五軸動態精確解決方案 時間短 精度高
2015/5/27五軸動態精確解決方案 時間短 精度高
在航太工業的領域當中，經常使用價格不斐的高強度重量比材料於重要零組件中，其中有些零件從胚料到成品之間達到高至95%的材料移除程度；在切削精密的噴射引擎之相關元件時更是如此，由於其複雜的外型及一體成型等先天嚴苛的條件，必須要同時兼顧效率及精確的生產策略才能滿足此極致要求。
海德漢TNC控制器的“動態精確”是一系列相互配合且互補的選配功能套件。這些控制功能能提高機台的動態精度。於選配“動態精確”功能的機床上執行銑削加工時，能夠實現更快的加工速度且更高的工件表面品質及完成精度。
五軸加工在高速運動的情況下可能產生“動態偏差”。“動態偏差”是瞬間位置/角度偏差或刀尖點(TCP)處的振動。它會隨著NC程式中所指定的進給速度加快而變大。驅動控制系統通常無法完全補償動態偏差。這將導致進給軸之標稱位置與實際位置之間的跟隨誤差。動態偏差在機床使用壽命期內是不斷變動的，例如因為磨損等原因導致導軌摩擦力改變，如果機台工作台裝夾了重型工件，動態偏差通常也會隨之加大。
動態偏差直接來自於加工作業。例如切削力，也就是大運動力和扭矩，會造成機床零件之瞬間變形；刀具反覆加速和減速，由於重心位置和慣性影響，刀具標稱位置和實際位置會不相符。在加工複雜輪廓路徑中為了調整運動方向，傳動系統要經常進行制動和加速，為了要提升加工效率，往往必須要將此速度加快；然而這個速度越快，加加速度就越大。
加加速度是加速度變化期間的一個指標；加加速度越大，機台越容易振動，這將導致動態偏差，特別是在加工曲面時容易產生刀紋。“動態精確”取代了過去只能藉由降低進給速度避免刀紋的方式。
“動態精確”在補償其導致的偏差方面表現突出，這將使機台充分發揮其潛能。加工測試結果顯示，即使加加速度增加2倍，加工精度也能提高；同時，還能縮短銑削時間達15%。
海德漢控制功能對偏差的補償、振動的抑制和機台參數的調整與當前位置、慣性矩與速度有關，不需要改變機台的任何機械結構，在現有運動和負載作用下，“動態精確”能確保優良的加工精度。
“動態精確”解決方案由五個功能所構成：
交叉對話補償(CTC)
CTC補償因加速度造成刀尖位置偏移的誤差。使用該功能時，加加速度有機會可提高2倍，加工時間則可縮短15%。
主動式振動抑制(AVD)
AVD能有效抑制振動。它能夠抑制低頻振動(通常發生於較軟的地基、剛性不足的機床結構或傳動鏈)。不用AVD功能要達到相對應的表面品質，必須將加加速度減小3倍。
適應性位置控制(PAC)
PAC根據不同位置適當調整相關機台參數，使進給軸在整個運動行程中都能提高輪廓精度。
適應性負荷控制(LAC)
LAC根據機台所受負荷適當調整相關機台參數，對直線軸而言，LAC決定當前重量，對旋轉軸則決定慣性矩。LAC連續調整前饋控制參數使其適應當前工件重量或工件慣性矩。機台操作人員不需要自己確定負載情況，避免誤操作的情況發生。
適應性運動控制(MAC)
MAC根據機台不同運動型態適當調整相關機台參數。MAC根據驅動系統的速度或加速度調整參數，允許在快送運動中使用更大的加速度。
動態效率解決方案：時間更短，切削量更大
海德漢“動態效率”解決方案不僅提供讓機台性能變得更為優異的控制功能，也提供了節省加工時間的切削策略。例如：主動式震顫抑制(ACC)功能可以減少重切削時刀具顫振；適應性進給控制(AFC)功能可以確保維持使用最佳加工進給速率。擺線切削功能可以經由撰寫內建之加工編程輕鬆達成其加工策略，並減輕粗銑溝槽時的刀具磨損。物超所值的動態效率解決方案，讓材料移除率提高了20%至25%，大幅提升了經濟效益。
海德漢TNC五軸控制器如何有效降低切削顫振及使用最佳進給速率創造價值呢？讓ACC與AFC兩項強大功能來提升加工效率：
ACC(主動式顫振抑制)：大切削力在粗銑中，特別是加工材料時是無法避免的；這也是重切削時容易導致顫振的原因。主動式顫振抑制(ACC)提供強大的控制功能，可以減少重切削時刀具低頻顫振。切削顫振發生時會在工件表面上留下刀痕及斑點，同時，也會讓刀具產生嚴重及不正常的磨耗現象。當顫振情況越加惡劣時，甚至可能在刀具上產生破損。顫振的發生也會造成機台機械負荷的大幅增加。ACC保護工具機免受顫振作用的影響，同時也能增進機台的性能；ACC運算有效地抑制振動干擾，因此可以允許更大的進給量，實現更高的材料移除率。在一些加工任務中甚至可輕鬆地提高20%以上的效率。
AFC(適應性進給控制)：AFC在材料切削量小的區域加工時會依據主軸功率和加工策略，自動提高進給速率以縮短加工時間。因此，AFC能確保在切削深度或材料硬度變動的狀況下用最合適的進給速度進行加工以提高整體效率。AFC的實施方法相當簡單：在加工前先於策略表中定義進給速率的上限值和下限值。主軸最大參考功率值可在學習模式的切削中紀錄取得。然後，適應性進給控制會連續比較主軸功率與進給速率，並於整個加工過程中盡可能地保持使用主軸最大允許功率。
此外，當刀具變鈍時，會造成主軸負載增加，此時控制器會降低進給速度。當降低到所允許的最低進給速度時，AFC可以執行自動換刀更換刀具。如此可以降低機台機械負載、有效地保護主軸軸承及避免在不正常之切削條件下造成機台內部元件潛在的壽命減損。