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5軸CNC工作機械が6軸同時ではなく、5軸同時であるのはなぜですか?
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5軸CNC工作機械が6軸同時ではなく、5軸同時であるのはなぜですか?

工作機械があらゆる角度で加工を実現できる根本的な理由は、工作機械やプローブがあらゆる方向でワークに近づくことができるからです。 そして、5つの同時軸は、任意の角度での処理を実現できる同時軸の最小量です。

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5軸同時加工

製品説明

工作機械があらゆる角度で加工を実現できる根本的な理由は、工作機械やプローブがあらゆる方向でワークに近づくことができるからです。 そして、5つの同時軸は、任意の角度での処理を実現できる同時軸の最小量です。 通常、5つの軸は適応のみです。 これは、同時軸の使用が少ないため、工作機械の構造がシンプルでコンパクトになり、工作機械の動的剛性と静的剛性を簡単に保証できるためです。 動的剛性と静的剛性は、非常に高い精度を必要とする工作機械にとって不可欠です。


私たちの脳にとどまるかもしれない心があります。 3D空間では、オブジェクトには6つの自由度(略してDF)があります。 以下のように。


Why 5-Axis CNC machine tool is the 5 axis simultaneous, not the 6 axis simultaneous?cid=41

3Dスペースの6つのDF


これは右側の座標系です。 これらの6自由度(DF)は、X、Y、Zの軸に沿った3つの線形自由度です。 X、Y、Zの軸を中心に回転する3つの自由度。正の回転方向は、右側のスパイラルルールに適合します。 以下のように。

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右手座標系


この概念の影響を受けて、どの方向でも加工を実現する必要がある場合、工作機械には6自由度または6軸が必要であると考えるかもしれません。実際には、オブジェクトには6つの自由度があります。これは、任意の角度での処理を実現するために工作機械が6つの軸で構成されている必要があるという意味ではありません。それがこの問題の鍵です。


従来の3軸機械が、複雑な表面または多くの方向の穴で構成されるワークピースを処理している場合。ツールがどの方向からでもワークピースに接触できるようにするために、特別なジグを使用し、プロセスに多くの変更を加える必要があります。


ただし、5軸同時CNC工作機械を使用する場合、1回のクランプで複雑な形状のワークの高速・高精度加工を実現できます。


言い換えれば、工具またはプローブは、工作機械が任意の方向での処理を実現できる重要なポイントである、任意の方向でワークピースに近づくことができます。


工作機械は、工具やプローブの位置や姿勢を制御することで加工を実現します。したがって、重要なポイントまたは前提は、ツールまたはプローブの位置と姿勢をどのように記述するかです。


3軸CNC工作機械

3軸CNCマシンの処理中に、ツールまたはプローブの位置が変化しますが、その姿勢は固定されています。たとえば、一般的な垂直3軸加工機の工具方向は、加工中のZ軸の前方です。工具やプローブの位置や姿勢は、X、Y、Zの直線軸の座標で確認できます。



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3軸機


5軸CNCマシン

通常、5軸機は3軸機をベースに2回転軸を追加しました。 通常、A、B、Cの軸は、X、Y、Zの直線軸を中心に回転する回転軸を表します。5軸マシンは、A、B、Cの任意の2つの軸で構成されます。


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5軸機械


上の図は回転軸と直線軸の関係を示したものであり、5軸機の実際の構成ではありませんのでご注意ください。実際、5軸機械の回転軸は、A、B、Cの2つの軸で構成されています。たとえば、AとB、またはAとC、またはBとCです。


これらの2つの回転軸が存在するため、5軸加工中に工具またはプローブの位置と姿勢が変更されます。どうやら、ツールやプローブの位置は、主軸の基準点を決定した後、直線軸X、Y、Zを介して確認できます。もちろん、実際の操作では、回転中心から工具先端までの距離と回転角の影響を考慮する必要があります。


しかし、ツールやプローブの姿勢はどうですか?

機械加工または試験中の工具またはプローブの姿勢を説明するために、工具軸ベクトルの概念が導き出されます。工具軸ベクトルは、3次元の単位ベクトル(i、j、k)です。各要素は、直線軸X、Y、Zに投影された工具軸方向の単位ベクトルの投影値に対応します。


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工具軸ベクトル


工具軸ベクトルは単位ベクトルであるため、モジュラス長は1です。したがって、空間内の工具軸ベクトルの頂点のすべての可能な位置は、半径が1の球面を形成します。


ツール軸のベクトル方向は、空間内の2つの非共線軸を中心に空間内のベクトルを回転させることで取得できます。


抽象的に聞こえますが、私たちの日常生活には良い例があります。経度と緯度。上の図ではφとθです。経度と緯度で地表のどの位置でも確認できます。経度と緯度は2つの座標のみで構成され、これらの2つの座標は、垂直な2つの回転軸の角度で表すことができます。


下の写真では、球体表面上の点の位置を確認するとき、すべての点が工具軸ベクトルに対応している場合、2種類の座標系で表すことができます。


1.左側の球座標系を使用します。これは、球座標の明示的な表現とも呼ばれます。これは経度と緯度であり、2つの座標で構成されています。経度と緯度は相互に独立しているため、2つの自由度に対応します。


2.右側でXYZシステムを使用します。これは、暗黙の式とも呼ばれます。 3つの座標で構成されていますが、それでも2つの自由度に対応しています。これらの3つの座標は、暗黙の制約で構成されているためです。

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


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球座標系(左)とXYZシステム(右)


したがって、2つの回転軸の回転角度は、球の表面上の決定された位置を表すことができます。そして、決定された球体位置前方X、Y、Zの投影値は、ツールまたはプローブの姿勢のツール軸ベクトル(i、j、k)を記述するために使用されます。


このようにして、2軸の回転角度と工具軸ベクトルが1対1の対応を確立しました。実際の5軸加工では、数値システムにより2つの回転軸のそれぞれの回転角度が取得されます。


数値プログラムの工具軸ベクトルと運動学的関係による。次に、システムは、直線軸の座標と組み合わせた後、これらの2つの回転軸と3つの直線軸を制御します。ツールまたはプローブを所定の位置および姿勢に移動させるため。


一般的ですが、それほど厳密ではありませんが、3軸マシンにさらに2つの回転軸が追加されている限り、ツールを制御して任意の方向にワークピースにアプローチし、複雑な曲面の処理を実現できます。


工作機械が3軸機械をベースにさらに2つの回転軸を追加し、数値制御システム、サーボシステム、RTCP(回転工具中心点)を適用して、5軸同時加工を実現できれば、 5軸同時CNCマシンと呼ばれます。


5軸CNC工作機械が6軸同時ではなく、5軸同時であるのはなぜですか?

RTCP


なぜ5軸マシンはより多くの同時軸を適用しないのですか?

一方では、5つの同時軸は、どの天使でも処理を実現するための最小の同時軸です。その理由は前項で説明しました。一方、一般的に適用されるのは5つの軸だけです。同時軸が少ないため、機械構造がよりシンプルでインパクトがあり、機械の動的剛性と静的剛性を保証しやすくなります。動的剛性と静的剛性は、高精度を必要とするCNCマシンにとって不可欠です。


しかし、これは、より高い軸の同時マシンの誕生には影響しません。これらの工作機械は、主に障害物回避や特別な最適化目標を達成するために製造されています。最小モーター出力など。これらの特別な要件を満たすには、動的剛性と静的剛性を犠牲にして同時軸を増やす場合が多すぎます。


なぜ5軸工作機械は角度処理を実現するために5つの同時軸しか必要としないのですか?重要な点は、任意の方向の工具軸ベクトルを表現するために必要な回転の自由度は2つだけであるということです。


5軸加工の詳細については、お問い合わせください。


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5軸同時加工

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