4-osové vs 5-osové CNC obrábanie: Kedy vlastne potrebujete ďalšiu os?

Každý mesiac sa ma niekto pýta: 'Fannie, mal by som si kúpiť 5-osový stroj?' Moja prvá otázka je vždy rovnaká: 'Ukáž mi výkres dielu.' Pretože podľa mojich skúseností s prevádzkou SZGHTECH od roku 2013 sa zhruba 80 % týchto otázok končí rovnakou úprimnou odpoveďou – 3-osový VMC s otočným stolom za zlomok ceny za rovnakú prácu.

Pochopenie osí: Čo v skutočnosti znamenajú 3, 4 a 5

3 -osový CNC stroj pohybuje rezným nástrojom pozdĺž troch lineárnych osí — X (vľavo/vpravo), Y (vpredu/vzadu) a Z (hore/dole). Naraz dokáže obrábať iba prvky dostupné z jedného smeru, takže zložité diely zvyčajne vyžadujú viac nastavení. 4 -osový stroj pridáva rotačnú os – zvyčajne os A (rotácia okolo X) – umožňujúcu otáčanie alebo otáčanie obrobku počas obrábania; vreteno sa stále pohybuje v troch lineárnych smeroch, ale diel môže byť prezentovaný v rôznych uhloch. 5 -osový stroj pridáva druhú rotačnú os (zvyčajne os B alebo C) a čo je najdôležitejšie, tieto dve rotačné osi sa môžu pohybovať súčasne s tromi lineárnymi osami, čo umožňuje reznému nástroju priblížiť sa k obrobku prakticky z akéhokoľvek smeru v jedinom nastavení.

Tam, kde sa väčšina zákazníkov mýli, je predpoklad, že '5-osové' automaticky znamená simultánne viacosové kontúrovanie. nie je. A tento rozdiel – ktorému sa budem venovať v ďalšej časti – mení celé rozhodnutie o kúpe.

Skutočná 5-osová simultánna vs 3+2 (polohová 5-osová): kritický rozdiel

Skutočné 5-osové simultánne obrábanie

Pri skutočnom 5-osovom simultánnom obrábaní je všetkých päť osí – X, Y, Z a dve rotačné osi – interpolované a koordinované v reálnom čase. Rezný nástroj sa neustále nakláňa a otáča, keď sleduje zložitý obrys povrchu. To je to, čo výrobcovia letectva používajú na rezanie lopatiek obežného kolesa, komponentov turbín a organických povrchov voľného tvaru, kde sa vektor nástroja musí neustále meniť, aby sa zachoval optimálny kontaktný uhol. Programovanie CAM je komplexné, dráhy nástrojov sú náročné na výpočtovú techniku ​​a samotný stroj – s jeho presnými otočnými stolmi, kompenzáciou vôle a požiadavkami na dynamickú tuhosť – vyžaduje značnú cenu.

3+2 pozičné 5-osové (indexované 5-osové)

Pri obrábaní 3+2 sa dve rotačné osi používajú na nakláňanie a otáčanie obrobku (alebo hlavy) do určitého uhla – potom sa zablokujú . Stroj potom vykoná štandardné 3-osové dráhy nástroja s touto pevnou orientáciou. Výsledkom je, že máte prístup k piatim plochám dielu pri jednom upnutí bez akéhokoľvek simultánneho viacosového kontúrovania. Programovanie je oveľa jednoduchšie, prakticky každý moderný 3-osový ovládač VMC ho zvládne s otočným stolom a cena stroja je výrazne nižšia.

Tu je môj úprimný postreh z odvetvia: 90 % zákazníkov, ktorí mi volajú a pýtajú sa na 5-osové obrábanie, v skutočnosti potrebuje 3+2 polohovacie schopnosti – nie skutočné simultánne tvarovanie. Keď im ukážem rozdiel a spoločne sa pozrieme na ich skutočné časti, odpoveď je zrejmá.

Čo 4. os (otočný stôl) pridáva k 3-osovému VMC

Pridanie otočného stola osi A k 3-osovému VMC je jedným z cenovo najefektívnejších vylepšení schopností, ktoré sú v strojárni k dispozícii. Tu je to, čo umožňuje:

• Viacplošné obrábanie bez opätovného upnutia: Priraďte diel k štyrom alebo viacerým plochám a obrobte každú plochu v jedinom nastavení – eliminujete chyby opätovného upnutia a skrátite čas cyklu.

• Špirálové drážky a valcové vačky: Os A sa otáča nepretržite, zatiaľ čo X sa pohybuje lineárne, čím sa vytvárajú skutočné špirálové dráhy – ideálne pre laloky vačiek, špirálové drážky a polotovary závitoviek.

• Práca s indexovaným delením: Funkcie s rovnakým delením, ako sú kružnice skrutiek, drážkové drážky a tvary zubov ozubených kolies, sú spracované presne s indexovaním s presnosťou na stupeň.

• Uhlové vŕtanie a kapsovanie: Uzamknite os A v akomkoľvek uhle a použite štandardné 3-osové pohyby na vŕtanie zložených uhlových otvorov alebo frézovanie šikmých vreciek.

Budem priamy: ak obrábate hliníkové kryty, príruby s kruhmi skrutiek alebo čokoľvek, kde potrebujete dosiahnuť štyri strany prizmatickej časti, 4/5-osové riešenie SZGH-540/650 . odporúčal by som Otočný stôl so 4. osou poskytuje približne 80 % kapacity plného 5-osového stroja pri 30 – 40 % nákladov – a pre väčšinu všeobecných inžinierskych prác je presnosť rovnaká.

Náš zákazník v Thajsku vyrábal telesá čerpadiel v štyroch samostatných zostavách na konvenčnom 3-osovom VMC. Chronické problémy so sústrednosťou medzi otvormi vyrobenými v rôznych nastaveniach frustrovali ich tím kvality už mesiace. Prechod na 4-osový rotačný prístup zredukoval proces na dve nastavenia – a úplne eliminoval problém so sústrednosťou. Stroj, ktorý si vybrali, nebol špičkový 5-osový stroj; bol to dobre nakonfigurovaný VMC so spoľahlivým stolom s osou A a správnym uchytením.

Keď skutočne potrebujete skutočné 5-osové simultánne obrábanie

Existujú skutočné aplikácie, kde skutočné simultánne 5-osové nie je luxusom – je to požiadavka. Chcem byť úprimný v tom, čo tieto aplikácie vlastne sú, pretože kúpa skutočného 5-osového stroja na nesprávne diely je drahá chyba.

Letecké obežné kolesá a lopatky turbín

Odstredivé obežné kolesá a lopatky turbíny so skrútenými, zahnutými profilmi sú učebnicovým prípadom pre skutočné 5-osové simultánne obrábanie. Povrchy čepelí sú kontinuálne zakrivené vo viacerých rovinách, zaoblenia koreňa medzi susednými čepeľami sú hlboké a tesné a nástroj musí udržiavať presný uhol sklonu vzhľadom k normále povrchu v každom bode dráhy nástroja. Akýkoľvek pokus priblížiť sa tomu pomocou 3+2 indexovaných prechodov zanechá stopy po hrebeni, ohrozí profil profilu krídla a potenciálne zlyhá v toleranciách rozmerov v letectve. Skutočná simultánna 5-osová je jediným realizovateľným prístupom.

Komplexné povrchy foriem s hlbokými podrezaniami

Vstrekovacie formy s vysokou zložitosťou a tlakovo liate nástroje s hlbokými dutinami, strmými stenami a výraznými podrezaniami často vyžadujú, aby sa rezný nástroj opieral o povrch – naklonenie osi nástroja, aby sa predišlo vyhĺbeniu susedných stien alebo aby sa dosiahla geometria neprístupná z vertikálnej orientácie vretena. Simultánne 5-osové dráhy nástroja umožňujú nástroju progresívne sa nakláňať, keď sleduje povrch dutiny, čo umožňuje kratšie, tuhšie frézy (ktoré zlepšujú kvalitu povrchu a znižujú vychýlenie) a dosahujú geometriu, ku ktorej 3+2 indexované prechody jednoducho nemajú prístup.

Lekárske implantáty s voľnou geometriou

Ortopedické implantáty – drieky bedrového kĺbu, acetabulárne misky, chrbtové klietky so zložitými mriežkovými štruktúrami – a chirurgické nástroje so zloženými zakrivenými prvkami sú čoraz bežnejšími 5-osovými aplikáciami. Zahrnuté organické geometrie v kombinácii s požiadavkami na presnosť biomedicínskych komponentov robia zo simultánneho 5-osového obrábania vhodný proces. Okrem toho minimalizácia nastavení znižuje riziko zavedenia chýb orientácie v kritických anatomických rozhraniach.

Prototypová práca s funkciami zloženého uhla

Počas vývoja prototypov, najmä v leteckom a automobilovom strojárstve, súčiastky často obsahujú prvky zloženého uhlového nástavca, uhlové základové rozhrania a povrchy voľného tvaru, ktoré ešte neboli optimalizované pre konvenčné obrábanie. Skutočná 5-osová simultánna schopnosť umožňuje prototypovým dielňam obrábať geometriu „ako bola navrhnutá“ priamo z CAD bez kompromisov z hľadiska návrhu a výroby, ktoré by boli potrebné pre 3-osový alebo 3+2 prístup. Pre vysokohodnotné a maloobjemové prototypové programy ospravedlňuje flexibilita investíciu do stroja.

Keď 4-osové (3+2) stačí — a šetrí vám peniaze

Väčšina presne obrábaných dielov vo všeobecnom strojárstve, automobilovom priemysle, energetike a výrobe priemyselných zariadení nevyžaduje nepretržité 5-osové tvarovanie. Tu sú kategórie aplikácií, kde úplne postačuje nastavenie 4-osového otočného stola – alebo 3+2 polohovanie na 5-osovom stroji.

Prizmatické časti s funkciami na viacerých plochách

Hliníkové telesá, skrine prevodoviek, telesá ventilov, hydraulické rozdeľovače a koncové kryty motorov majú spoločnú vlastnosť: ich prvky sú rovinné alebo valcové a jednoducho sa k nim treba dostať z viacerých strán. Otočný stôl umožňuje strojníkovi indexovať ku každej ploche, uzamknúť a obrábať pomocou štandardných 3-osových pohybov. Výsledná presnosť je vynikajúca, programovanie je jednoduché a doba cyklu je konkurencieschopná s akýmkoľvek alternatívnym prístupom. Toto je najväčšia samostatná kategória použitia pre naše 4/5-osové stroje SZGH-540/650 a SZGH-850.

Ozubené polotovary, drážkované hriadele a práca s indexovým delením

Akýkoľvek obrobok vyžadujúci presné rotačné delenie – rezanie zubov ozubeného kolesa (kde stroj funguje ako deliaca hlava), drážkované hriadele, polygonálne profily, rovnomerne rozmiestnené vzory skrutiek na veľkých prírubách – sa prirodzene hodí pre 4-osové indexované obrábanie. Otočný stôl s osou A poskytuje presné polohovanie s vysokou opakovateľnosťou a 3-osové vreteno sa stará o skutočný odber materiálu. Nie je potrebný súčasný 5-osový pohyb; cyklus index-pauza-stroj je presný a vysoko produktívny.

Všeobecné inžinierstvo: Príruby so skrutkovými kruhmi, vačkové výstupky, konzoly

Do tejto kategórie patrí široká škála každodenných presných komponentov – príruby potrubí, montážne konzoly, zostavy priemyselných vačiek, telesá čerpadiel, telesá ovládačov. Sú to časti, ktorých zložitosť pochádza z množstva prvkov a potreby dosiahnuť viacero orientácií, nie zo skutočne voľnej geometrie povrchu. Dobre nakonfigurovaný 4-osový VMC zvláda túto prácu efektívne, spoľahlivo a za kapitálové náklady, vďaka ktorým bude hospodárnosť fungovať tak pre dielne, ako aj pre špecializované výrobné linky.

4/5-osové riešenia SZGHTECH: Čo v skutočnosti odporúčame

Chcem byť v niečom priamočiary: skutočné 5-osové simultánne stroje neodporúčam zákazníkom, ktorí ich nepotrebujú. Nie je to správny výsledok pre zákazníka a úprimne povedané, spôsobuje to bolesti hlavy na oboch stranách – zložité stroje v aplikáciách, kde nepridávajú žiadnu hodnotu oproti jednoduchším a spoľahlivejším riešeniam. Nasleduje naša poctivá logika odporúčaní produktov.

Zákazníkom so skutočnými skutočnými 5-osovými simultánnymi požiadavkami – letecké obežné kolesá, zložitá práca s turbínou, špičkové povrchy foriem – ponúkame zákaznícku konzultáciu projektu. Kontaktujte nás priamo a spoločne nájdeme správne riešenie.

Všetky stroje SZGHTECH sú certifikované CE a ISO 9001. Dodacia lehota je 20–35 pracovných dní od potvrdenia objednávky so zárukou 12 mesiacov.

Skutočnosť nákladov: 4-osová vs 5-osová investícia

Cenový rozdiel medzi 4-osovou konfiguráciou VMC a skutočným 5-osovým simultánnym strojom nie je zanedbateľný – často je podstatný a celková medzera v nákladoch na vlastníctvo je ešte väčšia, keď zohľadníte softvér CAM, školenie operátorov a zložitosť údržby.

Dobre špecifikovaný 3-osový VMC s kvalitným otočným stolom s osou A – ako sú naše konfigurácie SZGH-540/650 alebo SZGH-850 – zvyčajne stojí 30 – 40 % skutočného 5-osového stroja s ekvivalentnou kapacitou. Pre veľkú väčšinu všeobecných strojárskych aplikácií sú výsledky presnosti a povrchovej úpravy na nerozoznanie od 5-osového prístupu, pretože samotné rezanie je stále 3-osové; zmení sa iba orientácia obrobku.

Prípad návratnosti investícií pri skutočnej 5-osovej simultánnej investícii sa stáva presvedčivým, keď: (1) vaša súčiastka neustále obsahuje obežné kolesá, lopatky turbíny alebo povrchy voľnej formy s hlbokými dutinami; (2) máte dostatočný objem na to, aby sa investícia do programovania a nastavenia amortizovala v mnohých častiach; alebo (3) vaša zákaznícka základňa vyžaduje letecký alebo lekársky certifikát, pre ktorý je kvalifikačným kritériom schopnosť 5 osí. Mimo týchto scenárov kapitál nasadený v 5-osovom stroji takmer vždy prináša lepšie výnosy, ak je presmerovaný do dodatočnej 4-osovej kapacity, nástrojov alebo systémov upínania obrobku.

Výhoda jedného upnutia – ktorú zdieľajú naše 4-osové aj 5-osové konfigurácie – stojí za to zdôrazniť samostatne: pri každom opätovnom upnutí dielu dochádza k chybe polohovania. V prípade presných komponentov, kde je kritická sústrednosť medzi dierou a dierou, kolmosť plôch alebo vzťah medzi základnými prvkami, minimalizácia nastavení priamo zlepšuje rozmerovú konzistenciu. Toto je výhoda, ktorú získate pomocou riešenia 4-osového otočného stola – nepotrebujete na to celý 5-osový stroj.

Často kladené otázky

Q1: Aký je rozdiel medzi 4-osovým a 5-osovým CNC obrábaním?

4-osový CNC stroj pridáva jednu rotačnú os (zvyčajne os A, otáčajúcu sa okolo X) k štandardnej 3-osovej konfigurácii X/Y/Z. To umožňuje, aby sa obrobok indexoval alebo otáčal, takže môžete obrábať prvky na viacerých plochách bez opätovného upínania. 5-osový stroj pridáva druhú rotačnú os, čo umožňuje reznému nástroju priblížiť sa k obrobku prakticky z ľubovoľného smeru – buď umiestnením dielu pod zloženým uhlom (3+2 polohové) alebo súčasným pohybom všetkých piatich osí počas rezania (skutočný 5-osový simultánny). Rozdiel medzi 3+2 a skutočným simultánnym je najdôležitejším a najčastejšie nepochopeným aspektom kategórie 5 osí.

Q2: Stojí 5-osový CNC stroj za dodatočné náklady pre malú dielňu?

Pre väčšinu malých dielní je úprimná odpoveď nie – nie, ak primárna práca zahŕňa prizmatické časti, viacstranné kryty, príruby a všeobecné konštrukčné komponenty. 4-osová konfigurácia VMC zvládne 80 % toho, čo dielňa potrebuje, pri 30 – 40 % kapitálových nákladov skutočného 5-osového stroja, s nižšími nákladmi na softvér CAM a kratšou krivkou učenia operátora. Odporúčal by som, aby malý obchod najprv investoval do dobre špecifikovaného 4-osového nastavenia, vybudoval si pracovné zaťaženie a prešiel na skutočný 5-osový až vtedy, keď špecifické požiadavky zákazníka – obežné kolesá, komplexná práca s formami, lekárske implantáty – odôvodnia investíciu.

Q3: Aký je rozdiel medzi skutočnou 5-osou a 3+2 (pozičnou 5-osou)?

Pri skutočnom 5-osovom simultánnom obrábaní sa všetkých päť osí pohybuje a interpoluje spoločne v reálnom čase – rezný nástroj sa neustále nakláňa a otáča, keď sleduje zložitý povrch. Pri 3+2 polohovom obrábaní dve rotačné osi naklonia obrobok do pevného uhla, tam sa zablokujú a potom prebieha štandardné 3-osové rezanie v tejto orientácii. Skutočná simultánnosť sa vyžaduje pre skrútené profily čepele, organické povrchy voľného tvaru a prvky, kde sa vektor nástroja musí neustále meniť. Pre väčšinu ostatných prác s viacerými tvárami alebo zloženými uhlami poskytuje 3+2 ekvivalentné výsledky pri výrazne nižších nákladoch a zložitosti programovania.

Q4: Môžem pridať otočnú 4. os k existujúcemu 3-osovému VMC?

Áno, v mnohých prípadoch. Kvalitný otočný stôl osi A je možné namontovať na pracovný stôl kompatibilného 3-osového VMC a pohyb 4. osi je riadený prostredníctvom CNC riadiaceho zariadenia stroja (ktorý musí podporovať 4-osovú interpoláciu). Uskutočniteľnosť závisí od schopnosti ovládača, veľkosti stola a vôle vretena vášho existujúceho stroja. Ak kupujete nové, naše 4/5-osové konfigurácie SZGH-540/650 a SZGH-850 sú účelovo navrhnuté s touto integráciou – otočný stôl, ovládač a geometria stroja sú zladené už od výroby, čím sa predíde problémom s kompatibilitou, ktoré niekedy vznikajú pri dodatočných montážach.

Otázka 5: Ktoré časti skutočne vyžadujú skutočné 5-osové simultánne obrábanie?

Jasné prípady sú: odstredivé obežné kolesá a axiálne turbínové lopatky so skrútenými profilmi (letecké a priemyselné plynové turbíny); vstrekovacie formy s hlbokými dutinami a nástroje na tlakové liatie s výraznými podrezaniami, kde je potrebné naklonenie nástroja na udržanie kontaktu s povrchom; ortopedické lekárske implantáty s organickou geometriou voľného tvaru; a komplexné letecké konštrukčné komponenty so zloženými uhlovými referenčnými rozhraniami a voľnými povrchmi kože. Ak vaše diely nespadajú do jednej z týchto kategórií, 3+2 polohové obrábanie — dosiahnuteľné na 4-osovej konfigurácii VMC — je takmer určite dostatočné.

Q6: Aká je opakovateľnosť 4/5-osových strojov SZGHTECH?

Naše 4/5-osové stroje SZGH-540/650 a SZGH-850 sú vyrobené podľa štandardných presných špecifikácií VMC, pričom otočný stôl osi A poskytuje uhlové indexovanie s presnosťou na stupeň s vysokou opakovateľnosťou. Všetky stroje sú vyrábané a kontrolované podľa nášho systému riadenia kvality s certifikáciou ISO 9001 a majú certifikáciu CE. Ak chcete získať konkrétne údaje o presnosti a opakovateľnosti relevantné pre vašu aplikáciu, odporúčam vám kontaktovať náš technický tím s výkresmi dielov – môžeme poskytnúť podrobné špecifikácie a prípadne aj referenčné výsledky zákazníkov z podobných aplikácií.

Q7: Ako jedno upnutie na 4/5-osovom stroji zlepšuje presnosť dielu?

Zakaždým, keď odstránite súčiastku z upínadla a znova ho upnete v novej orientácii, zavediete chybu polohovania – z opakovateľnosti upínadla, stavu základného povrchu, kolísania upínacej sily a techniky operátora. V prípade dielov, ktorých kritické prvky musia byť navzájom presne prepojené (sústrednosť otvoru, kolmosť čela, vzťah medzi prvkom a vzťažným bodom), hromadiace sa chyby nastavenia pri viacerých upnutiach znižujú presnosť finálneho dielu. Obrábaním viacerých plôch pri jednom upnutí na 4-osovom otočnom stole sú všetky prvky rezané vzhľadom na rovnakú referenčnú základňu, čím sa eliminuje chyba polohovania medzi nastaveniami. Toto je jedna z najviac podceňovaných výhod 4-osového obrábania pre aplikácie presného strojárstva.

Otázka 8: Aký je dodacia lehota pre 4/5-osové stroje SZGHTECH?

Štandardná dodacia lehota pre naše 4/5-osové stroje SZGH-540/650 a SZGH-850 je 20–35 pracovných dní od potvrdenia objednávky a prijatia zálohy. To zahŕňa výrobu, montáž, kontrolu kvality a testovanie pred odoslaním. Pre zákazníkov s urgentnými požiadavkami alebo špecifickými konfiguráciami nás kontaktujte priamo a my vám poradíme s dostupnosťou. Všetky stroje sa dodávajú s úplnou dokumentáciou, návodom na inštaláciu a 12-mesačnou zárukou.

Vyžiadajte si cenovú ponuku