Trung tâm Tin tức

Trung tâm Tin tức

Toàn tập kiến thức về gia công năm trục

Bạn có thực sự hiểu đủ về gia công 5 trục không? Toàn bộ kiến thức về gia công 5 trục – giải đáp tường tận! Trong những năm gần đây, các trung tâm gia công CNC 5 trục liên động ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong thực tế, mỗi khi đối mặt với bài toán gia công hiệu quả, chất lượng cao các chi tiết có hình dạng phức tạp, công nghệ 5 trục liên động rõ ràng là một phương tiện quan trọng để giải quyết những vấn đề này. Ngày càng nhiều nhà sản xuất có xu hướng tìm kiếm các thiết bị 5 trục nhằm đáp ứng yêu cầu gia công hiệu suất cao, chất lượng cao. Tuy nhiên, bạn đã thực sự hiểu đủ về gia công 5 trục chưa? 01 Các dạng cấu trúc cơ khí của máy 5 trục Muốn thực sự hiểu về gia công 5 trục, trước hết chúng ta phải nắm rõ thế nào là một máy 5 trục. Máy 5 trục (5 Axis Machining), như tên gọi, tức là trên ba trục tịnh tiến X, Y, Z thông thường được bổ sung thêm hai trục quay. Hai trong ba trục A, B, C có kiểu chuyển động khác nhau, nhằm đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của nhiều loại sản phẩm. Về mặt thiết kế cơ khí của các trung tâm gia công 5 trục, các nhà sản xuất máy luôn nỗ lực không ngừng để phát triển các mô hình chuyển động mới, nhằm đáp ứng mọi yêu cầu. Tổng hợp các loại máy 5 trục hiện có trên thị trường, tuy có nhiều dạng cấu trúc cơ khí khác nhau, nhưng chủ yếu gồm các dạng sau: 1. Hai tọa độ quay trực tiếp điều khiển hướng của trục dao (dạng đầu dao kép). 2. Hai trục tọa độ nằm ở đỉnh dao, nhưng trục quay không vuông góc với trục tịnh tiến (dạng đầu dao nghiêng xuống). 3. Hai tọa độ quay trực tiếp điều khiển sự xoay trong không gian (dạng bàn xoay kép). 4. Hai trục tọa độ nằm trên bàn làm việc, nhưng trục quay không vuông góc với trục tịnh tiến (dạng bàn làm việc nghiêng xuống). 5. Hai tọa độ quay, một tác động lên dao, một tác động lên phôi (dạng một đầu dao, một bàn xoay). * Thuật ngữ: Nếu trục quay không vuông góc với trục tịnh tiến thì được coi là một “trục nghiêng xuống”. Sau khi xem qua các cấu trúc máy 5 trục này, tôi tin rằng chúng ta đã hiểu rõ máy 5 trục vận hành như thế nào và vận hành ra sao. Nhưng với vô số cấu trúc máy đa dạng như vậy, khi gia công nó sẽ thể hiện những đặc điểm gì? So với máy 3 trục truyền thống, nó có những ưu điểm gì? Tiếp theo, hãy cùng xem máy 5 trục có những điểm nổi bật nào. Nhiều ưu điểm của gia công 5 trục Khi nói đến đặc điểm của máy 5 trục, cần so sánh với các thiết bị 3 trục truyền thống. Trong sản xuất, các thiết bị gia công 3 trục khá phổ biến, bao gồm các loại đứng, nằm và dạng cổng. Các phương pháp gia công thường gặp là gia công bằng mũi dao phay đứng, gia công bằng lưỡi bên; gia công mô phỏng bằng dao đầu tròn, v.v. Tuy nhiên, dù là dạng nào hay phương pháp nào thì đều có một đặc điểm chung: trong quá trình gia công, hướng của trục dao luôn giữ nguyên, máy chỉ có thể thực hiện chuyển động của dao trong hệ tọa độ vuông góc không gian thông qua nội suy của ba trục tuyến tính X, Y, Z. Vì vậy, khi đối mặt với những sản phẩm dưới đây, máy 3 trục bộc lộ nhược điểm hiệu suất thấp, chất lượng bề mặt gia công kém, thậm chí không thể gia công. So với thiết bị gia công CNC 3 trục, máy CNC 5 trục liên động có những ưu điểm sau: 1. Duy trì trạng thái cắt gọt tối ưu của dao, cải thiện điều kiện cắt gọt Như hình trên, ở hình bên trái, khi gia công 3 trục, nếu dao cắt di chuyển về phía đỉnh hoặc mép phôi thì trạng thái cắt gọt dần trở nên kém đi. Để duy trì trạng thái cắt gọt tối ưu tại vị trí này, cần phải xoay bàn làm việc. Còn nếu muốn gia công hoàn chỉnh một mặt phẳng không đều, buộc phải xoay bàn làm việc nhiều lần theo các hướng khác nhau. Có thể thấy, máy 5 trục còn giúp tránh tình trạng tốc độ tuyến tính tại điểm trung tâm của dao phay đầu tròn bằng 0, từ đó đạt được chất lượng bề mặt tốt hơn. 2. Hiệu quả tránh được sự cản trở giữa dao và phôi Như hình trên, đối với các chi tiết như bánh cánh, lá cánh và đĩa cánh liền khối được sử dụng trong ngành hàng không – vũ trụ, do sự cản trở nên các thiết bị 3 trục không thể đáp ứng yêu cầu công nghệ. Trong khi đó, máy 5 trục lại có thể đáp ứng. Đồng thời, máy 5 trục còn cho phép sử dụng dao ngắn hơn để gia công, nâng cao độ cứng của hệ thống, giảm số lượng dao, đồng thời tránh việc phải chế tạo dao chuyên dụng. Đối với các chủ doanh nghiệp, điều này có nghĩa là máy 5 trục sẽ giúp bạn tiết kiệm chi phí mua dao! 3. Giảm số lần gá đặt, hoàn thành gia công 5 mặt chỉ trong một lần gá Như hình trên, có thể thấy trung tâm gia công 5 trục còn giúp giảm việc chuyển đổi chuẩn, nâng cao độ chính xác gia công. Trong thực tế, chỉ cần một lần gá đặt, độ chính xác gia công dễ dàng được đảm bảo hơn. Đồng thời, do chuỗi quy trình được rút ngắn và số lượng thiết bị giảm, số lượng đồ gá, diện tích nhà xưởng cũng như chi phí bảo dưỡng thiết bị cũng giảm theo. Điều này có nghĩa là bạn có thể hoàn thành gia công hiệu quả hơn, chất lượng cao hơn với ít đồ gá hơn, diện tích nhà xưởng nhỏ hơn và chi phí bảo dưỡng thấp hơn! Như hình, máy 5 trục có thể sử dụng phương pháp cắt bằng lưỡi bên của dao, nhờ đó hiệu suất gia công cao hơn. 5. Rút ngắn chuỗi quy trình sản xuất, đơn giản hóa quản lý sản xuất Việc gia công hoàn chỉnh bằng máy CNC 5 trục giúp rút ngắn đáng kể chuỗi quy trình sản xuất, từ đó đơn giản hóa công tác quản lý và lập kế hoạch sản xuất. Phôi càng phức tạp thì lợi thế của nó so với phương pháp sản xuất phân tán theo từng công đoạn truyền thống càng rõ rệt. 6. Rút ngắn chu kỳ nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới Đối với các doanh nghiệp trong lĩnh vực hàng không – vũ trụ, ô tô, v.v., một số chi tiết sản phẩm mới và khuôn mẫu tạo hình có hình dạng rất phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao. Do đó, các trung tâm gia công CNC 5 trục với tính linh hoạt cao, độ chính xác cao, khả năng tích hợp cao và chức năng gia công hoàn chỉnh có thể giải quyết tốt các vấn đề về độ chính xác và thời gian gia công các chi tiết phức tạp trong quá trình R&D sản phẩm mới, từ đó rút ngắn đáng kể chu kỳ R&D và nâng cao tỷ lệ thành công của sản phẩm mới. Tóm lại, máy 5 trục thực sự có vô số ưu điểm, nhưng việc kiểm soát tư thế dao, hệ thống điều khiển số, lập trình CAM và xử lý hậu kỳ của máy 5 trục đều phức tạp hơn nhiều so với máy 3 trục! Đồng thời, khi nói đến máy 5 trục, không thể không nhắc đến vấn đề “5 trục thật” và “5 trục giả”. Chúng ta đều biết rằng sự khác biệt lớn nhất giữa 5 trục thật và 5 trục giả nằm ở chức năng RTCP. Vậy RTCP là gì, nó được hình thành như thế nào và được ứng dụng ra sao? Sau đây, chúng ta sẽ kết hợp cấu trúc máy và lập trình, xử lý hậu kỳ để tìm hiểu cụ thể về RTCP, khám phá bản chất thực sự của nó. 03 Về RTCP RTCP, trong các hệ thống CNC 5 trục cao cấp, được hiểu là Rotated Tool Center Point, tức là chức năng theo dõi điểm đầu dao mà chúng ta thường gọi. Trong gia công 5 trục, khi theo đuổi quỹ đạo của điểm đầu dao và tư thế giữa dao và phôi, do chuyển động quay nên xuất hiện chuyển động phụ của điểm đầu dao. Điểm điều khiển trong hệ thống điều khiển số thường không trùng với điểm đầu dao, vì vậy hệ thống điều khiển số phải tự động hiệu chỉnh điểm điều khiển để đảm bảo điểm đầu dao di chuyển theo đúng quỹ đạo đã được lập trình. Trong ngành còn có những thuật ngữ như TCPM, TCPC hay RPCP để chỉ chức năng tương tự. Thực ra, các tên gọi này đều có định nghĩa chức năng tương tự RTCP; xét theo nghĩa nghiêm ngặt, chức năng RTCP được áp dụng trên các cấu trúc đầu dao kép, dùng điểm trung tâm quay của đầu dao để bù trừ. Còn chức năng tương tự RPCP chủ yếu được áp dụng trên các máy có cấu trúc bàn xoay kép, dùng để bù trừ sự thay đổi tọa độ của các trục tịnh tiến do phôi quay gây ra. Thực ra, các chức năng này đều cùng mục đích: giữ cho điểm trung tâm của dao và điểm tiếp xúc thực tế giữa dao và bề mặt phôi không thay đổi. Vì vậy, để thuận tiện cho việc diễn đạt, trong bài viết này chúng ta thống nhất gọi chung các công nghệ này là công nghệ RTCP. Vậy chức năng RTCP được hình thành như thế nào? Nhiều năm trước, khi máy 5 trục mới bắt đầu phổ biến trên thị trường, khái niệm RTCP được các nhà sản xuất máy quảng bá rầm rộ. Lúc đó, chức năng RTCP giống như một chiêu trò “công nghệ vì công nghệ”, nhiều người chỉ quan tâm và thổi phồng về bản thân công nghệ này. Thực ra, chức năng RTCP hoàn toàn ngược lại: nó không chỉ là một công nghệ tốt, mà còn là một công nghệ mang lại lợi ích và giá trị cho khách hàng. Những máy có công nghệ RTCP (tức là những máy 5 trục thật theo cách gọi trong nước) cho phép người vận hành không cần phải căn chỉnh chính xác phôi với trục tâm của bàn xoay; chỉ cần gá đặt tùy ý, máy sẽ tự động bù trừ sai lệch, từ đó giảm đáng kể thời gian phụ trợ và đồng thời nâng cao độ chính xác gia công. Đồng thời, việc xử lý hậu kỳ cũng đơn giản hơn, chỉ cần xuất ra tọa độ và vectơ của điểm đầu dao là đủ. Như đã nói trước đó, về mặt cấu trúc cơ khí, máy CNC 5 trục chủ yếu có các cấu trúc như đầu dao kép, bàn xoay kép, một đầu dao – một bàn xoay, v.v. Phần sau, chúng ta sẽ lấy ví dụ về hệ thống CNC 5 trục cao cấp có bàn xoay kép để giới thiệu chi tiết về chức năng RTCP. Trong máy 5 trục, người ta định nghĩa khái niệm trục thứ tư và trục thứ năm: trong cấu trúc bàn xoay kép, sự quay của trục thứ tư ảnh hưởng đến tư thế của trục thứ năm, còn sự quay của trục thứ năm không ảnh hưởng đến tư thế của trục thứ tư. Trục thứ năm là tọa độ quay nằm trên trục thứ tư. Vậy, sau khi đọc phần định nghĩa, chúng ta hãy cùng giải thích. Như hình trên, trục thứ tư của máy là trục A, trục thứ năm là trục C. Phôi được đặt trên bàn xoay của trục C. Khi trục A quay, vì trục C được lắp trên trục A nên tư thế của trục C cũng bị ảnh hưởng. Tương tự, đối với phôi đặt trên bàn xoay, nếu chúng ta lập trình cắt gọt bằng điểm trung tâm của dao, thì sự thay đổi tọa độ quay tất yếu sẽ dẫn đến sự thay đổi tọa độ của các trục tịnh tiến X, Y, Z, tạo ra một sự dịch chuyển tương đối. Và để loại bỏ đoạn dịch chuyển này, máy bắt buộc phải bù trừ; RTCP chính là chức năng được tạo ra để loại bỏ sự bù trừ này. Vậy máy sẽ bù trừ đoạn dịch chuyển này như thế nào? Tiếp theo, chúng ta sẽ phân tích xem đoạn dịch chuyển này được tạo ra như thế nào. Theo phần trước, chúng ta đã biết rằng sự thay đổi tọa độ quay đã dẫn đến sự dịch chuyển tọa độ của các trục tịnh tiến. Vì vậy, việc phân tích tâm quay của các trục quay trở nên vô cùng quan trọng. Đối với các máy có cấu trúc bàn xoay kép, điểm điều khiển của trục C – tức là trục thứ năm – thường nằm tại tâm quay của mặt bàn làm việc. Còn trục thứ tư thường chọn điểm giữa của trục thứ tư làm điểm điều khiển. Hệ thống điều khiển số, để thực hiện điều khiển 5 trục, cần biết mối quan hệ giữa điểm điều khiển của trục thứ năm và điểm điều khiển của trục thứ tư. Tức là, ở trạng thái ban đầu (hai trục A và C của máy ở vị trí 0), trong hệ tọa độ quay của trục thứ tư với điểm điều khiển là gốc, vị trí của điểm điều khiển trục thứ năm được biểu thị bằng vector [U, V, W]. Đồng thời, cũng cần biết khoảng cách giữa hai trục A và C. Đối với các máy có bàn xoay kép, ví dụ như hình dưới đây. Đến đây, mọi người có thể thấy rằng, đối với những máy có chức năng RTCP, hệ thống điều khiển sẽ giữ cho điểm trung tâm của dao luôn nằm đúng vị trí đã được lập trình. Trong trường hợp này, việc lập trình là độc lập, không phụ thuộc vào chuyển động của máy. Khi bạn lập trình trên máy, không cần lo lắng về chuyển động của máy hay chiều dài dao; điều bạn cần quan tâm chỉ là chuyển động tương đối giữa dao và phôi. Phần còn lại, hệ thống điều khiển sẽ tự hoàn thành giúp bạn. Lấy ví dụ: Như hình trên, khi không có chức năng RTCP, hệ thống điều khiển không tính đến chiều dài dao.Dao cắt quay quanh tâm trục. Đỉnh dao sẽ dịch chuyển ra khỏi vị trí ban đầu và không còn cố định nữa. Như hình trên, khi chức năng RTCP được bật, hệ thống điều khiển chỉ thay đổi hướng của dao, trong khi vị trí đỉnh dao vẫn giữ nguyên. Các chuyển động bù đắp cần thiết trên các trục X, Y, Z đã được tính toán tự động. Vậy đối với các máy công cụ năm trục và hệ thống CNC không có RTCP thì làm thế nào để giải quyết vấn đề sai lệch tọa độ của các trục thẳng? Chúng ta biết rằng hiện nay nhiều máy CNC năm trục và hệ thống trong nước thuộc loại “năm trục giả”. Cụm từ “năm trục giả” thực chất chỉ những máy công cụ không có chức năng RTCP. Việc phân biệt giữa “năm trục thật” và “năm trục giả” không dựa vào hình dáng bên ngoài hay việc có liên kết đồng thời cả năm trục hay không; bởi lẽ ngay cả máy năm trục giả cũng có thể thực hiện gia công liên hợp năm trục. Điểm khác biệt chính của năm trục giả là nó không có thuật toán RTCP như ở năm trục thật, tức là khi lập trình cho năm trục giả phải tính đến chiều dài dao động của trục chính và vị trí của bàn xoay. Điều này có nghĩa là khi lập trình trên hệ thống CNC và máy công cụ năm trục giả, người dùng buộc phải dựa vào phần mềm CAM và công nghệ hậu xử lý để lên kế hoạch trước đường chạy dao một cách chi tiết. Cùng một chi tiết, nếu thay đổi máy công cụ hoặc thay đổi dao thì đều phải tiến hành lập trình CAM và hậu xử lý lại từ đầu. Hơn nữa, khi gá đặt phôi trên máy năm trục giả, cần phải đảm bảo phôi nằm đúng tại tâm quay của bàn máy; đối với người vận hành, điều này đồng nghĩa với việc phải dành rất nhiều thời gian cho việc gá đặt và căn chỉnh, mà độ chính xác thì lại khó đảm bảo. Ngay cả khi thực hiện gia công chia độ, máy năm trục giả cũng gây nhiều phiền toái hơn. Trong khi đó, với năm trục thật, chỉ cần thiết lập một hệ tọa độ duy nhất và thực hiện một lần căn dao là có thể hoàn thành toàn bộ quá trình gia công. Hình dưới đây lấy ví dụ về cài đặt trong trình biên tập hậu xử lý của NX để minh họa cách chuyển đổi tọa độ trong trường hợp năm trục giả: Như hình trên, năm trục giả dựa vào công nghệ hậu xử lý để biểu thị mối quan hệ về vị trí tâm giữa trục thứ tư và trục thứ năm của máy, qua đó bù trừ sự dịch chuyển của các trục quay đối với tọa độ của các trục thẳng. Chương trình CNC được tạo ra không chỉ bao gồm các điểm tiếp cận lập trình mà còn tích hợp các phép bù đắp cần thiết trên các trục X, Y, Z. Cách xử lý như vậy không những dẫn đến độ chính xác gia công kém, hiệu suất thấp, mà còn khiến chương trình tạo ra thiếu tính phổ dụng, đồng thời đòi hỏi chi phí nhân lực rất cao. Ngoài ra, do thông số quay của mỗi máy khác nhau nên cần có các file hậu xử lý tương ứng, điều này gây ra rất nhiều bất tiện cho sản xuất. Hơn nữa, chương trình do năm trục giả tạo ra không thể sửa đổi, vì vậy việc lập trình thủ công cho năm trục cơ bản là gần như không khả thi. Đồng thời, vì không có chức năng RTCP nên nhiều tính năng nâng cao của năm trục như bù dao năm trục cũng không thể sử dụng. Thực ra, đối với máy công cụ năm trục, đây chỉ là một công cụ giúp chúng ta đạt được kết quả gia công; không có khái niệm “thật” hay “giả”. Điều quan trọng là quy trình gia công của chúng ta sẽ quyết định nên lựa chọn phương thức gia công nào; xét về mặt tương đối, máy năm trục thật có tính kinh tế cao hơn.

03

2020

/

12

< 123 >