ماشینکاری CNC پنج محوره، تولید چندمحوره را به سطح جدیدی میرساند، زیرا هر پنج محور دستگاه در حین برش به طور همزمان حرکت میکنند. نکته خاص این روش آن است که ابزار برش همواره در تماس مناسب با قطعه کار قرار دارد، حتی در هنگام پیروی از اشکال بسیار پیچیده. این سیستم با ترکیب سه حرکت خطی (X، Y، Z) و دو حرکت چرخشی که معمولاً به عنوان A و C یا گاهی B و C نامگذاری میشوند، کار میکند. برای واحدهای تولیدی که قطعات پر از انحنا و زاویه تولید میکنند، این امر به معنای توانایی ساخت قطعات بسیار دقیق بدون نیاز به توقف و تنظیم دستی موقعیت است. نتیجه چیست؟ دقت بهتر در کل فرآیند و زمان تولید سریعتر نسبت به روشهای قدیمی.
دستیابی به ماشینکاری واقعی 5 محوره به شدت به این بستگی دارد که ماشین چگونه مسیرهای ابزار را مدیریت کند و اینکه آیا قابلیت RTCP یا Rotational Tool Center Point (نقطه مرکزی ابزار چرخان) را به درستی دارد یا نه. وقتی RTCP به درستی کار کند، چیزی که اتفاق میافتد واقعاً شگفتانگیز است. کنترلر CNC به طور مداوم برای هر تغییری که در محل واقعی ابزار رخ میدهد در حین حرکت قطعات چرخان تنظیم میکند. این امر باعث میشود همه چیز همراستا بماند و نوک ابزار دقیقاً در جایی که باید باشد، باقی بماند، حتی زمانی که تمام ماشین در زوایای غیرمعمول قرار دارد. بدون این نوع اصلاح لحظهای، در حین برشهای پیچیده با انواع خطاهای موقعیتیابی مواجه خواهیم شد. و بیایید صادق باشیم، هیچکس نمیخواهد نتایج ناسازگاری از تجهیزات گرانقیمت خود دریافت کند. وقتی هر پنج محور بدون مشکل به طور هماهنگ کار کنند، ابزارها مسیرهایی را دنبال میکنند که به طور طبیعی از درون مواد عبور میکنند. این بدین معناست که زوایای بهتری برای برش سطوح فراهم میشود و در نهایت قطعاتی با جزئیات بسیار دقیقتر و تحملات سفتتر تولید میشود که روشهای قدیمیتر قادر به دستیابی به آن نبودند.
اگرچه هر دو روش ماشینکاری واقعی 5 محوره و ماشینکاری 3+2 محوره شامل پنج محور هستند، اما تفاوتهای قابل توجهی بین آنها وجود دارد. در ماشینکاری 3+2 محوره که گاهی ماشینکاری 5 محوره موقعیتی نامیده میشود، ابتدا دستگاه قطعه کار را با استفاده از دو محور چرخشی موقعیتدهی میکند و سپس آنها را قفل کرده و فرآیند برش سهبعدی معمولی را انجام میدهد. عیب این روش این است که پس از قفل شدن، ابزار نمیتواند زاویه خود را در حین برش تغییر دهد، بنابراین شکلهای پیچیده معمولاً نیازمند چندین تنظیم مختلف هستند. این امر منجر به ایجاد خطوط پلهمانند آزاردهنده روی سطوح و بهطور کلی کیفیت پایینتر در پرداخت نهایی میشود. از سوی دیگر، ماشینکاری واقعی همزمان 5 محوره تمامی پنج محور را در طول فرآیند بهصورت همزمان در حرکت نگه میدارد. این حرکت پیوسته امکان مسیرهای ابزاری بدون وقفه، دقت بالاتر در شکل و پرداخت سطحی بسیار بهتر را فراهم میکند. این مزایا باعث میشوند این روش بهویژه در صنایعی مانند ساخت هواپیما، تولید تجهیزات پزشکی و ساخت قالب که دقت اهمیت بالایی دارد، بسیار ارزشمند باشد.
هنگام کار با ماشینکاری همزمان 5 محوره، باید محورهای خطی (X، Y، Z) و همچنین محورهای چرخشی (A، C) بهطور کامل و در زمان واقعی از طریق کنترل کینماتیکی همگام باشند. آنچه در اینجا اتفاق میافتد واقعاً شگفتانگیز است — دستگاه ابزار برش را در زاویه دقیق و مناسب نسبت به قطعهای که در حال شکلدهی به آن است، حفظ میکند. این امر امکان ایجاد اشکال پیچیده سهبعدی را بدون هیچ شکاف یا خطا فراهم میکند. سیستمهای مدرن CNC در عمل تمام محاسبات لازم برای تعیین مسیر بعدی حرکت ابزار را در حالی که ابزار در حال حرکت است، انجام میدهند. این سطح از دقت به تولیدکنندگان اجازه میدهد اشیایی مانند بال هواپیما با منحنیهای نرم، ایمپلنتهای پزشکی که دقیقاً مطابق طراحی جا میشوند، یا حتی مجسمههای هنری که در غیر این صورت هفتهها زمان برای تکمیل نیاز دارند، بسازند. تفاوت این روش با تکنیکهای قدیمیتر چیست؟ مصرف کمتر مواد و صرفهجویی قابل توجه در زمان تعمیر اشتباهات پس از انجام کار.
صنعت هوافضا به ماشینکاری همزمان واقعی 5 محوره به عنوان یک عامل تغییرآفرین در ساخت پرههای توربین روی آورده است. یک تولیدکننده بزرگ اخیراً هنگام ساخت پرههای کمپرسور که دارای اشکال پیچیده ایرفویل بوده و نیازمند تحملات بسیار دقیق هستند، به حرکت پیوسته 5 محوره مهاجرت کرده است. با هماهنگی لحظهای بین محورها، برش میتواند بدون نیاز به توقف و تغییر مجدد موقعیت ابزار، به طور یکپارچه روی تمام سطح پره انجام شود. نتایج خود را نشان میدهند: زمان تولید در مقایسه با روشهای قدیمی حدود ۶۰ درصد کاهش یافته و آنها به پرداخت سطحی با ضخامت Ra 0.4 میکرون دست یافتهاند که حتی مستلزم دقیقترین مشخصات آیرودینامیکی نیز میباشد. این روش به وضوح در مقایسه با تکنیکهای سنتی ایندکسینگ 3+2 از نظر هم کارایی و هم کیفیت عملکرد، برتری دارد.
تحقیقات در مورد فرآیندهای ماشینکاری نشان میدهد که ماشینکاری واقعی همزمان 5 محوره میتواند دقت مسیر سطحی را حدود ۴۰ درصد نسبت به تکنیکهای سنتی ۳ به علاوه ۲ محور افزایش دهد. دلیل این بهبود، حرکت مداوم ابزارها است که فشار برش یکنواختی را در طول فرآیند حفظ میکند. هنگامی که ماشینها پس از تغییر موقعیت متوقف و دوباره شروع به کار میکنند، تمایل دارند قدمهای ریز و نقصهایی برجای بگذارند که در عملیات مداوم وجود ندارند. برای قطعاتی که به ویژگیهای عالی دینامیک سیال یا جریان هوا نیاز دارند، این تفاوتهای کوچک واقعاً اهمیت دارند، زیرا هر چیزی کمتر از کامل میتواند عملکرد کلی را به طور قابل توجهی مختل کند.
هنگام کار روی قطعات پیچیده با استفاده از ماشینهای سنتی ۳ محوره، معمولاً کارگاهها در طول فرآیند به چندین تنظیم مختلف نیاز دارند. هر بار که آنها جابهجایی فیکسچر داده و همه چیز را به صورت دستی تراز میکنند، احتمال بروز خطا بیشتر میشود. در همینجا است که ماشینکاری CNC پنجمحوره واقعاً برجسته میشود. این ماشینها به دلیل وجود محورهای چرخشی اضافی میتوانند تمام کار را در یک مرحله انجام دهند. ابزارهای برش اکنون قادرند به نقاط دشواری مانند زیربرها، جیبهای عمیق و سطوح با زوایای غیرمعمول دسترسی پیدا کنند بدون آنکه قطعه از ماشین خارج شود. این امر باعث کاهش خطاهای کوچکی میشود که در طول تنظیمات متعدد انباشته میشوند و اطمینان حاکم میکند که تمام قطعات بهصورت دقیق و یکنواخت تولید شوند. برای شرکتهایی که قطعات هواپیما یا ابزارهای جراحی تولید میکنند، این تفاوت بسیار مهم است، چرا که محصولات آنها از ابتدا تا انتهای فرآیند، هم به پیچیدگی شدید و هم به دقت بسیار بالا نیاز دارند.
وقتی یک دستگاه بهصورت همزمان حرکت پنج محوره انجام میدهد، زمان تلفشده بین عملیاتها کاهش مییابد. دیگر نیازی به توقف و تغییر مکانِ قطعات بهطور مکرر نیست، تعویض ابزار کمتر مورد نیاز است و در کل، توقفهای کمتری رخ میدهد. دستگاه طی فرآیند کار، ابزار برش را در موقعیت دقیق و مناسبی نگه میدارد که این امر باعث سرعت پیشروی بالاتر و خروج بهتر ضایعات برش از قطعه کار میشود. ابزارهای کوتاهی که بهاندازه کافی سفت هستند، در زوایای خاصی عملکرد عالی دارند و ارتعاشات را کاهش میدهند که در نهایت منجر به فرسودگی سریعتر ابزار نمیشود. همه این عوامل با هم تولید سریعتری را فراهم میکنند بدون آنکه دقت اندازهگیری یا کیفیت پرداخت نهایی محصول تحت تأثیر قرار گیرد. کارگاههایی که این تغییر را انجام دادهاند، بهبود قابلتوجهی در اعداد خروجی خود گزارش کردهاند.
در ماشینکاری همزمان 5 محوره، مزیت اصلی دقت ابعادی بهتر است، زیرا دستگاه بهطور مداوم جهت ابزار برش را نسبت به قطعهای که در حال پردازش است تنظیم میکند. این سیستم در طول فرآیند بهطور مداوم این تنظیمات را انجام میدهد که به کاهش انحراف ابزار از مسیر و اطمینان از اینکه هر برش تقریباً مقدار یکسانی از ماده را بردارد، کمک میکند. سیستمهای مدرن کنترل عددی کامپیوتری (CNC) این قابلیت را یک قدم فراتر میبرند. این سیستمها در حال انجام کار، بهطور واقعی برای عواملی مانند تغییرات دمایی در دستگاه و تفاوتهای بین دستههای مختلف مواد جبرانسازی میکنند. این امر به تولیدکنندگان امکان میدهد نتایجی بسیار مطلوب و یکنواخت بهدست آورند، حتی هنگام کار روی پروژههای بزرگ یا قطعات پیچیدهای که معمولاً تولید دقیق آنها دشوار است.
هنگامی که ابزار در طول ماشینکاری 5 محور در زاویه های ثابت مشغول می شود، سطح واقعی صاف ایجاد می کند که اغلب نیاز به مراحل اضافی پولیش را از بین می برد. توزیع یکسانی نیروهای برش باعث کاهش لرزش های آزاردهنده و مشکلات چرخش می شود، که به ماشین آلات اجازه می دهد نتایج کیفیت آینه ای حتی در اشکال آزاد پیچیده را بدست آورند. یک مزیت دیگر از این تنظیم قطع پایدار زندگی ابزار طولانی تر است زیرا سایش به طور مساوی تر در سراسر لبه برش پخش می شود. این موضوع برای ابزارهای گران قیمت با پوشش کاربید و الماس که تولید کنندگان برای دقیق ترین کار خود به آنها تکیه می کنند بسیار مهم است. فروشگاه ها صرفه جویی در هزینه های جایگزینی ابزار در حالی که کیفیت بهتر قطعات را به دست می آورند چیزی است که بسیاری از فروشگاه ها در مورد آن صحبت می کنند.
هنگام کار با اشکال و قطعات پیچیده، استفاده از نرمافزارهای پیشرفته CAM (تولید با کمک رایانه) برای تنظیم مسیرهای ابزار 5 محوره دشوار ضروری میشود. برنامهنویسی دستی فقط برای مدیریت تمام حرکات در عملیات چندمحوره مناسب نیست. خبر خوب این است که این سیستمهای مدرن میتوانند مسیرهایی را ترسیم کنند که از برخورد جلوگیری کرده و حتی از طریق پیچیدهترین هندسهها کار کنند. و طبق گزارش بسیاری از کارگاهها، استفاده از این ابزارها زمان برنامهریزی را حدود ۴۰٪ کاهش میدهد. چیزی که این ابزارها را بسیار ارزشمند میکند، ارتباط مستقیم آنها با مدلهای CAD است. این ارتباط به این معناست که دید اصلی طراحان بهطور دقیق به دستورالعملهای ماشین تبدیل میشود و فرآیند کلی از طرح اولیه تا محصول نهایی را بسیار سادهتر از روشهای سنتی ممکن میسازد.
وقتی هر پنج محور همزمان در حال حرکت هستند، احتمال برخورد دسته ابزار به قطعه کار یا گیر کردن آن در تجهیزات نگهدارنده بسیار بیشتر میشود. به همین دلیل، نرمافزارهای CAM امروزی امکاناتی مانند شبیهسازی بلادرنگ و هشدارهای برخورد را مستقیماً درون سیستم گنجاندهاند. برنامهنویسان میتوانند قبل از اجرای واقعی عملیات، حرکت کامل ماشین در فضا را مشاهده کنند. آنها میتوانند مشکلات احتمالی را در مراحل اولیه شناسایی کرده و مسیرهای ابزار را بهطور مناسب تنظیم کنند. این امر در عمل به چه معناست؟ اتفاقات خرابکننده و گرانقیمت ماشینآلات به دلیل تماسهای غیرمنتظره کاهش مییابد، زیرا هیچکس توسط نقاط تماس غیرمنتظره متحیر نخواهد شد. کارگاهها علاوه بر این، هزینههای مربوط به ضایعات مواد ناشی از اجرایهای آزمایشی ناموفق را نیز کاهش میدهند. علاوه بر این، کارکنان در اطراف تجهیزات ایمنتر هستند و قطعات با کیفیت بهتری تولید میشوند، چرا که همه چیز طبق حرکات برنامهریزیشده و نه برخوردهای تصادفی پیش میرود.
آخرین تحول در برنامهنویسی دستگاههای 5 محوره CNC، ادغام هوش مصنوعی در نرمافزارهای CAM است. این سیستمها به دادههای ماشینکاری گذشته، واکنش مواد مختلف در حین برش و حتی نحوه سایش ابزارها در طول زمان نگاه میکنند و بهصورت خودکار تنظیمات را بهینه میکنند. نکته جالب اینجاست که هوش مصنوعی میتواند مشکلات را پیش از وقوع شناسایی کند، نرخ پیشروی را بهصورت پویا تنظیم کند و مسیر ابزارها را تغییر دهد تا از هر برش حداکثر بازده حاصل شود که اغلب تنها نیازمند چند کلیک از اپراتور است. کارگاههایی که از این راهحلهای مبتنی بر هوش مصنوعی استفاده میکنند، گزارش میدهند که راهاندازی دستگاهها سریعتر شده، ضایعات مواد کاهش یافته و قطعات از اولین بار با دقت و یکنواختی بالا تولید میشوند. برای تولیدکنندگانی که با هندسههای پیچیده و تلرانسهای بسیار کوچک کار میکنند، این امر تحولی بزرگ در نحوه رویکرد به ماشینکاری دقیق امروزی محسوب میشود.
EN
