7 svarbiausi 5 ašių CNC apdirbimo privalumai tiksliai gamybai

Nepakartojama tikslumas ir tikslesni leidžiami nuokrypiai su penkių ašių CNC aparatas

Kodėl 3 ašių apdirbimas neveiksmingas aukštos tikslumo aplikacijose

Standartinės 3 ašių CNC staklės veikia tik tiesiomis linijomis X, Y ir Z plokštumose, tai reiškia, kad operatoriai turi sustoti ir kelis kartus perkelti detalę, kad pasiektų visas savybes. Kiekvieną kartą perkėlę padėtį, atsiranda mažų pritemdiklių. Tyrimai rodo, kad apie 70 % šių mažų matavimo klaidų atsiranda dėl šių kartotų nustatymų, kurie laikui bėgant kumuliuojasi. Kita problema yra ta, kad įrankiai išlieka fiksuotoje padėtyje, todėl ne visada galima pjauti geriausiu kampu. Dėl to paviršiai atrodo nelygūs ir detalės netenkina formos tikslumo, ypač kai dirbama su sudėtingomis formomis arba išlenktais paviršiais, kur svarbiausias tikslumas.

Kaip 5 ašių CNC staklės pasiekia submikroninį tikslumą

Penkių ašių CNC mašinos veikia tuo pačiu metu judėdamos trijose tiesiose linijose (X, Y, Z) ir papildomai su dviem sukiojimosi taškais (A/B arba B/C). Tokia konfigūracija leidžia nepertraukti gamybos proceso, kad būtų galima daugkartiniai pakeitimai arba perstatymas. Šios mašinos yra sukomplektuotos sudėtinga atsirgimo sistema, naudojančia labai tikslų enkoderius. Jos gali aptikti mikro padėties pokyčius, tikslumu iki 0,001 milimetro, ir automatiškai koreguoti nuokrypius, kai įrenginiai įšyla arba įrankiai nusidėvi per ilgalaikę naudą. Rezultatas? Apdorojimo tikslumas apie plius arba minus 1 mikronas. Toks tikslumas yra labai svarbus pramonės šakose, tokiomis kaip optinių komponentų gamyba, puslaidininkių gamyba ir medicinos įrangos kūrimas, kur net menkiausios klaidos nėra priimtinos.

Praktiškas pavyzdys: Gaminant medicinos komponentus ±0,001 mm tikslumu

Vienas iš pagrindinių chirurginių implantų gamintojų pastebėjo, kad atmestų dalių skaičius sumažėjo beveik du kartus, kai jie perejo prie 5 ašių CNC apdirbimo, gaminant titano šlaunikaulio galvutes. Pagrindinė žinia buvo ta, kad visos svarbios detalės galėjo būti apdirbtos per vieną mašinos nustatymą. Jiems pavyko sferinius matavimus sumažinti iki maždaug 0,001 mm tikslumo, o tai yra maždaug 70 kartų plonesnis nei žmogaus plaukų storis, kuris paprastai yra apie 0,07 mm. Toks tikslus matmenų kontrolė reiškia, kad šie sąnariai kūne tiks tiksliau. Geriau pritaikyti implantatai reiškia geresnius pacientų rezultatus ir ilgiau veikiančius įrenginius.

Geriausia praktika: kalibravimas ir priežiūra, kad būtų užtikrintas nuolatinis tikslumas

Norint išlaikyti mikrono tikslumą, būtina reguliariai kalibruoti lazerį (rekomenduojama kas ketvirtį) ir stebėti ašies svyravimus. Įmonės, kurios naudoja dirbtinio intelekto pagalba atliekamą kalibravimo procedūrą, nurodo 35 % mažesnį metinį matmenų nukrypimą. Siekiant užkirsti kelią pamažu prastėjančiam našumui, būtina laikytis ISO 230-2 standarto dėl padėties tikslumo patvirtinimo ir keisti tiesiųjų guolių kas 8 000 eksploatacijos valandų.

Apdirbimas Sudėtingų Geometrijų su penkių ašių CNC aparatas Lankstumas

Sudėtingų Formų Paviršių Apdirbimo Iššūkiai Tradicinėse 3-Ašių Sistemose

Standartinės 3 ašių CNC staklės turi realių sunkumų, kai reikia apdoroti sudėtingas organines formas, tokias kaip turbinos mentės arba individualūs medicininiai implantai, nes jų įrankių keliai yra praktiškai fiksuoti ir jie negali lengvai pasiekti tam tikrų kampų. Kai gamintojai nori sukurti šias sudėtingas kreivines formas, dažnai tenka naudoti kelias skirtingas paruošimo procedūras per visą procesą, todėl tarp atskirų etapų visada kyla pavojus, kad kažkas bus nesuderinta. Be to, įrankiai taip pat nuosekliai neveikia visose paviršių dalyse, todėl gaunamas prastesnis paviršiaus kokybė ir daug atliekamų dalių. Pagal 2024 metų Machining Insights duomenis, įmonės, kurios naudoja tradicinius trijų ašių sistemas, skundžiasi dėl maždaug 23 % daugiau atliekamų medžiagų nei tie, kurie jau perejo prie daugiaašių alternatyvų. Toks skirtumas gamybos salėse greitai kumuliuojasi.

Vienalaikis daugiaašis judėjimas leidžia sudėtingą detalių dizainą

Naudojant 5 ašių CNC stakles, tiek pjūklų įrankis, tiek apdirbamas objektas juda vienas aplink kitą, todėl pjūvio kampas išlieka optimalus net dirbant su sudėtingomis giliosiomis kavitacijomis ar sudėtingomis išlenktomis paviršiais. Gamintojai dabar gali sukurti tikrai sudėtingas dalis, tokias kaip titano degalų purkštukai su sudėtingomis vidinėmis gardelės struktūromis, reikalaujančiomis labai mažų nuokrypių ribų – plius arba minus 0,005 milimetro. Naujausias 2025 metų tyrimas aviacijos gamybos sektoriuje parodė ir dar vieną įdomų faktą – šios staklės sumažino sudėtingų detalių paruošimo laiką apie 40 procentų lyginant su tradiciniais metodais. Toks efektyvumas leidžia reikšmingai sutaupyti laiko gamybos įmonėse, kur kiekviena minutė yra svarbi.

Atvejo analizė: Turbīnų mentelių gamyba naudojant 5 ašių CNC stakles

Energijos sektoriaus lyderis gamindamas dujų turbinos mentes naudodamas 5 ašių CNC technologiją pasiekė 99,6 % matmenų tikslumo. Staklių B ašies pasvirimas pašalino būtinybę rankiniu būdu keisti padėtį mentelių profilavimui, todėl ciklo laikas vienai mentei sumažėjo nuo 8,5 iki 3,2 valandos. Paviršiaus vientisumas pagerėjo tiek daug, kad po apdirbimo poliravimas sumažėjo 72 %.

Dizaino laisvės maksimalizavimas integruojant CAD/CAM

Šiandienos 5 ašių sistemos dirba su CAD CAM programinės įrangos paketais, kad sukurtų įrankių judėjimo trajektorijas, kurios išvengtų susidūrimų gaminant sudėtingas dalis, tokias kaip sraigtiniai krumpliaračiai arba tų palaikų konstrukcijos, optimizuotos naudojant topologinę analizę. Prieš pradedant faktinį apdirbimą, konstruktoriai gali išbandyti formų, kurios optimizuoja skysčio tekėjimą, ir patikrinti, ar jas iš viso galima pagaminti. Pagal naujausią 2024 metų Advanced Manufacturing Quarterly leidimą, tokia skaitmeninė priemonė atvėrė apie 31 procentą daugiau dizaino variantų tiems, kurie dirba su automobiliais ir robotais. Galimybė iš pradžių skaitmeniškai pamatyti, kas veikia, sutaupo laiko ir medžiagų ateityje.

Sumažintas paruošimo laikas ir vieno paruošimo efektyvumas 5 ašių CNC apdirbimas

Paslėptos delsos daugiapakopiuose 3 ašių darbo procesuose

3 ašių apdirbimas paprastai reikalauja 4–5 kartų per detalę perkelti, o kiekvienai konfigūracijai kalibruoti ir keisti įrenginius trunka 15–30 minučių. Šios neapdirbimo veiklos užima didelę dalį gamybos laiko – automobilių gamintojai nurodo, kad 64 % ciklo laiko sugaišta perkėlimui ir susijusioms užduotims.

Kaip visų 5 ašių diapazonas pašalina perkėlimo poreikį

Turintis pilną A/B ašių sukiojimą, 5 ašių CNC staklės gali pasiekti penkias darbinės detalės puses vienu įtvirtinimu. Išlaikant vieną koordinačių sistemą visame apdirbimo procese, pašalinami kumuliaciniai pozicionavimo klaidų dydžiai, kurie daugiapakopiuose procesuose sukelia ±0,1–0,3 mm tolerancijų skirtumus, padidinant tiek greitį, tiek tikslumą.

Leidžia gaminti be priežiūros dėl mažesnio konfigūracijų skaičiaus

Sumažinus operatoriaus įsikišimus 70 %, 5 ašių CNC staklės pasiekia 93–97 % veikimo laiko be priežiūros. Tai leidžia gaminti sudėtingas dalis naktį, atitinkant pramonės tendencijas – 42 % gamintojų pagal 2023 metų gamybos technologijų apklausą dabar teikia pirmenybę automatizacijai be apšvietimo.

Puikios paviršiaus kokybės pasiekiamos naudojant optimalų įrankio kampavimą 5 ašių CNC staklėse

Prasta paviršiaus kokybė dėl neoptimalaus įrankio kontakto 3 ašių sistemose

Fiksuota įrankio orientacija 3 ašių apdirbimo sistemose sukelia nevienodą kontaktą su išlenktais paviršiais, todėl atsiranda nelygumų, drebėjimo žymių ir įbrėžimų. Įrankiai dažnai veikia neefektyviais kampais, ypač giliuose kiaurymėse, todėl atsiranda įrankio lenkimas ir nevienodas paviršius. Šie defektai 30–40 % padidina rankinio apdirbimo laiką sudėtingiems komponentams.

Statmenas įrankio sąsaja su 5 ašių CNC staklėmis

5 ašių apdirbime sistema keičia įrankio kampavimą per papildomas A ir B ašis, kad išlaikytų statų kampą su apdirbama detalės paviršiumi. Šis šoninio frezavimo būdas paskirsto apkrovą per visą frezavimo įrankio plotį, todėl apkrova sumažėja maždaug dviem trečiosiomis. Kai įrankis išlaiko pastovų 90 laipsnių kampą su apdirbama medžiaga, sumažėja vibracijos per apdirbimą. Tai leidžia operatoriams intensyviau naudoti įrenginį, padidinant padavimo greitį, kartu pasiekiant geresnį apdirbimo kokybę, ypač kai dirbama su kietomis, terminiai apdorbotomis arba sukietintomis medžiagomis.

Aviacijos pritaikymas: Veidrodinio paviršiaus pasiekimas

Gamydamas turbinos mentes, 5 ašių CNC apdirbimas pasiekia paviršiaus apdorojimą iki Ra 0,2–0,4 μm be rankinio poliravimo. Derindamas įrenginio pasvirimą su didelio greičio kontūravimu, įrankių judėjimo takai tampa nematomi aerodinamiškai jautriuose paviršiuose. Mentės pagrindo sąsajos atitinka JAV transporto saugos administracijos (FAA) paviršiaus plokštumos reikalavimus (±0,001 mm) dėl tikslaus įrankio kampavimo ir optimizuoto medžiagos nuėmimo.

Žingsnių tarp įrankio takų ir įrankio žymių mažinimas naudojant pasvirimo funkcijas

Vienalaikis ašių valdymas sumažina žingsnių tarp įrankio takų atstumus 50–75 % lyginant su 3 ašių metodais. Programuojami pasvirimo vektoriai užtikrina sklandžius pereinamuosius tarp paviršių su nuolatiniu žingsnių dydžiu. Išvengiant perkėlimo vietų, pašalinamos matomos linijos ir persidengiančios įrankio žymės, tuo tarpu išmanus įrankio takų planavimas nukreipia išėjimo judesius nuo svarbių estetinių paviršių.

Padidinta našumas ir ilgalaikė kainos efektyvumas naudojant 5 ašių CNC apdirbimas

Senamadiškas 3 ašių darbo procesas turi daugybę paslėptų išlaidų, apie kurias šiais laikais niekas nemeta žodžio. Galvokite apie daugkartinį priešakinį paruošimą, specialių įrenginių poreikį, be visų papildomų stebėjimo darbų. Vidutinio dydžio gamybos įmonėms, maždaug 18 procentų jų faktinio gamybos laiko tiesiog išgaruoja, nes nuolat tenka perkrauti dalis tarp operacijų. Būtent čia 5 ašių CNC apdirbimas keičia viską. Kai įmonės pereina prie šios technologijos, jos gali atlikti kelias operacijas vienu metu, nereikia nuolat visko keisti. Taip pat žymiai mažėja darbo išlaidos, nes nereikia tiek daug specializuotų įrankių. Kai kurios automobilių dalių gamintojai, gaminančios pavarų dėžes, praneša sumažinusios gamybos ciklus net beveik dvigubai, paprasčiausiai pašalinus jas erzinančias perplanavimo pertraukas.

Prieš akis žvelgiančios gamybos įmonės derina  penkių ašių CNC aparatas su dirbtinio intelekto pagrįstu įrankių judėjimo optimizavimu, kuris sumažina energijos suvartojimą 22 % ir pailgina įrankių tarnavimo laiką. Ši integruota strategija per penkerius metus sumažina vieno gaminio kainą 31 %, todėl 5 ašių technologija tampa pelno prasme naudinga netgi mažo apimties, aukštos tikslumo gamybai.