5축 CNC 공작 기계가 6축 연결이 아닌 5축 연결인 이유는 무엇입니까?

제품 설명

공작 기계가 모든 각도 가공을 수행할 수 있는 근본적인 이유는 공구 또는 프로브가 모든 방향으로 공작물에 접근할 수 있기 때문입니다. 5개의 연결 축은 모든 각도 처리를 실현할 수 있는 연결 축의 최소 수입니다. 일반적으로 5개의 축만 적응 가능합니다. 이는 사용되는 연결축의 수가 적을수록 공작기계의 구조가 단순하고 콤팩트하며 공작기계의 동적 및 정적 강성을 확보하기 쉽기 때문이다. 동적 강성과 정적 강성은 매우 높은 정밀도가 요구되는 공작 기계에 매우 중요합니다.

우리 뇌에 남을 수 있는 생각이 있습니다. 3D 공간에서 객체는 6자유도(DF로 축약됨)를 갖습니다. 아래처럼.

이것은 오른손 좌표계입니다. 이 6개의 자유도(DF)는 X, Y 및 Z축을 따라 3개의 선형 자유도이고 X, Y 및 Z축을 따라 3개의 자유도입니다. 양의 회전 방향은 오른쪽 나선 규칙을 충족합니다. 아래처럼.

이 개념의 영향으로 인해 공작 기계는 어떤 방향으로든 가공해야 하는 경우 6자유도 또는 6축이 필요하다고 생각할 수 있습니다. 사실 물체의 자유도가 6도라고 해서 모든 각도 가공을 구현하기 위해 공작 기계가 6축으로 구성되어야 한다는 의미는 아닙니다. 이것이 이 질문의 핵심입니다.

복잡한 곡면이나 다방향 구멍으로 구성된 공작물을 가공할 때 기존의 3축 공작 기계가 사용됩니다. 도구가 모든 방향에서 공작물에 닿을 수 있도록 특수 고정 장치를 사용하고 프로세스를 많이 변경해야 합니다.

5축 링키지 CNC 공작 기계를 사용할 때 하나의 클램핑으로 복잡한 형상의 공작물을 고속, 고정밀 가공할 수 있습니다.

즉, 공구나 프로브는 어느 방향으로든 공작물에 접근할 수 있으며, 이는 공작 기계가 어떤 방향으로든 가공을 실현하는 핵심 포인트입니다.

공작 기계는 도구 또는 프로브의 위치와 자세를 제어하여 가공을 실현합니다. 따라서 핵심 포인트 또는 전제는 도구 또는 프로브의 위치와 자세를 설명하는 방법입니다.

3축 CNC 공작 기계

3축 CNC 공작 기계를 가공하는 동안 도구 또는 프로브의 위치는 변경되지만 자세는 고정됩니다. 예를 들어, 일반적인 수직 3축 공작 기계 가공에서 공구 방향은 Z축 앞으로입니다. 도구 또는 프로브의 위치와 자세는 X, Y 및 Z 선형 축의 좌표에 따라 결정될 수 있습니다.

5축 CNC 공작 기계

일반적으로 5축 공작 기계는 3축 공작 기계에 2개의 회전 축을 추가합니다. 일반적으로 A, B, C 축은 X, Y, Z 선형 축을 중심으로 회전하는 회전 축을 나타냅니다. 5축 공작 기계는 A, B, C의 두 축으로 구성됩니다.

위의 그림은 5축 기계의 실제 구성이 아니라 로터리 축과 선형 축 사이의 관계만 보여줍니다. 실제로 5축 공작기계의 회전축은 A와 B, 또는 A와 C, 또는 B와 C와 같은 두 개의 축 A, B, C로 구성된다.

이 두 개의 회전 축이 있기 때문에 5축 가공 과정에서 도구 또는 프로브의 위치와 자세가 변경됩니다. 분명히 도구 또는 프로브의 위치는 스핀들 기준점을 결정한 후 선형 축 X, Y, Z에 의해 결정될 수 있습니다. 물론 실제 작업에서는 회전 중심에서 공구 끝단까지의 거리와 회전 각도의 영향을 고려해야 합니다.

그러나 도구나 프로브의 자세는 어떻습니까?

가공 또는 테스트 중 도구 또는 프로브의 자세를 설명하기 위해 도구 축 벡터의 개념이 파생됩니다. 도구 축 벡터는 3차원 단위 벡터(i, j, k)입니다. 각 요소는 선형 축 X, Y, Z에 대한 도구 축 방향 단위 벡터의 투영 값에 해당합니다.

도구 축 벡터는 단위 벡터이고 모듈러스 길이는 1이므로 공간에서 도구 축 벡터 정점의 가능한 모든 위치는 반지름이 1인 구면을 형성합니다.

공간에서 동일선상에 있지 않은 두 축을 중심으로 공간에서 벡터를 회전하면 모든 도구 축 벡터 방향을 얻을 수 있습니다.

추상적으로 들리지만 일상 생활에 좋은 예가 있습니다. 위도와 경도, 즉 위 그림에서 φ와 θ입니다. 우리는 위도와 경도로 지구 표면의 모든 위치를 결정할 수 있습니다. 경도와 위도에 대한 좌표는 두 개뿐이며 이 두 좌표는 두 개의 수직 회전축의 각도로 설명할 수 있습니다.

아래 그림에서 구에서 한 점의 위치를 결정할 때 각 점은 두 좌표계로 설명할 수 있는 도구 축 벡터에 해당합니다.

1. 구좌표의 명시적 표현이라고도 하는 왼쪽 구면 좌표계를 사용합니다. 즉 경도와 위도는 두 좌표로 구성되어 있으므로 경도와 위도가 서로 독립적이므로 두 자유도에 해당합니다.

2. 오른쪽은 암시적 표현식이라고도 하는 XYZ 시스템을 사용합니다. 3개의 좌표를 포함하지만 여전히 2개의 자유도에 해당합니다. 이 세 좌표는 암시적 제약 조건으로 구성되어 있기 때문입니다.

x^2+y^2+z^2=1

따라서 두 회전축의 회전 각도는 구면의 특정 위치를 나타낼 수 있습니다. 결정된 구 위치의 전방 X, Y 및 Z 투영 값은 도구 또는 프로브 자세의 도구 축 벡터(i, j, k)를 설명하는 데 사용됩니다.

이러한 방식으로 두 축의 회전 각도와 공구 축 벡터 간에 일대일 대응이 설정됩니다. 실제 5축 가공에서 수치 시스템은 두 회전 축의 각 회전 각도를 얻습니다.

수치 프로그램의 도구 축 벡터에 따르면 운동학과 관련이 있습니다. 그런 다음 시스템은 선형 축의 좌표를 결합하여 2개의 로터리 축과 3개의 선형 축을 제어합니다. 도구나 프로브가 미리 정해진 위치와 자세로 이동할 수 있도록 합니다.

3축 공작 기계에 2개의 회전 축이 더 추가되는 한 널리 사용되지만 그다지 엄격하지는 않은 방법으로, 어떤 방향으로든 공작물에 접근하고 복잡한 곡면 처리를 실현하도록 도구를 제어할 수 있습니다.

공작기계가 3축 공작기계에 2개의 로터리축을 추가하고 수치제어시스템, 서보시스템, RTCP(회전공구중심점)를 적용하면 5축 동시가공이 가능하다. 그것은 5 축 연결 CNC 공작 기계라고합니다.

5축 공작 기계에 더 많은 연결 축을 사용하지 않는 이유는 무엇입니까?

한편, 5개의 연결축은 모든 각도에서 최소 가공을 구현하는 연결축입니다. 이전 단락에서 이유를 설명했습니다. 반면에 일반적으로 5개의 축만 사용됩니다. 동시에 샤프트가 적을수록 기계의 구조가 단순하고 충격력이 강할수록 기계의 동적 및 정적 강성을 확보하기가 더 쉽습니다. 고정밀도가 요구되는 CNC 공작기계에는 동적 강성과 정적 강성이 필수적입니다.

그러나 이것은 더 높은 샤프트 커플링의 탄생에 영향을 미치지 않습니다. 이러한 유형의 공작 기계는 주로 장애물 회피 또는 특수 최적화 목표를 달성하기 위해 생산됩니다. 최소한의 모터 전력과 같은. 이러한 특별한 요구 사항을 충족시키기 위해 동기 샤프트를 증가시키기 위해 동적 강성과 정적 강성을 희생하는 경우가 너무 많습니다.

5축 공작 기계가 앵글 가공을 실현하기 위해 5개의 연결 축만 필요로 하는 이유는 무엇입니까? 핵심은 두 개의 회전 자유도만 어떤 방향으로든 도구 축 벡터를 표현할 수 있다는 것입니다.

5축 가공에 대한 자세한 내용은 당사에 문의하십시오.