Kaip pasirinkti geriausią 5 ašių CNC stakles savo dirbtuvei

Suprantama 5 ašių CNC apdirbimas galimybės ir pagrindiniai pranašumai

Kas yra 5 ašių CNC apdirbimas ir kaip jis skiriasi nuo 3 ašių metodų

Naudojant 5 ašių CNC apdirbimą, pjovimo įrankis iš tikrųjų gali judėti visomis šiomis kryptimis vienu metu – X, Y, Z ir dar dvi rotacijos, – todėl galima kurti labai sudėtingas formas, nekeliant detalių iš mašinos kelis kartus. Tradicinėms 3 ašių mašinoms reikia, kad operatorius fiziškai perkeltų detalę kiekvieną kartą, kai reikia pjauti iš kito kampo. Pagrindinis pranašumas – mažesnė žmogaus klaida ir žymiai geresnis tikslumas dirbant su tokiais elementais kaip išlenktos paviršiaus formos ar gilios medžiagos duobutės. Įmonėms, gaminančioms lėktuvų komponentus ar chirurginius instrumentus, šios mašinos yra beveik būtinos, nes kai kurie techniniai reikalavimai numato nuokrypį iki plius arba minus tik 0,005 milimetrų. Toks tikslumas senesniais metodais tiesiog nebuvo įmanomas.

Pagrindiniai pranašumai: tikslumas, mažesnis paruošimo skaičius ir geresnis paviršiaus apdorojimas

Perėjus nuo 3 ašių prie 5 ašių CNC staklių, paruošimo keitimasis sumažėja tarp 60 ir 70 procentų. Tai esmingai įtakoja detalių partijų gamybos trukmę. Įrankio judėjimo trajektorijos tolydumas reiškia, kad nebegauname klaidų dėl perkėlimo, o paviršiaus apdirbimo kokybė pasiekia apie 0,4 mikronų Ra arba geresnę be jokio papildomo poliravimo. Automobilių formų gamintojai mums sakė, kad ciklo trukmė gali sumažėti net 40 %, apdorojant tokias detalės kaip turbinų mentės ir mentiniai rateliai, naudojant šią technologiją. Iš tiesų tai logiška, nes visame procese yra mažiau sustojimų ir paleidimų.

Tuo pat metu vykdomas apdirbimas prieš 3+2 ašių apdirbimą: našumo ir naudojimo atvejų skirtumai

Pramonės šakos ir taikymo sritys, kurios naudojasi penkių ašių CNC aparatas technologijos

Aviacijos gamintojai priklauso nuo 5 ašių CNC staklių, kad tiksliai apdirbtų titano variklių korpusus, o energetikos įmonės jas naudoja vėjo turbinų skyriams apdirbti su kampiniais nuokrypiais mažesniais nei 0,01°. Medicinos srityje ši technologija leidžia gaminti pacientui pritaikytus ortopedinius implantatus su 99,7 % kartojamumu didelėse partijose.

Įvairios rūšys penkių ašių CNC aparatas Konfigūracijos ir jų poveikis gamybai

Stalas/stalas, galvutė/galvutė ir galvutė/stalas konfigūracijų palyginimas

Kiek gerai veikia 5 ašių CNC staklės, labiau priklauso nuo to, kaip jos sukonfigūruotos. Su stalas/stalas sistemomis abi besisukančios dalys tiesiogiai integruojamos į darbo stalą. Tokia konfigūracija užtikrina puikią stabilumą dirbant su mažesniais daiktais, pavyzdžiui, lėktuvuose naudojamais mažais kampiniais skliaustais. Tada yra galva/galva konfigūracijos, kur posūkiai vyksta špindelio gale. Jos geriau susidoroja su didesniais ir sudėtingesniais formos elementais, tokiais kaip turbinų mentės ar panašūs dideli komponentai. Trečioji parinktis truputį maišo dalykus, naudodama taip vadinamas hibridines galva/stalas konfigūracijas. Jose yra besisukantis špindelis, derinamas su pasviriančiu stalo plotu, kas sukuria gerą pusiausvyrą tarp lankstumo ir kontrolės. Dėl to jos tapo gana populiarios tarp įmonių, gaminančių medicinos implantus, kur tikslumas yra svarbiausias. Nesenka analizė dėl gamybos prioritetų parodė ir kai ką įdomaus: apie du trečdalius įmonių iš tiesų renkasi galva/stalas sistemas, kai jiems reikia pakankamai universalumo dirbti skirtingose pramonės šakose prototipų kūrimo etapuose.

Trinio stalo, svyravimo galvos ir judančios kolonos konstrukcijų kompromisai

Trinio stalai puikiai laikosi atlikdami sunkias dalių apdirbimo operacijas, tačiau yra viena problema. Fiksuotas sukimosi kelias reiškia, kad didesni darbiniai kūnai paprasčiausiai netilps. Kas liečia svyravimo galvas, šios leidžia įrankiams pasisukti apie 120 laipsnių kiekviena kryptimi. Dėl to jos gana gerai tinka dirbti sunkiose vietose, tokiuose plotuose kaip formų įbrėžimai ar sudėtingos mentelių formos. Tačiau būkite atsargūs, išlaikyti tikslumą reikalauja rimtų terminio valdymo įgūdžių. Judančios kolonos konfigūracijos pasirenka visiškai kitokį požiūrį. Kai tiek špindelis, tiek kolona juda X ašimi kaip vienas mazgas, šios mašinos atveria žymiai didesnes darbo erdves. Galvokite apie milžiniškus jūrų propelerius ar didelius konstrukcinius elementus, reikalingus lėktuvų statybai. Ši konstrukcija tiesiog suteikia gamintojams daugiau vietos dirbti su perdideliais komponentais, nesumažinant stabilumo.

Kaip įrenginio išdėstymas veikia darbo erdvę ir detalės prieinamumą

Darbo erdvės efektyvumas skiriasi priklausomai nuo konstrukcijos: stalas/stalas konfigūracijos praranda 15–25 % naudingo ploto dėl rotacinės ašies persidengimo, tuo tarpu judančios kolonos išdėstymas išlaiko iki 90 % tiesinės ašies diapazono. Galva/galva sistemos gerina įrankių prieinamumą, sumažindamos reikalingų daugiapusių detalių fiksavimo paruošimų skaičių 40 %, palyginti su staline alternatyva.

Pagrindiniai techniniai reikalavimai perkant penkių ašių CNC aparatas

Darbo erdvė, ašių eiga ir špindo greičio reikalavimai

Tai, ką vadiname darbo erdve, iš esmės nurodo, kokio dydžio detalę mašina gali tikrai apdoroti. Taip pat svarbus ašių eiga, nes ji leidžia mašinai pasiekti sunkiai pasiekiamas vietas ir kurti sudėtingas formas. Dirbant su tokiais sunkiais medžiagais kaip titanas, daugumai dirbtuvių reikia špindelių, besisukančių greičiu daugiau nei 15 000 aps./min., kad tikrai būtų galima pjauti medžiagą. Tačiau aliuminio detalėms svarbesnis ne švarus greitis, o sukimo momentas. Didelės mašinos, turinčios darbo erdvę virš 1,5 kubinio metro, puikiai tinka gaminant lėktuvų dalis ir panašias didelės apimties komponentes. Tačiau šios didelės mašinos reikalauja ypač stiprių rėmų, kad jos neprilenktų pjovimo metu, nes kitaip galutinis produktas neatitiktų tikslumo reikalavimų.

Stalo apkrovos talpa ir jos poveikis gamybos lankstumui

Stalo apkrovos talpa – paprastai nuo 500 iki 2 000 kg – veikia darbo eigos universalumą. Didelės talpos leidžia apdirbti didelius liejinius, tačiau gali sumažinti greito poslinkio greitį 15–20 %. Dirbtuvėms, apdorojančioms įvairias medžiagas, 800–1 200 kg talpa kartu su moduliniais tvirtinimo įrenginiais optimaliai sumažina perjungimo tarp operacijų laiką, neprarandant stabilumo.

Tikslumas, pakartojamumas ir šiluminės kompensacijos funkcijos

Geriausi 5 ašių staklės gali pasiekti apie 0,002 mm tikslumą dėka tiesinių skaitiklių, dirbančių kartu su realaus laiko šiluminės kompensacijos sistemomis. Nagrinėjant, kur atsiranda klaidos sudėtingose pjovimo trajektorijose, dauguma problemų iš tiesų kyla dėl nesuderintų sukimosi taškų. Todėl daugelis įmonių dabar remiasi zondais paremtomis kalibravimo metodikomis, kad aptiktų šias problemas dar iki joms tapus rimtomis bėdomis. Gamintojams, laikantis ISO 230-2 reikalavimų, taip pat vyksta kažkas įspūdingo. Įmonės, gaminančios tikslumo detalias medicinos prietaisams, praneša sumažinę atliekų kiekį beveik 40 %. Įsivaizduokite, ką tai reiškia tiek pelno padidėjimui, tiek pacientų saugai, kai detalės idealiai tinka pagal projektą.

Špindelio galia, įrankių keitiklio tipas ir aušinimo skysčio sistemos parinktys

Veržlių galvutės galia labai priklauso nuo to, koks darbas atliekamas. Formų ir įrąžų gamybos operacijoms mašinos paprastai reikalauja apie 40 kW arba daugiau galios. Automobilių prototipų gamyklos paprastai naudoja mažesnes 15–25 kW galios vienates. Ką tik kalbant apie įrankių keitiklius, tie, kurie gali pakeisti įrankius per mažiau nei keturias sekundes, žymiai padidina gamybos greitį. Kai kurie gamintojai jau pradėjo naudoti dvigubos rankos konstrukcijas, kurios iš esmės sumažina įrankių susidūrimus – apie du trečdalius mažiau nei tradiciniai skėčio tipo keitikliai. Kitas svarbus dalykas – aušinimo skysčio sistemos, kurios eina per pačią veržlių galvutę. Šios sistemos turi veikti ne mažesniu kaip 1000 psi slėgiu, kad tinkamai veiktų su nikeliu pagrįstomis lydiniais, o dirbtuvėse teigiamai atsiliepia, kad tokios sistemos trigubai pailgina frezų tarnavimo laiką. Tačiau yra viena sąlyga – šios sistemos būtinai reikalauja filtravimo iki 5 mikronų, kitaip jos greitai užsikimš.

Valdymo sistemos ir programinės įrangos integracija optimaliam 5 ašių CNC našumui

Susidūrimų aptikimas ir realaus laiko įrankio judėjimo maršrutų modeliavimas

Šiuolaikiniai 5 ašių CNC stakliai aprūpinti protingais algoritmais, kurie iš esmės prognozuoja, kur eis įrankiai dar prieš jie pajudant, sumažinant susidūrimus apie 90 % lyginant su tuo, kas vyksta, kai žmonės tik patikrina dalykus rankiniu būdu. Šios sistemos taip pat turi tokią puikią savybę kaip erdvinės klaidų atvaizdavimas. Ji sukuria visos darbo zonos žemėlapį, kad operatoriai galėtų nustatyti potencialias problemas, kur įrankiai gali atsitrenkti į tvirtinimo priemones ar kitas judančias dalis. Taip pat yra ir realaus laiko įrankio judėjimo maršruto optimizavimas. Ši technologija nuolat koreguoja staklių padavimo greitį sudėtingomis lenktomis pjovimais, neleisdama perkrauti įrankių ir išlaikydama tikslumą apie 0,002 mm. Gana įspūdinga įranga bet kuriai gamyklų aikštei.

Adaptyvus apdirbimas ir grįžtamojo ryšio valdomas procesas

Aukščiausios kokybės apdirbimo sistemos dabar aprūpintos lazeriniais skeneriais kartu su jėgos jutikliais, kurie stebi vykstančius procesus realiuoju laiku ir automatiškai atlieka koregavimus, kai pasitaiko medžiagų pokyčių arba atsiranda įrankių nusidėvėjimo požymių. Dirbant su lydiniais, kuriuose yra sunkiau apdirbamų vietų, naudojamas adaptacinis grubusis apdirbimas, keičiant pjovimo gylį, dėl ko įrankių tarnavimo laikas iki pakeitimo gali pailgėti apie 30–40 procentų. Taip pat čia veikia uždarojo ciklo šiluminė kompensacija. Ši funkcija nuolat koreguoja mašinos ašių padėtį pagal temperatūros svyravimus gamyklos aplinkoje. Ilgoms aviacijos pramonės gamybos eilėms, kur svarbiausia vientisumas, šios sistemos užtikrina pakartojamus rezultatus, neviršydamos penkių mikrometrų per kelias gamybos ciklų pakartas.

CAM programinės įrangos suderinamumas ir postprocesoriaus palaikymas

Šiuolaikinėje pramonėje labai svarbu įsigyti 5 ašių CNC sistemą, kuri gerai veiktų su standartinėmis CAM programinėmis priemonėmis, tokiomis kaip Mastercam ar Siemens NX. Daugumai dirbtuvių ši suderinamumas būtinas, kad darbai būtų atliekami efektyviai. Visas procesas priklauso nuo taip vadinamo postprocesoriaus, kuris paima tas išsiveržiančias įrankių trajektorijas, sukurtas CAM programinėje įrangoje, ir paverčia jas tikromis G-kodo komandomis, specifinėmis konkrečiai mašinai. Šie procesoriai taip pat turi tvarkyti visokiausius skirtingus mašinų išdėstymus, nepriklausomai nuo to, ar tai galvos posvyrio konfigūracijos, ar trunion stalo konstrukcijos. Kai kurie žinomi gamintojai dabar pradeda teikti internetinius postprocesorių bibliotekų rinkinius. Jie reguliariai juos atnaujina, kai pasirodo nauji pjovimo įrankiai. Dirbtuvės praneša apie maždaug dvigubai mažiau programavimo klaidų, naudodamos šiuos atnaujintus failus, ypač tada, kai dirbama su sunkiais medžiagomis, tokiose kaip titanas, kur tikslumas yra svarbiausias.

Išlaidų analizė ir investicijų grąža, įsigyjant penkių ašių CNC aparatas

Pradinės pirkimo, diegimo ir eksploatacijos išlaidos

5 ašių CNC staklių paleidimas reikalauja didelių pradinių investicijų. Baziniai modeliai kainuoja apie 200 tūkst. JAV dolerių ir, priklausomai nuo reikalingų funkcijų, lengvai gali viršyti pusę milijono dolerių. Taip pat reikia atsižvelgti į montavimo išlaidas. Staklių tinkamas paruošimas paprastai kainuoja nuo penkiolikos iki penkiasdešimties tūkstančių dolerių už tokias paslaugas kaip betoninės grindų paruošimas, elektros sistemų modernizavimas ir visiškas kalibravimas. Programinė įranga yra dar viena atskira išlaidų kategorija. Dauguma gamintojų už savo specializuotas CAM programas bei būtinus postprocesorius, kurie užtikrina visos sistemos suderinamumą, ima nuo dvidešimties iki keturiasdešimties tūkstančių dolerių. Kai staklės veikia, jos per valandą sunaudoja apie aštuonis–dvylika dolerių vertės įrankių, be to, jų elektros energijos suvartojimas yra žymiai didesnis lyginant su tradicinėmis trijų ašių staklėmis. Papildomas energijos suvartojimas atsiranda dėl to, kad sudėtingų operacijų metu visos ašys juda vienu metu.

Einamieji išlaidos: Mokymai, techninė priežiūra ir atsarginių dalių prieinamumas

Mokymai operatorių, kad būtų sertifikuojami 5 ašių programavime, paprastai kainuoja nuo penkių tūkstančių iki septynių tūkstančių dolerių vienam asmeniui. Kalbant apie šių mašinų sklandų veikimą palaikančius metinius techninio aptarnavimo mokesčius, jie sudaro apie šešis iki aštuonių procentų tos sumos, kurią mašina kainavo nauja. O dar nekalbant apie brangias servo variklių keitimo išlaidas, kurios įmonėms gali kainuoti nuo aštuoniolikos tūkstančių iki dvidešimt penkių tūkstančių dolerių. Trunnion stalams taip pat reikia reguliaraus dėmesio – kas dvi savaites reikia tikrinti tepimą, o guoliai turi būti keičiami kartą per metus, o tai kainuoja nuo trys tūkstančiai penki šimtai iki penki tūkstančiai du šimtai dolerių. Tikras galvos skausmas? Dvigubo ašies rotacinės sistemos dalys, atvežamos iš Europos, dažnai atkeliauja labai ilgai – kartais net 12–18 mėnesių. Tai sukelia rimtų problemų bet kam, kas bando planuoti remontus be nenuspėjamų prastovų.

Grąžinamo pelno apskaičiavimas per pralaidumą ir efektyvumo padidėjimą

Pagal Produktyvumo komisijos 2023 m. pramonės tyrimą, įmonės, naudojančios 5 ašių apdirbimą, pasiekia 68 % greitesnį užduočių įvykdymą dėl mažesnio paruošimo skaičiaus. Vienas medicinos įrangos gamintojas sumažino titano implantų apdirbimo laiką iki detalės nuo 3 valandų iki 40 minučių, sutaupydama kasmet 740 000 JAV dolerių darbo jėgos ir atliekų sąnaudose. Pagrindiniai ROI veiksniai apima:

• Įrenginių kainos atsipirkimą per 4–9 mėnesius
• 22–35 % mažesnes medžiagų švaistymo sąnaudas
• 15–25 % didesnę kainodaros galimybę sudėtingoms detalėms

Atsipirkimo laikotarpiai paprastai trunka nuo 26 iki 38 mėnesių, o daugiau nei 85 % grąžinamo pelno pasiekiamas per septynerius metus, ypač aviacijos ir tikslaus formavimo formų gamybos sektoriuje.