近年來,隨著計算機輔助設計(CAD)及計算機輔助製造(CAM)系統發展快速,國內多家工具機廠商,紛紛推出五軸及復合加工機,大大降低製造業應用本錢。更加凸顯機械設備製造業在社會技術進步和產業升級中無可替換的基礎作用。然而五軸及復合加工機漸漸成為機械業發展主流。其公司於2009 台灣TIMTOS展發表五軸加工機Vcenter-X300與車銑復合加工機Vturn-X200。
其中Vturn-X200搭配FANUC 31i-A5控制器,可支持多軸及多路徑。FANUC致力於開發五軸加工性能符合高速、高精度及高效率加工,藉由智能化的控制、軟件功能的提升與關鍵硬件零組件技術的整合應用,讓五軸加工性能發揮的更為極致。
所謂的五軸加工是指在機台上至少有五個坐標軸組成,包含三個直線座標(X、Y、Z)及兩個旋轉座標(A、B、C),如圖所示。其可分為三種類型說明:
1. 刀具回轉型:
旋轉軸座標運動全部集中於刀具側,加工都由具旋轉和擺動功能的主軸頭來完成。此結構體優點是適合於加工複雜曲面的大型、重型殼體件。其缺點是運動部件質量大,慣性力大,不適宜於用過高的進給速度和加速度加工。固然主軸頭與機台質量較大,但因刀具重量相對較小。當刀具改變時,對運動部件影響不大且機台比較穩定。
2. 平台回轉型:
旋轉軸座標運動全部集中於工件側,加工都由具旋轉和擺動功能的工作台來完成。此結構體由於其刀具不擺動而剛性較強,因此適合於重切削及高速切削,但也因工作台運動靈敏度無法高於刀具側,因此使用於多面加工零件。
3. 混合型:
此結構體的機台產品很多,應用也最廣且最普遍。旋轉軸座標運動各自分佈於工作台與刀具側。此型式工作台能承受較大重量且可以採用標準交換工作台,而主軸頭結構比刀具回轉型簡單,現今多為中型五軸加工機及車銑複合機所採用。
FANUC五軸加工性能包含著座標系轉換、刀具補正、平滑面加工等種類,其具體內容說明如下:
種類 |
性能 |
座標系轉換 |
傾斜面加工指令 (TWP) Tilted Working Plane command |
刀具補正 |
刀具中心點控制 (TCP) Tool Center Point control |
3D切削補償(3DCRC) 3-Dimensional Cutter Compensation |
|
平滑加工面 |
納米平滑加工面 Nano Smoothing 2 |
手動操縱 |
3D手動進給 3-Dimensional Manual Feed |
誤差補償 |
刀具軸方向熱變形補償 Thermal Growth Compensation along tool vector |
工件設定誤差補償 Work-piece setting Error Compensation |
1. 傾斜面加工指令
傾斜面加工採用Euler angle作說明,程序指令能將正規平面(X-Y),自動轉換成傾斜加工面,然而控制刀具軸方向與傾斜加工面垂直。而加工時,由機械座標定義工件座標再轉換至傾斜面座標,三者座標系可由程序G碼切換。
2. 刀具中心點控制
刀具中心點控制依據刀具長度作補償,當程控旋轉軸運動,不中斷計算刀具軸補償量。甚至程序執行當中控制刀具中心點沿著加工路徑且配合進給率,改變刀具軸偏擺位移。
FANUC在2008日本JIMTOF展進階發表了平滑化TCP技術。因路徑不平坦造成控制點路徑及刀具姿勢因加減速變化產生不平滑,反而增加了加工時間。然而此性能對旋轉軸位置作微量補償,產生平滑的控制點路徑且縮短加工時間。
3. 3D切削補償
在五軸加工NC程序中,刀具長度補償功能仍然有效,而刀具半徑補償卻會失效。因旋轉軸運動時,刀具半徑隨著擺動角度而變化,其過往作法常以CAM軟件計算刀具軌跡,造成整個加工過程效率不佳,因而3D切削補償就可彌補此缺陷。
4. 納米平滑面加工
增加旋轉軸補償且延續Nano smoothing性能,路徑依據刀具姿勢作變化而更佳平滑,達到高速高精度功能。將常見CAM轉出的程序路徑作修飾,其點與點之間不平整部分平滑化且縮短加工時間。
5. 3D手動進給
6. 刀具軸方向熱變形補償
針對機台旋轉軸作有關於熱對刀具伸縮的補償性能,刀具軸方向在旋轉狀態下的補償。設定刀具熱變形值配合訊號與PMC控制等執行補償量。
7. 工件設定誤差補償
工件放置在機器工作台上而位置不理想且工件移動不易,此性能可偏移工件座標至理想程序位置點上,座標系與刀具參數會自動計算調整至符合工件設定誤差。而且與旋轉軸相關性能TCP、TWP與3DCRC皆可涉及工件設定誤差補償功能。