3+2 és 5 tengelyes megmunkálások a vezérlő/programozás szemszögéből

A hazai iparban is egyre gyakrabban kerül előtérbe az 5-tengelyes megmunkálás kérdése, melynek létjogosultságáról – megmunkálási szempontból – már írtunk korábban (Korábbi cikk az 5 tengelyes marásról). Amennyiben a megmunkálandó darabjaink indokolják a többtengelyes megmunkálást, akkor már csak megmunkálógépet illetve szoftvert kell beszereznünk, és máris kihasználhatjuk e technika előnyeit (elvileg). Ugyanakkor ha bármelyik beszerzésénél figyelmetlenek vagyunk, akkor érdekes meglepetések érhetnek bennünket. Vizsgáljuk meg most ennek a problémakörnek azt az alkotóelemét, amely a helyes “szerszámmozgás” biztosítja első sorban: az NC-gép vezérlőjét.

Elhatároztuk tehát, hogy mostantól többtengelyes marással végezzük el a megmunkálásainkat. Ekkor az első lépés, hogy egy erre alkalmas gépet kell vásárolnunk, vagy egy meglévőt felkészíteni erre. Ez általános esetben azt jelenti, hogy egy olyan marógépet állítunk üzembe, mely 3 lineáris + 1 vagy 2 forgótengellyel rendelkezik. Természetesen ettől eltérő lehetőségeink is vannak, hiszen ez csak a legelterjedtebb kinematikájú többtengelyes gép. (Vehetünk akár egy 6 forgótengelyes robotot is, de a robotprogramozás nem témája a cikknek. Lásd korábbi cikkünket a robot programozás kérdéseiről.) A korábbi 5-tengelyes cikkünk alapján el tudjuk dönteni, hogy megmunkálás jellege alapján folyamatos (szimultán) 5 tengelyes megmunkálást szeretnénk-e végezni a gépünkön, vagy “elég lesz” a 3+2 tengelyes megmunkálás.

A többtengelyes szerszámgépet beszerezhetjük készen is – vásárolunk egy 5 tengelyes gépet – de ettől még korántsem biztos, hogy szimultán 5 tengelyben tudunk majd marni! (Legalábbis nem úgy, ahogyan azt mi “elképzeltük”.) Attól ugyanis, hogy az autónak négy kereke van, még nem biztos, hogy mindegyiken van is hajtás is!

Előfordulhat az is, hogy egy meglévő 3 tengelyes gépre szerelünk fel további forgótengelyeket. Ennek leggyakrabban előforduló esete, mikor egy “osztófej-jellegű” forgótengelyt helyezünk fel a gép asztalára. (Persze ennél jóval komplexebb készülékek is beszerezhetők.) Az ilyenkor hatványozottabban fennáll annak a veszélye, hogy az így “feltuningolt” gépünkkel végképp problémás lesz a folyamatos 5 tengelyes megmunkálás, vagy akár a 3+2 tengelyes is.

A többtengelyes megmunkálásokról és gépekről az erről szóló cikksorozatunkban bővebben olvashatunk:

5-tengelyes megmunkálások – 1.rész

3+2 tengelyes megmunkálások – 2. rész

Szimultán 5-tengelyes marás – 3. rész

Mielőtt megvizsgálnák, hogy a vezérlés szemszögéből milyen szempontokra kell figyelnünk, ha 5 tengelyes gép beszerzése/építése mellett döntünk a vezérlés szemszögéből, ismerjünk meg 1 fontos fogalmat: a linearizáció.

A Linearizáció (RTCP – Rotation Tool Center Point vagy TCPM – Tool Center Point Management)

A megmunkálások során (célszerű okokból) legtöbbször a szerszám csúcspontját vezéreljük. Függőleges tengelyű megmunkálásoknál – mikor a szerszám tengelye (többnyire) a Z tengellyel párhuzamos – az egyik szerszámpályapontból a másikba mozgáshoz elegendő a vezérlőnek kiszámolnia (és végrehajtania) a kezdő és végpont XYZ koordináta-különbségének megfelelő irányú és mértékű lineáris tengelyelmozdulásokat. Ugyanakkor, ha azonban az egyik pontból egy másikba úgy kell eljutni a szerszám csúcsának, hogy közben a szárszámtengely iránya is megváltozik, akkor a lineáris tengely(ek)en kompenzáló mozgás szükséges ahhoz, hogy a szerszám érintési pontja az alkatrész megmunkálni kívánt felszínén maradjon. A lineáris tengelyeken szükséges kompenzációs mozgások kiszámítását nevezzük linearizációnak.

Linearization_N Linearization_Y

 
 

A linearizáció számítását elvégezheti a vezérlő – ezt a cél szolgálják az ún. RTCP illetve TCPM (vagy egyéb néven nevezett) funkciók a vezérlőkben – vagy “linearizálhatunk” úgy is, hogy az NC-program már tartalmazza a szükséges kompenzáló mozgásokat, illetve az ezek hatására módosult XYZ koordinátákat. Az utóbbi esetben az alkalmazott pályapontosságtól (és még sok más tényezőtől) függően a CAM-program (vagy annak posztprocesszora) olyan hosszú “kis egyenesekre” darabolja az NC programunkat, melyek mentén a linerizáció hiánya miatt kialakuló pozícióhiba kisebb mint a kívánt megmunkálási pontosság – ezt a megoldást szokás nevezni “szoftveres linearizációnak” is. Az RTCP-/TCPM-funkciók hiánya a régebbi, kevésbé modern (vagy olcsó!) szerszámgépekre jellemző, továbbá ilyenkor jóval több munka hárul magára a vezérlőre, hiszen az előbb említett “szoftveres linearizáció” során jelentősen nő az NC-mondatok száma is. Ez pedig a legtöbbször azt eredményezi, hogy a gép “beszaggat”, igencsak döcögve fogja végrehajtani az egyes mozgásokat, és ennek végzetes következményei lehetnek a végtermék felületi minőségére, de akár a megmunkálás gazdaságosságára is.

Ennek ismeretében térjünk vissza a gépválasztás/építés problémájára. Nézzük meg milyen alapesetekkel találkozhatunk!

1. 5 tengelyes gép, RTCP-/TCPM támogatással

Ez nyújtja a legrugalmasabb, legkevésbé problémás megoldást, és ez a legkönnyebben kezelhető gép is a programozás oldaláról nézve. Ilyenkor az esetben az NC-programjainkban továbbra is a szerszám csúcsát vezérelhetjük, (elvileg) változtathatjuk a szerszám kinyúlását (ütközés veszély!), és nem kell több pályapontot sem kiadnunk a pontatlanságok elkerüléséhez. Csak egyetlen dologról kell megbizonyosodnunk: a gépünk valóban (és nem csak papíron) támogatja az RTCP-/TCPM funkciót.

2. 5 tengelyes gép, RTCP-/TCPM támogatás nélkül

Az ilyen géppel sok problémának nézünk elébe, ha valóban 5 tengelyben szeretnénk dolgozni. A gépünk – bár rendelkezik 5 tengellyel (3 lineáris 2 forgó) – , de azokkal nagy valószínűséggel nem fogunk tudni folyamatos 5 tengelyben dolgozni üzemszerűen. Ilyenkor a következőeket kell megoldanunk:

  • Amennyiben a szerszám csúcsát szeretnénk továbbra is vezérelni, a CAM-szoftverünknek kell a vezérelt pont (szerszámtengely döntése miatt módosult) helyzetét kiszámítania.
  • A szerszám kinyúlását nem változtathatjuk meg (még “kicsit sem”) a programozott értéktől eltérőre, mert az a megmunkálás pontosságát befolyásolja (és azt is, hogy ütközünk-e vagy esetleg végállásra futunk).
  • A kívánt megmunkálási pontosságtól függően kell a CAM-programunknak a pályapontokat kiszámítania. A pályapontok jelentősen megnövekedett száma miatt kezelnünk kell a nagyobb NC-fájlméretet, illetve számolnunk kell a gép belassulásával, “szaggatásával” is.

Az egyetlen előnyünk az ilyen gépnél, hogy a kinematikája nem változik, hiszen nem egy utólag felszerelt tengelyről van szó, melynek helyzete (és így a gép ún. “kinematikai lánc” is) változhat.

3. 3-tengelyes gép, utólag felszerelt forgó tengely(ek)el – legtöbbször RTCP nélkül

Ebben az esetben a fentebbi, “5-tengelyes gép, RTCP támogatás nélkül” szakaszban ismertetett összes problémával szembe kell néznünk, néhány további nehézséggel megfűszerezve. Az ilyen gépekre (szinte mindig az asztalra) utólagosan felszerelt forgótengelyeket legtöbbször csak indexálásra – a megmunkálás irányának megmunkálás előtti pozicionálására – szokás használni. Az RTCP/TCPM hiánya miatt célszerű a nullpontot a forgótengelyre, 2 forgótengely esetén pedig a metszéspontjukba (az ún. “pivotpontba“) programozni és felvenni.  A kérdés természetesen az, hogy ezt meg tudjuk-e tenni, hiszen a megmunkálógép forgótengelyeinek valós pozícióját meghatározni nem egyszerű feladat!

Problémát jelenthet még, hogy a forgótengely a le- és felszerelés után ismétlőképes, vagy új (más) a pozícióba kerül-e a gépi nullponthoz képest: utóbbi esetben ugyanis a forgótengely pozíciójának meghatározását minden egyes alkalommal meg kell tennünk, amikor a tengelyeket visszaszereljük a gépre. További gond, hogy a forgótengely pozíciójának bemérési hibája (pontossága) az alkatrészünk megmunkálási pontosságára is hatni fog.

A fenti szempontokat figyelembe véve járjunk el körültekintően, mielőtt 5 tengelyes gép vásárlása vagy építése (forgó tengelyek utólagos felszerelése) mellett döntünk.

  • Ha a gépünket egy nagyobb szerszámgépgyártó készítette, és vezérlője rendelkezik RTCP-/TCPM funkcióval, akkor “nagyon” melléfogni nem fogunk.
  • Ha gépünket egy kisebb gyártócég csinálta, és 5 tengelyesnek hirdeti, akkor vásárlás előtt mindenképp vizsgáljuk meg a szükséges vezérlőfunkciók meglétét, amennyiben valóban folyamatos 5 tengelyes munkára szeretnénk használni a gépet.
  • Ha mi magunk szerelünk fel forgótengely(eke)t a gépünkre, szinte minden esetben számíthatunk a folyamatos 5 tengelyes és 3+2 tengelyes megmunkálásoknál felmerülő komplikációkra.