5-osiowa maszyna CNC kontra 3-osiowa maszyna CNC: kluczowe różnice w precyzji i wydajności

Różnica w precyzji nr 1: liczba ustawień

Powtarzanie konfiguracji jest jednym z czynników mających największy wpływ na zmienność wymiarową. Rozważmy aluminiowy wspornik lotniczy o wymiarach 180 mm × 120 mm × 80 mm zawierający kieszenie na powierzchni górnej, otwory boczne, kątowe powierzchnie montażowe i tylne szczeliny prześwitowe. Na maszynie 3-osiowej operatorzy mogą wykonać cztery oddzielne konfiguracje.

Proces ten wymaga zamocowania górnej powierzchni, obróbki górnych elementów, obrócenia przedmiotu obrabianego,-ponownego zamocowania powierzchni bocznej,-ponownego ustalenia układu współrzędnych roboczych i obróbki otworów bocznych. Każda konfiguracja wprowadza zmiany w wyrównaniu. Nawet jeśli powtarzalność mocowania utrzymuje się w granicach ±0,02 mm, skumulowany błąd może wzrosnąć w przypadku wielu operacji.

Maszyna 5-osiowa automatycznie obraca obrabiany przedmiot. Operator mocuje element raz i wykonuje wszystkie operacje obróbcze w tym samym układzie współrzędnych. Maszyna zachowuje zależności geometryczne, ponieważ przedmiot obrabiany pozostaje nieruchomy.

Różnica w precyzji nr 2: Odchylenie narzędzia

Ugięcie narzędzia występuje, gdy siły skrawania wyginają narzędzie podczas usuwania materiału. Wielkość ugięcia zwiększa się wraz ze wzrostem wysięgu narzędzia. Na przykład wnęka o głębokości 120 mm może wymagać frezu z długim końcem na maszynie 3-osiowej. Długie narzędzia uginają się pod obciążeniem, generują wibracje i tworzą zwężające się ściany. Podczas obróbki stali nierdzewnej 316 lub stopu tytanu Ti-6Al-4V siły skrawania stają się znacznie wyższe niż w przypadku aluminium.

Maszyna 5-osiowa obraca przedmiot obrabiany, aby poprawić dostęp narzędzia. Zamiast wysuwać narzędzie do wgłębienia o 120 mm, maszyna przechyla obrabiany przedmiot i pozwala, aby krótszy frez osiągnął ten sam efekt. Krótsze narzędzie jest odporne na zginanie i zachowuje spójność wymiarową. Ta zaleta konstrukcyjna zapewnia wymierną poprawę prostoliniowości ścian i dokładności konturu.

Różnica w precyzji nr 3: Spójność wykończenia powierzchni

Wykończenie powierzchni zależy od kąta zazębienia narzędzia i stabilności skrawania. Podczas obróbki zakrzywionych powierzchni na maszynie 3-osiowej frez może stykać się z materiałem w stale zmieniających się pozycjach wzdłuż promienia narzędzia. Może to powodować nierówne ślady ząbkowania, falowanie powierzchni i dodatkowe wymagania dotyczące polerowania.

Maszyna 5-osiowa w sposób ciągły dostosowuje orientację narzędzia, aby utrzymać kontrolowany kąt przyłożenia podczas usuwania materiału. W przypadku gniazda formy o swobodnej powierzchni obróbka 3-osiowa często wymaga wykończenia kulistego z małymi wartościami-przekroczenia, podczas gdy obróbka 5-osiowa umożliwia przechylenie narzędzia i utrzymanie optymalnego sprzężenia. Zmniejsza to nierówności powierzchni i ogranicza liczbę operacji wykończeniowych.

Różnica w precyzji nr 4: Dokładność geometryczna złożonych elementów

Wiele komponentów przemysłowych zawiera przecinające się elementy, takie jak łopatki turbin, wirniki, implanty medyczne i wkładki do form. Komponenty te zawierają wiele powierzchni, które muszą zachować dokładne zależności pozycyjne. Na maszynie 3-osiowej każda funkcja może wymagać oddzielnych ustawień, co utrudnia utrzymanie zależności geometrycznych w miarę wzrostu liczby ustawień.

Maszyna 5-osiowa utrzymuje jedno odniesienie do współrzędnych podczas obróbki, kontrolując lokalizacje wszystkich elementów w ramach jednego zsynchronizowanego systemu ruchu. Zmniejsza to skumulowane wahania pozycji. W przypadku komponentów zawierających kąty złożone i zakrzywione geometrie poprawa może być znacząca.

Różnica w wydajności nr 1: Czas konfiguracji

Wydajność produkcji nie zależy wyłącznie od prędkości wrzeciona; Czas konfiguracji często pochłania dużą część całkowitego czasu produkcji. Rozważmy małą-serię produkcyjną dwudziestu wkładek do form, gdzie każda wkładka wymaga czterech uchwytów, trzech ustawień i wielu cykli sondowania. Maszyna 3-osiowa może poświęcić więcej czasu na przygotowanie przedmiotu obrabianego niż na faktyczne cięcie metalu. Maszyna 5-osiowa ogranicza liczbę operacji konfiguracyjnych. Ponieważ maszyna automatycznie obraca obrabiany przedmiot, operatorzy spędzają mniej czasu na instalowaniu osprzętu, wyrównywaniu przedmiotów i ustalaniu układów współrzędnych. Redukcja ta staje się coraz ważniejsza w przypadku produkcji prototypów i produkcji wysoko-mieszanej i niskoseryjnej-.

Różnica w wydajności nr 2: Wymagania dotyczące osprzętu

Osprzęt zwiększa koszty i złożoność. Maszyna 3-osiowa często wymaga niestandardowych uchwytów, takich jak uchwyty nagrobne, płyty kątowe i niestandardowe systemy mocowania, aby odsłonić różne powierzchnie przedmiotu obrabianego. Każde mocowanie musi podpierać obrabiany przedmiot, wytrzymywać siły skrawania i utrzymywać wyrównanie. Maszyna 5-osiowa zmniejsza złożoność mocowania. W wielu zastosowaniach pojedyncze urządzenie obsługuje wszystkie operacje obróbki. Zmniejsza to koszty produkcji osprzętu, wymagania dotyczące przechowywania i nakład pracy związanej z konserwacją. Inżynierowie ds. zakupów powinni uwzględnić inwestycję w osprzęt jako część całkowitego kosztu posiadania maszyny.

Różnica w wydajności nr 3: Czas cyklu

Na czas cyklu składają się czas przezbrajania, zmiany narzędzi, czas skrawania i czas kontroli. Maszyna 3-osiowa może szybko zakończyć usuwanie materiału, ale nadal wymaga dodatkowych operacji. Na przykład część zawierająca sześć otworów pod kątem może wymagać osobnych zmian osprzętu, ręcznej zmiany położenia i dodatkowych operacji wiercenia. Maszyna 5-osiowa wierci te elementy bez przerywania cyklu obróbki. W miarę wzrostu złożoności części różnica w czasie cyklu staje się bardziej zauważalna, szczególnie w przemyśle lotniczym i medycznym.

Różnica w wydajności nr 4: wykorzystanie narzędzi

Wykorzystanie narzędzi wpływa zarówno na produktywność, jak i na koszty narzędzi. Podczas obróbki głębokich wgłębień na maszynie 3-osiowej często potrzebne są długie frezy, wymagające zmniejszonych posuwów, mniejszej głębokości skrawania i dodatkowych przejść wykańczających. Obrabiarka 5-osiowa poprawia dostęp do narzędzi. Krótsze narzędzia mogą usuwać materiał bardziej agresywnie, zachować stabilność skrawania i zmniejszyć wibracje. Maszyna efektywniej wykorzystuje dostępną moc wrzeciona, ponieważ w wyniku wyginania narzędzia traci się mniej energii.

Komponenty aluminiowe (6061, 7075)

Obydwa typy maszyn mogą osiągnąć akceptowalne tolerancje wymiarowe. Różnice w produktywności stają się widoczne podczas obróbki wielu powierzchni. Złożone wsporniki lotnicze zazwyczaj korzystają z obróbki 5-osiowej, podczas gdy proste płyty i obudowy często pozostają ekonomiczne w przypadku sprzętu 3-osiowego.

Elementy ze stali nierdzewnej (304, 316)

Materiały wytwarzają większe siły skrawania, co sprawia, że ​​ugięcie narzędzia jest czynnikiem krytycznym. Zdolność maszyny 5-osiowej do zmniejszania wysięgu narzędzia znacznie poprawia stabilność wymiarową.

Komponenty tytanowe (Ti-6Al-4V)

Stopy tytanu skupiają ciepło w pobliżu krawędzi skrawającej, dlatego krytyczne znaczenie mają stabilne warunki skrawania. Krótsze oprzyrządowanie możliwe dzięki pozycjonowaniu w 5 osiach pomaga kontrolować wibracje i obciążenie skrawaniem, zmniejszając zużycie narzędzia i poprawiając spójność podczas długich cyklów obróbki.

Wybierz maszynę 3-osiową, jeśli części zawierają:

• Płaskie powierzchnie
• Pionowe ściany
• Standardowe otwory
• Ograniczona obróbka boczna

Przykłady:Płyty bazowe, wsporniki montażowe i obudowy standardowe.

Wybierz maszynę 5-osiową, gdy części zawierają:

• Kąty złożone
• Powierzchnie o dowolnym kształcie
• Głębokie ubytki
• Podcięcia
• Wymagania dotyczące obróbki-wielu powierzchni

Przykłady:Wirniki lotnicze, łopatki turbin, implanty medyczne, rdzenie form wtryskowych i elementy stawów robotów.