقنية RTCP.
صورة
فكيف جاءت وظيفة RTCP؟ منذ عدة سنوات، عندما أصبحت الأدوات الآلية ذات المحاور الخمسة شائعة لأول مرة في السوق، تم نشر مفهوم RTCP على نطاق واسع من قبل الشركات المصنعة للأدوات الآلية. في ذلك الوقت، كانت وظيفة RTCP أشبه كوسيلة للتحايل من أجل التكنولوجيا، وكان المزيد من الناس متحمسين ومهتمين بالتكنولوجيا نفسها. في الواقع، وظيفة RTCP هي عكس ذلك تمامًا. إنها ليست تقنية جيدة فحسب، ولكنها أيضًا تقنية جيدة يمكن أن تحقق فوائد وتخلق قيمة للعملاء. بالنسبة للأدوات الآلية المزودة بتقنية RTCP (المعروفة أيضًا باسم الأدوات الآلية ذات المحاور الخمسة الحقيقية في الصين)، لا يحتاج المشغل إلى محاذاة قطعة العمل بدقة مع محور القرص الدوار وتثبيته بشكل عرضي. تقوم أداة الآلة تلقائيًا بتعويض الإزاحة، مما يقلل بشكل كبير من الوقت الإضافي ويحسن المعالجة. دقة. في الوقت نفسه، تكون المعالجة اللاحقة بسيطة، طالما يتم إخراج إحداثيات نقطة طرف الأداة والمتجه. كما قلنا من قبل، من حيث الهيكل الميكانيكي، فإن أدوات آلة CNC ذات المحاور الخمسة تحتوي بشكل أساسي على رؤوس تأرجح مزدوجة، وأقراص دوارة مزدوجة، وتأرجح واحد ودوران واحد.
أدناه سنأخذ نظام CNC ذو القرص الدوار المزدوج ذو خمسة محاور كمثال لتقديم وظيفة RTCP بالتفصيل.
حدد مفهومي المحور الرابع والمحور الخامس في أداة آلية ذات خمسة محاور: في هيكل طاولة دوارة مزدوجة، يؤثر دوران المحور الرابع على موقف المحور الخامس، ولا يمكن أن يؤثر دوران المحور الخامس على موقف المحور الرابع. المحور الخامس هو إحداثيات الدوران على المحور الرابع.
صورة
حسنًا، بعد قراءة التعريف، دعنا نوضحه. كما هو موضح في الشكل أعلاه، فإن المحور الرابع للأداة الآلية هو المحور A، والمحور الخامس هو المحور C. يتم وضع قطعة العمل على القرص الدوار ذو المحور C. عندما يدور المحور الرابع A، لأن المحور C مثبت على المحور A، سيتأثر أيضًا موقف المحور C. بنفس الطريقة، بالنسبة لقطعة العمل التي نضعها على القرص الدوار، إذا قمنا ببرمجة القطع المركزي للأداة، فإن التغييرات في إحداثيات الدوران ستؤدي حتمًا إلى تغييرات في إحداثيات X وY وZ للمحاور الخطية، مما يؤدي إلى نسبة نسبية النزوح. ومن أجل القضاء على هذا الإزاحة، يجب على الآلة الآلية تعويضه. RTCP هي وظيفة تم إنشاؤها لإزالة هذا التعويض.
فكيف تعوض الآلة الآلية هذا الإزاحة؟ بعد ذلك، دعونا نحلل كيفية إنشاء هذه الإزاحة.
وفقا للمقال السابق، نعلم جميعا أن التغيير في إحداثيات الدوران يسبب إزاحة إحداثيات المحور الخطي. ثم من المهم بشكل خاص تحليل مركز دوران محور الدوران. بالنسبة للأدوات الآلية ذات هيكل القرص الدوار المزدوج، تكون نقطة التحكم للمحور C، وهي المحور الخامس، عادةً في مركز الدوران لطاولة الأدوات الآلية. بالنسبة للمحور الرابع، عادة ما يتم تحديد نقطة منتصف المحور الرابع كنقطة تحكم.
صورة
صورة
من أجل تحقيق التحكم بخمسة محاور، يحتاج نظام CNC إلى معرفة العلاقة بين نقطة التحكم بالمحور الخامس ونقطة التحكم بالمحور الرابع. أي أنه في الحالة الأولية (موضع المحور A وC للأداة الآلية 0)، تكون نقطة التحكم في المحور الرابع هي أصل نظام إحداثيات دوران المحور الرابع، ومتجه الموضع [U، V، W] لـ نقطة مراقبة المحور الخامس. وفي الوقت نفسه، تحتاج أيضًا إلى معرفة المسافة بين المحورين A وC. بالنسبة لأدوات الآلة ذات القرص الدوار المزدوج، يظهر مثال في الشكل أدناه.
صورة
بعد قولي هذا، يمكنك أن ترى أنه بالنسبة للأدوات الآلية المزودة بوظيفة RTCP، فإن نظام التحكم يحافظ على مركز الأداة في الموضع المبرمج. في هذه الحالة، البرمجة مستقلة ولا علاقة لها بحركة الآلة. عندما تقوم بالبرمجة على أداة الآلة، لا داعي للقلق بشأن حركة الآلة أو طول الأداة؛ كل ما عليك مراعاته هو الحركة النسبية بين الأداة وقطعة العمل. يقوم نظام التحكم بالباقي نيابةً عنك. على سبيل المثال:
صورة
كما هو موضح في الشكل أعلاه، بدون إيقاف تشغيل وظيفة RTCP، فإن نظام التحكم لا يأخذ في الاعتبار طول الأداة. تدور الأداة حول مركز المحور. سيتحرك طرف السكين من موضعه ولن يكون ثابتًا بعد الآن.
صورة
كما هو موضح في الشكل أعلاه، عند تشغيل وظيفة RTCP، يقوم نظام التحكم بتغيير اتجاه الأداة فقط، ويظل موضع طرف الأداة بدون تغيير. يتم حساب الحركات التعويضية اللازمة في المحاور X وY وZ تلقائيًا.
كيف يمكن حل مشكلة إزاحة إحداثيات المحور الخطي للأدوات الآلية ذات المحاور الخمسة وأنظمة CNC التي لا تحتوي على RTCP؟ نحن نعلم أن العديد من أدوات وأنظمة آلات CNC ذات المحاور الخمسة في الصين هي عبارة عن خماسي المحاور مزيف. يشير ما يسمى بالمحور الخمسة المزيف في الواقع إلى أدوات الآلة التي لا تحتوي على وظيفة RTCP. لا يتم الحكم على ما إذا كانت المحاور الخمسة صحيحة أم خاطئة من خلال المظهر أو ما إذا كانت المحاور الخمسة مرتبطة. ويجب أن تعلم أنه يمكن أيضًا ربط المحاور الخمسة الوهمية بالمحاور الخمسة. والفرق الرئيسي بين المحاور الخمسة الزائفة هو أنه لا يحتوي على خوارزمية RTCP خماسية المحاور الحقيقية، مما يعني أن برمجة المحاور الخمسة الزائفة تحتاج إلى مراعاة طول البندول للمغزل وموضع الطاولة الدوارة. وهذا يعني أنه عند استخدام أنظمة CNC ذات المحاور الخمسة الزائفة وبرمجة الأدوات الآلية، يجب الاعتماد على برمجة CAM وتكنولوجيا ما بعد المعالجة لتخطيط مسار الأداة مسبقًا.
بالنسبة لنفس الجزء، إذا تم تغيير أداة الآلة أو تغيير الأداة، فيجب إجراء برمجة CAM والمعالجة اللاحقة مرة أخرى. علاوة على ذلك، عند تثبيت قطعة الشغل، فإن الأداة الآلية ذات المحاور الخمسة الكاذبة تحتاج إلى التأكد من أن قطعة الشغل تكون في مركز دوران طاولة العمل. بالنسبة للمشغل، هذا يعني أنه سيتطلب الكثير من وقت التثبيت والمحاذاة، ولا يمكن ضمان الدقة. حتى بالنسبة لمعالجة الفهرسة، فإن المحاور الخمسة المزيفة تمثل الكثير من المتاعب. يحتاج المحاور الخمسة الحقيقي فقط إلى إعداد نظام إحداثي، ويحتاج فقط إلى إعداد أداة واحدة لإكمال المعالجة.
يأخذ الشكل التالي إعدادات محرر ما بعد المعالجة NX كمثال لتوضيح التحويل الإحداثي للمحاور الخمسة الزائفة:
صورة
كما هو موضح في الشكل أعلاه، تعتمد المحاور الخمسة الكاذبة على تقنية ما بعد المعالجة لبيان علاقة الموضع المركزي بين المحور الرابع والمحور الخامس لأداة الآلة لتعويض إزاحة محور الدوران إلى إحداثيات المحور الخطي . برنامج CNC X و Y و Z الذي تم إنشاؤه به ليس فقط نقاط نهج البرمجة، ولكنه يتضمن أيضًا التعويض اللازم على محاور X و Y و Z.
لن تؤدي نتيجة هذه المعالجة فقط إلى عدم كفاية دقة المعالجة وانخفاض الكفاءة، ولن يكون البرنامج الذي تم إنشاؤه متعدد الاستخدامات، وستكون تكلفة العمالة مرتفعة أيضًا. في الوقت نفسه، نظرًا لأن كل أداة آلية لها معلمات دوران مختلفة، فيجب أن تحتوي على ملفات ما بعد المعالجة المقابلة، مما سيؤدي أيضًا إلى إزعاج كبير للإنتاج. علاوة على ذلك، لا يمكن تغيير برنامج توليد المحاور الخمسة الوهمية، ومن المستحيل بشكل أساسي تحقيق البرمجة اليدوية للمحاور الخمسة. في الوقت نفسه، نظرًا لعدم وجود وظيفة RTCP، لا يمكن استخدام العديد من وظائف المحاور الخمسة المتقدمة، مثل وظيفة تعويض الأداة ذات المحاور الخمسة.
في الواقع، بالنسبة للآلات ذات المحاور الخمسة، فهي مجرد أداة نستخدمها لتحقيق نتائج المعالجة، ولا يوجد تمييز بين الصواب والخطأ. الشيء المهم هو أن عمليتنا تحدد طريقة المعالجة. نسبيًا، تعد الأدوات الآلية ذات المحاور الخمسة الحقيقية أكثر فعالية من حيث التكلفة.
