Jeśli chodzi o precyzyjną obróbkę, prawdopodobnie słyszałeś o maszynach CNC. Umożliwiają one produkcję wysoce dokładnych i niemal dokładnych części. Ponadto maszyny te zapewniają większą elastyczność niż standardowe maszyny 3-osiowe. Jednak ich zasady działania i znaczenie wymagają wyjaśnienia.
Wprowadzenie czwartego ruchu obrotowego sprawia, że 4-osiowa maszyna CNC wykracza poza możliwości standardowych systemów 3-osiowych. Obraca obrabiany przedmiot podczas pracy, dzięki czemu można dotrzeć do różnych stron bez fizycznego ponownego pozycjonowania. Otwory i rowki na różnych powierzchniach znajdują praktyczne zastosowania przy użyciu systemu 4-osiowego.
Z drugiej strony, 5-osiowa maszyna CNC wykracza poza 4-osiową maszynę CNC, implementując dodatkową oś sterowania do ruchu maszyny. Dodatkowa oś umożliwia narzędziu tnącemu dostęp do części z różnych kierunków. Okazuje się więc niezbędna do produkcji złożonych kształtów o rygorystycznych tolerancjach w przemyśle lotniczym i urządzeń medycznych. Ponadto można budować części prototypowe, szczegółowe komponenty funkcji w ramach jednej operacji, co skutkuje zarówno oszczędnością czasu, jak i niższym wskaźnikiem błędów. Przyjrzyjmy się tym opcjom z szerszej perspektywy.
Zaawansowana technologia 4-osiowego CNC przewyższyła konwencjonalne 3-osiowe cięcie dzięki dodatkowej osi. Narzędzie działające w maszynie 3-osiowej wykonuje ruch przez oś X dla ruchu lewo-prawo, oś Y dla ruchu przód-tył i oś Z dla ruchu góra-dół. Natomiast maszyna 4-osiowa CNC włącza do swojego działania dodatkową oś znaną jako „oś A”.
Przedmiot obrabiany obraca się wokół osi X za pomocą funkcji osi A, co umożliwia mu dotarcie do różnych stron części bez ingerencji ręcznej/operatora. Pojedyncze ustawienie na maszynie umożliwia operatorowi dostęp do wielu powierzchni części za pomocą tej funkcji obrotowej, co zwiększa zarówno precyzję, jak i prędkość operacyjną.
Oprócz wszystkich korzyści, 4-osiowa maszyna CNC automatycznie obsługuje część do precyzyjnych pozycji. Zapobiega to ręcznym zatrzymaniom w celu zmiany ustawień między funkcjami. Proces konfiguracji zajmuje mniej czasu, a prędkość produkcji wzrasta, co oznacza, że taka maszyna najlepiej sprawdza się w przypadku części o średniej złożoności.
Oto najczęstsze zalety maszyn CNC 4-osiowych:
Obrotowa zdolność maszyny CNC 4-osiowej umożliwia automatyczną obróbkę części wielostronnych, takich jak wsporniki z otworami górnymi, dolnymi i bocznymi. Obrót części za pomocą maszyny CNC 4-osiowej działa szybciej niż ręczne odwracanie, ponieważ nie trzeba przerywać procesu, aby zmienić pozycję. Umożliwia szybsze ukończenie tysięcy części, co skraca całkowity czas produkcji.
Obrót przedmiotu obrabianego oparty na osi A pozwala narzędziu powtarzać identyczne pozycje kątowe dla każdej operacji. Dokładna produkcja bloków silnika w przemyśle motoryzacyjnym wymaga tej konfiguracji. Każdy element wyprodukowany przy użyciu maszyny 4-osiowej będzie dokładnie pasował dzięki jej spójnej pracy w całej produkcji wsadowej.
Możliwość wykonywania złożonych operacji przez maszynę 4-osiową niezależnie eliminuje konieczność dodatkowych procedur konfiguracyjnych. Proces konfiguracyjny pozwala jednej osobie utrzymywać położenie części w maszynie i pozwolić systemowi dokończyć resztę operacji. Podejście to obniża koszty związane z kosztami pracowniczymi, jednocześnie unikając błędów, które czasami pojawiają się w wyniku powtarzającego się ręcznego kontaktu z materiałami.
Proces zmiany narzędzia i repozycjonowania części często przerywa tradycyjne operacje maszyn 3-osiowych. System maszyn 4-osiowych wymaga mniej przerw w ustawianiu, ponieważ umożliwia obrót części. Funkcja ta staje się kluczowa w przypadku produkcji części, które mają elementy umieszczone w różnych orientacjach, takie jak wsporniki i łopatki turbiny, gdy narzędzie wymaga płynnej pracy w różnych płaszczyznach.
Posiadanie wielu cech rozproszonych na różnych powierzchniach części wymaga obróbki CNC 4-osiowej. Ponieważ pozwala to na automatyczne obracanie części, eliminując potrzebę ręcznego odwracania.
Technologia obróbki CNC 4-osiowej zapewnia najlepsze rezultaty w przypadku średnio wymagających części, które przekraczają granice standardowych procesów frezowania. Wydajna produkcja płyt i elementów konstrukcyjnych oraz prostych części samochodowych może być osiągnięta przy użyciu maszyny 4-osiowej.
Przyspieszenie produkcji partii części staje się możliwe, gdy maszyna 4-osiowa wykonuje obróbkę wielu powierzchni w jednym ustawieniu. Przynosi to szczególną wartość branżom, które potrzebują szybkich wprowadzeń na rynek.
Ogólnie rzecz biorąc, wykorzystanie maszyny 4-osiowej redukuje liczbę błędów podczas obróbki delikatnych części wymagających dużej precyzji.
Maszyna CNC 5-osiowa rozwija precyzyjną produkcję poprzez dodanie dwóch dodatkowych osi ruchu poza systemami 3-osiowymi. Standardowa maszyna 3-osiowa umożliwia ruch narzędzia między kierunkami X, Y i Z, co wykonuje funkcje lewo-prawo, przód-tył i góra-dół. Dodatkowa maszyna 5-osiowa implementuje dwie specjalistyczne osie zwane A i B, które maksymalizują kontrolę operacyjną i elastyczność.
Oś B umożliwia obrót wokół osi Y, podczas gdy oś A obraca się wokół osi X. Złożone kształty i cechy stają się możliwe dla maszyn ze względu na dodatkowe możliwości ruchu. Ponadto eliminuje potrzebę wielu ustawień lub zmiany położenia części.
Oto najczęstsze zalety maszyn CNC 5-osiowych:
5-osiowy system obróbki CNC umożliwia narzędziu przesunięcie się do każdej dostępnej pozycji części, co czyni go idealnym do produkcji skomplikowanych kształtów. Komponenty lotnicze i części samochodowe korzystają mocno z 5-osiowego CNC, ponieważ ich złożone projekty obejmują funkcje, których nie można osiągnąć za pomocą standardowych maszyn CNC 3- i 4-osiowych.
Narzędzie osiąga lepszą spójność kąta natarcia, ponieważ może dotrzeć do części z różnych kierunków. Wytrzymuje dłużej, ponieważ doświadcza mniejszego zużycia, szczególnie w przypadku delikatnych części. Koszty produkcji i przestoje maszyny maleją, gdy narzędzia wymagają rzadszej wymiany.
Części utrzymują nieruchomą pozycję przez cały proces obróbki w operacjach 5-osiowych. Pojedyncze nieprzerwane przetwarzanie pozwala na uzyskanie spójnych wyników przez całe powierzchnie podczas całej operacji obróbki. Sektory wymagające wysokiej precyzji dzięki tej metodzie, ponieważ minimalizuje ona zarówno problemy z wyrównaniem, jak i wady, które mogą powstać w wyniku zmiany położenia narzędzia.
Poniżej przedstawiono kilka scenariuszy zastosowań obróbki CNC 5-osiowej;
Produkcja skomplikowanych łopatek turbin i form wymaga obróbki CNC 5-osiowej, ponieważ może ona skrócić czas obróbki o 30-40% w porównaniu z tradycyjnymi technikami. Narzędzie posiada elastyczność dostępu do części z różnych pozycji, co minimalizuje wymagania dotyczące konfiguracji.
Obróbka 5-osiowa skraca czas konfiguracji o około 50-60%. Konfiguracja maszyn w sektorze lotniczym zastępuje 3 do 5 konwencjonalnych konfiguracji 3-osiowych, co skutkuje zwiększoną szybkością produkcji i większą spójnością.
Części wyprodukowane na maszynie 5-osiowej mogą osiągnąć jakość wykończenia powierzchni przewyższającą wykończenie możliwe na maszynach 4-osiowych. Proces obróbki umożliwia nieprzerwany ruch narzędzia, co minimalizuje ślady narzędzia podczas produkcji.
Sektor lotniczy wymaga ścisłych tolerancji ±0,001 cala (0,025 mm). Obróbka CNC 5-osiowa może skutecznie utrzymać precyzyjną dokładność. Brak reorientacji części podczas obróbki każdej powierzchni zapewnia lepszą stabilność wymiarową. Minimalizuje to ryzyko nieprawidłowego ustawienia, aby spełnić surowe wymagania jakościowe.
Podsumowując, zarówno 4-osiowe, jak i 5-osiowe maszyny CNC stanowią rozwiązanie do wytwarzania zaawansowanych, dokładnych komponentów, które znajdują zastosowanie w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym i medycznym. Jeśli część nie jest zbyt skomplikowana, a wymagania dotyczące tolerancji są minimalne, obróbka 4-osiowa jest optymalną opcją.
Natomiast maszyny 5-osiowe są dobrze przystosowane do bardzo skomplikowanych części/produktów. Zawierają one tylko jedno ustawienie, technologia obrabia wiele stron, co skraca czas produkcji nawet o 25% i zapewnia poprawę jakości wykończenia powierzchni. Jednak początkowa inwestycja jest zazwyczaj wyższa niż w przypadku maszyn 4-osiowych. Ale może to zaoszczędzić koszty w dłuższej perspektywie. Dlatego wybór między tymi dwiema opcjami zależy od złożoności części, budżetu i harmonogramu.