Нередко встречаются детали со сложными кривыми, наклонными плоскостями или подрезами, которые трудно или невозможно обработать на 3-осевом станке.
Пятиосевая обработка на станках с ЧПУ, включая пятиосевые конфигурации с поворотным столом, решает эту проблему, позволяя токарным инструментам или заготовке перемещаться в пяти направлениях.
Что такое 5-осевая обработка на станках с ЧПУ?
Пятиосевая обработка на станках с ЧПУ — это процесс обработки, при котором станок перемещается по линейным осям X, Y, Z, а также вращается вокруг двух дополнительных осей (обычно A или B и C).
Это позволяет обрабатывать сложные геометрические формы всего за одну установку, включая подрезы, глубокие пазы и угловые соединения. Для поддержки таких вращательных движений 5-осевые станки с поворотным столом оснащены устойчивой платформой для фиксации заготовки.
Почему в механической обработке используются 5-осевые станки?
- Обработка сложных геометрических форм – 5-осевая обработка позволяет обрабатывать сложные формы, подрезы и кривые, которые невозможно обработать с помощью 3-осевой обработки, и подходит для применения в аэрокосмической, автомобильной и медицинской отраслях.
- Однократное зажимание – Вы выполняете несколько операций за одну установку, что исключает необходимость в оснастке, ошибки выравнивания, сокращает время цикла и повышает точность и стабильность обработки.
- Высокая точность и сопоставимость – Пятиосевое одновременное управление обеспечивает высокую точность, точность профиля и стабильный результат. Все это критически важные компоненты, требующие абсолютной повторяемости размеров.
- Превосходное качество обработки поверхности детали – Наклоняет инструмент оптимальным образом для поддержания стабильной среды вращения с минимальным количеством следов от инструмента и максимальной гладкостью высококачественных поверхностей, готовых к производству.
- Повышение производительности – 5-осевая обработка повышает производительность, сокращает сроки выполнения заказов и улучшает эффективность производства за счет минимизации замен инструмента, настроек и проходов обработки.
Как работает 5-осевая обработка?
• Выберите конфигурацию обработки
Процесс 5-осевой обработки начинается с выбора подходящей конфигурации станка. Распространены 5-осевые поворотные столы, поворотные головки с поворотным столом и гибридные системы.
Как правило, в поворотных станках конструкция стола обеспечивает вращение заготовки, тогда как в станках с поворотной головкой шпиндель наклоняется, что позволяет гибко использовать различные детали. Следует помнить, что выбор зависит от геометрии заготовок, необходимой точности и объёма производства.
· CAD-проектирование деталей
Моделирование в САПР и проверка соответствия требованиям технологичности производства (DFM) используются для проверки возможности эффективной механической обработки детали.
После завершения создания модели, Программное обеспечение CAM Создает траектории движения инструмента на основе таких стратегий, как токарная обработка со стружкой, 3+2-осевая обработка или непрерывная 5-осевая обработка. Правильное программирование CAM-системы гарантирует предотвращение столкновений, оптимальное использование длины инструмента и эффективное управление траекторией движения инструмента.
• Крепление заготовки для 5-осевого станка
Закрепление заготовки также является очень важным аспектом 5-осевой обработки, поскольку заготовку может потребоваться ориентировать различными способами. Деталь зажимается с помощью приспособлений, тисков и модульных систем, обеспечивающих свободное вращение и наклон. Зажим осуществляется с низким профилем, чтобы гарантировать минимальное вмешательство в движение инструмента.
Закрепление заготовки обеспечивает точность и помогает избежать вибраций и неправильного положения, которые могут снизить точность обработки. Тонкие или сложные детали иногда обрабатываются с использованием современных средств, таких как вакуумные патроны или специальные приспособления. При закреплении заготовки важны максимальная доступность токарного инструмента и минимальная настройка оборудования.
• Настройка станка и параметров инструмента
Для установки 5-осевого станка с ЧПУ требуется правильная настройка инструмента, приспособлений и параметров станка. Инструменты следует выбирать с учетом совместимости с материалами и стратегии токарной обработки, при этом более короткие и сбалансированные инструменты обеспечивают большую стабильность.
Помните, что автоматическая смена инструмента и адаптеры шпинделя упрощают работу с несколькими инструментами, повышая гибкость.
На этапе подготовки токари могут установить зажимные приспособления и откалибровать инструментальную револьверную головку или ориентацию шпинделя. Системы ЧПУ запрограммированы с соответствующими смещениями и скоростями вращения шпинделя. Правильная установка сводит к минимуму ошибки, обеспечивает более эффективное взаимодействие инструментов и подготавливает станок к сложным траекториям обработки.
· Калибровка станка с ЧПУ
Калибровка гарантирует максимальную точность станка. Она включает в себя определение нулевых точек осей, проверку смещения инструмента и выравнивание вращающихся осей. В большинстве случаев калибровка обычно выполняется с помощью лазерных или зондовых систем, что сводит к минимуму человеческие ошибки.
Что еще более важно, правильная калибровка исключает отклонения в размерах и обеспечивает повторяемость результатов между производственными циклами. ЧПУ-управление Проверяет и корректирует длину инструмента, биение шпинделя и люфт. Системы обнаружения столкновений также подтверждены как предотвращающие аварии.
· Выполните процесс 5-осевой обработки.
После загрузки программы начинается процесс обработки. Управление перемещением управляющих инструментов, скоростью вращения шпинделя и координацией движений по пяти осям осуществляется с помощью G-кода и M-кода. В зависимости от выбранной стратегии возможна 5-осевая непрерывная обработка поверхностей произвольной формы или 3+2-осевая обработка с позиционированием.
• Последующая обработка и оценка качества
Обработанные детали безопасно извлекаются, а затем очищаются от стружки и остатков охлаждающей жидкости. После этого проводится оценка качества. Это можно сделать с помощью прецизионных измерительных приборов, таких как координатно-измерительные машины (КИМ), штангенциркули или лазерные сканеры. Проверки подтверждают допуски, качество поверхности и точность размеров.
В случае обнаружения отклонений, смещение инструмента может быть скорректировано, или же траектории движения инструмента в CAM-системе могут быть скорректированы в последующих операциях. После обработки также могут быть выполнены зачистка, полировка или термообработка деталей в зависимости от необходимости. Документирование производственных данных обеспечивает отслеживаемость и оптимизацию процессов.
Типичные операции 5-осевого фрезерования
• Фрезерование на станках с ЧПУ с 5 осями и индексацией
Пятиосевая обработка с индексацией, или обработка по схеме 3 + 2 оси, — это метод обработки, при котором вращающиеся оси используются для позиционирования заготовки, но блокируются во время токарной обработки. Этот метод позволяет обрабатывать большее количество сторон детали с меньшим количеством систем, повышая производительность и точность по сравнению с традиционной трехосевой обработкой.
Она идеально подходит для призматических компонентов и исключает необходимость в многомерной подгонке.
• Непрерывное 5-осевое фрезерование на станках с ЧПУ
Непрерывная 5-осевая обработка позволяет перемещать все оси одновременно, благодаря чему инструмент может обрабатывать сложные и произвольные поверхности. Это крайне важно для лопаток авиационных турбин, медицинских имплантатов и прототипов автомобилей, где точность и качество поверхности имеют первостепенное значение.
Кроме того, постоянное движение снижает необходимость перепозиционирования инструмента, сокращает время обработки и улучшает качество поверхности.
• 5-осевые фрезерно-токарные обрабатывающие центры с ЧПУ
Фрезерно-токарные центры объединяют процессы фрезерования и токарной обработки в одном оборудовании, обладая 5-осевыми возможностями для более эффективной обработки сложных геометрических форм. С помощью этих станков можно чередовать токарную обработку цилиндрической заготовки и многоосевое фрезерование без перемещения заготовки. Это минимизирует время настройки, улучшает координацию и упрощает рабочие процессы.
· Другие 5-осевые технологии
Помимо фрезерования, 5-осевая обработка применяется и к другим технологиям, таким как 5-осевая токарная обработка деталей с помощью гидроабразивной резки, лазерной обработки и плазменной обработки. Эти методы позволяют осуществлять точную обработку сложных геометрических форм как из металлов, так и из неметаллов, а также сокращать расход материала.
Кроме того, 5-осевое шлифование позволяет получать идеально ровные поверхности и острые геометрические формы в закаленных материалах, что крайне важно для изготовления инструментов и деталей аэрокосмической отрасли.
Что следует учитывать перед внедрением 5-осевой обработки на станках с ЧПУ
• Стоимость обработки
Внедрение 5-осевой обработки на станках с ЧПУ — дорогостоящее мероприятие с точки зрения затрат на оборудование и оснастку, а также на техническое обслуживание. Такие станки дороже стандартных 3-осевых обрабатывающих центров и требуют инвестиций в высококачественное CAM-программное обеспечение и постпроцессоры для поддержки 5-осевого CAM-программирования.
Первоначальные затраты высоки, но окупаемость проявляется в сокращении количества переналадок, повышении точности и возможности изготовления сложных деталей.
• Навыки и обучение операторов станков
Также есть высококвалифицированные операторы, работающие на 5-осевых станках с ЧПУ и обладающие продвинутыми навыками в стратегиях обработки, интеграции CAD/CAM и управлении ЧПУ. В отличие от 3-осевой обработки, 5-осевая обработка требует знания конфигураций 5-осевых поворотных столов, предотвращения столкновений, многогранной ориентации инструмента и калибровки точности.
Непрерывное обучение имеет решающее значение для развития навыков работы с G-кодом, M-кодом и более сложным 5-осевым CAM-программированием, которое может включать токарную обработку стружки или обработку на 3+2-осевых станках.
• Типичные проблемы и решения для оптимизации обработки
Трудности 5-осевой обработки заключаются в высокой сложности программирования, отклонении инструмента, вибрации, термической деформации и риске столкновений. Эффективность также может снижаться из-за плохого крепления заготовки или недостаточных стратегий CAM. Варианты решения проблемы включают использование высококачественного программного обеспечения CAM с возможностями обнаружения столкновений, сбалансированный выбор инструмента и моделирование для проверки траекторий движения инструмента перед выполнением.
Примеры деталей, изготавливаемых с помощью 5-осевой обработки на станках с ЧПУ.
- Аэрокосмическая отрасль: лопатки турбин, несущие рамы, рабочие колеса, нервюры крыла, корпуса двигателей, профили крыла, компоненты шасси.
- Медицинский: ортопедические имплантаты, хирургическое оборудование, зубные коронки, протезы, костные пластины, корпуса для медицинских устройств.
- Автомобильная промышленность: Блоки цилиндров, корпуса трансмиссий, колеса на заказ, впускные коллекторы, головки цилиндров, детали подвески, компоненты прототипов.
- Газовая и нефтяная промышленность: буровые инструменты, компоненты насосов, корпуса клапанов, подводные коллекторы, рабочие колеса, фитинги высокого давления.
- Электротехника/Электроника: Радиаторы, корпуса для полупроводников, разъемы, кожухи, прецизионные пресс-формы, прототипы печатных плат.
Заключение
Пятиосевая обработка на станках с ЧПУ представляет собой усовершенствованную версию традиционной трехосевой обработки, отличающуюся превосходной точностью, гибкостью и эффективностью. Она позволяет осуществлять одновременное перемещение по пяти осям, что дает возможность изготавливать сложные геометрические формы с меньшим количеством переналадок, более короткими сроками выполнения и более высоким качеством поверхности.
Часто задаваемые вопросы
Какие оси используются в процессе 5-осевой обработки?
К основным осям относятся ось X, ось Y, ось Z, ось A или ось B, ось C.
Какие недостатки у 5-осевой обработки на станках с ЧПУ?
К основным недостаткам этих машин относятся высокие первоначальные инвестиции, сложная программа, необходимость в квалифицированных операторах и повышенные требования к техническому обслуживанию.
В чём разница между 3-осевой и 5-осевой обработкой на станках с ЧПУ?
Трехосевая обработка предполагает перемещение только по осям X, Y, Z, тогда как пятиосевая обработка также включает вращение/наклон (A или B, C) для обработки сложных геометрических форм и сокращения времени на переналадку.
Что такое многоосевая обработка?
Это обработка с использованием более чем трех осей (например, 4-осевая, 5-осевая и т. д.) для достижения повышенной гибкости и точности.
В каких отраслях промышленности используются 5-осевые станки с ЧПУ?
К основным отраслям, использующим эти машины, относятся аэрокосмическая, автомобильная, медицинская, энергетическая, нефтегазовая, электронная и литейная промышленность.
Какие типичные проблемы возникают при программировании 5-осевых станков?
При 5-осевой обработке на станках с ЧПУ могут возникать такие проблемы, как предотвращение столкновений, оптимизация траектории движения инструмента, контроль длины инструмента и сложность программного обеспечения CAM.
Какова ориентировочная стоимость 5-осевого станка с ЧПУ?
Цены варьируются от $100 000 до $500 000 и выше, в зависимости от размера, марки и характеристик.
Подходит ли 5-осевая обработка на станках с ЧПУ только для сложных деталей?
Нет. Это также повышает точность, сокращает количество переналадок и увеличивает эффективность даже для деталей средней сложности.
Каков допуск при 5-осевой обработке на станках с ЧПУ?
Как правило, погрешность составляет от ±0,002 мм до ±0,01 мм, в зависимости от качества и настроек станка.
