5-osový CNC stroj vs 3-osový CNC stroj: kľúčové rozdiely v presnosti a účinnosti

Rozdiel v presnosti č. 1: Počet nastavení

Jedným z najväčších prispievateľov k rozmerovým variáciám je opakované nastavenie. Predstavte si hliníkový držiak pre letectvo a kozmonautiku s rozmermi 180 mm × 120 mm × 80 mm, ktorý obsahuje vrecká na hornom povrchu, bočné otvory, šikmé montážne povrchy a zadné štrbiny. Na 3-osovom stroji môžu operátori vykonávať štyri samostatné nastavenia.

Pracovný postup vyžaduje upnutie hornej plochy, opracovanie horných prvkov, otočenie obrobku, opätovné{0}}upnutie bočnej plochy, opätovné{1}}vytvorenie pracovného súradnicového systému a opracovanie bočných otvorov. Každé nastavenie predstavuje variáciu zarovnania. Aj keď opakovateľnosť prípravku zostáva v rozmedzí ± 0,02 mm, kumulatívna chyba sa môže zvýšiť pri viacerých operáciách.

5-osový stroj otáča obrobok automaticky. Operátor upne komponent raz a vykoná všetky operácie obrábania v rámci rovnakého súradnicového systému. Stroj zachováva geometrické vzťahy, pretože obrobok zostáva pevný.

Presný rozdiel č. 2: Vychýlenie nástroja

K vychýleniu nástroja dochádza, keď rezné sily ohýbajú nástroj pri úbere materiálu. Veľkosť vychýlenia sa zvyšuje so zvyšujúcim sa previsom nástroja. Napríklad dutina s hĺbkou 120 mm môže vyžadovať dlhú stopkovú frézu na 3-osovom stroji. Dlhé nástroje sa pri zaťažení ohýbajú, vytvárajú vibrácie a vytvárajú skosené steny. Pri obrábaní nehrdzavejúcej ocele 316 alebo titánovej zliatiny Ti-6Al-4V sú rezné sily výrazne vyššie ako sily, s ktorými sa stretávame pri hliníku.

5-osový stroj otáča obrobok, aby sa zlepšil prístup k nástroju. Namiesto predĺženia nástroja o 120 mm do dutiny stroj nakloní obrobok a umožní kratšej fréze dosiahnuť rovnakú vlastnosť. Kratší nástroj odoláva ohýbaniu a zachováva rozmerovú konzistenciu. Táto konštrukčná výhoda vytvára merateľné zlepšenia v priamosti steny a presnosti obrysu.

Rozdiel v presnosti č. 3: Konzistencia povrchovej úpravy

Povrchová úprava závisí od uhla záberu nástroja a stability rezu. Pri obrábaní zakrivených plôch na 3-osovom stroji sa môže fréza dotýkať materiálu v neustále sa meniacich polohách pozdĺž polomeru nástroja. To môže spôsobiť nerovnomerné ryhy, zvlnenie povrchu a ďalšie požiadavky na leštenie.

5-osový stroj nepretržite upravuje orientáciu nástroja tak, aby sa udržal kontrolovaný kontaktný uhol pri odoberaní materiálu. V prípade dutín formy s povrchom voľného tvaru si 3-osové obrábanie často vyžaduje obrábanie s guľovým nosom s malými prekročenými hodnotami-, zatiaľ čo 5-osové obrábanie umožňuje nástroju nakloniť sa a udržiavať optimálne zábery. To znižuje nerovnosti povrchu a znižuje dokončovacie operácie.

Rozdiel v presnosti č. 4: Geometrická presnosť na komplexných prvkoch

Mnohé priemyselné komponenty obsahujú prvky, ktoré sa prelínajú, ako sú lopatky turbín, obežné kolesá, lekárske implantáty a vložky do foriem. Tieto komponenty obsahujú viacero povrchov, ktoré musia udržiavať presné polohové vzťahy. Na 3-osovom stroji môže každá funkcia vyžadovať samostatné nastavenia, čo sťažuje udržiavanie geometrických vzťahov, keď sa počet nastavení zvyšuje.

5-osový stroj udržiava počas obrábania jednu súradnicovú referenciu, pričom riadi všetky polohy prvkov v rámci jedného synchronizovaného pohybového systému. To znižuje nahromadené odchýlky polohy. Pre komponenty obsahujúce zložené uhly a zakrivené geometrie môže byť zlepšenie významné.

Rozdiel v účinnosti č. 1: Čas nastavenia

Efektívnosť výroby nie je určená iba rýchlosťou vretena; čas nastavenia často spotrebuje veľkú časť celkového výrobného času. Zvážte malú{1}}sériu výroby dvadsiatich vložiek foriem, kde každá vložka vyžaduje štyri prípravky, tri zarovnania a viaceré cykly snímania. 3-osový stroj môže stráviť viac času prípravou obrobku ako skutočným rezaním kovu. 5-osový stroj redukuje nastavovacie operácie. Pretože stroj otáča obrobok automaticky, operátori trávia menej času inštaláciou upínacích prípravkov, zarovnávaním obrobkov a vytváraním súradnicových systémov. Toto zníženie sa stáva čoraz dôležitejším pre výrobu prototypov a veľkoobjemovú-mixovú-výrobu.

Rozdiel v účinnosti č. 2: Požiadavky na príslušenstvo

Zariadenia zvyšujú náklady a zložitosť. 3-osový stroj často vyžaduje vlastné prípravky, ako sú náhrobné kamene, uhlové dosky a vlastné upínacie systémy na vystavenie rôznych povrchov obrobkov. Každý prípravok musí podopierať obrobok, odolávať rezným silám a udržiavať zarovnanie. 5-osový stroj znižuje zložitosť upínania. V mnohých aplikáciách jediný prípravok podporuje všetky operácie obrábania. To znižuje náklady na výrobu upínacieho zariadenia, požiadavky na skladovanie a pracovné zaťaženie údržby. Inžinieri obstarávania by mali zvážiť investície do prípravku ako súčasť celkových nákladov na vlastníctvo stroja.

Rozdiel v účinnosti č. 3: Doba cyklu

Čas cyklu pozostáva z času nastavenia, výmeny nástroja, času rezania a času kontroly. 3-osový stroj môže dokončiť odstraňovanie materiálu rýchlo, ale stále vyžaduje ďalšie operácie. Napríklad časť obsahujúca šesť šikmých otvorov si môže vyžadovať samostatné výmeny upínacích prostriedkov, manuálne premiestnenie a dodatočné vŕtacie operácie. 5-osový stroj vŕta tieto prvky bez prerušenia obrábacieho cyklu. Keď sa zložitosť dielov zvyšuje, časový rozdiel cyklu sa stáva zreteľnejším, najmä pri výrobe leteckých a medicínskych komponentov.

Rozdiel v účinnosti č. 4: Využitie nástroja

Využitie nástrojov ovplyvňuje produktivitu aj náklady na nástroje. Pri obrábaní hlbokých dutín na 3-osovom stroji sú často potrebné dlhé frézy, ktoré vyžadujú znížené rýchlosti posuvu, nižšiu hĺbku rezu a dodatočné dokončovacie priechody. 5-osový stroj zlepšuje prístup k nástroju. Kratšie nástroje môžu odoberať materiál agresívnejšie, zachovať stabilitu rezu a znížiť vibrácie. Stroj využíva dostupnú silu vretena efektívnejšie, pretože ohýbaním nástroja sa stráca menej energie.

Hliníkové komponenty (6061, 7075)

Oba typy strojov môžu dosiahnuť prijateľné rozmerové tolerancie. Rozdiely v produktivite sú viditeľné pri obrábaní viacerých povrchov. Komplexné konzoly pre letectvo a kozmonautiku zvyčajne ťažia z 5-osového obrábania, zatiaľ čo jednoduché dosky a kryty často zostávajú ekonomické na 3-osovom zariadení.

Komponenty z nehrdzavejúcej ocele (304, 316)

Materiály vytvárajú vyššie rezné sily, vďaka čomu je vychýlenie nástroja kritickým faktorom. Schopnosť 5-osového stroja znížiť presah nástroja podstatne zlepšuje rozmerovú stabilitu.

Titánové komponenty (Ti-6Al-4V)

Zliatiny titánu koncentrujú teplo v blízkosti reznej hrany, takže stabilné rezné podmienky sú kritické. Kratšie nástroje umožňujúce polohovanie v 5 osiach pomáha kontrolovať vibrácie a rezné zaťaženie, znižuje opotrebovanie nástroja a zlepšuje konzistenciu počas dlhých cyklov obrábania.

Vyberte si 3-osový stroj, keď diely obsahujú:

• Ploché povrchy
• Vertikálne steny
• Štandardné otvory
• Obmedzené bočné obrábanie

Príklady:Základné dosky, montážne konzoly a štandardné kryty.

Vyberte si 5-osový stroj, keď diely obsahujú:

• Zložené uhly
• Voľne tvarované povrchy
• Hlboké dutiny
• Podrezanie
• Požiadavky na viac{0}}tvárne obrábanie

Príklady:Letecké obežné kolesá, lopatky turbín, lekárske implantáty, jadrá vstrekovacích foriem a komponenty robotických kĺbov.