5-осевой станок с ЧПУ и 3-осевой станок с ЧПУ: ключевые различия в точности и эффективности

Разница в точности №1: количество установок

Одним из крупнейших факторов изменения размеров является повторяющаяся установка. Рассмотрим алюминиевый кронштейн для аэрокосмической отрасли размером 180 × 120 × 80 мм, содержащий карманы на верхней поверхности, боковые отверстия, наклонные монтажные поверхности и задние прорези. На 3-осевой машине операторы могут выполнять четыре отдельные настройки.

Рабочий процесс требует зажима верхней грани, обработки верхних элементов, вращения заготовки, повторного-зажима боковой грани, восстановления-установки системы координат детали и обработки боковых отверстий. Каждая установка вносит изменения в выравнивание. Даже если повторяемость приспособления остается в пределах ±0,02 мм, совокупная погрешность может увеличиться при выполнении нескольких операций.

5-осевой станок автоматически вращает заготовку. Оператор зажимает деталь один раз и выполняет все операции обработки в одной системе координат. Станок сохраняет геометрические соотношения, поскольку заготовка остается неподвижной.

Разница в точности №2: отклонение инструмента

Отклонение инструмента происходит, когда силы резания сгибают инструмент во время удаления материала. Величина отклонения увеличивается по мере увеличения вылета инструмента. Например, для полости глубиной 120 мм может потребоваться длинная концевая фреза на 3-осном станке. Длинные инструменты изгибаются под нагрузкой, создают вибрацию и создают конические стенки. При обработке нержавеющей стали 316 или титанового сплава Ti-6Al-4V силы резания становятся значительно выше, чем при обработке алюминия.

5-осевой станок вращает заготовку для улучшения доступа к инструменту. Вместо того, чтобы выдвигать инструмент на 120 мм в полость, станок наклоняет заготовку и позволяет более короткой фрезе достичь того же элемента. Более короткий инструмент устойчив к изгибу и сохраняет постоянство размеров. Это структурное преимущество приводит к заметному улучшению прямолинейности стен и точности контуров.

Разница в точности №3: однородность шероховатости поверхности

Качество поверхности зависит от угла зацепления инструмента и стабильности резания. При обработке криволинейных поверхностей на 3-осном станке фреза может контактировать с материалом в постоянно меняющихся положениях по радиусу инструмента. Это может привести к неровным гребешкам, волнистости поверхности и дополнительным требованиям к полировке.

5-осевой станок постоянно регулирует ориентацию инструмента, чтобы поддерживать контролируемый угол контакта при удалении материала. Для полости пресс-формы с поверхностью произвольной формы 3-осевая обработка часто требует доводки сферической головки с небольшим шагом-, тогда как 5-осевая обработка позволяет инструменту наклоняться и поддерживать оптимальное зацепление. Это уменьшает неровности поверхности и сокращает количество отделочных операций.

Разница в точности №4: геометрическая точность сложных элементов

Многие промышленные компоненты содержат пересекающиеся элементы, такие как лопатки турбин, рабочие колеса, медицинские имплантаты и вставки в пресс-формы. Эти компоненты содержат несколько поверхностей, которые должны поддерживать точные позиционные соотношения. На 3-осном станке каждая деталь может потребовать отдельной настройки, что затрудняет поддержание геометрических соотношений по мере увеличения количества установок.

5-осевой станок поддерживает единую привязку координат во время обработки, контролируя расположение всех элементов в одной системе синхронизированного движения. Это уменьшает накопленную вариацию позиционирования. Для компонентов, содержащих сложные углы и криволинейную геометрию, улучшение может быть значительным.

Разница в эффективности №1: время настройки

Эффективность производства определяется не только скоростью шпинделя; время наладки часто занимает большую часть общего времени производства. Рассмотрим небольшую-серийную партию из двадцати вкладышей пресс-формы, где каждая вставка требует четырех приспособлений, трех центровок и нескольких циклов измерения. 3-осевой станок может потратить больше времени на подготовку заготовки, чем на резку металла. 5-осевой станок сокращает операции по настройке. Поскольку станок автоматически вращает заготовку, операторы тратят меньше времени на установку приспособлений, выравнивание заготовок и определение систем координат. Это сокращение становится все более важным для производства прототипов и мелкосерийного-смешанного-производства.

Разница в эффективности №2: Требования к приспособлениям

Крепления увеличивают стоимость и сложность. Для 3-осевого станка часто требуются специальные приспособления, такие как крепления для надгробий, угловые пластины и специальные системы зажима, чтобы обнажить различные поверхности заготовки. Каждое приспособление должно поддерживать заготовку, противостоять силам резания и сохранять выравнивание. 5-осевой станок снижает сложность приспособления. Во многих случаях одно приспособление поддерживает все операции обработки. Это снижает затраты на производство приспособлений, требования к хранению и объем работ по техническому обслуживанию. Инженеры по закупкам должны рассматривать инвестиции в приспособления как часть общей стоимости владения оборудованием.

Разница в эффективности №3: время цикла

Время цикла состоит из времени настройки, смены инструмента, времени резания и времени проверки. 3-осевой станок может быстро выполнить удаление материала, но все равно потребует дополнительных операций. Например, деталь, содержащая шесть угловых отверстий, может потребовать отдельной замены приспособлений, ручного изменения положения и дополнительных операций сверления. 5-осевой станок сверлит эти детали, не прерывая цикл обработки. По мере увеличения сложности деталей разница во времени цикла становится более заметной, особенно в производстве аэрокосмических и медицинских компонентов.

Разница в эффективности № 4: Использование инструментов

Использование инструмента влияет как на производительность, так и на затраты на инструмент. При обработке глубоких полостей на 3-осном станке часто необходимы длинные фрезы, требующие снижения скорости подачи, меньшей глубины резания и дополнительных чистовых проходов. 5-осевой станок улучшает доступ к инструменту. Более короткие инструменты позволяют более агрессивно удалять материал, сохранять стабильность резания и снижать вибрацию. Станок более эффективно использует доступную мощность шпинделя, поскольку при изгибе инструмента теряется меньше энергии.

Алюминиевые компоненты (6061, 7075)

Оба типа машин могут обеспечить приемлемые допуски на размеры. Различия в производительности становятся заметными при обработке нескольких поверхностей. Сложные кронштейны для аэрокосмической отрасли обычно выигрывают от 5-осевой обработки, тогда как простые пластины и корпуса часто остаются экономичными при 3-осевой обработке.

Компоненты из нержавеющей стали (304, 316)

Материалы создают более высокие силы резания, что делает отклонение инструмента критическим фактором. Способность 5-осевого станка уменьшать вылет инструмента существенно повышает стабильность размеров.

Титановые компоненты (Ti-6Al-4V)

Титановые сплавы концентрируют тепло вблизи режущей кромки, поэтому стабильные условия резания имеют решающее значение. Более короткий инструмент, обеспечиваемый позиционированием по 5 осям, помогает контролировать вибрацию и нагрузку при резании, снижая износ инструмента и улучшая стабильность во время длительных циклов обработки.

Выбирайте 3-осевой станок, если детали содержат:

• Плоские поверхности
• Вертикальные стены
• Стандартные отверстия
• Ограниченная боковая обработка

Примеры:Опорные пластины, монтажные кронштейны и стандартные корпуса.

Выбирайте 5-осевой станок, если детали содержат:

• Сложные углы
• Поверхности произвольной формы
• Глубокие полости
• Подрезы
• Требования к многогранной-механической обработке

Примеры:Импеллеры для аэрокосмической отрасли, лопатки турбин, медицинские имплантаты, сердечники для литьевых форм и компоненты роботизированных суставов.