Co je to 5-osový CNC stroj?

5-Axis CNC stroj je jedním z nejpřesnějších a nejuniverzálnějších dostupných nástrojů. Řezný nástroj může posunout v pěti směrech. Na rozdíl od konvenčních strojů umožňuje snadno vytvářet složité konstrukce dílů. Tato mimořádná mobilita také znamená méně nastavování, protože po dílně se pohybuje několik dalších kompresorů, což šetří čas a zvyšuje produktivitu. Díky vlastnostem 5-osého obrábění je velmi užitečné a efektivní: nástroj a součást lze polohovat libovolným způsobem. V rámci produktů výrobců může vytvářet různé tvary, úhly a křivky. Tyto stroje jsou ideální pro použití ve výrobních firmách, které vyžadují přesnost a složité díly ve svých produktech.

Použití a5-osový strojsnižuje možnost lidské chyby a účinnost a přesnost bude vyšší. Operátoři mohou stroj pohodlně obsluhovat a ovládat pomocí vylepšených softwarových programů. S takovými stroji se mnohonásobně rozšiřují příležitosti pro nové technologie a zvýšenou produkci. To je změna hry ve světě přesného strojírenství.

Co je 5-osové obrábění?

5-osové obrábění je proces, při kterém se nástroj posouvá podél pěti os a vytváří obrobek. Kombinuje lineární pohyby podél os X, Y a Z s rotačními pohyby kolem os A a B. Všestranná konfigurace umožňuje vyřezávání širší geometrie a úhlu najednou, protože se s ním snadněji manipuluje a zkracuje se čas potřebný k přeskupení.

Na rozdíl od omezenějších 3-osových strojů, které se pohybují pouze po přímých drahách, 5-osové stroje mohou otáčet obráběnou součástí během řezání. Proto je pomocí popsaného způsobu současného pohybu nástroje a součásti možné vytvářet zákruty a speciální podřezy bez zapojení lidí. Existuje jen málo aplikací, kde je tento konkrétní proces cennější; konkrétně tam, kde je kritická přesnost, jako například v leteckém, lékařském a automobilovém průmyslu.

5-osové obrábění je technika, která zvyšuje efektivitu, protože omezuje, kolikrát musí být součást umístěna ve stroji nebo usazena do přípravku. Umožňuje operátorům efektivně pracovat se součástí z více úhlů bez ohledu na potřebu upravit nebo přemístit součást. To nejen zkracuje výrobní cyklus, ale také poskytuje vyšší přesnost, jednotnost a vyšší kvalitu povrchu v průběhu celého procesu.

5-Axis Možné konfigurace

5-osové stroje jsou k dispozici v mnoha typech konstrukcí, ale všechny mají společnou flexibilitu. Nejtypičtější konfigurace jsou popsány jako konfigurace „stůl-stůl“ a „hlava-hlava“. V konfiguraci stůl-stůl se otáčejí také stoly obrobků a nástrojů. To umožňuje nepřetržitý relativní pohyb a extrémně přesný posuv pro jemnější provozní požadavky. Systém umožňuje obrábění složitých součástí v jedné poloze bez nutnosti jejich výměny. Taková konfigurace je velmi vhodná pro sektory náročné na vysokou přesnost, jako je letecký průmysl.

Konfigurace hlava-hlava na druhé straně způsobuje rotaci držáku nástroje. Obrobek se během procesu obrábění nepohybuje nebo má malý pohyb napříč strojem. Je stabilní a tuhý, zejména při řezání tvrdých materiálů, a z těchto důvodů je toto provedení efektivní. To je ideální pro použití v aplikacích, kde budou zapotřebí vysoké řezné síly. Nastavení minimalizuje možnost zkreslení nebo vibrací, a proto poskytuje kvalitní výsledky.

Jedním z dalších nejpoužívanějších provedení je provedení „naklánění-rotace“. V tomto provedení bude mít jedna ze dvou součástí obrobku nebo nástroje možnost naklánění nebo otáčení. Tento pohyb nabízí další volnost při obrábění složitých tvarů. Umožňuje testovat těžko přístupná místa formuláře, čímž zkracuje dobu seřizování formuláře. Nastavení naklápění a otáčení jsou ideální tam, kde návrhy požadované součásti sestávají ze složitých geometrií.

Typy 5-osových CNC strojů

Mezi běžné typy 5-osého CNC obrábění patří;

Hlava / stůl 5 osé CNC stroje

Uspořádání řezného nástroje hlava/stůl obsahuje naklápěcí hlavu s obrobkem pevně drženým na stole, který se nepohybuje. Směr hlavy nástroje lze měnit ve svislé a vodorovné rovině pro dosažení různých poloh součásti. Tato konfigurace je užitečná při práci na mikrodílech, prvcích, zářezech nebo hlubokých kapsách. Protože se obrobek nepohybuje po stole stroje, je možný vysoký stupeň stability, což znamená vysokou přesnost. Tyto stroje se používají tam, kde jsou přísné tolerance a zahrnují letecký průmysl a průmysl lékařských zařízení.

Hlava/hlava 5-Osové CNC stroje

Nejvhodnější klasifikací této skupiny strojů je hlava/hlava, kde se nástroj i obrobek otáčejí na svých příslušných hlavách. Zde je jedna hlava vybavena řezným nástrojem a druhá hlava drží obrobek. Oba se mohou pohybovat kolem dvou os, zatímco druhý usnadňuje pohyb pouze v jedné ose.

To poskytuje nástroji schopnost všestrannosti při najíždění na součást téměř z jakéhokoli směru a orientace. Je to nejužitečnější pro aplikace, kde nástroje musí fungovat, zatímco se součást také otáčí, v obtížné operaci obrábění. Konstrukce H/H je upřednostňována pro všechna průmyslová odvětví, která vyžadují složité řezy, například lisování matic, šroubů a dalších dílů pro výrobce automobilů.

Stolní/Stůl 5-osé CNC stroje

V provedení Stůl/Stůl je možná rotace jak v řezném nástroji, tak v obrobku. Ve většině případů se na základnu stroje vejdou dva stoly – stůl obrobků a stůl nástrojů. Tyto stoly jsou pohyblivé tak, že se nástroj a díl mohou k sobě přibližovat ze všech stran, protože stoly jsou sklopné a otočné.

Výhodou tohoto uspořádání je snadnost poskytování vysokého stupně flexibility při obrábění složitých obrobků, čas a úsilí potřebné k nastavení strojního zařízení jsou značně minimalizovány. Stolní/stolní stroje jsou široce používány v hromadné výrobě složitých dílů v leteckém a přesném strojírenství.

CNC stroje s naklápěcí a rotační 5-osou

Konfigurace naklápění-rotace zahrnuje umístění obrobku nebo nástroje na otočném stole, který má také naklápěcí pohyb. Rotace se používá k provádění malých pohybů v různých rovinách, čímž se zvyšuje možnost tvarování obrobků složitého tvaru bez nutnosti jejich přeorientování.

Systémy naklápění a otáčení se obvykle používají tam, kde jsou faktorem velmi složité geometrie, hluboké díry nebo podříznutí. Tento design nabízí lepší přístup k některým malým a zapuštěným oblastem konstrukce a zároveň minimalizuje počet nastavení. Tyto stroje se nejlépe hodí pro vysokou složitost dílů, jako jsou formy nebo letecký průmysl vyrábějící jedinečné díly.

Výhody 5-osového CNC obrábění

Vylepšená přesnost a přesnost

5-axis CNC obrábění je ještě přesnější než 4-axis, protože umožňuje simultánní souvislý pohyb nástroje a obrobku v různých směrech os. To snižuje riziko nesouososti, zejména u složitých geometrických struktur v systému zrcátek a drah. Umožňuje také lepší opracování dílů z mnoha směrů, což má za následek lepší kontrolu tolerancí a tím i vyšší opakovatelnost, díky čemuž je ideální pro vysoce přesná odvětví, jako je letectví a výroba lékařského vybavení.

Zkrácená doba nastavení

5-osové CNC stroje jsou speciální v tom, že na stejné součásti a ve stejné poloze lze provádět několik operací. Může dosáhnout do každého rohu a drážky na dílu, aniž by jej uživatel musel znovu nastavovat, což šetří čas. To má za následek méně chyb při manipulaci, vyšší produktivitu a kratší dobu obratu, zejména u malých výrobních sérií nebo tam, kde se jedná o zakázkovou výrobu.

Schopnost pro komplexní geometrie

5-osové stroje se používají zejména při obrábění složitých tvarů s podříznutím a jinými tvary. Jeho obsluha umožňuje provádět obrábění víceosých projektů pomocí nástroje a obrobku se stejnou lehkostí ve stejných cyklech. Tato schopnost je potřebná pro výrobu lopatek turbín, forem a automobilových dílů, které jsou obvykle velké a mají průřezové prvky.

Vylepšená povrchová úprava

5-osé CNC obrábění poskytuje dobrou povrchovou úpravu, protože nástroj má nejlepší řezné úhly. To snižuje vychýlení nástroje, vibrace a chvění, čímž se dosáhne lepšího opracování a také lepší kvality povrchu. Tato víceosá schopnost také pomáhá zanechat jen velmi málo důkazů o použitém nástroji, což je výhodné pro díly, které musí mít velmi hladký povrch, jako například pro výrobu implantátů pro lidské tělo nebo forem pro mikrovstřikování.

Prodloužená životnost nástroje

Díky správné orientaci řezného nástroje při 5-osovém CNC obrábění je namáhání, které může být vyvíjeno na konkrétní nástroj, značně minimalizováno. Rozložení řezných sil s nízkým namáháním nástroje vede ke zvýšení trvanlivosti nástroje. Méně častá výměna nástroje také pomáhá šetřit náklady a čas a udržovat stabilní kvalitu obrábění.

Lepší efektivita a zvýšená produktivita

5-osé CNC obrábění kombinuje několik operací do jednoho cyklu, čímž zvyšuje jeho efektivitu. Výrobci mohou dosáhnout vyšší propustnosti z výrobní linky díky menšímu počtu nastavování, menšímu přepracování a kratším dobám cyklů. Pětiosé obrábění, které snižuje zmetkovitost a zmetkovitost, zůstává efektivní metodou výroby pro malé i velké množství.

Srovnání mezi 3-osovým, 4-osovým a 5-osovým CNC strojem

Pohybové schopnosti

3-Axis CNC: V 3-osovém CNC stroji se řezný nástroj pohybuje přímočaře ve třech směrech, tj. podél X (vlevo-vpravo), Y (přední-zadní ) a Z (nahoru-dolů) přístup. Toto nastavení umožňuje stroji vrtat, frézovat a gravírovat; není však vhodný pro další geometrie nebo jiné povrchy.

4-Axis CNC: 4-Axis CNC zvětšuje osu rotace kolem osy X (osa A) pracovního stolu. To umožňuje, aby se obrobek otáčel, když se stroj může dostat na jiné povrchy součásti nebo jiné povrchové prvky. I když to umožní složitější součásti založené na třetí rotační ose, stále je třeba ji přemístit pro 3D obrábění.

5-Axis CNC: 5-Axis CNC přidává dvě další rotační osy, obecně v ose Y označované jako osa B a v ose Z označované jako osa C. Tato konstrukce umožňuje nástroji i obrobku pohybovat se v pěti směrech, což zase může vytvářet složitější tvary a obrábět všechny aspekty předmětu bez přemísťování.

Složitost dílů

3-Axis CNC: Je ideální pro méně složité 2D komponenty nebo komponenty s omezenou 3D složitostí. Hodí se dobře pro hrubovací operace, kde se používá k provádění hlubších řezů, vrtání nebo frézování obrobku, ale není vhodný pro dokončovací operace, kde se chtějí vyrábět tvary nebo obrobky s jemnými a malými rysy nebo zářezy.

4-Axis CNC: Vhodné pro díly, které vyžadují zvláštní pohyb, zejména tvarované součásti se složitou geometrií nebo válcové. Funkce rotace se také ukazuje jako výhodná, protože může být použita například pro gravírování na válcové předměty nebo například pro obrábění prvků na několika plochách součásti bez potřeby polohování součásti.

5-Axis CNC: Nejvyšší kategorie ze tří, která může mít široké 3D tvary, zářezy a hluboké prohlubně. Může dosáhnout na většinu stran součásti najednou, což je ideální pro průmysl s přísnou tolerancí, jako je letectví, lékařství a automobilový průmysl.

Čas nastavení

3-Axis CNC: Je třeba nastavit více než jednou, aby bylo možné obrábět všechny plochy daného dílu. Každé přemístění přináší možnost chybné registrace, která má zase dopad na přesnost a celkovou dobu nastavení.

4-Axis CNC: Nastavení tohoto stroje vyžaduje méně času než 3-osa, protože rotace součásti se provádí ve stejném nastavení. Stále však může potřebovat další příslušenství pro některé geometrie, které nejsou v dosahu rotační osy.

5-Axis CNC: Zkracuje dobu nastavení, protože dokáže obrábět všechny strany součásti v jednom cyklu. Jedna dobrá věc je, že nedochází k žádné změně polohy robotů, což minimalizuje nesoulad a lidský prvek. To přispívá k rychlejšímu cyklu a celkové rychlosti výroby dílů při výrobě složitých dílů.

Nástroje a povrchová úprava

3-Axis CNC: Nedostatek všestrannosti v umístění nástroje, což má za následek značení povrchů obrobku, zejména na zakřivených nebo ohnutých površích.

4-Axis CNC: Výhody oproti 3-osě, protože umožňuje nástroji pracovat v různých úhlech k povrchu obrobku. Stále však není příliš efektivní v určitých situacích týkajících se procesů modelování na složitých 3D površích.

5-Axis CNC: Poskytuje nejlepší povrchovou úpravu, protože je možné k obrobku přistupovat z několika směrů. Výsledkem, jak by se dalo očekávat, je, že vzhledem k tomu, že je potřeba méně přemisťování, je méně pravděpodobné, že se stopy po nástroji vytvoří, a řez je mnohem hladší a konzistentnější, zejména v obtížných nebo nepravidelných tvarech.

Aplikace

3-Axis CNC: Často se používá v odvětvích, která si nemohou dovolit složité obrábění, například v odvětvích zahrnujících hromadnou výrobu jednoduchých artefaktů, zpracování dřeva nebo v odvětvích vyrábějících jednoduché součásti v malých počtech. Měl by být používán především pro vrtání, frézování, ale i jednoduché gravírování.

4-Axis CNC: Použitelné v odvětvích, kde je třeba díly otočit, aby bylo možné obrábět různé plochy. Používá se při výrobě součástí, jako jsou ozubená kola, hřídele, válcové a jiné rotační díly kromě forem.

5-Axis CNC: Katodické elektrolytické nanášení je nepostradatelné pro průmyslová odvětví, kde je výroba složitých a vysoce přesných dílů nutností. Aplikace 5-osých CNC strojů zahrnují letecký průmysl, lékařský průmysl, automobilový průmysl a průmysl výroby forem, a to díky jejich síle, přesnosti a schopnosti vytvářet složité tvary a zářezy a tenkostěnné produkty s velkou přesností .

Náklady a investice

3-Axis CNC: Nejlevnější na pořízení i na údržbu po dlouhou dobu využívání služeb nabízených centrem. Je ideální pro malé obchody nebo výrobní průmysly, které vyžadují jednoduché obráběcí procesy.

4-Axis CNC: O něco dražší než 3-axiální stroje díky přidané rotační ose, ale univerzálnější ve způsobu, jakým jej lze použít k tvarování složitých dílů. Nabízel přiměřený stupeň schopností a nákladů pro aplikace v obchodech, které se zabývají střední úrovní složitosti dílů.

5-Axis CNC: Nejdražší ze tří, protože je složitější a má nejvyšší úroveň automatizace. Ale má nejvyšší návratnost investic pro výrobce, kteří musí vytvářet složité a velmi přesné díly najednou a eliminovat potřebu různých strojů a nastavení.

Shrnutí tabulky: C

Nevýhody 5-osového CNC obrábění

Vysoká počáteční investice

Největší nevýhodou 5-osého CNC obrábění je, že je zpočátku dražší než jiné typy obrábění. Samotné stroje jsou mnohem dražší ve srovnání s 3-osými nebo 4-osovými CNC stroji. Investici také přináší nutnost nákupu potřebného softwaru pro programování a školení jednotlivců v obsluze zařízení. To činí z 5-osového obrábění značné náklady, které se často stávají problémem, zejména pro nové firmy nebo dokonce pro ty, kteří čelí určité úrovni finančních omezení.

Komplexní programování a nastavení

Jako každý stroj jsou 5-osové CNC stroje složitější než jednodušší 3-osové stroje, pokud jde o programování. Víceosý pohyb vyžaduje software CAM (Computer-Aided Manufacturing), který je složitý na programování a náročný na obsluhu. Takový stroj vyžaduje pokročilé školení operátorů, aby se plně zlepšilo jejich využití. Nesprávné naprogramování má za následek buď špatné obrábění, pomalou dobu cyklu nebo poškozené nástroje, a proto je zapotřebí kvalifikovaný personál.

Zvýšené náklady na údržbu

Vzhledem k tomu, že úroveň složitosti při současném použití více rotačních os je ještě vyšší, 5-osové CNC stroje jsou nákladnější na údržbu. Tyto stroje mají více komponentů, jako jsou pomocné motory, pohony a ložiska, a také častěji podléhají údržbě. To znamená, že více času je vynaloženo na údržbu, vyšší náklady na opravy a také více času ztraceného v důsledku oprav. Důrazně se doporučuje údržba, aby se předešlo nepřesnostem ve výrobku a tam, kde došlo k nějaké konstrukci, může být oprava velmi nákladná.

Omezená dostupnost kvalifikovaných operátorů

5-Axis CNC stroje jsou trochu složité a potřebují vysoce kvalifikovaného člověka, aby zařízení dobře obsluhoval. Pět os současně přináší několik složitých výpočtů a sofistikované porozumění aplikovaným obráběcím procesům. Nabídka operátorů je obecně nízká, a proto vede k vysokým mzdovým nákladům, kromě toho, že to představuje problémy s personálním obsazením, zejména pro průmyslová odvětví s komplexními potřebami obrábění, ale s malým kapitálem k najímání profesionálních talentovaných lidí.

Delší doba nastavení pro složité úlohy

Zatímco 5-osové CNC stroje eliminují potřebu vícenásobného nastavení tím, že obrábějí komplikované součásti v jednom cyklu, stále existuje čas potřebný k nastavení těchto strojů, když se jedná o práci, která vyžaduje složité operace. Správné umístění obrobku, získání správných nástrojů a nastavení správných parametrů pro operace stroje může trvat několik hodin. V případech, kdy se díly často vyměňují nebo vyměňují během výrobního cyklu, mohou být časy nastavení stále delší než u těchto základních CNC strojů.

Omezení nástroje a obrobku

Navzdory své vysoké flexibilitě ve srovnání s jinými technikami obrábění není 5-osové CNC obrábění prosté obecných omezení jiných technik obrábění, včetně omezení velikosti nástrojů a obrobku. Některé díly mohou být příliš velké na to, aby se vešly do pracovního prostoru strojů, zatímco některé konfigurace nástrojů bude možná nutné dále upravit, aby se zvýšila funkčnost. Také složitost stroje do té či oné míry mu může bránit v provádění specifických operací, zejména při použití na určitých typech materiálů nebo za určitých podmínek, jako je vysoce kalená ocel nebo velmi abrazivní materiály.

Jaké druhy dílů lze obrábět pomocí 5-osového obráběcího centra?

Osové obráběcí centrum 5-je určeno k výrobě komplikovaných, vysoce přesných dílů, které vyžadují mnohem více než jednoduchý pohyb nahoru-dolů nebo ze strany na stranu. Existuje celá řada funkcí, díky kterým je 5-osové obrábění nejvhodnější pro výrobu složitých geometrických a přesných obrobků Níže jsou uvedeny typy dílů, které lze efektivně obrábět pomocí 5-osého CNC stroje:

Letecké komponenty

Výrobky z leteckého průmyslu mají složité geometrické tvary a úzké tolerance, a proto je nutné používat 5-osové obrábění. Tito jsou viděni v lopatkách turbíny pro letadla; konstrukce draku letadla a také v některých částech motoru, jako jsou lopatky kompresoru, skříně a kryty. Adaptabilita obrábění složitých zakřivených tvarů, zářezů a hlubokotažených prvků je velmi kritická pro náročné aplikace v letectví.

Příklady dílů:

Lopatky turbíny

Držáky letadel

Vstřikovače paliva

Držáky motoru

Lékařské implantáty a zařízení

Lékařský průmysl používá složité a přesné komponenty, jako jsou implantáty, chirurgické nástroje a protetika. Aby bylo automatické konturování, povrchová úprava a tvorba detailů efektivní, vyžaduje v této oblasti výroby minimální lidský dotek. Stroje 5-axis jsou schopny vyrábět součásti, jako jsou kyčelní implantáty, nástroje pro chirurgii páteře, dentální nástroje a jakékoli další součásti, které vyžadují velmi úzké tolerance a vynikající povrchovou úpravu.

Příklady dílů:

Kyčelní protézy

Kolenní implantáty

Kostní šrouby a dlahy

Chirurgické nástroje

Tyto díly musí sedět, být pohodlné a dobře fungovat. K dosažení tohoto cíle se používá vícerozměrné řezání. 5-Potom se používá osové počítačově řízené obrábění, aby bylo zajištěno, že všechny aspekty budou vyrobeny přesně.

Automobilové díly

Výrobci automobilů používají 5-osu k výrobě dílů, které vyžadují složité a přesné tvary a vzhled. Velké součásti, jako jsou bloky motoru, skříň převodovky a díly zavěšení, lze efektivně použít v 5-strojích s osami. Tyto části mají obvykle jemnější vlastnosti, jako je; křivky, podříznutí a vícepovrchové prvky, o kterých je známo, že konvenční styly CNC strojů špatně zvládají.

Příklady dílů:

Hlavy válců

Převodové skříně

Pouzdra diferenciálu

Komponenty odpružení

Formy a zápustky

Dalším odvětvím, které nachází velké využití v 5-osovém obrábění, je odvětví výroby forem. Vstřikovací formy Tlakově lité formy a vyfukovací formy vyžadují přesnost geometrií, které mají složité detaily, které nelze obrábět. Vzhledem k tomu, že některé úhly a křivky lze dosáhnout v jednom nastavení, je snazší vyhnout se nesouososti a zajistit, aby se formy propojily podle potřeby.

Příklady dílů:

Vstřikovací formy na plasty

Tlakově lité formy

Vyfukovací formy

Zápustky pro tváření kovů

Energie a komponenty pro výrobu energie

Některé části používané převážně v energetickém sektoru, zejména v systémech výroby energie, jsou vyráběny podle velmi přísných norem, protože pracují za velmi přísných podmínek. Díly, jako jsou lopatky plynových turbín, části reaktorů a části ventilů, jsou frézovány pomocí 5-osých CNC strojů kvůli jejich přirozené přesnosti. Tyto části mohou mít složité tvary a velmi tenké tloušťky průřezu s úzkou tolerancí, aby se vypořádaly s podmínkami vysoké teploty a tlaku.

Příklady dílů:

Lopatky plynové turbíny

Tělesa ventilů

Výměníky tepla

Součásti reaktoru

Komplexní nástroje a přípravky

5-osé CNC obrábění se používá k výrobě jedinečných nástrojů, přípravků a přípravků pro jiné formy výroby. Tyto díly mají často složité tvary a úhly, které lze generovat pouze s využitím víceosého obrábění. Mezi další součásti patří součásti nástrojů, kde nástroje používané při lisování nebo řezání vyžadují přesnost a flexibilitu, což je nabízeno v 5-osovém obrábění.

Příklady dílů:

Zakázkové přípravky a přípravky

Řezné nástroje

Speciální nářadí

Prototypové díly

Ve fázi prototypování jsou nanejvýš důležité rychlost a přesnost. A konečně, 5-osové CNC stroje jsou velmi užitečné při vytváření složitých prototypových dílů, stále častěji v leteckém, automobilovém a lékařském průmyslu. Tím, že stroj pracuje na více plochách součásti současně, se ušetří čas a také se sníží počet chyb při prototypování.

Příklady dílů:

Automobilové testovací díly

Prototypy lékařských zařízení

Koncepční modely