5-осьовий верстат з ЧПК проти 3-осьового верстату з ЧПК: ключові відмінності в точності та ефективності

Різниця точності №1: кількість налаштувань

Одним із найбільших чинників зміни розмірів є повторне налаштування. Розглянемо алюмінієвий аерокосмічний кронштейн розміром 180 мм × 120 мм × 80 мм, який містить кишені на верхній поверхні, бічні отвори, кутові монтажні поверхні та задні прорізи. На 3-осьовому верстаті оператори можуть виконувати чотири окремі налаштування.

Робочий процес вимагає затискання верхньої поверхні, обробки верхніх деталей, обертання заготовки, повторного-затискання бічної поверхні, повторного-встановлення робочої системи координат і обробки бічних отворів. Кожне налаштування вводить варіацію вирівнювання. Навіть якщо повторюваність приладу залишається в межах ±0,02 мм, кумулятивна похибка може збільшитися під час кількох операцій.

5-осьовий верстат автоматично обертає заготовку. Оператор затискає компонент один раз і виконує всі операції обробки в одній системі координат. Верстат зберігає геометричні співвідношення, оскільки заготовка залишається нерухомою.

Відмінність точності №2: відхилення інструменту

Відхилення інструменту відбувається, коли сили різання згинають інструмент під час видалення матеріалу. Величина прогину збільшується зі збільшенням вильоту інструменту. Наприклад, для порожнини глибиною 120 мм може знадобитися довга кінцева фреза на 3-осьовому верстаті. Довгі інструменти прогинаються під навантаженням, створюють вібрацію та створюють конічні стінки. При обробці нержавіючої сталі 316 або титанового сплаву Ti-6Al-4V сили різання стають значно вищими, ніж сили різання з алюмінієм.

5-осьовий верстат обертає заготовку, щоб покращити доступ до інструменту. Замість того, щоб висунути інструмент на 120 мм у порожнину, верстат нахиляє заготовку та дозволяє коротшому різцю досягти тієї самої функції. Коротший інструмент стійкий до згинання та зберігає постійність розмірів. Ця структурна перевага створює відчутні покращення прямолінійності стін і точності контурів.

Відмінність точності №3: Консистенція поверхні

Чистота поверхні залежить від кута зачеплення інструменту та стійкості різання. Під час обробки вигнутих поверхонь на 3-осьовому верстаті різець може торкатися матеріалу в постійно змінюваних положеннях вздовж радіуса інструменту. Це може спричинити нерівні сліди гребінця, хвилястість поверхні та додаткові потреби полірування.

5-осьовий верстат безперервно регулює орієнтацію інструменту, щоб підтримувати контрольований кут контакту під час видалення матеріалу. Для порожнини прес-форми з поверхнею довільної форми 3-осьова обробка часто потребує фінішної обробки кулі з малим кроком-, тоді як 5-осьова обробка дозволяє нахиляти інструмент і підтримувати оптимальне зачеплення. Це зменшує нерівності поверхні та зменшує фінішні операції.

Різниця точності №4: Геометрична точність складних елементів

Багато промислових компонентів містять пересічні елементи, такі як турбінні лопаті, робочі колеса, медичні імплантати та вставки для форм. Ці компоненти містять кілька поверхонь, які повинні підтримувати точні позиційні відносини. На 3-осьовому верстаті кожна функція може вимагати окремих налаштувань, що ускладнює підтримку геометричних співвідношень із збільшенням кількості налаштувань.

5-осьовий верстат підтримує єдину прив’язку координат під час обробки, контролюючи розташування всіх елементів в одній системі синхронізованого руху. Це зменшує накопичену варіацію позиціонування. Для компонентів, що містять складені кути та вигнуті геометричні форми, покращення може бути значним.

Різниця в ефективності №1: Час налаштування

Ефективність виробництва не визначається виключно швидкістю шпинделя; час налаштування часто займає більшу частину загального часу виробництва. Розглянемо невелику-серійне виробництво з двадцяти вставних форм, де кожна вставка потребує чотирьох пристосувань, трьох вирівнювань і кількох циклів вимірювання. 3-осьовий верстат може витрачати більше часу на підготовку заготовки, ніж фактичне різання металу. 5-осьовий верстат скорочує операції налаштування. Оскільки машина обертає заготовку автоматично, оператори витрачають менше часу на встановлення кріплень, вирівнювання заготовок і встановлення систем координат. Це скорочення стає дедалі важливішим для виробництва прототипів і великого-змішаного мало-виробництва.

Різниця в ефективності №2: Вимоги до кріплення

Світильники додають вартості та складності. 3-осьовий верстат часто потребує спеціальних пристосувань, таких як пристосування для надгробків, кутові пластини та спеціальні затискні системи для оголення різних поверхонь заготовки. Кожне пристосування має підтримувати заготовку, протистояти силам різання та підтримувати центрування. 5-осьова машина зменшує складність кріплення. У багатьох додатках одне пристосування підтримує всі операції обробки. Це зменшує витрати на виробництво приладів, вимоги до зберігання та навантаження на обслуговування. Інженери із закупівель повинні розглядати інвестиції в кріплення як частину загальної вартості володіння машиною.

Різниця в ефективності №3: Тривалість циклу

Час циклу складається з часу налаштування, зміни інструменту, часу різання та часу перевірки. 3-осьовий верстат може швидко завершити видалення матеріалу, але все одно вимагає додаткових операцій. Наприклад, для деталі, яка містить шість кутових отворів, може знадобитися окрема зміна кріплення, ручне переміщення та додаткові операції свердління. 5-осьовий верстат свердлить ці елементи без переривання циклу обробки. Зі збільшенням складності деталей різниця в часі циклу стає більш помітною, особливо в аерокосмічному та медичному виробництві компонентів.

Відмінність ефективності №4: використання інструменту

Використання інструменту впливає як на продуктивність, так і на вартість інструменту. При обробці глибоких порожнин на 3-осьовому верстаті часто потрібні довгі різці, які вимагають знижених швидкостей подачі, меншої глибини різання та додаткових чистових проходів. 5-осьовий верстат покращує доступ до інструменту. Коротші інструменти можуть видаляти матеріал більш агресивно, підтримувати стабільність різання та зменшувати вібрацію. Верстат ефективніше використовує доступну потужність шпинделя, оскільки менше енергії втрачається через згинання інструменту.

Алюмінієві компоненти (6061, 7075)

Обидва типи машин можуть досягати прийнятних допусків на розміри. Різниця в продуктивності стає помітною при обробці кількох поверхонь. Складні аерокосмічні кронштейни зазвичай виграють від 5-осьової обробки, тоді як прості пластини та корпуси часто залишаються економними на 3-осьовому обладнанні.

Компоненти з нержавіючої сталі (304, 316)

Матеріали створюють вищі сили різання, що робить відхилення інструменту критичним фактором. Здатність 5-осьового верстата зменшувати нависання інструменту значно покращує стабільність розмірів.

Титанові компоненти (Ti-6Al-4V)

Титанові сплави концентрують тепло біля ріжучої кромки, тому стабільні умови різання є критичними. Коротший інструмент завдяки 5-осьовому позиціонуванню допомагає контролювати вібрацію та навантаження від різання, зменшуючи знос інструменту та покращуючи стабільність під час тривалих циклів обробки.

Виберіть 3-осьовий верстат, якщо деталі містять:

• Плоскі поверхні
• Вертикальні стіни
• Стандартні отвори
• Обмежена бічна обробка

Приклади:Опорні плити, монтажні кронштейни та стандартні корпуси.

Виберіть 5-осьовий верстат, якщо деталі містять:

• Складені кути
• Поверхні вільної форми
• Глибокі карієси
• Підрізи
• Вимоги до -різної обробки

Приклади:Аерокосмічні робочі колеса, турбінні лопатки, медичні імплантати, сердечники ливарних форм і роботизовані з’єднувальні компоненти.