Kaip 5 ašių frezas padidina tikslumą ir sumažina gamybos laiką

Technologinės evoliucijos pagrindas 5 ašių frezas

Nuo 3 ašių iki 5 ašių CNC apdirbimo: technologinis šuolis

Pereinant nuo standartinio 3 ašių prie pažengusios 5 ašių CNC apdirbimo technologijos tikrai keičia žaidimą tiksliai gaminant. Senesnės 3 ašių sistemos gali judėti tik tiesiomis linijomis X, Y ir Z ašyse, todėl meistrams tenka sustoti ir kelis kartus perkrauti dalis, kai dirbama su sudėtingomis formomis. Naujesnės 5 ašių mašinos išsprendžia šią problemą pridedant papildomas sukiojimo A ir B ašis, todėl įrankiai gali pasiekti sudėtingus kampus be nuolatinio pakeitimo. Pagal naujausius CNC Tech Insights (2023) duomenis, dirbtuvės, naudojančios šias mašinas, turi apie 60 % mažiau pozicionavimo veiksmų, todėl galima apdirbti detales su sudėtingomis kreivėmis ir sunkiai pasiekiamomis vietomis be pertraukimų. Tokia galimybe ypač reikalinga įmonėms, gaminančioms aviacijos ir medicinos techniką, nes dažnai reikia komponentų, kurių nuokrypiai siekia vos 0,005 mm arba dar mažesnius kritiškoms sritims.

Pagrindos skirtumai tarp 3, 4 ir 5 ašių apdirbimo galimybių

Pagrindiniai skirtumai yra judėjimo laisvėje ir tikslumo rezultatuose:

Gamybos tipas	Ašių	Sudėtingumo riba	Įrengimo efektyvumas	Tikslumo ribos
3 ašių	X/Y/Z	Mažas vidutiniškas	3-5 perkėlimai	±0,1 mm
4-aksesis	+1 sukiojimas	Vidutinis	1-2 perkėlimai	±0.05mm
5 ašys*	+2 sukiojimai	Aukštas	Vienintelis montavimas	±0.025mm
*Sinchroninis ašių valdymas

Kol 3 ašių sistemos puikiai susidoroja su prizminėmis detalėmis, 5 ašių technologija yra dominuojanti gaminant sudėtingas, išlenktas dalis, tokias kaip turbinos mentės, dinamiškai keičiant įrankio orientaciją.

Kaip sinchronizuotas daugiapakopis valdymas padidina tikslumą

Naudojant tikrą 5 ašių apdirbimą, gamintojai gali pasiekti nepaprastai tikslų apdirbimą mikronų lygmenyje, nes visos penkios ašys juda vienu metu. Įrenginys nuolat keičia pjovimo įrankio padėtį, kad jis visą laiką būtų idealiai pritaikytas prie gaminamo komponento. Palyginti su įprastomis 4 ašių konfigūracijomis, kur tam tikruose pjūviuose viena ašis yra užrakinta, tokie sinchroniniai judesiai padeda sumažinti pjovimo įrankio lenkimąsi ar nukrypimą. Tai reiškia geresnį valdymą, kaip susidaro drožlės pašalinant medžiagą nuo komponentų, todėl mažėja vibracijos darbo metu. Pagal paskutiniais metais paskelbtus tyrimus „Precision Engineering Journal“, paviršiaus kokybė pagerėja maždaug 60 procentų. Kuo ypatingi 5 ašių įrenginiai? Jie leidžia inžinieriams kurti sudėtingas formas, kurių negalima pagaminti naudojant tradicinius metodus. Galvokite apie sraigtines kanalus vidaus degimo variklių blokuose arba mažus srieginius chirurginių implantatų sekcijose. Tokio tipo konstrukcinės savybės tapo standartinėmis reikalavimų daugelyje pramonės šalių, kur svarbiausia komponentų patikimumas.

Pasiekiant nepaprastą tikslumą su 5 ašių frezas Technologijos

Padidintas tikslumas ir mažesnės paklaidos dėl dinaminės įrankių pozicionavimo sistemos

Penkių ašių frezavimo staklės gali sumažinti paviršiaus nuokrypius žemiau 0,004 mm, nes jos koreguoja įrankio kampus, kai pjūvis vyksta per medžiagą. Tokių staklių pjaunančių jėgų valdymas padeda išvengti trikdančių vibracijų, kurios trikdo tikslumą įprastose trijų ašių sistemose. Gaminant titano dalis lėktuvams, kur paklaidos turi būti ± 0,0005 colio ribose, nuolatinis A ir B ašių sukiojimasis leidžia pjaunančiam įrankiui išlaikyti idealiai statmeną padėtį į tai, ką apdirba, – tokio dalyko negalima pasiekti naudojant standartinius fiksuotus įrengimus. Ir rezultatai yra įspūdingi. Meistrai nurodo, kad po apdirbimo reikia maždaug 75 % mažiau šlifavimo darbų, o galutiniai gaminiai išlaiko tikslų formą net labai sudėtinguose paviršiuose.

Tikslaus inžinerijos vaidmuo 5 ašių CNC individualizuotame apdirbime

Tiksliosios inžinerijos dėka 5 ašių našumas pasiekiamas per tris kritines sistemas:

• Termiškai kompensuotos rutulinės sriegtys, užtikrinančios ±2¼m pozicionavimo tikslumą
• Stiprūs staklių rėmai, kurie mažina vibracijas žemiau 0,1g
• Tikro laiko servopgrįžtamasis ryšys, koreguojantis padėtį 4000 kartų per sekundę
  Visos šios technologijos kartu pasiekia rotacinės ašies pakartojamumą mažesnį nei 8 lankos sekundės – tai būtina medicininėms įterpoms, kai nuokrypiai mažesni nei 5¼m daro įtaką biologiniam suderinamumui ir ilgalaikiam našumui.

Atvejo analizė: aviacijos komponentų gamyba su tikslumu mažesniu nei 0,001 mm

Gamintojai, kurie dirba su turbinos mentėmis, nustatė, kad naudodami 5 ašių frezavimo stakles gauna išties įspūdingų rezultatų. Nikelio lydinių detalių atitikimo rodiklis pakyla beveik iki 99,8 %. Šios staklės gali vienu kartu apdirbti sudėtingus 57 laipsnių įpjūvius kartu su aerodinaminėmis formomis, nereikia perkrauti detalių. Kai įmonėms nereikia perstatuoti detalių per gamybą, išnyksta viena didžiausių problemų vietų, kuriose atsiranda pozicionavimo klaidų. Tai leidžia išlaikyti labai mažą 0,0008 mm tikslumą net sudėtingose išlenktose paviršiuose. Ką tai praktiškai reiškia? Atliekų kiekis smarkiai sumažėja nuo 22 % iki vos 0,3 %, taigi sutaupoma daug medžiagos sąnaudų. Be to, kiekvienai partijai reikia 40 mažiau valandų inspekcijoms, todėl sutaupoma brangus gamybos laikas kitoms užduotims.

Kada 5 ašių frezavimo staklės būtinos aukštos tikslumo užduotims?

Kai tenka dirbti su sudėtingomis formomis, prie kurų reikia priėjimo iš labai statmenų kampų, pavyzdžiui, su per 45 laipsnių įsikišusiomis dalimis, būtinas 5 ašių frezas. Detales, kurių mikro tolerancijos yra tokios svarbios, kad net menki montavimo nustatymų klaidos gali viršyti ±0,005 colio ribą, tradicinės technologijos apdoroti negali. Taip pat kyla problemų ir su labai kietomis medžiagomis, turinčiomis daugiau nei 50 HRC kietumą, nes jos lenkia įrankius, jei nenaudojamas tinkamas metodas. Be to, medicininiai implantai ir lėktuvų dalys tiesiog nepasieks reikiamos paviršiaus kokybės, nebent pasiekiamas mažesnis nei 0,4 mikronų paviršiaus šiurkštumo vidurkis. Būtent čia 5 ašių apdirbimas pranoksta įprastą trijų ašių darbą. Jis leidžia pasiekti tikslias matmenų reikšmes ir lygius paviršius, kurių negalima pasiekti palaipsniui naudojant konvencinę įrangą.

Gaminio ciklo laiko mažinimas per efektyvesnius 5 ašių frezas Darbo procesus

Mažiau įrengimų apdirbimo procese: pagrindinis greitesnio atlikimo pagrindas

Penkių ašių frezavimo mašinos sujungia kelis skirtingus apdirbimo etapus vienu metu, sumažindamos gamybos laiką maždaug 65 % lyginant su tradicinėmis trijų ašių technikomis. Šios mašinos suteikia pilną prieigą prie sudėtingų formų be būtinybės perstatyti dalių tarp operacijų, taupant brangius 2–3 valandų, kurios paprastai būdavo prarandamos perstatymo metu. Paimkime, pavyzdžiui, turbinos mentes – tai, kas anksčiau reikalavo bent keturių skirtingų įtvirtinimų, dabar įmanoma padaryti vienu spaustuvu. Šis drastiškas mažinimas apdorojimo metu leidžia gamykloms greičiau gaminti daugiau komponentų, išlaikant kokybės standartus.

Kaip penkių ašių frezavimo mašinos pašalina perstatymo delsias

Integruotos sukiojimosi ašys leidžia įrankiui nuolat pasiekti visas detalės sritis be darbo gabalo nuėmimo, sumažinant 78 % pristatymo susijusios prastovos (2024 metų apdirbimo standartai). Vienas aviacijos tiekėjas sumažino įtvirtinimo paruošimą nuo 14 valandų iki vos 35 minučių, įvedęs 5 ašių technologiją, suteikiant gamybai sklandumą ir pagerinus nuoseklumą.

Duomenų analizė: 40–70 % mažesnis gamybos laikas, apie kurį pranešė įgalioti gamintojai

23 pramonės šakose gamintojai nurodo, kad naudodami 5 ašių darbo procesus, vidutinį ciklo laiką sumažino nuo 11,2 valandos iki 3,7 valandos. Įmonė, gaminanti medicinos priemones, pasiekė 68 % greitesnį implantų gamybą, išlaikydama 0,002 mm tikslumą – svarbu FDA atitikimui. Šenzhen mieste įsikusios CNC inovacijų įmonės klientai 40–70 % laiko taupymo priežastis vadina mažesniu įrankių judėjimo sudėtingumu ir automatinėmis įrankių keitimo funkcijomis.

Tendencijų analizė: sparčiai auga 5 ašių technologijos naudojimas greitam prototipavimui

85 % mašinų dirbtuvių šiuo metu prioritetą teikia 5 ašių sistemoms prototipui kurti, sumažinant automobilių sektoriaus mokslinių tyrimų ir plėtros ciklams 6–8 savaites. Pagal 2023 m. AMT (Gamybos technologijų asociacijos) duomenis, daugiau nei pusė gamybos laiko mažinimo rezultatai kyla dėl montavimo optimizavimo, tai palaiko 5 ašių apdirbimą kaip lankstaus, tikslaus gamybos strategijų pagrindą.

5 ašių frezavimo staklių privalumai prieš tradicinį 3 ašių apdirbimą

Aukštesnės kokybės paviršiaus apdorojimas ir sudėtingų geometrijų valdymas

Kai kalbama apie paviršiaus apdorojimo kokybę, 5 ašių CNC frezavimas gali pasiūlyti rezultatus, kurie yra maždaug dvigubai lygesni lyginant su standartinėmis 3 ašių sistemomis. Tai įvyksta todėl, kad mašina visą laiką palaiko optimalius įrankio darbo kampus pjūvio procese. Kadangi visos penkios ašys juda vienu metu, technologai gali naudoti trumpesnius pjūklus, kurie vibruoja kur kas mažiau per darbą. Mažesnė vibracija reiškia mažesnį darbinio kūno medžiagos nukrypimą, todėl erzinantys įrankio žymės tiesiog dingsta iš baigto produkto. Tai reiškia, kad gamintojai dabar gali gaminti sudėtingas organines formas, tokias kaip turbinos mentės ar sudėtingos medicininės įsodinimų konstrukcijos, kurių tikslumas pasiekia maždaug ±0,005 milimetrų. Tokios geometrijos būtų praktiškai neįmanoma pasiekti naudojant tradicinį frezavimo įrangą.

Pailgintas įrankio tarnavimo laikas dėl optimalių pjūvio kampų

Palaikant nuoseklią čiulpų apkrovą ir tinkamai pozicionuojant pjūvius, 5 ašių apdirbimas sumažina įrankių dėvėjimą maždaug 25–40 procentų lygyje lyginant su tradicinėmis 3 ašių technikomis. Kai įrankiai gali būti nukreipiami nuo tikrai sunkių detalių vietų, tai neleidžia briaunoms nelygiai dilti. Tai ypač svarbu tokiose medžiagose kaip kietis plienas virš HRC 50 arba specialūs aviacijos aliuminio lydiniai. Tikra nauda yra ta, kad galima apdirbti sudėtingas dalis be pertraukimų dėl įrankių keitimo. Paimkime, pavyzdžiui, kuro įpurškiklius – jie tiesiog nuolat išeina nuo linijos vienas po kito. Ir nepamirškime apie taupymą – tik dėl įrankių kaštų sutaupoma maždaug nuo aštuoniolikos iki trisdešimt dviejų dolerių vienai daliai.

Strateginės medicinos ir energijos sektorių komponentų panaudojimo sritys

Kai kalbama apie stuburo implantų gamybą, 5 ašių frezavimo staklės gali pasiekti paviršiaus apdorojimą nuo 0,8 iki 1,6 mikronų, o tai yra išties nuostabu, atsižvelgiant į tai, kaip svarbu, kad paviršius būtų toks lygus, kad kaulai tinkamai susijungtų su implantu. Tuo pačiu metu, šios staklės išlaiko nepaprastą tikslumą, mažesnį nei 0,01 milimetro, per sudėtingas titano gardelės struktūras. Energijos srityje gamintojai nustatė, kad vėjo turbinų korpuso dalis dabar galima gaminti vienu metu, o ne keliais etapais naudojant senesnes 3 ašių įrangas. Tik viena šių pokyčių sutaupo apie pusę gamybos laiko, o tai daro didelį poveikį, kai kalba eina apie didelio masto projektus. Atsižvelgiant į šiuos privalumus, nenuostabu, kad daugelis pramonės šakų labai pasikliauja 5 ašių technologija dalims, kurioms net menkiausios klaidos gali sukelti katastrofiškas pasekmes. Tikslumas išties yra svarbus, kai nuo patikimos veiklos priklauso žmonių gyvybės.

Realaus pasaulio taikymas 5 ašių frezas aukšto paklausos pramonės šakose

Aviacija: Turbīnų mentelių gamyba naudojant 5 ašių CNC apdirbimą

Aviacijos inžinerija reikalauja didžiausio tikslumo turbīnų mentelėms, kurių aerodinaminės formos negali būti pasiektos tradiciniais metodais. 5 ašių CNC apdirbimas leidžia dinamiškai pozicionuoti įrankį ir gaminti šias sudėtingas formas per vieną įstatymą, išlaikant tikslumą mažesnį nei 0,005 mm. Ši galimybė yra būtina reaktyvinių variklių naudingumo ir aviacijos saugos standartams užtikrinti.

Medicina: Tikslumas individualių implantų gamyboje naudojant 5 ašių frezavimo mašiną

Medicinos pramonės įmonės naudoja 5 ašių CNC frezavimą, kad gamintų pacientui pritaikytus implantus, tokius kaip stuburo tinkleliai ir klubo sąnariai. Daugiaašis judesio valdymas leidžia kurti vientisas, biologiškai suderinamas titano dalis su natūraliomis formomis, pašalinant būtinybę papildomai apdoroti jas rankiniu būdu. Paviršiaus lygumas žemiau 0,2 µm Ra sumažina bakterijų prilipimą, o matmenų tikslumas ±5 mikronai užtikrina operacijų sėkmę.

Automobiliai: Sudėtingų pavarų dėžių korpusų greita gamyba

Automobilių tiekėjai naudoja 5 ašių frezas padidinti pavarų dėžių gamybą 45 %. Vienalaikis penkių pusių apdirbimas leidžia tiesiogiai apdirbti alyvos kanalus, varžtų atplaišas ir daviklių tvirtinimus be perkėlimo. Vienas 5 ašių staklės pakeičia 3–4 tradicinius sistemas, kas leidžia savaitėje pagaminti daugiau nei 150 sudėtingų dėžių su 0,01 mm padėties tikslumu.