обяснение на 5-осната CNC обработка: какво е това и как работи

Какво е 5 axis cnc machine и Как се различава от традиционните методи?

Разбиране на понятието за 5 axis cnc machine

Петоосното CNC обработка работи чрез движение по пет различни оси едновременнотри прави линии (X, Y, Z) плюс две въртения (A и B). Това означава, че режещият инструмент може да достигне до всяка част на детайла, без да е необходимо ръчно да спира и да движи нещата. Няма нужда от повече изнудване, което спестява време и прави всичко много по-точно. Машините могат да поддържат наистина тесни толеранции до около 0,005 милиметра, така че са чудесни за производство на сложни части като лопатки на самолетни двигатели или малки медицински устройства, които се впират в тялото. Когато тези въртящи се движения влязат в играта, производителите получават пълен достъп до всякакви сложни форми и труднодостъпни области. За индустриите, където точността е най-важна, този вид технология напълно промени възможностите на фабриката.

Основни разлики между 3-осовата и 5-осовата CNC машина

Стандартните триосини машини работят по прави линии в X, Y и Z посоки, което ги кара да се борят с сложни форми и характеристики от различни страни, освен ако не спрат и не рестартират многократно. Всеки път, когато тези машини трябва да бъдат преместени на място, има риск от проблеми с неправилното подравняване и тази допълнителна стъпка може да отнеме от 40 до 70 процента повече време според отраслите от МСП през 2023 г. От друга страна, 5-осовите системи включват допълнителни въртящи се оси, обозначени като А и В, които позволяват на инструмента или самата част да променя ъгъла, докато все още отрязва материала. Какъв е резултатът? Части с сложни вътрешни пространства и ъглисти повърхности се завършват без спиране, спестявайки на производителите приблизително половината време за производство при производството на компоненти на самолети, където е от съществено значение да се достигнат няколко страни едновременно.

Еволюцията на възможностите и предимствата на многоосното обработване

Корените на 5-осовата технология са от 80-те години на миналия век, когато за първи път е била използвана в аерокосмическите и отбранителните работи за обработка на твърди титанови компоненти. От 2010 г. насам обаче нещата са се променили доста благодарение на по-добри CNC контроли и подобрения в софтуера CAM. Това означава, че машините могат да се движат по всичките пет оси едновременно, което прави реална разлика на етажите на заведенията. Цифрите също разказват част от историята - магазините съобщават, че се нуждаят от около половината по-малко арматури, получават повърхности, завършени с 35% по-гладки като цяло, а инструментите издържат приблизително 30% по-дълго, защото режат под по-добри ъ Индустриите, където прецизността е най-важна, като медицински устройства, компоненти за самолети и производство на енергийно оборудване, са приели тази технология с цялото си сърце. Само стойностите на отпадъците са намалели с повече от една четвърт в много случаи след преминаването към 5-оси системи.

Обяснени петте оси: X, Y, Z, A и B в 5 оси CNC машини

Линейна ос (X, Y, Z) и тяхната роля при позиционирането на инструмента

В CNC обработката, оста X, Y и Z работят заедно, за да контролират как инструментът за рязане се движи през триизмерното пространство. Нека да го разгадаем: ос X управлява движението отляво надясно през машинната маса, което прави възможно неща като фрезиране на лице. Преминавайки към оста Y, тази се грижи за позиционирането отпред къмзад и е много важна при отстрани или при създаване на слотове. След това има оста Z, отговорна за всички движения нагоре и надолу, необходими за пробиване на дупки и бурилни операции. Когато работят правилно, тези три оси могат да позиционират инструментите в рамките на плюс или минус 0,005 милиметра според стандартите на ISO от 2022 г. Това ниво на точност позволява на производителите да произвеждат части последователно, отново и отново.

Оси на въртене (А и В) и тяхното въздействие върху ориентацията на детайла

Когато говорим за оси на машината, ос A в основата си върти или детайла или въртя около това, което наричаме посока на ос X. Междувременно, ос B управлява въртенето по ос Y. Това означава, че инструментите могат да достигнат до тези сложни сложни ъгли, без да се нуждаят от постоянно пренастройване. Вземете за пример производството на реактивни двигатели, където 45-градусов наклон на ос Б позволява на машинистите да пробиват тези ъгли в турбинните летящи лещи с забележителна точност. Истинското предимство тук е да се отървем от всички тези трайни ръчни настройки. Производителите сега могат да обработват сложни подрязки и тези сложни извити форми, които преди изискваха множество настройки и специализирано оборудване.

Кинематика на синхронизираното движение с пет оси (оси X, Y, Z, A, B/C)

Реалното 5-осново обработка работи чрез координиране на всички пет оси едновременно, както линейни движения и ротации също, нещо, което е възможно чрез сложен софтуер за управление на движението. Когато всичко е изравнено правилно, режещият инструмент остава под един и същи ъгъл спрямо детайла през целия процес. Това означава, че материалът се отстранява равномерно в сложни форми без тези досадни несъответствия, които понякога виждаме. За действителни приложения, частите, направени от твърди материали като титан, използвани в самолетната конструкция, могат да постигнат повърхностни довършвания под Ra 0,8 микрона. Тези резултати са точно това, което изискванията на индустрията изискват за високопроизводителни компоненти, където точността е най-важна.

Как инструментът път и инструмент ориентация контрол подобряват точността в 5-осеви системи

Оптимизирането на ориентацията на инструмента е определящо предимство на 5-осовите системи. Използване на механични механизми за изчисляване на височината на работното място

• Силите на рязане се изравняват с най-силната ос на инструмента, намалявайки отклонението до 40%
• Ефективният диаметър на рязане остава постоянен на извитите повърхности
• По-къси, по-твърди инструменти могат да се използват под оптимален ъгъл

Тези фактори заедно позволяват високоточно обработка на фини характеристики, като например филе с радиус 0,2 мм върху медицински импланти, с повтаряемост под микрона.

Видове и конфигурации на 5 оси CNC машини : глава/глава, маса/глава и маса/таблица

Когато става въпрос за петосни станции, има два основни начина, по които се изграждат в наши дни. Първият вариант е така наречената машина с трионион, където работното бюро се върти. Тези машини работят чудесно за квадратни части, тъй като осигуряват добър достъп от множество ъгли, въпреки че имат някои ограничения, когато става въпрос за това колко тегло могат да поддържат. Другата често срещана конфигурация е известна като завъртящ се дизайн. При тази конфигурация, самият въртящ се оси съдържат въртящи се оси, което позволява на инструментите да достигнат до всякакви сложни форми, които биха били невъзможни иначе. Това, което прави двата типа ценни, е способността им да координират няколко оси едновременно по време на работа. Това означава по-малко пъти, когато трябва да спираме и да преместим частите, което спестява време и пари, особено когато работим върху сложни компоненти с много различни характеристики.

Обзор на конфигурациите на 5-осните CNC машини (стил на триони, стил на въртящи се въртенета)

Машините с тресерен стил работят, като въртят обработваната детайлна заготовка върху наклоняема маса около т.нар. ос X. Такива настройки са доста подходящи за работа с детайли във формата на кутия, тъй като лесно могат да обработят няколко страни едновременно. Но има една голяма слабост – когато става въпрос за по-големи или по-тежки компоненти, тези машини просто не са проектирани да поемат такива натоварвания ефективно. Вариантите с въртящо-преместваща конструкция използват напълно различен подход. Вместо да се движи цялата маса, въртящите се оси се вграждат директно в самата шпинделна глава. Това позволява на инструментите да заемат ъглови позиции, вариращи от плюс или минус 30 градуса чак до 120 градуса. Реалното предимство става очевидно при обработката на сложни, свободно оформени повърхности, където прецизността е от решаващо значение. Производителите в авиокосмическата и медицинската индустрия особено ценят факта, че тези машини могат да поддържат изключително тесни допуски до около 0,0001 инча отклонение, което ги прави незаменими за критични приложения, където дори най-малките отклонения могат да предизвикат сериозни проблеми.

Глава/Глава срещу Маса/Глава срещу Маса/Маса: Компромиси между производителност и приложение

При конфигурации Глава/Глава, обработваната детайл остава неподвижна, докато шпинделът извършва цялата работа, което осигурява по-голяма стабилност при работа с големи авиационни детайли. След това идва хибридният подход Маса/Глава, при който се използват както въртяща се маса, така и накланящ се шпиндел. Тази настройка работи доста добре за неща като форми и медицинско оборудване, защото предлага добро смесване между способността да се обработват различни форми и все още достатъчна вместимост. При машини от тип Маса/Маса всичко зависи от въртенето на самата обработвана детайл. Те могат да създадат наистина детайлни обратни скоси, но с по-малки размери на работното пространство. Когато се решава коя система да се избере, производителите трябва да помислят за сложността на детайлите си, вида на производствените обеми, с които се занимават, и дали техните дизайни изискват специални геометрии, които стандартните настройки може да не могат лесно да обработят.

Конфигурация	Стабилност на точността	Работна зона	Скорост	Оптимални случаи на употреба
Глава/Глава	⭐⭐⭐⭐⭐	Голяма	Среден	Турбинни лопатки, фюзелаж
Маса/Глава	⭐⭐⭐⭐✩	Среден	Висок	Медицински импланти, форми
Таблица/таблица	⭐⭐⭐⭐✩	Малък	Ниско	Бижута, зъбни протези

За високоорганични форми като турбинни лопатки, непрекъснатото петоосно обработка осигурява ползи за разходите и качеството. За по-прости многостранни части често са достатъчни индексираните (3+2) методи.

Как 5 axis cnc machine W orks: От CAD/CAM програмиране до изпълнение

Как работи 5-осовата CNC машина: стъпка по стъпка разбивка

Отначало, инженерите използват CAD моделиране, за да изградят 3D чертеж на всеки компонент, който трябва да бъде направен. След като този цифров модел е готов, той се подава в CAM софтуера, който го превежда в специфични инструкции за машините, включително тези пътеки на инструментите и всички тези неща с G-код. Следващата стъпка включва закрепване на суровия материал върху въртящата се маса, като същевременно се натоваряват подходящите инструменти за рязане. Когато всичко работи, тези усъвършенствани системи координират както движенията на прави линии (като оси X, Y, Z) заедно с ротационните движения (оси A и B), така че да могат да издълбават сложни форми, без да се нуждаят от множество настройки. Сензорите работят постоянно по време на работа, за да проверяват точността на позицията и да измерват нивата на режещата сила, като поддържат нещата в рамките на около 0,0005 инча или по-добра толерантност. Това ниво на контрол означава, че операторите не трябва да се намесват и да правят корекции толкова често.

Индексирани (3+2) или непрекъснати 5-осни машини

Техника	Тип на движението	Идеални приложения	Въздействие върху времето на цикъла
Индексирани (3+2)	Затваряне на ротационните оси преди триосно рязане	Други, с широчина > 36 mm	15-20% по-бързо за производство на партиди
Непрекъснат	Едновременни 5-осови движения по време на рязане	Органични контури (напр. турбинни лопатки, медицински импланти)	До 40% намаление в сравнение с многократни настройки

Индексираното обработка е ефективно за части с дискретни ъгли, докато непрекъснатото петосно движение е от съществено значение за гладки, сложни повърхности, които иначе биха изисквали ръчно довършване.

Ролята на CAD/CAM софтуера при програмиране на сложни инструментални пътища

CAM софтуерът е станал незаменим за 5-осни програмни задачи, като се справя със сложни изчисления относно позиционирането на инструментите, входните ъгли и избягването на сблъсъци по време на машинните операции. Алгоритмите на софтуера се грижат за необходимите корекции при различни дължини на инструментите, компенсират евентуални отмествания на заготовката и отчитат начина, по който машините се движат всъщност – нещо, което е особено важно при сложни характеристики като дълбоки джобове или области с подрязване. След като планирането е приключено, в действие влизат постпроцесорите, които превръщат изчислените траектории в конкретни G-код инструкции, съвместими с възможностите на всяка отделна CNC машина. Производители, преминали към този вид цифрови работни процеси, съобщават за около 70-75% намаление в програмните грешки в сравнение с по-старите ръчни методи, според данни от края на 2023 година.

Кога е необходимо непрекъснато 5-осно управление и кога е прекомерно? Практически съображения

Петоснажната обработка наистина се проявява добре при сложни форми или трудни за обработка ъгли – помислете за неща като опори за авиационни двигатели или медицински устройства, имплантирани в гръбначния стълб. Но когато става въпрос за основни детайли като монтажни скоби или кутии с обикновени прави ъгли, използването на индексирани 3+2 техники или просто стандартна триосна обработка съвсем добре се справя с работата. Тези алтернативни подходи намаляват главоболията при програмирането и обикновено ускоряват процеса с около една трета в сравнение с непрекъснатата петоснажна обработка. За собствениците на фабрики, които оценяват опциите си, е разумно да разгледат какво всъщност трябва да се произведе, преди да инвестират в скъпо оборудване. Истинската изгода идва от онези уникално оформени детайли, при които традиционните методи за настройка биха отнели безкрайно време и биха стрували цяло състояние.

Предимства и приложения на петоосно CNC обработка в индустрията

Подобрена прецизност, качество на повърхността и намален брой настройки с петоснажни машини

Когато инструментите останат правилно включени по време на операциите по рязане, петоснабдени CNC машини могат да осигурят повърхностни обработки под 16 микронни инчове Ra и да се отърват от досадните натрупвания на грешки, предизвикани от необходимостта от многократни настройки. Най-големият плюс? Времето за настройка намалява между 40 и 60 процента. Това прави голяма разлика при работата на детайли, които наистина са важни, като например лопатки на турбини или медицински импланти. В края на краищата, качеството на повърхността не е важно само за вида – то всъщност влияе на начина, по който тези компоненти работят в предвидените приложения.

Обработка на сложни геометрии и сложни контури по ефективен начин

Симултаното петосно движение прави възможно производството на изключително сложни форми – като например лопатки на турбини, костни скелети и пресформи – в една единствена операция. Тази възможност намалява необходимостта от множество компоненти и сглобки, като намали броя на детайлите с до 30 процента и подобри структурната надеждност чрез елиминиране на ставните повърхнини.

Подобрено използване на инструмента и ефективност на процеса на пробиване чрез оптимални ъгли на инструмента

Когато инструментите се въртят около оста си, те достигат до материала под точно определен ъгъл за максимален ефект. Това осигурява постоянно съприкосновение между инструмента и материала по страните, вместо да натиска към центъра, където износването е по-бързо. Разпределението на износването по режещия ръб означава, че инструментите издръжат по-дълго, преди да бъдат заменени. Друго предимство е по-доброто отстраняване на стружката, което предотвратява натрупването на топлина по време на работа. Особено предимство на тази конструкция е, че свределите запазват правилен ъгъл на навлизане дори при работа върху извити повърхности. Резултатът? По-чисти резове и отвори, които винаги съответстват на изискванията за размери – нещо от голямо значение в прецизните производствени среди.

Висока първоначална цена срещу дългосрочния ROI: Оценка на инвестицията в технологията на 5-осни CNC машини

Въпреки че петоосните машини определено струват повече в началото, повечето работници установяват, че спестяват средства с течение на времето. Вземете като пример една аерокосмическа компания. Те съкратиха времето за обработка на някои наистина сложни детайли от цели 18 часа до само 5 часа общо. Това е подобрение от около 70 процента. Когато производствата премахнат тези допълнителни стъпки за настройка и престанат да разчитат толкова много на ръчния труд, скоростта им на производство значително се увеличава. Това означава, че машинните работилници могат да поемат по-сложни поръчки, които всъщност носят по-добри цени на пазара. По-бързото изпълнение също помага за по-бързо възстановяване на първоначалните инвестиции.

Критични приложения в аерокосмическата, медицинската и енергийната сфера

Променливата природа на обработката с 5 оси наистина се откроява в сектори, където регулациите са строги и представянето просто не може да бъде компрометирано. Вземете за пример авиокосмическите компании, които разчитат на тази технология за производство на компоненти като ребра на крила и двигатели, които изискват изключително прецизни измервания и безупречни аеродинамични свойства. Медицинската област също се възползва значително от тези машини. Хирурзите вече могат да получават индивидуално произведени титанови гръбначни клетки и черепни импланти, които са съобразени специфично с уникалната анатомия на всеки пациент. Енергийните компании също не остават назад, използвайки 5 axis cnc machine за производство на сложни детайли като турбинни сопла и помпени колела. Онова, което прави всичко това толкова впечатляващо, е количеството време и пари, които се спестяват чрез подобрения в работния процес. Помислете за индустрията на кардиомонитори, където прототипите преди изисквали 15 различни етапа на настройка, а сега изискват само 3. Такъв вид намаление рязко съкращава производственото време и вероятността от грешки по време на производството.