Kaip pasirinkti geriausią 5 ašių frezą: svarbiausios savybės

Suprantama 5 ašių frezas Technologija ir Cor e privalumai

Kas yra 5 ašių apdirbimas ir kuo jis skiriasi nuo 3 ašių frezavimo?

Penkių ašių CNC frezavimo staklės dirba su trimis tiesioginiais judėjimais (X, Y, Z) ir dar dviem posūkio taškais (paprastai A ir B). Tai leidžia įrankiams laisvai judėti visomis penkiose kryptis vienu metu. Tradicinės trijų ašių staklės susidoroja sunkiai su sudėtingomis formomis, nes reikia nuolat rankiniu būdu pakeisti padėtį. Tačiau penkių ašių įranga pasviria apdirbamą detalę arba pačią pjūklą, kad būtų išlaikytas geriausias galimas kampas per apdirbimą. Rezultatas? Mažiau kartų, kai operatoriams reikia sustabdyti darbą ir viską perstatyti. Įmonės, dirbančios aviacijos, automobilių gamybos ir medicinos prietaisų gamybos sektoriuose, šią savybę vertina ypač vertinga, nes tai leidžia gaminti sudėtingas dalis, neišeikvot kokybės ar nepratęsdant gamybos laiko.

Pagrindiniai 5 ašių CNC apdirbimo privalumai: sumažintas paruošimo laikas ir padidinta universalumas

Kai dalis galima apdirbti per kelias operacijas vis dar pritvirtinus ją vietoje, 5 ašių frezavimo staklės žymiai sumažina tas mažas klaidas, kurios kauptųsi perkėlus dalis pernelyg daug kartų gamybos metu. Pagal kai kuriuos praeitų metų pramonės apskritimuose paskelbtus tyrimus, įmonės, kurios pereina prie šių pažengusių mašinų, pastebi, kad jų paruošimo laikas sumažėja net dviem trečdaliais lyginant su tuo, ką jos anksčiau skyrė įprastam 3 ašių paruošimui. Tačiau tai, kas išskiria šias stakles, yra tai, kaip besisukančios ašys kartu tvarko sudėtingas formas, tokias kaip išlenktos paviršiai, sudėtingi įpjūviai iš apačios ir sunkiai pasiekiamos gilios vietos, kurių paprastesnės mašinos tiesiog negali apdoroti. Dėl tokios lankstumo daugybė įrankių gamintojų ir prototipų dirbtuvių pradėjo labai pasikliauti 5 ašių CNC frezavimu kuriant individualius formų įrankius, tikrinant naujus produktų dizainus ir vykdant mažus partijas, kur svarbiausia tikslumas.

Aukštesnės kokybės paviršiaus apdorojimas ir tikslumas apdorojant sudėtingas geometrijas

Trumpesni įrankių keliai, kuriuos galima pasiekti naudojant sukiojamąsias ašis, padeda sumažinti nukrypimą apdirbimo operacijų metu, todėl paviršiai yra maždaug perpus mažiau nelygūs lyginant su tuo, ką gauname naudodami standartinius trijų ašių įrenginius. Kai tarp pjūklų įrankio ir apdirbiamojo medžiagos visą laiką yra nuolatinis kontaktas, vibracijos taip pat žymiai mažėja, todėl galima išlaikyti tikslųs ribojimus, artimus plius/minus 0,005 milimetrų, net tada, kai dirbama su sunkiomis medžiagomis, tokiomis kaip titano arba inconel lydinių. Pramonės įmonės, gaminančios detales, tokias kaip lėktuvų turbinų mentės arba medicinos implantai, tikrai reikia tokio tikslumo, nes mikroskopinio lygio mažiausios klaidos gali iš esmės sutrikdyti šių komponentų tinkamą veikimą per laiką.

5 ašių CNC apdirbimo įrenginių paplitusios ribos ir iššūkiai

5 ašių frezas puikiai tinka sudėtingų detalių gamybai, tačiau turi rimtų reikalavimų. Šioms mašinoms reikia programuotojų, kurie išmano savo darbą, taip pat specialių sistemų, kad būtų kompensuojami matmenų pokyčiai, atsirandantys dėl šilumos kaupimosi darbo metu. Kalbant apie skaičius – pirminė kaina dažnai viršija pusę milijono dolerių, o jų priežiūra kainuoja apie 30–40 % daugiau nei įprastų 3 ašių mašinų. Daugeliui dirbtuvių, ypač mažesnių, tai kelia tikrą dilemą. Reikia sverti didelius kaštus ir gamybos pagreitį. Kartais, kai detalės nėra pernelyg sudėtingos, visa papildoma funkcionalumo galia verslo požiūriu tiesiog nebūna vertinga.

Palyginimas 5 ašių frezas Konfigūracijos ir jų poveikis našumui

Trunnion tipo ir svyravimo-sukiojimo tipo 5 ašių mašinų konstrukcijos

Trunnion stiliaus mašinos veikia sukiodamos darbo gabalą per dvi ašis - paprastai vadinamas A (X ašis) ir C (Z ašis) sukiojamomis staltiesėmis. Tokia konfigūracija padeda išlaikyti stabilumą, kai pjautomos sunkios medžiagos, todėl jos yra labai populiarios naudojamos gaminti detales, naudojamas lėktuvuose ir kosminėse aparatuose. Tuo tarpu svyravimo ir sukiojimo mašinose įrenginys montuojamas skirtingose svyravimo ašyse, paprastai B (Y ašis) ir C (Z ašis). Tai leidžia technikams pasiekti sudėtingus kampus, reikalingus detales formoms ir sudėtingoms formoms. Daugelis dirbtuvių pastebi, kad trunnion mašinos geriau atlaiko didelį medžiagos nuėmimą greitai, tačiau susidorojant su siaurais tarpais ir sudėtingomis išpjovomis, dažnai pasirinkimas krenta į šoninės konfigūracijos pusę, nes jos per mažai trukdo darbo proceso metu.

Dvigubo posūkio špindelio galvos ir stalo pasvirimo konfigūracijos palygintos

Dvigubojo šarnyro svarsto galvutė leidžia įrankiams judėti visomis kryptimis, o tai yra labai svarbu dirbant su turbinos mentėmis. Tuo tarpu stalo pasvirimo konfigūracijos perkelia faktinį darbo gabalą ant pasvirusių lovų. Kai kurios pažengusios 5 ašių frezavimo mašinos iš tiesų sujungia šiuos du metodus, kad galėtų valdyti tiek darbo gabalą, tiek pjūklą vienu metu, nereikėtų sustoti ir keisti padėties dėl detalių su keliais paviršiais. Nors universalių mašinų konfigūracijos suteikia operatoriams didžiausią lankstumo galimybę, jos taip pat turi papildomą sudėtingumą. Paprastesnėms užduotims, susijusioms su dėžutės formos komponentais, geriau tinka pasvirimo stalo mašinos, nes jos palaiko paprastas darbo procesų eigas. Kiek stabiliai mašina išlaiko padėtį per laiką, taip pat daug priklauso nuo jos konkrečios konstrukcijos. Mašinos, turinčios integruotą aušinimo sistemą, paprastai išlaiko didesnį tikslumą ilgalaapiuose darbuose, kai temperatūros svyravimai kitaip keltų problemų.

3+2 ašių apdirbimo ir nuolatinio 5 ašių frezavimo skirtumai

3+2 apdirbimo technika laiko pjūvio galvutę sudėtiniuose kampuose, todėl supaprastėja sudėtingi 3 ašių frezavimo maršrutai. Tai puikiai veikia, kai reikia apdirbti kelias plokščias paviršius, reikalaujančias tikslaus pozicionavimo. Tuo tarpu nuolatinis 5 ašių frezavimas leidžia įrankiui judėti visomis kryptimis vienu metu. Rezultatas? Tolerancijos apie 0,02 mm pagal ISO standartus, idealus sudėtingos formos mentelių gamybai. Pagal Tyrimų instituto įrankiams atliktus tyrimus, pereinant prie 3+2 technikos, programavimo sudėtingumą galima sumažinti apie 40 %. Tačiau išsiskiria nuolatinio frezavimo gebėjimas visiškai pašalinti antrinius nustatymus. Sudėtingiems kontūrams, tokiems kaip medicininiai implantai, ši metodika sutaupo maždaug dvi trečiąsias įprasto apdirbimo laiko.

Darbo apimties dydis, detalės prieiga ir standumas visose konfigūracijose

Mašinos konstrukcija tiesiogiai nulemia naudojamą darbo plotą; suptynės sistemos paprastai siūlo 20 % didesnį apimtį, tačiau aukštuose kibiro pasiekiamumo atžvilgiu pranoksta struktūrizuotų rankų konfigūracijos. Palyginkite prieigos rodiklius:

Konfigūracija	Maksimalus įrankio kampas	Gilių ertmių pasiekiamumas	Standumo indeksas
Suptynės stalo	110°	Vidutinis	⭐⭐⭐⭐⭐
Sukiojantis sukinys	130°	Puikus	⭐⭐⭐⭐⭑
Hibridinė universalinė	180°	Prasmingesnis	⭐⭐⭐⭐⭐

Standumas koreliuoja su vibracijos atsparumu: monolitinės trunnion sistemos liejimo duoda 15 % didesnį medžiagos pašalinimo rodiklį titane nei konsole sujungtos sukiojimosi konstrukcijos pagal apdirbimo standartus.

Vertinimo tikslumas, standumas ir terminis stabilumas 5 ašių frezas Sistemos

Staklių standumo ir dinaminės stabilumo svarba aukštos tikslumo frezavimo procese

Pasiekti mikrono tikslumą naudojant 5 ašių CNC frezavimą labai priklauso nuo staklių konstrukcijos patikimumo. Staklės, kurios atsispindi pjūvio jėgoms, yra būtinos šiam darbui. Kai gamintojai kuria šias stakles naudodami tvirtas konstrukcines schemas ir užpildo jas granito pagrindu, pasiekiamas geresnis stabilumas. Tai padeda sumažinti vibracijas net tada, kai špindelis sukasi labai dideliu greičiu, pvz., 15 000 aps./min. Ir pripažinkime, standumas yra labai svarbus dėl tikslių detalių paviršiaus apdailai. Gerai sukurtos 5 ašių frezavimo staklės gali išlaikyti tikslumą net 5 mikronų ribose, dirbdamos su sunkiai apdirbamu medžiaga, tokia kaip aviacijos lydiniai, o tai yra labai svarbu aukšto tikslumo gamybos aplinkoje.

Terminės kompensacijos sistemos ir ilgalaikis 5 ašių staklių tikslumas

Dėl temperatūros plėtimosi problemų nuolat palaikyti veiklą yra sunku. Kai temperatūra kinta, guoliai ir sraigtai gali pasislinkti net 20 mikronų vienam metrui. Norint susidoroti su šia problema, šiuolaikinėse įrenginiuose dabar yra jutiklių, kurie integruoti tiesiogiai į svarstyklių korpusus ir rutulinio sraigo komponentus. Šie jutikliai siunčia gyvą informaciją tiesiogiai į CNC valdiklį, kad korekcijos būtų atliekamos automatiškai. Ką tai reiškia? Įrenginiai išlieka labai tikslūs – apie plius arba minus 0,001 colio – per visą 8 valandų pamainą. Ir tokio tikslumo lygis nėra tik papildomas privalumas. Medicinos implantų gamintojai pasikliauja šiais leidžiamais nuokrypiais, nes net menkiausios paklaidos gali paveikti pacientų saugą svarbiose aplikacijose.

Tikslumo matavimas: ISO standartai ir realios našumo savybės 5 ašių CNC įrenginiuose

ISO 230-2 nustato standartines bandomąsias procedūras, kurios remiasi lazerinės interferometrijos technikomis, tačiau praktikoje dažnai priklauso nuo konkrečių nustatymų ir naudojamų įrankių. Tyrimai rodo, kad temperatūros pokyčiai vieni savaime sukelia apie 60 procentų visų matavimo netikslumų, kai kompensacija netaikoma tinkamai. Atsižvelgiant į naujausius tyrimus apie ultra tikslų frezavimą, atskleidžiama ir dar viena įdomi detalė. Kai gamintojai taiko šias pažengusias klaidų nustatymo strategijas, jie iš tiesų pastebi matavimų neatitikimų sumažėjimą. Šie patobulinimai padeda sumažinti skirtumą tarp teorinių laboratorinių rezultatų ir faktiškai vykstančių gamybos procesų gamybos įmonių patalpose.

Optimizing Spindle Performance and Feed Rate for 5 ašių CNC frezavimas

Spindle Speed, Torque, and Power Requirements for Diverse Materials

Dirbant su moderniomis 5 ašių frezavimo mašinomis, tinkamas špindelio konfigūracija skirtingiems medžiagoms leidžia pasiekti geriausių rezultatų. Aliuminis ir kompozitinės medžiagos geriausiai apdirbamos, kai mašina sukasi virš 40 000 RPM. Tai leidžia greitai vykdyti gamybą, neleidžiant pernelyg įkaitinti apdirbinio. Visgi viskas keičiasi, kai dirbama su kietintomis plieno rūšimis. Šioms medžiagoms reikia lėtesnių sūkių – tarp 6 000 ir 12 000 RPM, tačiau reikia daugiau sukimo jėgos – bent 40 Niutonų metrų, kad būtų užtikrintas efektyvus pjaustymas. Ilgalaikėse apdirbimo sesijose ypač svarbu išlaikyti tikslų padėties tikslumą. Geri terminio kompensavimo sistemos padeda išlaikyti klaidas ± 5 mikronų ribose. Tai ypač svarbu apdirbant titano lydinius, nes pjaustymo jėgos gali daug kisti per operacijas.

Padavimo našumo optimizavimo technikos efektyviam 5 ašių frezavimui

Pasiekiant tinkamą pusiausvyrą tarp padavimo dažnio ir drožlių apkrovos įrankiai neatsitraukia, tačiau išlaikomi pakankami našumo lygiai. Kai dirbama su sudėtingomis plonų sienų detalėmis, naudojamomis aviacijos pramonėje, adaptacinės padavimo sistemos gali automatiškai koreguoti greitį nuo 15 iki 30 procentų. Pagal 2023 metų NIST tyrimus, tokio tipo koregavimas sumažina bendrą ciklo laiką apie 22%. Tačiau susidorojant su sudėtingomis formomis reikia kažko ypatingo. Įrankių pjūvio vektorinė maršrutų planavimo sistema užtikrina nuolatinę drožlių storį visą operaciją. Pramonės tyrimai nustatė, kad ši metodika pratęsia įrankių naudojimo laiką apie 35% lyginant su standartinėmis tiesinėmis metodikomis, o tai yra svarbu gaminant didesnes partijas.

Atvejo analizė: Aukštojo dažnio sraigtynės integravimas į aviacijos komponentų gamybą

Vienas turbinės mentės gamintojas pastebėjo, kad jų gamybos ciklai pagreitėjo beveik 20 %, pereidami prie naujo hibridinio sraigtavamzdžio, kuris turi 30 kW galios impulsą ir išimtinius 42 000 RPM našumą. Tai, kas tikrai išskiria šią sistemą, yra jos vibracijų valdymas veikimo metu. Aktyvi slopinimo technologija sumažino paviršiaus nelygumus nuo maždaug 0,8 mikronų iki vos 0,3 mikronų, o tai atitinka griežtus reikalavimus, keliamus lėktuvų variklių mentėms. Ir dar vienas dalykas, apie kurį šiandien kalba gamintojai: tokia konfigūracija leidžia apdirbti viena įranga sunkias Inconel 718 variklio atramas, sveriančias apie 14 kg. Prieš šią inovaciją, darbuotojams tekdavo atlikti ne mažiau kaip tris skirtingas operacijas, naudojant standartines 3 ašių mašinas, kad darbas būtų atliktas kokybiškai.

Palyginimas 5 ašių frezas Funkcijos pagal Jūsų gamybos poreikius: pirkimo vadovas

Pagrindiniai parametrai, kuriuos verta įvertinti renkantis 5 ašių frezavimo stakles

Norint pasirinkti tinkamą 5 ašių frezą, būtina suderinti techninius reikalavimus su operaciniais tikslais. Pirmiausia verta atkreipti dėmesį į šiuos parametrus:

• Darbo erdvės matmenys (paprastai 500–2 000 mm X, Y, Z ašyse) dėl detalių dydžių
• Ašies greitis (15 000–42 000 aps./min.) ir sukimo momento kreivės tokiose medžiagose kaip titanas arba Inconel®
• Pozicionavimo tikslumas (<5 μm) ir pakartojimo tikslumo rodikliai pagal ISO 230-2 standartus
• Įrankių keitiklio talpa (24–120 įrankių), kad būtų sumažintas neapdirbimo laikas

2023 metų apklausoje dėl apdirbtų detalių buvo nustatyta, kad gamintojai, naudojantys daugiau nei 40 įrankių sistemas, sumažino paruošimo laiką 37 % lyginant su mažesnėmis talpomis.

Vadovaujančių gamintojų vaidmuo skatinant 5 ašių technologijas

Inovacijų lyderiai skatina tris pagrindiniis rinkos permainas:

1. Vieningos valdymo sistemos kurios derina 5 ašių interpoliaciją su adaptaciniu padavimo dažnio optimizavimu
2. Modulinius dizainus įgalinanti pasviriančios galvutės/rotacinio stalo konfigūracijų keitimą per <4 valandų
3. Medžiagoms pritaikyti apdirbimo paketai anglies pluošto kompozitams ir gradientinėms lydiniams

Šie gamintojai 18–22% metinės pajamų skiria moksliniams tyrimams ir plėtrai, pagreitindami šiluminės stabilumo sprendimus, kurie sumažina poslinkį 62% per 8+ valandų trukmės operacijas. Dabar pasirinkimo galimybės leidžia aviacijos tiekėjams tiesiogiai integruoti savo įrankių judėjimo algoritmus į mašinų valdiklius.

Trumpai tariant, tinkamo 5 ašių frezavimo staklių pasirinkimas priklauso nuo jų konfigūracijos, tikslumo ir pagrindinio veleno našumo suderinimo su konkrečiomis medžiagos savybėmis ir gamybos tikslais. Jei svarbu pasiekti standumą sunkiai apdirbamiems lydiniams arba universalumą sudėtingoms geometrijoms, pagrindinių techninių charakteristikų suderinimas su operacinių reikalavimų užtikrins ilgalaikę naudą. Įmonėms, siekiančioms padidinti efektyvumą ir tikslumą sudėtingų detalių gamyboje, svarbu skirti laiko įvertinti šias 5 ašių frezavimo staklių savybes – tai kritiškai svarbus žingsnis link sėkmės.