Ako 5-osé obrábanie znižuje počet operácií a zvyšuje presnosť

Odstránenie viacerých upínacích zariadení pomocou 5-osiová obrábanie

Pochopenie 5-osiová obrábanie proces a jeho vplyv na pracovný postup

Päťosé CNC stroje umožňujú rezným nástrojom voľne sa pohybovať pozdĺž všetkých piatich osí naraz, čo znamená, že môžu dosiahnuť súčiastky takmer z každého možného smeru. Už žiadne zastavovanie stroja počas práce, aby bolo možné manuálne upraviť pozície, čo zahŕňalo ukončenie prevádzky, opätovné nastavenie všetkého a riešenie možných problémov s nesúosnosťou. Udržiavanie všetkého v jednej zostave skracuje tieto otravné prestávky vo výrobe približne o 63 percent v porovnaní so staršími tromi osými systémami. Obrábacie správy z minulého roka to potvrdzujú, pričom uvádzajú výraznú úsporu času pre dielne vyrábajúce komplexné komponenty.

Zníženie času na nastavenie a počtu operácií prostredníctvom integrovanej pozície

Tradičné 3-osé obrábanie zvyčajne vyžaduje niekoľko nastavení, aby bolo možné spracovať všetky strany zložitého dielu. Hovoríme o 4 až 6 nastaveniach pre skutočne komplikované komponenty. A pri každom zastavení a prepolohe to stojí približne 30 až 45 minút, počas ktorých sa vlastne neobrába kov. Táto strata času sa rýchlo kumuluje – napríklad pri výrobe dielov pre letecký priemysel tu môžeme hovoriť až o 165 stratených minút samotného nastavovania. Teraz sa pozrime, čo sa deje pri použití 5-osých strojov. Tie dokážu zvládnuť väčšinu dielov už v 1 až 2 nastaveniach, čím sa strata času zníži na približne hodinu celkovo. Kúzlo spočíva v zabudovaných systémoch na polohovanie, ktoré automaticky upravujú uhol podľa potreby. To umožňuje obrábacim operátorom pokračovať bez zastavenia pri tých najkomplikovanejších krivkách a neštandardných uhloch. Jeden veľký letecký podnik môže poslúžiť ako dôkaz. Podarilo sa mu zredukovať počet nastavení pri lopatkových strojoch z pôvodných piatich na jediné jedno. Aký bol výsledok? Obrovské zníženie celkovej výrobnej doby o 37 %.

Ako automatizácia v 5-osiach CNC znižuje ľudskú chybu počas prechodov

Keď pracovníci manuálne pozicionujú súčiastky, zvyčajne spôsobia problémy s vyrovnaním približne raz na osem nastavení, podľa údajov z poslednej správy o efektívnosti strojov za minulý rok. Piatoosé stroje tieto problémy znižujú, pretože zabezpečujú zmenu dráhy nástroja a automaticky otáčajú obrobok. Väčšina moderných systémov je vybavená funkciami na detekciu kolízií, ktoré zabezpečujú hladký pohyb pozdĺž všetkých osí. Niektorí výrobcovia uvádzajú zníženie odpadu takmer o 30 % v sektoroch, kde je najdôležitejšia presnosť, napríklad pri výrobe lekárskych prístrojov. Hoci automatizované procesy rozhodne zvyšujú presnosť, pre operátorov, ktorí musia naraz spravovať viac strojov namiesto sústredenia sa na jedno nastavenie, stále existuje určitá krivka učenia.

Zlepšenie presnosti súčiastok a kvality povrchu

spracovanie na 5 osí zvyšuje presnosť výroby tým, že umožňuje kontinuálny zásah nástroja do zložitých geometrií. Táto schopnosť minimalizuje zásahy operátora a zároveň udržiava tolerancie ±0,005 mm, čo je kritické pre letecké a lekárske komponenty, ako sú lopatky turbín alebo ortopedické implantáty.

Zvýšená presnosť a reprodukovateľnosť pri zložitých geometriách

Na rozdiel od 3-osých strojov, ktoré vyžadujú prepolohovanie, 5-osé systémy zachovávajú optimálne rezné uhly počas konturovacích operácií. Vrtacou dráhou je možné obrábať aerodynamický profil lopatky turbíny v jednom upnutí – čím sa znížia rozdiely v rozmeroch o 18 % v porovnaní s viacstupňovými procesmi.

Dosiahnutie tesnejších tolerancií prostredníctvom vylepšeného riadenia dráhy nástroja

Pokročilý softvér CAM optimalizuje orientáciu nástroja, aby sa zabránilo jeho ohybu, najmä pri hlbokom frézovaní. Udržiavaním kolmosti nástroja na zakrivené povrchy 5-osé systémy znížia chyby tetivy v oblúkoch o 32 % a zabezpečia tak rovnomernú kvalitu povrchu vo všetkých výrobných šaržiach.

Poznatok z údajov: Zlepšenie povrchovej úpravy až o 40 % v porovnaní so 3-osými systémami

Možnosť udržať ideálnu hĺbku rezu a rýchlosť rezania na zložitých uhloch znižuje stopy po nástroji a potrebu doobrábania. Výrobcovia automobilov uvádzajú hodnoty Ra (priemerná drsnosť) nižšie ako 0,8 μm pre prevodovky obrábané na 5-osých strojoch – zlepšenie o 40 % v porovnaní s výsledkami konvenčných 3-osých systémov.

Konsolidácia výrobných operácií za účelom zvýšenia efektivity

Integrácia operácií sústruženia a frézovania v 5-osých systémoch

Najnovšie konfigurácie päťosého obrábania spájajú funkcie sústruženia a frézovania, čo umožňuje prevádzkam vykonávať viac operácií bez prepaľovania medzi strojmi. Keď už nie je potrebné presúvať súčiastky tam a späť medzi sústruhmi a frézkami, celkovo sa znížia problémy s ich zarovnaním. Podľa najnovších údajov z priemyslu Machinery Trends z ich správy z roku 2024, tato konfigurácia zníži problémy s zarovnaním približne o 30 percent. Pre tie zložitejšie súčiastky, ktoré vyžadujú aj rotáciu aj rovné rezné dráhy, tieto systémy zvládnu všetko v jedinom upnutí. To ušetrí čas aj peniaze a zároveň sa vyhnete chybám, ktoré vznikajú, keď sa súčiastky príliš manipulujú počas tradičných výrobných procesov.

Optimalizácia výroby pomocou menšieho počtu prenosov medzi strojmi a upínacích prípravkoch

Aerospace spoločnosti, ktoré pracujú so 5-osiou technológiou, zaznamenali pokles potreby upínacích prípravkov o približne polovicu pri výrobe lopatiek turbín. Toto zníženie znamená menej upínacích operácií, čo skracuje čas výroby aj náklady na nástroje. Jeden výrobca automobilových súčiastok napríklad dosiahol skrátenie výrobného času každej súčiastky o približne 22 % jednoducho preto, že došlo k zníženiu počtu prenosov medzi strojmi. Výhoda tohto prístupu spočíva aj v tom, že sa minimalizuje poškodenie súčiastok počas opakovaného upínania, pričom presnosť polohy zostáva zachovaná v tolerancii 5 mikrometrov alebo lepšej. Pre dielne, ktoré pracujú s prísne toleranciami, takéto vylepšenia majú výrazný vplyv na každodenné operácie.

Trend: Adopcia hybridného riešenia 5-osi stroje pre vysokú výrobnú efektívnosť

Viac a viac podnikov v priemyselných odvetviach sa uchyluje k hybridným 5-osým systémom, ktoré spájajú tradičné obrábanie s technológiou aditívnej výroby s cieľom vytvárať súčiastky, ktoré vyžadujú minimálne dôpracovanie. Tieto integrované platformy skracujú počet krokov potrebných na dokončenie súčiastky, niekedy až o 40 % v porovnaní s predchádzajúcimi bežnými postupmi. Prípadová štúdia od spoločnosti vyrábajúcej zdravotnícke pomôcky ukazuje, že tieto systémy dokážu znížiť aj náklady – firma zaznamenala náklady na prácu o približne 15 % nižšie, keďže stroje začali automaticky vykonávať výmenu nástrojov a namiesto viacerých používali jediné programové nastavenie. Mimoriadne zaujímavý je však trend smerujúci k strojom, ktoré sa kalibrujú samy. Tento vývoj spôsobil, že výrobné linky medzi jednotlivými várkami bežia plynulejšie, čím sa skrátili čakacie doby približne o 18 % podľa najnovších údajov. Výrobcovia zisťujú, že tieto vylepšenia sú pre ich činnosť výhodné nielen z pohľadu nákladov, ale aj nevyhnutné na udržanie kroku s modernými výrobnými požiadavkami.

Skrátenie výrobných lehôt optimalizáciou nastavenia a upínanie

Minimalizácia zložitosti upínania pomocou dynamickej orientácie obrobku

Zložitosť upínania sa výrazne zníži, keď hovoríme o päťosovej obrábaní, pretože stroj aktívne pohybuje s obrobovanou súčiastkou počas jej spracovania. Tradičné trojosové systémy vyžadujú rôzne špeciálne upínače pri každej zmene pozície súčiastky, no novšie stroje disponujú dodatočnou pohyblivosťou cez ďalšie dve osi. Podľa výskumu od AMT z roku 2023 môžu výrobné dielne eliminovať približne 60 až 80 percent takýchto upínačov pri spracovaní zložitých tvarov. Vezmime si napríklad lopatky turbín. Doteraz bolo na starších strojoch potrebných až dvanásť samostatných nastavení, no vďaka univerzálnym stehovadlám, ktoré fungujú v rôznych uhloch, sa výrobcovia dnes dostávajú na jedno až tri nastavenia.

Úspora nákladov a času vďaka zníženým požiadavkám na upínanie

Jednoduchšie upínanie priamo skracuje pracovné hodiny a znižuje odpad materiálu:

• Zníženie času upínania : o 50–70 % rýchlejšie na súčiastku (IMTS 2024 Správa o efektívnosti nástrojov)
• Náklady na upínače : 2 500–15 000 USD ušetrených na každom zložitom projekte vďaka vyhnutiu sa výrobe špeciálnych prípravkov
  Presné rotačné stoly udržiavajú polohovú presnosť v rozsahu 5 mikrometrov počas dynamického prepolohovania, čím eliminujú manuálne meracie kroky medzi operáciami.

Skrátenie dodacieho lehota vďaka 5-osiemu obrábanému procesu v dôsledku konsolidácie procesov

Keď spoločnosti kombinujú vŕtanie, frézovanie a dokončovanie v jednej zostave, zvyčajne zaznamenajú skrátenie výrobných cyklov o 30 až 60 percent. Aj letecký priemysel zaznamenal niektoré pôsobivé výsledky. Jeden výrobca výrazne skrátil časy čakania po prechode na 5-osé systémy. Pre tie najdôležitejšie súčiastky potrebné na lietadlá, ktoré predtým trvali dve týždne, sa teraz vyhotovia za niečo viac ako týždeň. A ešte väčšie úspory vznikajú pri pohybe nástrojov počas výroby. Skúšobný beh spoločnosti Haas Automation ukázal, že optimalizácia týchto dráh môže urýchliť proces o 15 až 20 percent jednoducho preto, že stroje trávia menej času pohybom bez skutočnej práce na materiáli.

Číslo FAQ

Čo je 5-osi machinovanie?

5-osé obrábanie umožňuje rezným nástrojom pohybovať sa súčasne pozdĺž piatich rôznych osí, čo umožňuje obrábanie zložitých tvarov takmer z akéhokoľvek smeru.

Ako 5-osé obrábanie skracuje časy nastavenia?

Vďaka tomu, že väčšinu súčastí je možné obrábať len v jednom alebo dvoch nastaveniach, sa výrazne zníži potreba manuálneho prepolohovania, čím sa skrátia časy nastavovania a celkové náklady na výrobu.

Prečo sa 5-osé CNC považuje za presnejšiu?

5-osé CNC stroje využívajú pokročilý CAD/CAM softvér na optimalizáciu dráh nástrojov a udržiavanie tolerancií, čo zabezpečuje vyššiu presnosť a stálu kvalitu povrchu pri zložitých geometriách.

Ako ovplyvňuje 5-osé obrábanie čas výroby?

Znížením zložitosti upínanie a integráciou viacerých operácií v jedinom nastavení výrazne skráti 5-osé obrábanie čas potrebný na výrobu.