5 assu CNC apstrādes skaidrojums: kas tas ir un kā tas darbojas

Kas ir 5 assu CNC mašīna un kā tā atšķiras no tradicionālajām metodēm?

Iepazīstot jēdzienu 5 assu CNC mašīna

Piecu ass CNC apstrāde darbojas, pārvietojoties pa piecām dažādām asīm vienlaikus — trīs taisnās līnijas (X, Y, Z) plus divas rotācijas (A un B). Tas nozīmē, ka griešanas rīks var sasniegt katru darbaspagādājuma daļu, nepieciešams apstāties un pārvietot lietas ar roku. Nav vairs nepieciešama apgrūtinoša pārpozicionēšana, kas ietaupa laiku un padara visu daudz precīzāku. Mašīnas var uzturēt ļoti ciešas tolerances līdz pat 0,005 milimetriem, tāpēc tās ir lieliskas sarežģītu detaļu izgatavošanai, piemēram, lidmašīnu dzinēju lāpstiņām vai sīkām medicīniskām ierīcēm, kas ievietojamas ķermenī. Kad parādās šīs rotācijas kustības, ražotājiem ir pilna piekļuve dažādām sarežģītām formām un grūti sasniedzamām vietām. Nozarēm, kur precizitāte ir visvairāk svarīga, šāda veida tehnoloģija ir pilnībā mainījusi to, kas ir iespējams ražošanas telpās.

Galvenās atšķirības starp 3 ass un 5 ass CNC mašīnu

Standarta 3 ass mašīnas darbojas uz taisnām līnijām pa X, Y un Z virzieniem, tādējādi tām ir grūtības ar sarežģītiem formām un īpašībām dažādās pusēs, ja tās neapstājas un vairākas reizes neiestata. Katru reizi, kad šīm mašīnām ir jāpārvietojas uz noteiktu pozīciju, pastāv misalignment problēmu risks un šis papildu solis var aizņemt jebkur no 40 līdz 70 procentiem vairāk laika saskaņā ar 2023. gada SME nozares ziņojumiem. Savukārt 5 ass sistēmas pievada papildu rotējošās ass, kas apzīmētas kā A un B, kas ļauj vai nu rīkam, vai pašai detaļai mainīt leņķi, joprojām turpinot materiāla apstrādi. Rezultāts? Detaļas ar sarežģītiem iekšējiem telpām un slīpām virsmām tiek pabeigtas bez apstāšanās, ietaupot ražotājiem aptuveni pusi no ražošanas laika, izgatavojot lidmašīnu komponentus, kur vienlaicīgi ir svarīgi piekļūt vairākām pusēm.

Dažādu ass apstrādes iespēju attīstība un priekšrocības

5 assu tehnoloģijas saknes meklējamas 1980. gados, kad tā pirmoreiz tika izmantota aviācijas un aizsardzības nozarē, apstrādājot cietus titāna komponentus. Tomēr kopš aptuveni 2010. gada lietas ir ievērojami mainījušās pateicoties labākiem CNC kontroles sistēmām un CAM programmatūras uzlabojumiem. Praktiski tas nozīmē, ka mašīnas tagad var kustēties pa visām piecām asīm vienlaikus, kas reāli ietekmē darbnīcu darbības. Skaitļi arī pastāsta daļu no stāsta - uzņēmumi ziņo, ka tiem ir vajadzīgas aptuveni puses mazāk montāžas ierīces, virsmas apdare ir vidēji 35% gludākas un rīki ilgst apmēram 30% ilgāk, jo griešana notiek labākos leņķos, saskaņā ar 2022. gada žurnāla Journal of Manufacturing Systems pētījumu. Nozarēs, kur precizitāte ir visvairāk svarīga, piemēram, medicīnas ierīču, lidaparātu komponentu un enerģētikas aprīkojuma ražošanā, šo tehnoloģiju ir pieņēmuši ar visu sirdi. Tikai vien pašu atkritumu likme ir samazinājusies par vairāk nekā ceturtdaļu daudzos gadījumos pēc pārejas uz 5 ass sistēmām.

Piecas ass izskaidrojums: X, Y, Z, A un B 5 ass CNC mašīnas

Lineārie asis (X, Y, Z) un to loma instrumenta pozicionēšanā

CNC apstrādē X, Y un Z ass kopā kontrolē griešanas instrumenta kustību trīsdimensiju telpā. Apskatīsim sīkāk: X ass nodrošina kustību pa labi un pa kreisi pāri mašīnastrumam, kas ļauj veikt sejas frēzēšanu. Turpinot ar Y asi, tā nodrošina pozicionēšanu uz priekšu un atpakaļ, kas ir ļoti svarīgi sānu frēzēšanas vai slotu izveidošanas laikā. Tad ir Z ass, kas atbild par visu augšup un lejup kustību, kas nepieciešama cauruļu urbšanai un apstrādes operācijām. Kad visas trīs ass darbojas pareizi, tās var pozicionēt instrumentus ar precizitāti ±0,005 milimetri saskaņā ar 2022. gada ISO standartiem. Tieši šāda precizitāte ļauj ražotājiem ražot detaļas vienmērīgi no reizes līdz reizei.

Rotācijas asis (A un B) un to ietekme uz izstrādājuma orientāciju

Runājot par mašīnas asīm, A-ass būtībā griež vai nu apstrādājamo darbaspali, vai arboru ap to, ko mēs saucam par X-ass virzienu. Savukārt B-ass nodrošina rotāciju gar Y-ass. Praktiski tas nozīmē, ka instrumenti var sasniegt šos sarežģītos saliktos leņķus, nepieciešamības pastāvīgi pārkonfigurēt. Piemēram, reaktīvo dzinēju ražošanā B-ass 45 grādu slīpums ļauj mašīncilvēkiem ar lielu precizitāti izurbt šos slīpos caurumus turbīnas lāpstiņās. Patiesā priekšrocība ir atbrīvoties no visiem tiem laiku izšķērdējošiem manuālajiem pielāgojumiem. Ražotāji tagad var apstrādāt sarežģītas apakšējās malas un šīs grūti izvedamās izliektās formas, kuras agrāk prasīja vairākas iestatīšanas un specializētu aprīkojumu.

Piecu asiņu sinhronizētā kustība (X, Y, Z, A, B/C ass)

Patiesa 5 asiņu apstrāde darbojas, koordinējot visas piecas ass vienlaikus — gan lineāros, gan rotācijas kustības, ko ļauj sarežģīta kustības kontroles programma. Kad viss ir pareizi iestatīts, griešanas rīks visā procesā paliek vienā leņķī pret apstrādājamo detaļu. Tas nozīmē, ka materiāls vienmērīgi tiek noņemts no sarežģītām formām bez nepatīkamām nevienmērībām, kuras dažkārt novērojam. Praksē, detaļām, kas izgatavotas no izturīgiem materiāliem, piemēram, titāna, ko izmanto lidmašīnu būvē, var sasniegt virsmas apdari zem Ra 0,8 mikronu. Tieši šādi rezultāti atbilst rūpniecības standartiem augstas precizitātes komponentēm, kur precizitāte ir visvairāk svarīga.

Kā rīka ceļa un orientācijas kontrole uzlabo precizitāti 5-asiņu sistēmās

Rīka orientācijas optimizēšana ir galvenā 5-asiņu sistēmu priekšrocība. Regulējot rīka leņķi attiecībā pret apstrādājamo detaļu:

• Griešanas spēki sakrīt ar rīka stiprāko asi, samazinot novirzi līdz pat 40%
• Efektīvais griešanas diametrs paliek nemainīgs visās līkņu virsmās
• Īsākus, stingrākus rīkus var izmantot optimālos leņķos

Kopā šie faktori ļauj precīzi apstrādāt smalkas detaļas, piemēram, 0,2 mm radiusa apļus uz medicīniskiem implantiem ar apakš mikrona atkārtojamību

Veidi un konfigurācijas 5 ass CNC mašīnas : Galviņa/Galviņa, Galds/Galviņa un Galds/Galds

Piecpusēju apstrādes centru izgatavošanā pašlaik galvenokārt tiek izmantotas divas metodes. Pirmais variants ir tā sauktais turnīra stila mašīns, kurā darba galds rotē. Šādiem mašīniem ir lieliska piekļuve no vairākiem leņķiem, tāpēc tie darbojas lieliski kastveida detaļām, lai gan tiem ir zināmas ierobežojumi attiecībā uz apstrādājamo svaru. Cits izplatīts variants ir zināms kā svērējošā rotācijas dizains. Šādā konfigurācijā galvenajā iekārtā atrodas rotējošās ass, kas ļauj rīkiem sasniegt visdažādākās sarežģītās formas, kuras citādi būtu neiespējami apstrādāt. Abas šīs mašīnu veidi ir vērtīgas, jo tās spēj vienlaikus koordinēt vairākas ass. Tas nozīmē, ka retāk ir jāapstāj darbs un jāmaina detaļu pozīcija, kas īpaši sarežģītu komponentu apstrādē ietaupa laiku un naudu.

5 ass CNC mašīnu konfigurāciju pārskats (turnīra stils, svērējošā rotācijas stils)

Trunnion stila mašīnas darbojas, pagriežot apstrādājamo gabalu uz slīdošā galda ap to, ko mēs saucam par X asi. Šādas iestatījumi ir diezgan labi piemēroti kastveida detaļām, jo tās var viegli piekļūt vairākām pusēm. Bet ir viens liels trūkums – lielākām vai smagākām sastāvdaļām šīs mašīnas vienkārši nav izstrādātas, lai efektīvi izturētu šāda veida slodzes. Savukārt pagriežamās rotācijas konfigurācijas ievieš pavisam citu pieeju. Nevis pārvietojot visu galdu, rotācijas ass tiek integrēta tieši instrumentu galviņā. Tas ļauj rīkiem nostādīties leņķos no plus vai mīnus 30 grādiem līdz pat 120 grādiem. Reālā priekšrocība kļūst acīmredzama, strādājot ar sarežģītām brīvās formas virsmām, kur precizitāte ir visvairāk svarīga. Ražotāji aviācijas un medicīnas ierīču nozarēs īpaši novērtē to, kā šīs mašīnas uztur ļoti ciešas tolerances līdz pat 0,0001 collas novirzēm, kas tās padara par neatņemamu elementu kritiskās lietojumprogrammās, kur pat niecīgas novirzes varētu radīt problēmas.

Galva/Galva pret Galda/Galva pret Galda/Galda: veiktspējas un pielietojuma kompromisi

Galva/Galva konfigurācijās apstrādājamais gabals paliek uz vietas, bet visu rotāciju veic ātrupe, kas nodrošina labāku stabilitāti, strādājot ar lieliem aviācijas rūpniecības komponentiem. Tad ir Galda/Galva hibrīda pieeja, kurā tiek izmantota gan rotējoša galdiņš, gan slīdoša ātruma galva. Šāda iestatījuma konfigurācija ļoti labi darbojas, piemēram, formu un medicīnas iekārtām, jo nodrošina labu līdzsvaru starp dažādu formu apstrādes iespējām un pietiekamu jaudu. Galda/Galda mašīnām viss balstās uz paša apstrādājamā gabala rotāciju. Tās var izveidot ļoti detalizētas apakšējās izgriezumus, taču tām ir mazākas darba telpas izmēri. Izvēloties sistēmu, ražotājiem jāņem vērā to komponentu sarežģītība, kādu ražošanas apjomu tie apstrādā un vai to dizainam ir nepieciešamas īpašas ģeometrijas, kuras standarta konfigurācijas varētu neveiksmīgi apstrādāt.

Konfigurācija	Precizitātes stabilitāte	Darba apjoms	Ātrums	Optimālie izmantošanas gadījumi
Galviņa/Galviņa	⭐⭐⭐⭐⭐	Liels	VIDĒJS	Turbīnas lāpstiņas, fuselāža
Galds/Galviņa	⭐⭐⭐⭐✩	VIDĒJS	Augsts	Medicīniskie implanti, veidnes
Galds/Galds	⭐⭐⭐⭐✩	Mazs	Zema	Rotaslietas, zobu protēzes

Ļoti sarežģītām formām, piemēram, turbīnas lāpstiņām, nepārtraukta piecu asju apstrāde nodrošina izmaksu un kvalitātes priekšrocības. Vienkāršākiem daudzskaldņu komponentiem bieži pietiek ar indeksētu (3+2) metodi.

Kā 5 assu CNC mašīna Platums orks: No CAD/CAM programmas līdz izpildei

Kā darbojas 5 ass CNC mašīna: soli pa solim

Sākot ar to, inženieri izmanto CAD modelēšanu, lai izveidotu 3D zīmējumu par jebkuru komponentu, kas jāizgatavo. Kad šis digitālais modelis ir gatavs, to ievada CAM programmatūrā, kas to pārtulko konkrētās mašīnu instrukcijās, tostarp par tiem instrumentu ceļiem un visu to G-koda lietām. Nākamais solis ir sākotnējās заготовки nostiprināšana uz rotācijas galda, vienlaikus ielādējot atbilstošos griešanas instrumentus. Kad viss darbojas, šīs advanced sistēmas koordinē gan taisnlīnijas kustības (piemēram, X, Y, Z ass), gan rotācijas kustības (A un B ass), lai tās varētu izkalt detalizētas formas bez vajadzības pēc vairākām iestatīšanām. Sensori darbojas nepārtraukti darbības laikā, lai pārbaudītu pozicionēšanas precizitāti un izmērītu griešanas spēka līmeni, uzturot visu apmēram 0,0005 collu tolerancē vai labāk. Šāda kontroles līmenis nozīmē, ka operators vairs tik bieži nevajag iejaukties un veikt regulējumus.

Indeksēta (3+2) pret nepārtrauktu 5 ass mašīnu tehnikām

Tehnika	Kustības veids	Ideālās lietojumvieetas	Cikla laika ietekme
Indeksēts (3+2)	Rotācijas ass fiksēta pirms 3 asi izgriešanu	Daudzskaldņu prizmas daļas	15-20% ātrāk partijas ražošanai
Nepārtraukts	Vienlaicīga 5 asu kustība griešanas laikā	Organiskas kontūras (piemēram, turbīnas lāpstiņas, medicīniskie implanti)	Līdz 40% samazinājums salīdzinājumā ar vairākiem iestatījumiem

Indeksēta apstrāde ir efektīva detaļām ar diskretām leņķiskām iezīmēm, savukārt nepārtrauktā piecu asu kustība ir būtiska gludiem, sarežģītiem virsmām, kuras citādi prasītu roku apstrādi.

CAD/CAM programmatūras loma sarežģītu rīka ceļu programmēšanā

CAM programmatūra ir kļuvusi par būtisku 5-ass programmas uzdevumu veikšanai, apstrādājot sarežģītas aprēķinu problēmas, kas saistītas ar rīka pozicionēšanu, ieejas leņķiem un sadursmju izvairīšanos apstrādes operāciju laikā. Programmatūras algoritmi rūpējas par nepieciešamajām korekcijām dažādu garumu rīkiem, kompensē darba gabala novirzes un ņem vērā mašīnu faktisko kustību – kas ir ļoti svarīgi, strādājot ar sarežģītiem elementiem, piemēram, dziļiem dobumiem vai apakšējiem apstrādes apgabaliem. Kad viss šis plānojums ir pabeigts, darbā iesaistās postprocesori, kas pārtulko aprēķinātās trajektorijas konkrētās G-koda instrukcijās, kas atbilst katras konkrētas CNC mašīnas iespējām. Ražotāji, kuri ir pārgājuši uz šādu digitālu darba plūsmu, ziņojuši par aptuveni 70-75% samazinājumu programmas kļūdās salīdzinājumā ar vecākām manuālām metodēm, saskaņā ar neseniem nozares datiem no 2023. gada beigām.

Kad nepieciešama nepārtraukta 5-ass un kad tā ir pārlieku sarežģīta? Praktiski apsvērumi

Piecu asiņu apstrāde īpaši izceļas, kad darīšana ar sarežģītiem formām vai grūti pieejamiem leņķiem, piemēram, lidmašīnu dzinēju balstiem vai medicīniskajām ierīcēm, kas ievietotas mugurkaulā. Tomēr, aplūkojot vienkāršākas detaļas, piemēram, stiprinājuma kronšteinus vai korpusus ar parastiem taisniem leņķiem, labāk izvēlēties indeksēto 3+2 tehniku vai vienkārši trīs asiņu apstrādi. Šādas alternatīvas metodes samazina programmēšanas sarežģītību un vispārīgi paātrina darbu apmēram par vienu trešdaļu salīdzinājumā ar nepārtrauktu piecu asiņu apstrādi. Uzņēmumu īpašniekiem, pārbaudot pieejamās iespējas, ir lietderīgi vispirms izvērtēt, kas faktiski jāizgatavo, pirms veikt dārgas iekārtu iegādes. Reāla izdevīguma iegūšana notiek tieši pie unikālas formas detaļām, kur tradicionālas uzstādīšanas metodes prasītu bezgalīgi daudz laika un būtu ļoti dārgas.

Priekšrocības un pielietojums 5 ass CNC apstrāde industrijā

Augstāka precizitāte, virsmas apdare un samazināti uzstādījumi ar piecu asiņu mašīnām

Kad rīki pareizi iesaistās griešanas operāciju laikā, 5 ass CNC mašīnas var nodrošināt virsmas apdari zem 16 mikro collām Ra un novērš tās uztraucošās kļūdu uzkrāšanās, kas rodas, ja vajag vairākkārt veikt iestatīšanu. Patiess ieguvums? Iestatīšanas laiks samazinās par 40 līdz 60 procentiem. Tas rada lielāku atšķirību, strādājot pie svarīgiem komponentiem, piemēram, turbīnas lāpstiņām vai medicīniskiem implantiem. Galu galā, virsmas kvalitāte ir svarīga ne tikai estētikas dēļ—tā faktiski ietekmē šo komponentu veiktspēju paredzētajā lietojumā.

Sarežģītu ģeometriju un sarežģītu kontūru apstrāde efektīvi

Vienlaicīga piecu asju kustība ļauj izgatavot ļoti sarežģītas formas—piemēram, impelera lāpstiņas, kaulu struktūras un formu veidošanas veidnes—vienā operācijā. Šī iespēja samazina vajadzību pēc vairākiem komponentiem un montāžām, samazinot detaļu skaitu līdz pat 30% un uzlabojot konstrukcijas uzticamību, izslēdzot savienojumu vietas.

Uzlabota rīka kalpošanas laiks un urbšanas efektivitāte caur optimāliem rīka leņķiem

Kad rīki rotē ap savu asi, tie saskaras ar materiāliem tieši pareizā leņķī, lai sasniegtu maksimālu efektivitāti. Tas nodrošina pastāvīgu rīka un materiāla saskari pa sāniem, nevis ļauj tam iegrimt centrā, kur nodilums notiek ātri. Tā kā nodilums vienmērīgi izplatās pa griešanas malu, šie rīki ilgst ilgāk, pirms tos nepieciešams nomainīt. Labāka skaidru izvade ir vēl viena priekšrocība, jo tā novērš pārmērīgu siltuma uzkrāšanos darbības laikā. Ko īpaši iepriecina ar šādu konfigurāciju? Urbji saglabā taisnas ieejas vietas pat strādājot pretī līkām virsmām. Rezultāts? Tīras griezumu un caurumu izmēri, kas vienmēr atbilst prasībām, kas ir ļoti svarīgi precīzas ražošanas vidē.

Augstas sākotnējās izmaksas pret ilgtermiņa ROI: Novērtējot ieguldījumu 5 ass CNC mašīntechnoloģijās

Lai gan 5 asu mašīnas sākotnēji noteikti maksā vairāk, lielākā daļa veikalu atklāj, ka tās laika gaitā ietaupa naudu. Ņemiet, piemēram, šo vienu aviācijas uzņēmumu. Tie samazināja apstrādes laiku dažiem ļoti sarežģītiem komponentiem no visām 18 stundām līdz pat 5 stundām kopā. Tas ir aptuveni 70 procentu uzlabojums. Kad veikali atbrīvojas no šīm papildu iestatīšanas darbībām un vairs tik daudz nepadodas manuālajam darbam, to ražošanas ātrums ievērojami palielinās. Tas nozīmē, ka mašīnbūves darbnīcās var apstrādāt sarežģītākas darbības, kuras faktiski tirgū dod labākas cenas. Arī ātrākā izpilde palīdz ātrāk atmaksāt šos sākotnējos ieguldījumus, nekā bija gaidīts.

Kritiskas lietojumprogrammas aviācijas, medicīnas un enerģētikas nozarēs

Piecu asju apstrādes revolucionārais raksturs īpaši izceļas nozarēs, kur noteikumi ir stingri un veiktspēja nekādā gadījumā nedrīkst ciest. Piemēram, aviācijas uzņēmumi paļaujas uz šo tehnoloģiju, lai izgatavotu komponentus, piemēram, spārnu ribas un dzinēju stiprinājumus, kuriem nepieciešamas ārkārtīgi precīzas mērījumu un bezvainīgas aerodinamiskas īpašības. Arī medicīnas jomā no tā iegūst lielumu labumu. Ķirurgi tagad var iegūt individuāli izgatavotus titāna mugurkaula karkasus un galvaskausa implatus, kas pielāgoti katram pacientam un viņu unikālajai anatomijai. Arī enerģētikas uzņēmumi nav atpalikuši, izmantojot 5 assu CNC mašīna lai ražotu sarežģītas detaļas, piemēram, turbīnas sprauslas un sūkņu ratu. Viss šis ir tik iespaidīgi tāpēc, ka ievērojami tiek ietaupīts laiks un nauda, uzlabojot darba procesus. Apsveriet kardiomonitoru nozari, kur prototipiem agrāk bija nepieciešamas 15 dažādas iestādīšanas stadijas, bet tagad tās aizņem tikai trīs. Šāda samazināšana ievērojami saīsina gan ražošanas laiku, gan kļūdu rašanās iespējamību ražošanas procesā.