大家早已認識到五軸數控技術的優(yōu)越性和重要性。但到目前為止, 五軸數控技術的應用仍然局限于少數資金雄厚的部門, 并且仍然存在尚未解決的難題，下面這些因素都是五軸數控設備發(fā)展的難點和阻力！
五軸數控編程抽象、操作困難
這是每一個傳統(tǒng)數控編程人員都深感頭疼的問題。三軸機床只有直線坐標軸, 而五軸數控機床結構形式多樣;同一段NC 代碼可以在不同的三軸數控機床上獲得同樣的加工效果, 但某一種五軸機床的NC代碼卻不能適用于所有類型的五軸機床。數控編程除了直線運動之外, 還要協(xié)調旋轉運動的相關計算, 如旋轉角度行程檢驗、非線性誤差校核、刀具旋轉運動計算等, 處理的信息量很大, 數控編程極其抽象。
五軸數控加工的操作和編程技能密切相關, 如果用戶為機床增添了特殊功能, 則編程和操作會更復雜。只有反復實踐, 編程及操作人員才能掌握必備的知識和技能。經驗豐富的編程、操作人員的缺乏, 是五軸數控技術普及的一大阻力。
國內許多廠家從國外購買了五軸數控機床, 由于技術培訓和服務不到位, 五軸數控機床固有功能很難實現, 機床利用率很低, 很多場合還不如采用三軸機床。
對NC 插補控制器、伺服驅動系統(tǒng)要求十分嚴格
五軸機床的運動是五個坐標軸運動的合成。旋轉坐標的加入, 不但加重了插補運算的負擔, 而且旋轉坐標的微小誤差就會大幅度降低加工精度。因此要求控制器有更高的運算精度。五軸機床的運動特性要求伺服驅動系統(tǒng)有很好的動態(tài)特性和較大的調速范圍。
五軸數控的NC 程序校驗尤為重要
要提高機械加工效率，迫切要求淘汰傳統(tǒng)的“試切法”校驗方式 。在五軸數控加工當中，NC 程序的校驗工作也變得十分重要， 因為通常采用五軸數控機床加工的工件價格十分昂貴， 而且碰撞是五軸數控加工中的常見問題：刀具切入工件；刀具以極高的速度碰撞到工件；刀具和機床、夾具及其他加工范圍內的設備相碰撞；機床上的移動件和固定件或工件相碰撞。五軸數控中，碰撞很難預測，校驗程序必須對機床運動學及控制系統(tǒng)進行綜合分析。
如果CAM 系統(tǒng)檢測到錯誤, 可以立即對刀具軌跡進行處理;但如果在加工過程中發(fā)現NC 程序錯誤，不能像在三軸數控中那樣直接對刀具軌跡進行修改。在三軸機床上, 機床操作者可以直接對刀具半徑等參數進行修改。而在五軸加工中, 情況就不那么簡單了，因為刀具尺寸和位置的變化對后續(xù)旋轉運動軌跡有直接影響。
刀具半徑補償
在五軸聯動NC 程序中, 刀具長度補償功能仍然有效, 而刀具半徑補償卻失效了。以圓柱銑刀進行接觸成形銑削時, 需要對不同直徑的刀具編制不同的程序。目前流行的CNC 系統(tǒng)均無法完成刀具半徑補償,因為ISO文件中沒有提供足夠的數據對刀具位置進行重新計算。用戶在進行數控加工時需要頻繁換刀或調整刀具的確切尺寸, 按照正常的處理程序, 刀具軌跡應送回CAM 系統(tǒng)重新進行計算。從而導致整個加工過程效率十分低下。
針對這個問題, 挪威研究人員正在開發(fā)一種臨時解決方案, 叫做LCOPS(Low Cost Optimized ProductionStrategy , 低耗最優(yōu)生產策略)。刀具軌跡修正所需數據由CNC 應用程序輸送到CAM 系統(tǒng), 并將計算所得刀具軌跡直接送往控制器。LCOPS 需要第三方提供CAM 軟件, 能夠直接連接到CNC 機床, 其間傳送的是CAM 系統(tǒng)文件而不是ISO 代碼。對這個問題的最終解決方案, 有賴于引入新一代CNC 控制系統(tǒng), 該系統(tǒng)能夠識別通用格式的工件模型文件(如STEP 等)或CAD 系統(tǒng)文件。
后置處理器
五軸機床和三軸機床不同之處在于它還有兩個旋轉坐標, 刀具位置從工件坐標系向機床坐標系轉換, 中間要經過幾次坐標變換。利用市場上流行的后置處理器生成器, 只需輸入機床的基本參數, 就能夠產生三軸數控機床的后置處理器。而針對五軸數控機床, 目前只有一些經過改良的后置處理器。五軸數控機床的后置處理器還有待進一步開發(fā)。
三軸聯動時, 刀具的軌跡中不必考慮工件原點在機床工作臺的位置, 后置處理器能夠自動處理工件坐標系和機床坐標系的關系。對于五軸聯動, 例如在XYZBC 五軸聯動的臥式銑床上加工時, 工件在C 轉臺上位置尺寸以及B 、C 轉臺相互之間的位置尺寸, 產生刀具軌跡時都必須加以考慮。工人通常在裝夾工件時要耗費大量時間來處理這些位置關系。如果后置處理器能處理這些數據, 工件的安裝和刀具軌跡的處理都會大大簡化:只需將工件裝夾在工作臺上, 測量工件坐標系的位置和方向, 將這些數據輸入到后置處理器, 對刀具軌跡進行后置處理即可得到適當的NC 程序。
非線性誤差和奇異性問題
由于旋轉坐標的引入, 五軸數控機床的運動學比三軸機床要復雜得多。和旋轉有關的第一個問題是非線性誤差。非線性誤差應歸屬于編程誤差, 可以通過縮小步距加以控制。在前置計算階段, 編程者無法得知非線性誤差的大小, 只有通過后置處理器生成機床程序后, 非線性誤差才有可能計算出來。刀具軌跡線性化可以解決這個問題。有些控制系統(tǒng)能夠在加工的同時對刀具軌跡進行線性化處理, 但通常是在后置處理器中進行線性化處理。
旋轉軸引起的另一個問題是奇異性。如果奇異點處在旋轉軸的極限位置處, 則在奇異點附近若有很小振蕩都會導致旋轉軸的180°翻轉, 這種情況相當危險。
對CAD/ CAM系統(tǒng)的要求
對五面體加工的操作, 用戶必須借助于成熟的CAD/CAM 系統(tǒng), 并且必須要有經驗豐富的編程人員來對CAD/CAM 系統(tǒng)進行操作。
購置機床的大量投資
以前五軸機床和三軸機床之間的價格懸殊很大?，F在, 三軸機床附加一個旋轉軸基本上就是普通三軸機床的價格, 這種機床可以實現多軸機床的功能。同時, 五軸機床的價格也僅僅比三軸機床的價格高出30 %～ 50 %。
除了機床本身的投資之外, 還必須對CAD/CAM系統(tǒng)軟件和后置處理器進行升級, 使之適應五軸加工的要求;必須對校驗程序進行升級, 使之能夠對整個機床進行仿真處理！
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