5-осна CNC машина срещу 3-осна CNC машина: Основни разлики в прецизността и ефективността

Разлика в точността #1: Брой настройки

Един от най-големите фактори, допринасящи за вариацията на размерите, е повтарящата се настройка. Помислете за алуминиева космическа скоба с размери 180 mm × 120 mm × 80 mm, съдържаща джобове на горната повърхност, странични отвори, ъглови монтажни повърхности и задни прорези. На машина с 3 оси операторите могат да извършват четири отделни настройки.

Работният процес изисква затягане на горната повърхност, обработка на горните елементи, завъртане на детайла, повторно-затягане на страничната повърхност, повторно-установяване на работната координатна система и обработка на странични отвори. Всяка настройка въвежда вариация на подравняването. Дори ако повторяемостта на приспособлението остане в рамките на ±0,02 mm, кумулативната грешка може да се увеличи при множество операции.

Машина с 5 оси върти детайла автоматично. Операторът затяга компонента веднъж и изпълнява всички операции по обработка в една и съща координатна система. Машината запазва геометричните връзки, тъй като детайлът остава фиксиран.

Разлика в точността #2: Деформация на инструмента

Деформация на инструмента възниква, когато силите на рязане огъват инструмента по време на отстраняване на материал. Степента на отклонение се увеличава с увеличаване на надвеса на инструмента. Например, кухина с дълбочина 120 mm може да изисква фреза с дълъг край на машина с 3 оси. Дългите инструменти се огъват под натоварване, генерират вибрации и създават заострени стени. При обработка на неръждаема стомана 316 или титаниева сплав Ti-6Al-4V силите на рязане стават значително по-високи от тези, срещани при алуминий.

Машина с 5 оси върти детайла, за да подобри достъпа до инструмента. Вместо да удължи инструмента на 120 мм в кухина, машината накланя детайла и позволява на по-къс нож да достигне същата функция. По-късият инструмент е устойчив на огъване и поддържа консистенция на размерите. Това структурно предимство води до измерими подобрения в правотата на стените и точността на контурите.

Разлика в прецизността #3: Консистенция на повърхността

Повърхностното покритие зависи от ъгъла на захващане на инструмента и стабилността на рязане. Когато обработвате извити повърхности на машина с 3 оси, ножът може да контактува с материала при постоянно променящи се позиции по радиуса на инструмента. Това може да доведе до неравномерни следи от миди, вълнообразност на повърхността и допълнителни изисквания за полиране.

Машина с 5 оси непрекъснато регулира ориентацията на инструмента, за да поддържа контролиран контактен ъгъл, докато отстранява материал. За формовъчна кухина с повърхност със свободна форма, обработката по 3 оси често изисква завършване на топката с малки стъпки-над стойности, докато обработката по 5 оси позволява на инструмента да се накланя и да поддържа оптимално зацепване. Това намалява повърхностните неравности и довършителните операции.

Разлика в прецизността #4: Геометрична точност на сложни елементи

Много промишлени компоненти съдържат пресичащи се елементи, като турбинни лопатки, работни колела, медицински импланти и вложки за форми. Тези компоненти съдържат множество повърхности, които трябва да поддържат прецизни позиционни връзки. На машина с 3 оси всяка функция може да изисква отделни настройки, което затруднява поддържането на геометрични връзки, тъй като броят на настройките нараства.

Машина с 5 оси поддържа една единствена координатна референтна точка по време на обработката, контролирайки всички местоположения на елементи в рамките на една система за синхронизирано движение. Това намалява натрупаните вариации в позиционирането. За компоненти, съдържащи сложни ъгли и извити геометрии, подобрението може да бъде значително.

Разлика в ефективността #1: Време за настройка

Производствената ефективност не се определя единствено от скоростта на шпиндела; времето за настройка често отнема голяма част от общото време за производство. Помислете за малка{1}}серийна производствена серия от двадесет вложки за формите, където всяка вложка изисква четири приспособления, три подравнявания и множество цикъла на сондиране. Машина с 3 оси може да отдели повече време за подготовка на детайла, отколкото за действително рязане на метал. Машина с 5 оси намалява операциите по настройка. Тъй като машината върти детайла автоматично, операторите прекарват по-малко време в инсталиране на приспособления, подравняване на детайли и установяване на координатни системи. Това намаление става все по-важно за производството на прототипи и високо-смесено ниско-обемно производство.

Разлика в ефективността # 2: Изисквания към приспособленията

Приспособленията добавят разходи и сложност. Машината с 3 оси често изисква персонализирани приспособления като приспособления за надгробни паметници, ъглови плочи и персонализирани системи за затягане, за да изложат различни повърхности на детайла. Всяко приспособление трябва да поддържа детайла, да издържа на силите на рязане и да поддържа подравняване. Машина с 5 оси намалява сложността на приспособлението. В много приложения едно приспособление поддържа всички операции по обработка. Това намалява разходите за производство на приспособления, изискванията за съхранение и работното натоварване по поддръжката. Инженерите по снабдяване трябва да разглеждат инвестицията в приспособления като част от общите разходи за притежание на машината.

Разлика в ефективността #3: Време на цикъл

Времето на цикъла се състои от време за настройка, смяна на инструмента, време за рязане и време за проверка. Машина с 3 оси може да завърши премахването на материала бързо, но въпреки това изисква допълнителни операции. Например част, съдържаща шест ъглови отвора, може да изисква отделни промени на приспособленията, ръчно препозициониране и допълнителни операции по пробиване. Машина с 5 оси пробива тези елементи, без да прекъсва цикъла на обработка. С нарастването на сложността на детайлите разликата във времето на цикъла става по-забележима, особено в производството на аерокосмически и медицински компоненти.

Разлика в ефективността #4: Използване на инструмента

Използването на инструменти влияе както на производителността, така и на разходите за инструменти. Когато се обработват дълбоки кухини на машина с 3 оси, често са необходими дълги фрези, които изискват намалени скорости на подаване, по-малка дълбочина на рязане и допълнителни завършващи проходи. Машина с 5 оси подобрява достъпа до инструмента. По-късите инструменти могат да отстраняват материала по-агресивно, да поддържат стабилност при рязане и да намалят вибрациите. Машината използва наличната мощност на шпиндела по-ефективно, тъй като се губи по-малко енергия при огъване на инструмента.

Алуминиеви компоненти (6061, 7075)

И двата типа машини могат да постигнат приемливи толеранси на размерите. Разликите в производителността стават видими при обработка на множество повърхности. Сложните аерокосмически скоби обикновено се възползват от 5-осно машинно обработване, докато простите плочи и корпуси често остават икономични при 3-осно оборудване.

Компоненти от неръждаема стомана (304, 316)

Материалите генерират по-високи сили на рязане, което прави деформацията на инструмента критичен фактор. Способността на 5-осна машина да намалява надвеса на инструмента значително подобрява стабилността на размерите.

Титанови компоненти (Ti-6Al-4V)

Титановите сплави концентрират топлината близо до режещия ръб, така че стабилните условия на рязане са критични. По-късите инструменти, активирани чрез позициониране по 5 оси, помагат за контролиране на вибрациите и натоварването при рязане, намалявайки износването на инструмента и подобрявайки последователността по време на дълги цикли на обработка.

Изберете машина с 3 оси, когато частите съдържат:

• Плоски повърхности
• Вертикални стени
• Стандартни отвори
• Ограничена странична обработка

Примери:Основни плочи, монтажни скоби и стандартни корпуси.

Изберете машина с 5 оси, когато частите съдържат:

• Съставни ъгли
• Повърхности със свободна форма
• Дълбоки кухини
• Подрязвания
• Изисквания за-многостранна обработка

Примери:Авиационни колела, турбинни лопатки, медицински импланти, сърцевини за шприцформи и роботизирани компоненти на ставите.