Поворотный стол чпу 4 ая ось
Обновлено: 18.05.2024
Программирование по четырем осям осуществляется достаточно просто, благодаря все тем же g-кодам, необходимым для 3-х осевой обработки с ЧПУ.
Вот схема, которая наглядно показывает векторы движения по осям.
Первые 3 оси — это знакомые оси X, Y и Z. Оси A и B — это потенциальные 4-е оси. Если у станка есть и то, и другое, это 5-осевой станок с ЧПУ.
Другими словами, вы можете установить свою 4-ю ось как ось A или ось B. Как правило, ось A вращается вокруг оси X станка, а ось B вращается вокруг оси Y станка. Но на практике, поскольку 4-я ось обычно съемная, вы будете называть ее осью A независимо от того, выставлена ли она по X или Y. Выравнивание по X или Y — это просто решение, которое вы примете в зависимости от выполняемой вами работы.
Предположим, вы решили установить свою 4-ю ось как «A». Тогда вы можете просто сослаться на это в G-Code. Так, например, вы можете повернуть в положение 0 с помощью «A0».
А как насчет единиц?
Перемещения по осям X, Y и Z выражаются в дюймах или мм в зависимости от действующей системы единиц.
Для осей вращения (которые вы будете использовать только на 4- или 5-осевом станке) мы не используем размеры для единиц измерения, мы используем углы, обычно в градусах. Например, поворот 4-й оси в положение 90 градусов можно выполнить как A90.
Инкрементальные и абсолютные и смещения
С большинством элементов управления координаты 4-й оси получают все возможности, доступные при использовании обычных координат. Так, например, вы можете использовать абсолютные или относительные координаты .
Рабочие смещения будут содержать не только XYZ, но и координату 4-й оси. Вы можете представить, что если у вас есть крепежная плита с креплениями с 4 сторон, вам может потребоваться настроить 4 рабочих смещения, соответствующих каждой из 4 сторон плиты. И, если у вас есть 4 детали с каждой стороны, у вас также может быть 4 стороны, умноженные на 4 детали, или 16 рабочих смещений.
С этими 16 рабочими смещениями вы можете создать 1 программу обработки детали в вашем программном обеспечении CAM. Затем, настроить ее как подпрограмму , установить рабочую координату, вызвать подпрограмму детали, установить следующую рабочую координату, вызвать подпрограмму и т. д., Чтобы сделать все 16 частей.
Поиск нуля в 4-осевой обработке с ЧПУ
Нулевая точка, конечно же, является источником при программировании вашей детали. Это 0, 0, 0, в вашей программе CAD или исходная точка в программе CAM.
При программировании 4-й оси часто бывает удобно иметь нулевую точку на каждой проиндексированной стороне крепежной плиты. Таким образом, вы можете использовать рабочие смещения, как описано выше.
Это имеет смысл для индексирования с ЧПУ по 4 осям. Но при непрерывной обработке по 4-й оси может быть более разумным, чтобы ось, на которой вращается 4-я ось, была равна 0.
Чтобы выбрать нулевую деталь для непрерывной обработки, вы должны хорошо знать свое программное обеспечение CAM.
Программирование по четырем осям для непрерывной работы
Это подводит меня к обсуждению программирования для непрерывной работы 4-й оси.
Это самый сложный вид 4-х осевой обработки с ЧПУ. Это не то, что вы обычно делаете вручную, используя g-код. Вместо этого вы воспользуетесь одним из двух видов программного обеспечения.
Программное обеспечение 4 Axis Wrapper
Программное обеспечение 4 Axis Wrapper — это самый простой способ выполнить программирование по четырем осям. По сути, вы программируете работу на плоской плоскости XYZ. Например, вы можете создать текстовую гравюру. Программное обеспечение 4 Axis Wrapper преобразует этот g-код, чтобы он был обернут вокруг цилиндра определенного диаметра.
Но я предпочитаю использовать современные CAM программы такие как Fusion 360 или PowerMill. Они могут выполнять «обертывание» по 4-й оси.
Программное обеспечение 4 Axis CAM
Программное обеспечение Wrapper может быть полезным, но очевидно, что оно имеет множество ограничений. Для выполнения истинной 4-х осевой непрерывной обработки требуется программное обеспечение CAM, поддерживающее 4 оси.
Вот пара видео, где мы можем увидеть программирование по четвертой оси с помощью разных CAM программ.
Четвертая ось на ЧПУ станке. Зачем нужна и как ее использовать.
Обработка на 4-й оси — интересная и важная часть мира фрезерования с ЧПУ. На самом деле компания Haas приступила к созданию 4-й оси еще до того, как выпустила полноценные станки с ЧПУ. Эта серия статей поможет новичкам понять, как и почему четвертая ось используется на фрезерных станках с ЧПУ. Для начала давайте рассмотрим, для чего используется 4-я ось.
Если вы новичок в ЧПУ, вам может показаться, что 4-я ось используется так же, как поворотный стол для ручной обработки. Действительно, есть много проектов, в которых кто-то преобразовал ручное вращение в 4-ю ось. В этой идее есть доля истины, но в основном это не так.
Большая часть обработки по 4-й оси связана с резкой элементов по дуге, что трудно сделать на ручном станке. С ЧПУ резать по дуге очень просто — для этого и предназначены коды G02 и G03. Бывают случаи, когда мы выполняем непрерывную обработку с 4-й осью. Другими словами, чтобы фреза обрабатывает, когда четвертая ось поворачивается. Но есть и много других задач. Давайте рассмотрим три основные из них.
Шаговое перемещение 4-й оси для доступа
В первую очередь следует поговорить об этом термине «шаговое перемещение». Четвертая ось обычно используется либо в режиме «шагового перемещения», либо в «непрерывном» режиме. При первом резка не происходит до тех пор, пока 4-я ось не будет остановлена (и часто заблокирована каким-либо тормозом). Фактически в этом режиме она используется только для поворота с фиксированными приращениями в градусах, а не для непрерывного вращения в любое желаемое положение. В то время как «непрерывный» означает, что обработка происходит во время вращения детали. Например, для изготовления кулачка.
Вы можете задаться вопросом: «Зачем вообще использовать что-то, кроме непрерывной обработки?» Будьте уверены — есть множество полезных способов воспользоваться преимуществами коррекции. Кроме того, для программирования непрерывной обработки вам понадобится гораздо более совершенное программное обеспечение CAM. Зачастую, огромная часть работы (возможно, даже бОльшая часть работы по 4-й оси) выполняется просто с помощью шагового перемещения.
Самый очевидный случай — это улучшить доступ к детали. Предположим, вы делаете что-то сложное, например шестеренку:
Четвертая ось перемещает каждый зуб в нужное положение, останавливается, а затем фреза делает проход взад и вперед, пока зуб не будет готов.
Шестерни — это своего рода крайний случай, потому что было бы трудно представить, как их сделать, если бы мы не могли использовать шаговое перемещение. Но есть и более простые случаи, когда такой режим также чрезвычайно полезен. Предположим, у вас есть деталь вроде корпуса дроссельной заслонки, в которой со всех сторон есть отверстия. Вы можете построить приспособления и выполнить кучу установов, по одному для каждой стороны. Или вы также можете использовать 4-ю ось для обработки сторон, чтобы за один установ можно было обработать более одной плоскости.
Использование 4-й оси для большего количества деталей
Многие говорят, что горизонтальные обрабатывающие центры могут быть намного более производительными, чем вертикальные. Одна из причин этого заключается в том, что заготовки легче держать на горизонтальной плоскости, поскольку сила тяжести помогает. Но еще одна причина в том, что почти любой горизонтальный ЧПУ станок имеет опцию 4-й оси.
Четвертая ось горизонтального чпу
На фото показан отличный пример продуктивности работы со горизонтальными ЧПУ. Снаряжается плита, представляющая собой большой вертикальный кусок чугуна, на котором детали держатся во время обработки. В это время станок занят резкой новых деталей на другой плите в станке. Можно даже изготавливать несколько деталей на одной плите. Это мощный метод повышения производительности цеха, но он не ограничивается строго горизонтальными станками.
Вы также можете прикрепить поддон на вертикальный ЧПУ. Там просто меньше свободного пространства, поэтому вам понадобятся относительно «плоские» детали, чтобы использовать его.
4-я осевая непрерывная обработка
А теперь самое интересное: непрерывная обработка 4-й оси. В этом видеоролике обрабатываемой лопатки турбины разница между непрерывной обработкой и шаговым перемещением довольно очевидна:
У непрерывной обработки есть несколько преимуществ. Во-первых, вы можете обрабатывать детали, которые в противном случае были бы невозможны. Самое близкое, что возможно без непрерывной обработки — это сделать большое количество фиксированных шагов и использовать траектории 3D-контурной обработки. Это может быть удивительно эффективным, но редко заменяет, полноценную непрерывную обработку.
Второе преимущество проявляется при профилировании с помощью фрезы с шаровой головкой. У нее есть недостаток: чем ближе вы подходите к кончику, тем медленнее вращаются зубцы. Это звучит нелогично, но просто представьте этот наконечник как серию концентрических кругов на разной высоте. Те, что у кончика, представляют собой меньшие круги, их окружность короче, но они вращаются с той же скоростью, что и большие круги вверху. Следовательно, наконечник движется медленнее. Идеально точный наконечник на самом деле вообще не движется, поскольку это круг с нулевым радиусом.
Это наблюдение приводит к типу обработки под названием «Sturz Milling». В этом методе вы используете 4-ю ось, чтобы позволить шаровой головке подноситься к заготовке под углом, поэтому сторона шара используется больше, чем острие:
Шаровая фреза
Это не только обеспечивает более быстрое фрезерование (возможны более высокие скорости подачи), но и улучшает качество поверхности и даже увеличивает срок службы инструмента.
Четвертая ось. Обработка «намоткой»
Особый случай непрерывной обработки по 4-й оси, который называется обертыванием. Представьте, что вы хотите выгравировать текст на боковой стороне цилиндра. Вы могли бы сделать гравировку 2D на плоской поверхности, и если бы у вас был способ «обернуть» эту гравировку вокруг цилиндра, все получилось бы идеально. Оказывается, есть способы сделать это. Например от программные утилиты и опции в вашем программном обеспечении CAM. Или подключение оси Y к вашей 4-й оси, что позволит оборудованию думать, что оно обрабатывает плоскую поверхность.
Четвертая ось своими руками
Варианты установки заготовок для четвертой оси
Варианты установки заготовок для четвертой оси разнообразны и имеют свои плюсы и недостатки. Давайте рассмотрим основные из них.
Варианты установки заготовок. Крепежные плиты
Крепежная плита для четвертой оси равнозначны по своему предназначению крепежным плитам для обычного трехосевого станка. Есть много разных форм и размеров крепежных плит, доступных для 4-й оси. Вот один, который я показывал ранее на большой горизонтальной фрезерной установке:
Вот аналогичная версия от HAAS для вертикальной фрезерной установки:
Крепежная плита на вертикальном станке
Цели крепежных плит обычно заключаются в том, чтобы получить доступ к большему количеству деталей, большему количеству сторон, и сделать так, чтобы погрузка частей в машину и из машины происходила быстро. Обычно устанавливаете детали на крепежные пластины, когда станок работает, и как только она останавливается, вы меняете либо крепежные пластины, либо всю крепежную плиту, чтобы машина снова заработала.
Как крепежная плита увеличивает рабочую зону на ЧПУ с 4-й осью?
Крепежные плиты — обычное дело для горизонтальных обрабатывающих центров (ГОЦ), но на вертикальных(ВОЦ) их можно встретить гораздо реже. Возможно, это потому, что они просто встроены во многие ГОЦ на заводе, в то время как на ВОЦ вы должны настроить ее, используя 4-ю ось. Вопрос: в чем их ценность?
Есть правило, о том, что вы не получите максимальной отдачи от вашего станка с ЧПУ, пока не настроите работу так, чтобы каждый квадратный сантиметр доступной области стола использовался для изготовления деталей. Другими словами, изготавливайте как можно больше деталей для каждой установки. Например, если полагаться только на одни тиски для механической обработки, это может означать, что большая часть доступной площади стола будет потрачена впустую. Установите на стол двое тисков (вы получаете 2 детали на установку) или двое двойных тисков (чтобы получить 4 детали на каждую установку). Суть в том, сколько деталей станок может «проглотить» для каждого установа. Чем больше, тем лучше, потому что ваше время настройки, для всех частей, неизменно будет меньше для каждой части.
Имея это в виду, почему бы не подумать об этой крепежной плите на 4-й оси как об увеличении площади поверхности стола?
Теперь рассмотрим крепежную плиту, подобное изображенному выше. Это как иметь 4 стола меньшего размера. На самом деле ее составляет 100 мм, а длина — 350 мм, поэтому, посчитав все 4 стороны, вы получите 100 x 100 x 350 = 3 500 000 квадратных мм. Это на 22% больше площади стола данного станка.
Кроме того, мы можем обработать 3 грани на каждой детали. Обычно это занимает 3 установа, что отнимает намного больше времени. Довольно круто, да? В зависимости от того, сколько дополнительного времени на настройку требуется для этой схемы по сравнению с использованием стола, мы, вероятно, сделали нашу работу более прибыльной. Возможно, совсем немного.
Можем ли мы сделать лучше, чем это?
Предположим, у нас есть плита длиной 500 мм, соответствующее длине стола станка. Да, нам может понадобиться большая крепежная пластина, чтобы для 4-й оси и задней бабки было место на столе, но это выполнимо. Используя ту же математику, мы получим 100 x 100 x 500 стороны = 5 000 000 квадратных мм, или 5 квадратных метров. Вдумайтесь это размер кухни в хрущевке! Теперь у нас на 68% больше доступной площади. На 68% больше деталей каждый раз, когда мы нажимаем кнопку «старт».
Предположим, мы создали нашу собственную «Крепежную плиту» из куска чугуна толщиной 30мм. Теперь предположим, что высота от стола до центра, 4-й оси составляет 100 мм, получается мы сможем закрепить плиту шириной 200мм. Мы сделаем ее длиной 500 мм и используем две стороны. Наша общая площадь теперь составляет 200 мм x 500 м x 2 стороны = 200 000 квадратных мм. Это почти так же хорошо, как и в предыдущем примере.
Что, если у нас есть треугольная плита, которая просто вписывается в круг стола? Без проблем. Математика говорит, что каждая из трех граней треугольного надгробия будет иметь размер 180 мм, поэтому у нас получится 90 x 500 x 3 = 270000 квадратных мм.
Когда вы смотрите на это с этой точки зрения, нетрудно увидеть, как 4-я ось с крепежной плитой может увеличить доступную площадь для деталей в каждом установе и сделать доступными больше граней детали для обработки.
Варианты установки заготовок. 4-я ось + токарные патроны
Для круглых деталей и для многих вещей, которые вращаются вокруг, токарный инструмент — это то, что нужно. В конце концов, он оптимизирован для удержания заготовки вдоль вращающейся оси. Следовательно, очень часто на вашей 4-й оси устанавливаются токарные патроны:
Токарный патрона для четвертой оси
Принципы применения того какой патрон использовать в токарном станке, работают для 4-х осей на фрезерных станках. Несколько лет назад я нашел диаграмму , которая мне пригодилась при токарных работах, и мы также можем сослаться на нее здесь:
| Методика | Точность | Повторяемость | Удобство | Заметки |
| Самоцентрирующийся патрон с 3 кулачками | Низкий | Низкий | Высокая | Обычный, дешевый, простой. Низкая точность, низкая повторяемость, если вы снимаете заготовку и возвращаете ее обратно. |
| 4-кулачковый патрон | Высокая | Высокая | Средняя | Индивидуальная регулировка губок может занять много времени, но в результате вы получите высокую точность. Может удерживать детали со смещением для поворота кулачков или эксцентриков. Вмещает ложу нестандартной формы, квадратную или прямоугольную форму. |
| 6-кулачковый самоцентрирующийся патрон | Средняя | Средняя | Высокая | Лучше всего подходит для тонкостенных работ или захвата обработанных краев заготовки. Очевидно, хорошо для шестигранных заготовок. |
| Поворот лицевой панели | Зависит от настроек | Середина | Низкий | Отлично подходит для нестандартных форм. Включает зажимы, как установка для фрезерования. Могут потребоваться противовесы, чтобы сохранять равновесие. |
| Переход между центрами | Высокая | Высокая | Низкий | Высокая точность, позволяет возвращать деталь между центрами с очень высокой повторяемостью. |
| Постоянное лицевое вращение | Высокая | Высокая | Высокая | Современная альтернатива повороту между центрами. Вместо использования упоров токарного станка, которые неудобно настраивать, система постоянного торца использует гидравлическую или другую силу для захвата и приведения в движение конца шпинделя. |
| Цанговый патрон | Высокая | Высокая | Высокая | Быстрая, высокая точность, высокая воспроизводимость, хороший захват, маловероятно повредить заготовку, захват распространяется на большой площади. Дорогие патроны и цанги. Обрабатывает ограниченную длину. Заготовка должна быть круглой и почти точно соответствовать размеру цанги. |
| Расширяющиеся оправки | Высокая | Высокая | Высокая | Они работают изнутри наружу, а не снаружи внутрь, но в остальном очень похожи на цанги. |
«Повторяемость» относится к легкости, с которой вы можете удалить деталь и поместить ее обратно в патрон в точно таком же положении, чтобы вы могли продолжить обработку. Это важный фактор, который следует учитывать, но обычно не так важен для работы с 4-й осью, как для токарной обработки. Например, при токарной обработке вам часто приходится менять сторону деталиили вам, возможно, придется взять существующую деталь и поместить ее в токарный станок, чтобы переделать. С 4-й осью вы часто будете просто вставлять кусок сырья, и в этом случае повторяемость не имеет значения. Отсюда повсеместное распространение относительно неповторимого 3-кулачкового патрона для работы на 4-й оси.
Переключение между центрами происходит довольно часто с 4-й осью просто потому, что вы должны убедиться, что вы поддерживаете любую часть со значительным вылетом в конце. Насколько важно? Меня учили, что 3 или 4 диаметра — это примерно столько, сколько вам нужно, чтобы повесить патрон на токарном станке, прежде чем вы начнете искать дополнительную опору.
Цанги действительно хороши для токарных работ (отсюда повсеместное распространение старых токарных станков Hardinge и их системы цанговых патронов 5C). Они получают высокие оценки практически по каждому аспекту. Неслучайно в оригинальной Haas 4th Axis был индексатор 5C:
Оригинальная 4-я ось Haas включала индексатор цанговых патронов 5C
Возможно, самым большим недостатком цанг 5C является то, что они подходят только для деталей относительно ограниченного диаметра.
Варианты установки заготовок. Тиски 4-й оси
Как насчет возможности вставить обычные фрезерные тиски в 4-ю ось? На самом деле как праило в четвертую ось устанавливаются не обычные тиски, а более универсальные, по сути, система крепления.
Они очень хороши, но вам нужно убедиться, что их имеет смысл использовать для вашей 4-й оси. В частности, доступ к детали будет ограничен доступом, который вы можете получить от тисков. Таким образом, вы хотели бы использовать тиски на своей 4-й оси в основном потому, что они очень просты, знакомы и позволяют получить доступ к 3 сторонам работы, а не только к верхней части в одном установе.
Обратите внимание, что на большом крепежной плите с на горизонтально ориентированном станке вы можете установить несколько тисков с 4 сторон плиты и даже больше, чем по одним с каждой стороны. Это создает большую емкость!
Заключение
Оснащение и ремонт — это всегда искусство, которому стоит хорошо научиться. Я всегда ищу умные сетапы и приспособления, и вам советую. 4-я ось открывает совершенно новые возможности для обработки и настройки.
Читайте также: