5-axis CNC machining is being used in the manufacturing of tire mold, screw, and turbine blade because it can produce complex workpiece more efficiently and accurately than 3-axis CNC machining does. However, it is difficult to calculate the CL data in 5-axis CNC machining. This paper describes an efficient method to modify and edit the NC code and a data structure for representation of the workpiece produced by 5-axis CNC machining. Wireframe display of tool path and shading display of workpiece are used to represent verification results. Machining errors can be evaluated quantitively using the data structure based on the workpiece data model. The methods are implemented in a program with a IBM-PC and MS-Windows.
This study deals with the machining of sculptured surfaces on 5-axis CNC milling machine with end mill cutter. The study (I) has the following contents. In 5-axis CNC milling, CL-data consist of CC-data and cutter axis direction vector at the CC-point. Thus, in machining of the sculptured surface on 5-axis CNC milling machine, determination of the direction vector of the milling cutter is very important. The direction vector is obtained by the fact that bottom plane of the milling cutter must not interfere with the free-form surface being machined. The interference is checked by the z-map method which can be applied in all geometric types of the sculptured surfaces. After generating NC part programs from 5-axis post-processing algorithms, sculptured surfaces were machined with 5-axis CNC milling machine (CINCINNATI MILACRON, 20V-80). From these machining tests, it was shown that the machining of the free-form surfaces on 5-axis CNC milling machine with the end mill has smaller cusp heights and shorter cutting time than on 3-axis CNC milling machine with the ball-end mill. Thus, 5-axis CNC end milling was effective machining method for sculptured surfaces. The study (II) deals with the prediction of cusp height and the determination of tool path interval for the 5-axis machining of sculptured surfaces on the basis of study(I).
Five-axis machining has been applied to manufacture of turbine blades, impellers, marine propellers. Nowadays it extends to mold & die machining, where more productivity as well as added value is expected. The five-axis machining can be divided into positional and continuous, according to the variableness of tool orientation during material removal process. The positional five-axis machining is commonly applied to the regional machining on a whole part surface in mold manufacturing industry, where the tool orientation for each region (area) should be determined to be feasible, that is, avoiding any interference such as machine tool collision, etc. Therefore it is required for a CAM programmer to decide a feasible tool orientation in generating tool-paths on a designated area, because it is a very tedious job to obtain such information by utilizing a commercial CAM system. The developed system generates feasibility data on tool orientation and machining region, which facilitates the CAM programmer's decision on a feasible tool orientation.
A drum cam with rotational follower has a cam mechanism and it is mainly used in its application such as index table and ATC of machine tool. Also its use can reduce the backlash in its kinematic movement. To machine the drum cam with rotational follower, 5-axis CNC machine tool is generally used and its kinematic principle is included in it's design. Until now, the commercialized CAM software can't cover the application of the drum cam machining. Even if, some special software was developed for machining a drum cam, the post processing method for finish machining was not developed yet. And to overcome the problem, the form tool is still used on the tool path of rough machining. This study includes the induction of the post processing technique for the finish machining of drum cam on three 5-axis CNC machine tools, type AC, AB and BC. To prove the finishing geometric profile, the result was clearly verified through inspection and geometric measurement after direct machining of the drum cam in AC type 5-axis machine tool in this study.
This paper presents a study on the improvement of the machining quality of sculptured-surfaces of molds according to the shape and posture of the tool. In the existing 3-axis machining, the methods using the ball end-mill and radius end-mill were analyzed for various cutting patterns and compared with those of the 5-axis machining. It was observed that the 5-axis machining using a ball end-mill obtained the finest surface roughness, and for the 3-axis machining, the optimal results were obtained for the one-way machining using a radius end-mill.
This paper describes a method of calculating the feedrate for the constant cutting speed at a CL-point in 5-axis machining. Unlike 3-axis machining, 5-axis machining has the flexibility of the tool motions due to two rotation axes. But the feedrate at joint space differs from the feedrate at a tool tip(the CL-point) of the 3D Euclidean space for the tool motions. The proposed algorithm adjusts the feedrate based on 5-axis NC data, the kinematics of a machine, and the tool length. The following calculations is processed for each NC block to generate the new feedrate; 1) calculating the moving distance at the CL-point, 2) calculating the moving time by the given feedrate, 3) calculating the feedrate of each axis, 4) getting the new feedrate. The proposed algorithm was applied to a 5-axis machine which had a tilting spindle and a rotary table. Totally, the result of the algorithm reduced the machining time and smoothed the cutting-load by the constant cutting speed at the CL-point.
Recently 5-axis NC machines are widely used in Korea. Since 5-axis machines have two more degrees of freedom than 3-axis machines, it is very important to find desirable tool positions(locations and orientations) in order to make an efficient use of expensive 5-axis NC machines. In this research an algorithm to determine “optimal” tool positions for 5-axis machining of sculptured surfaces is developed. For given CC(Cutter Contact) points, this algorithm determines the cutter axis vectors which minimize cusp heights and satisfy constraints. To solve the optimal problem, we deal with following major issues: (1) an approximation method of a cusp height as a measure of optimality (2) Identifying some properties of the optimal problem (3) a search method for the optimal points using the properties. By using a polyhedral model as a machining surface, this algorithm applies to sculptured surfaces covering: overhanged surface.
5-axis NC machining has a good advantage of the accessibility of tool motion by adding two rotary axes. It offers numerous advantages such as expanding machining fields in parts of turbo machineries like impeller, propeller, turbine blade and rotor, reasonable tool employment and great reduction of the set-up process. However, as adding two rotary axes, it is difficult to choose suitable machining conditions in terms of cutter path and cutter posture at a cutter contact point. Therefore in this paper, it is proposed to decide suitable machining condition through an experimental method such as adopting various cutter paths, cutter postures types. Also, in order to increase the efficiency of 5-axis machining, it is necessary to minimize the cutter posture changes and create a continuous cutter path while avoiding interference. This study, by using an MC-space algorithm for interference avoidance and an MB-spline algorithm for continuous control, is intended to create a 5-axis machining cutter path with excellent surface quality and economic feasibility. finally, this study will verify the effectiveness of the suggested method through verification processing.
The paper presents an efficient computation of optimal tool length for 5-axis mold & die machining. The implemented procedure processes an NC file as an initial input, where the NC data is generated by another commercial CAM system. A commercial CAM system generates 5-axis machining NC data which, in its own way, is optimal based on pre-defined machining condition such as tool-path pattern, tool-axis control via inclination angles, etc. The proper tool-length should also be provided. The tool-length should be as small as possible in order to enhance machinability as well as surface finish. A feasible tool-length at each NC block can be obtained by checking interference between workpiece and tool components, usually when the tool-axis is not modified at this stage for most CAM systems. Then the minimum feasible tool-length for an NC file consisting of N blocks is the maximum of N tool-length values. However, it can be noted that slight modification of tool-axis at each block may reduce the minimum feasible tool-length in mold & die machining. This approach can effectively be applied in machining feature regions such as steep wall or deep cavity. It has been implemented and is used at a molding die manufacturing company in Korea.
In this study, a machine simulation system was built using the actual scale of an AC-type 5-axis machine tool for mold surface machining that can be used in applications, such as, modeling and machine building, stroke, and collision detection. The validity of the 5-axis machine simulation system was verified by performing tool path generation, post-processing, machine simulation, prototype motion simulation, and an actual cutting experiment. This entire process was intended to activate the 5-axis machining in mold surface machining.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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