Technology for Five-Axis VMCs

มีเครื่องแมชชีนนิ่งเซนเตอร์แนวตั้ง (VMCs) มากมายที่ถูกนำมาใช้ภายในโรงงานเพื่อผลิตชิ้นงานประเภท แม่พิมพ์และชิ้นส่วน ชิ้นส่วนเครื่องบิน เครื่องมือแพทย์ หรือชิ้นงานที่ยากต่อการผลิต การใช้เครื่อง 3 แกนแบบเดิมๆรับการเปลี่ยนแปลงละพัฒนาไปไปสู่การผลิต 5 แนวแกนที่ให้ความเร็วสูง และความแม่นยำสูง ซึ่งสามารถใช้ผลิตแม่พิมพ์และชิ้นส่วนที่มีความซับซ้อนมากๆได้เป็นอย่างดี รวมไปถึงชิ้นส่วนที่ต้องการความแม่นยำในการผลิตมากที่สุดอย่างในอุตสาหกรรมการผลิตชิ้นส่วนเครื่องบิน พลังงาน และเครื่องมือแพทย์ ด้วยเทคโนโลยีขั้นสูงของเครื่อง VMCs สามารถตอบสนองความต้องการในการผลิตได้อย่างแม่นยำทั้งทางด้านโครงสร้างเครื่องจักร ระบบควบคุมกี่ทำงานล่าสุดและซอฟท์แวร์ CAM เทคโนโลยีเครื่องมือตัดและที่ยึดจับเครื่องมือ ทั้งหมดนี้จะช่วยส่งเสริมการทำงานให้เครื่องจักรสามารถผลิตชิ้นงานได้มีประสิทธิภาพสูงมากที่สุด​

อัตราการทำซ้ำ ความแม่นยำสูง และระบบการควบคุมอัตโนมัติ

ถึงแม้ว่าคุณจะใช้ระบบ CAM แต่ก็ไม่ควรมองข้ามเทคโนโลยีระบบควบคุมขั้นสูงหลายรูปแบบที่จะทำหน้าที่ในการช่วยปรับปรุงผิวชิ้นงาน เพิ่มผลผลิต และเร่งเวลาในการทำงานเครื่องจักรให้รวดเร็วขึ้น ระบบ CAM มีความสำคัญ แต่วิธีการควบคุมเครื่องมือภายในเครื่องจักรให้ทำงานแต่ละขั้นตอนอย่างต่อเนื่องมีความสำคัญเช่นกัน สิ่งที่สำคัญที่สุดในระบบควบคุมคือ RAM และความเร็วในการประมวลผล นอกเหนือจากปัจจัยทางด้านเทคนิคแล้วการอาศัยเทคโนโลยีที่มีความก้าวหน้าในการควบคุมจะส่งผลต่อการเพิ่มประสิทธิภาพให้กับโปรแกรม NC ในกระบวนการผลิต​

ถึงแม้ว่าในกระบวนการตรวจวัดจะมีความเข้มงวดและเป็นไปตามมาตรฐาน 10 Pass VDI-3441 method หรือ JIS 6330 (European Machine Position Accuracy Standard) แต่แน่นอนว่า ข้อกำหนดดังกล่าวไม่ได้กล่าวถึงผลกระทบที่เกิดจากภาวะทางความร้อนหรือกระบวนการตัดแต่อย่างใด ดังนั้นเคล็ดลับที่ดีในการหาค่าอ้างอิงค่าการทำซ้ำและความถูกต้องแม่นยำให้ได้ตามความต้องการที่ลูกค้ากำหนดไว้นั้นอาจจะต้องอาศัยซอฟท์แวร์ออโตเมชั่นหรือแอพพลิเคชั่นที่ดีในการสร้างขอบเขตเพื่อกำหนดทิศทางการทำซ้ำได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่มีข้อผิดพลาด ตัวอย่างแอพพลิเคชั่นที่น่าสนใจในการควบคุมการผลิตให้กับเครื่อง CNC นั่นคือ​

Tool center point management (TCPM): TCPM เป็นระบบที่ช่วยลดความจำเป็นในการคำนวณจุดแกนกลางการหมุนให้กับการผลิต 5 แกน เพียงแค่ตั้งโปรแกรมการทำงานชิ้นงานอย่างง่ายเริ่มจากศูนย์ ด้วยคุณสมบัตินี้จะช่วยลดความจำเป็นในการย้อนกลับไปตั้งต้นที่ระบบ CAM และคำนวณจุดแกนกลางการหมุนอีกครั้งเนื่องจากการเคลื่อนที่ 5 แนวแกนจะถูกโปรแกรมให้ทำงานตามระบบพิกัดของชิ้นงาน โดยไม่ขึ้นอยู่กับตำแหน่งการติดตั้งของเครื่องจักรอีกต่อไป​

Automatic safe repositioning (ASR): คือการเพิ่มรหัส G-Code เพื่อกำหนดให้เครื่องจักรหยุดทำงานตามเวกเตอร์ที่กำหนดโดยไม่จำกัดโปรโตคอล ผลที่ได้คือการทำงานต่อเนื่องไม่หยุด โดยซอฟท์แวร์จะทำหน้าที่ควบคุมให้เครื่องมือเคลื่อนที่ยังจุดตั้งต้น (Z0) ตามแนวแกน X และปรับให้เครื่องมือเคลื่อนที่ตามแนวระนาบจากจุดสูงสุดไปยังจุดต่ำสุดที่เรากำหนดไว้ (คือไม่เกินระนาบที่กระทบต่อส่วนต่างๆของเครื่องจักร)​

Toolpath linearization: เป็นการประเมินระยะการป้อนของเครื่องมือต่อชิ้นงานเพื่อให้มีจำนวนรอบการทำงานต่ำสุด (โดยคำนวณตามเส้นทางการเคลื่อนที่ในแนวแกน XYZBC หรือ AC โดยใช้ระบบ CAM ซึ่งจะช่วยในการปรับปรุงคุณภาพผิวสำเร็จ และเป็นคุณสมบัติสำคัญในการช่วยลดขนาดโปรแกรม NC ในการควบคุมการทำงาน​

ระบบการปรับตั้ง 5 แนวแกนของโอคุม่า

โอคุม่าได้พัฒนาระบบการปรับตั้งอัตโนมัติ 5 แนวแกนที่มีระบบการจัดการและการชดเชยค่าความคลาดเคลื่อนจากการเปลี่ยนแปลงรูปทรงวัสดุ  เครื่อง 5 แกนมีการเปลี่ยนแปลงรูปทรงและความคลาดเคลื่อนของวัสดุ 13 รูปแบบซึ่งจะส่งผลกระทบต่อความแม่นยำในการผลิตชิ้นงานเป็นอย่างมาก การปรับตั้งเพื่อปรับเปลี่ยนค่าความคลาดเคลื่อนภายในโรงงาน จำเป็นอย่างยิ่งเพื่อรักษาความแม่นยำสูง สำหรับเครื่อง 5 แกน อย่างไรก็ตามการปรับตั้งค่าความคลาดเคลื่อนหลายแนวแกนและหลายรูปแบบด้วยตนเองอาจต้องใช้เวลาและความพยายามเป็นอย่างมาก และยากที่จะทำให้เกิดความแม่นยำได้สำเร็จ เนื่องจากมีตัวแปรที่หลายหลายที่ทำให้เกิดความผิดพลาดได้ง่าย​

ระบบการปรับตั้งอัตโนมัติ 5 แนวแกนของโอคุม่า ใช้หัวโพรบแบบสัมผัสและ datum sphere ในการตรวจวัดค่าความคาดเคลื่อนของรูปทรงวัสดุทั้ง 11 รูปแบบ จากนั้นจึงปรับการเคลื่อนที่ที่แม่นยำสูงทั้ง 5 แนวแกนด้วยระบบการชดเชย ซึ่งผู้ใช้งานทุกท่านสามารถทำงานได้อย่างง่ายดายและได้ความแม่นยำสูงสำหรับเครื่อง 5 แกน

 

เทคโนโลยีการผลิต 5 แนวแกน

จากมาซัค

การผลิต 5 แนวแกนช่วยให้คุณสามารถประมวลผลขนาดชิ้นส่วนและรูปร่างที่ต้องการได้อย่างไม่จำกัด คำจำกัดความของ “5 แกน” หมายถึงจำนวนทิศทางที่เครื่องมือตัดสามารถเคลื่อนที่ได้ บนเครื่องจักรแมชชีนนิ่งเซนเตอร์ 5 แกน เครื่องมือตัดจะเคลื่อนที่ในแนวเชิงเส้นตรงตามแกน X, Y และ Z  ร่วมกับการเคลื่อนที่เชิงมุมตามแกน A และ B เพื่อเข้าหาชิ้นงานจากทิศทางใดก็ได้ กล่าวอีกนัยหนึ่งนั่นคือคุณสามารถผลิตชิ้นงานได้ทั้ง 5 แนวแกนโดยการติดตั้งเพียงครั้งเดียว​

เทคโนโลยี 5 แกนของมาซัคเกิดขึ้นจากข้อจำกัดต่างๆในการผลิตชิ้นงานด้วยเครื่องจักรของคุณ ด้วยการเพิ่มขีดความสามารถในการผลิตชิ้นงานที่ซับซ้อนได้สูงขึ้นในการติดตั้งเพียงครั้งเดียว เครื่องจักร 5 แกนของมาซัคได้รับการคิดค้นและสร้างสรรค์ขึ้นจากคำแนะนำและร่วมกำหนดความสามารถในการทำงานโดยวิศวกรผู้ใช้งานจริง​

เครื่องแมชชีนนิ่งเซนเตอร์ 5 แกนในตระกูล VARIAXIS  ได้รับการออกแบบเพื่อการผลิตชิ้นงานพื้นผิวต่างๆที่แม่นยำสูงและความเร็วสูง ส่วนในตระกูล VORTEX ได้รับการออกแบบให้เป็นเครื่องจักรขนาดใหญ่ ผลิตชิ้นงานมีความซับซ้อนสูง เช่น ชิ้นส่วนเครื่องบินด้วยหัวสปินเดิลที่เอียงทำมุม ±40 องศา ส่วนเครื่องในตระกูล VERSATECH V ได้รับการออกแบบเพื่อให้ได้ผลผลิตที่ดีเยี่ยมที่สุดในการผลิตชิ้นงานขนาดใหญ่ด้วยหัวสปินเดิล และที่สามารถเคลื่อนย้ายตำแหน่งได้อย่างอิสระทั้งแนวตั้ง แนวนอนและมุมต่างๆ​

Technology for Five-Axis VMCs

It doesn’t seem as if you can ever count the vertical machining center (VMC) out when it comes to being the favorite workhorse of any shop, whether mold/die, aerospace, medical, or just plain hard-charging job shop. The iconic three-axis machine has morphed into the versatile platform for high-speed, high-precision five-axis machines capable of machining the most complex molds and dies, as well as the highest precision parts for the aerospace, energy, and medical device industries. VMCs are meeting precision manufacturing requirements through a combination of advanced technologies, including machine construction, the latest controls and CAM programming software, and cutting tool and toolholding technology that is delivering high performance in the most challenging applications.​

Repeatability, Accuracy and Automated Control

Even though you use a CAM system, don’t overlook the multiple advancements in control technology that improve surface finish, increase productivity and accelerate machining time. CAM system is important, but how the machine tool’s control handles the part program matters. The most important specifications are RAM and processing speed. In addition to the technical specifications, there are numerous advancements in control technology that enhance the NC part program and machining process.​

While measurement processes are stringent and well defined whether a builder uses the 10 Pass VDI-3441 method or JIS 6330, these specifications don’t take into account cutting and thermal loads. Probably the best tip in reference to repeatability and accuracy specifications is to ask for a customer reference as you get further along in the buying process or talk to an applications engineer. Repeatability specifications from a machine tool builder won’t replicate your exact conditions.​

Tool center point management (TCPM): TCPM eliminates the need to account for the 5-axis machining center’s center lines of rotation. Instead, you simply program from part zero. This feature eliminates the need to go back to the CAM system and recalculate the center lines of rotation because the 5-axis tool motion is programmed in the workpiece coordinate system, independent of setup location in the machine. ​

Automatic safe repositioning (ASR): An addition of one G-Code tells the machine to retract along the vector and overrides the out of limits protocol. No stoppage. No error message. The software is smart enough to retract, move to Z0 along the X-limit, reorient the tool, move to retract plane, move above the plunge point and plunge to the target along the tool vector.​

Toolpath linearization: This eliminates gouging of the workpiece and minimizes the loops (the line segments in the form of XYZBC or AC moves that a CAM system uses), which improves surface finish. Additionally, this feature significantly reduces the size of NC programs.​

Okuma’s 5-Axis Auto Tuning System

Okuma has developed the 5-Axis Auto Tuning System to manage and compensate geometric error changes. 5-axis machines have 13 types of geometric error that greatly affect machining accuracy. Tuning for changing geometric error needs to be done on shop floors in order to maintain high accuracy in 5-axis machining. However, making adjustments by hand for the many types of geometric error takes time and effort, and even then accuracy is difficult to achieve because of the ease with which variability occurs.

Okuma’s 5-Axis Auto Tuning System uses a touch probe and datum sphere to measure up to 11 types of geometric error, then tunes the movement accuracy of the 5-axis machine with compensation control. This makes is easy for anyone to achieve a higher level of 5-axis machining accuracy.

 

5-Axis machining Technology from Mazak

5-axis machining provides infinite possibilities as to the part sizes and shapes you can effectively process. The term “5-axis” refers to the number of directions in which the cutting tool can move. On a 5-axis machining center, the cutting tool moves across the X, Y and Z linear axes as well as rotates on the A and B axes to approach the workpiece from any direction. In other words, you can process five sides of a part in a single setup.

Mazak’s simultaneous 5-axis technology raises the limits on the types of part geometries you can machine. By empowering you to produce highly complex components in a single setup, Mazak’s 5-axis machines unbridle the imaginations of your engineers and redefine your overall capabilities.​

The VARIAXIS series, simultaneous 5-axis machining center, are designed for high-speed and high-accuracy machining of multiple-surface. The VORTEX series are designed to machine large, complex workpieces such as aerospace components thanks to the ±40 degree tilting/rotary spindle. The VERSATECH V series are designed to provide unsurpassed productivity in the machining of very large workpieces thanks to the spindle head that can position to the vertical and horizontal positions and any angle in between. ​

Source: MEGA Tech Magazine, Nov-Dec 2017

© 2018 Advance Industry Media Plus Co., Ltd. All Rights Reserved.​​

Advance Industry Media Plus Co., Ltd.
1104/339 Pattanakarn Road Suanluang, Suanluang, Bangkok, 10250 Thailand

Tel. +66 2136 1406-7

Fax. +66 2187 2899

www.aimplus.co.th   

info@aimplus.co.th​

Ms. Khemruji Pruankaewmanee

Tel: +66 2 136 1406-7
Email: khemruji@aimplus.co.th​

aimplus.co.th

Reader voices

Advertisers

Subscribe

ADVERTISE WITH US 

LINKS

FOLLOW US ON SOCIAL MEDIA

megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching
megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching
megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching
https://www.okumathai.com/