5-осевой станок с ЧПУ – что это такое?

5 - осевой станок с ЧПУ (также известный как 5-осевой обрабатывающий центр) — это точный станок с ЧПУ, использующий широкий спектр режущих инструментов для удаления материалов из заготовки. Это делается вдоль пяти различных направляющих осей, позиционируя деталь или одновременно разрезая ее вдоль этих осей, пока не будет достигнута желаемая форма.

Для более конкретного представления примером 1-осевого станка может быть радиально-сверлильный станок с движением вверх и вниз (ось Z). Согласно той же логике, 3-осевой станок с ЧПУ может двигаться вверх и вниз (ось Z), справа налево (ось X), а также вперед и назад (ось Y).

5-осевой станок с ЧПУ имеет две дополнительные поворотные оси, что открывает двери для бесконечного количества возможностей отделки. Типы оси вращения включают оси вращения A, B и C, вращающиеся вокруг оси X, оси Y и оси Z соответственно. Хотя это три дополнительных оси, а не две, они все равно считаются всего 5 осями. Комбинация дополнительных осей зависит от машины и может являться любой комбинацией AB, AC или BC.

Благодаря дополнительным осям режущий инструмент может приближаться к детали со всех сторон, делая возможным подрезку, которое возможно только на станках с меньшим количеством осей, если деталь была переставлена ​​с помощью универсальных приспособлений. Эта ситуация в станках с меньшим количеством осей не только занимает много времени, но может вызвать ошибки — ситуации, которых можно избежать с помощью 5-осевого станка с ЧПУ.

Режущий инструмент 5-осевого станка с ЧПУ подходит к заготовке по любому из пяти направлений. Он двигается по линейным осям X, Y и Z, а также вращается по осям A, B или C.

Вот соответствующие оси и их движения:

● Ось Х – слева направо
● Ось Y – спереди назад
● Ось Z – вверх и вниз
● Ось A – поворот на 180° вокруг оси X
● Ось B – поворот на 180° вокруг оси Y
● Ось C – поворот на 180° вокруг оси Z

Чтобы лучше удовлетворить все более сложные потребности таких передовых отраслей, как аэрокосмическое машиностроение, медицина, оборона, робототехника и автомобилестроение, производители станков с ЧПУ постоянно внедряют инновации в разработке новых, более сложных и в то же время более мощных станков.

Одной из главных вех в данной области является разработка 5-осевых обрабатывающих центров. Возможности и гибкость таких станков значительно превосходят стандартные 3-осевые обрабатывающие центры. Некоторые ключевые моменты можно увидеть в таблице ниже:

 

Різниця	3-осьовий	5-осьовий
1	Материалы подаются и обрабатываются только по 3 осям – оси X, Y и Z.	Материалы подаются и обрабатываются по 5 осям – оси X, Y, Z, A&B/C.
2	Трудно обрабатывать сложные детали в одной установке, а также заготовки, содержащие глубокие и узкие полости или формы. Ограничение из-за перемещения трехмерной оси. Для более сложных операций детали нужно переставить и закрепить в приспособлениях, изготовленных на заказ.	Створено для складних деталей із високоточними результатами обробки. Можна використовувати коротші ріжучі інструменти з більшою швидкістю інструменту та меншим рівнем вібрації. Це значно економить час і зусилля при механічній обробці, одночасно дозволяючи виготовляти більш складні деталі. Можливість охоплення будь-якої частини з 5 сторін для створення складних контурів. Наприклад, робоче колесо, прес-форма для шин, деталі 3D-форми.
3	Чтобы получить качественную обработку поверхности, может потребоваться изменить положение деталей. Это не только займет дополнительное время, но и вероятность ошибок высока.	5-осевые станки с ЧПУ способны расположить детали на режущем инструменте в оптимальном положении друг к другу (90 градусов). Одновременно доступны все 5 сторон детали. Даже самые сложные контуры и формы можно обработать с помощью одновременного использования всех 5-ти осей.
4	Меньшее количество осей упрощает программирование за счет более быстрой подготовки и времени выполнения.	CAD/CAM используются для легкого программирования сложных операций.

 

Одно из преимуществ 5-осевого обрабатывающего центра состоит в том, что не требуются сложные зажимные системы или приспособления для удержания обрабатываемой детали. Поэтому настроить заготовку на таком станке достаточно просто.

Оборудование для крепления или часть заготовки желательно устанавливать в центре стола станка. Удерживающим оборудованием могут быть тиски с нулевым зажимом, гидравлический зажим или просто блок, где надежно крепится обрабатываемая деталь.

Что еще более важно, деталь должна иметь свободный доступ для режущего инструмента со всех 5 сторон и надежно закреплена так, чтобы она не могла двигаться или вибрировать. Затем необходимо подготовить, измерить и загрузить режущие инструменты и держатели инструментов в магазин автоматической смены инструментов (ATC).

Важным моментом, который часто забывают, является калибровка всей машины перед началом производства. Для этой калибровки требуется специальное программное обеспечение и автоматический измерительный зонд (управляемый инфракрасной или радиосвязью). Полная функция калибровки может длиться примерно 45 секунд (в случае Hwacheon) или максимум 2-3 минуты в зависимости от марки и типа устройства.

При выполнении такого цикла калибровки машина свежо и правильно откалибрована по всем осям, и допуски не накапливаются между каждой осью. Это следует делать, по крайней мере, раз в месяц (желательно раз в неделю) и обязательно перед каждым производственным циклом.

Многие 5-осевые обрабатывающие центры продаются, к сожалению, без этой функции и необходимого для нее оборудования — главным образом для экономии денег. Хотя первоначальные суммы денег можно сэкономить, это происходит за счет точности. Впоследствии такие расходы будут увеличиваться, что приведет к некачественной обработке. Это, конечно, не часть лучших отраслевых практик.

Еще один важный момент, на который следует обратить внимание, внимательно проверить, нет ли потенциальных зон столкновения, прежде чем нажать кнопку запуска цикла. После этого разрешите всей программе выполняться шаг за шагом, чтобы убедиться, что каждое положение верно и что каждый измененный инструмент верен.

Если не потратить время на проверку, может случиться сбой. Это не только требует значительного количества времени для устранения, но может привести к очень дорогому ремонту, а также потребности в перестановке всех осей.

 

Для обработки деталей необходима программа ЧПУ для позиционирования оси и запуска операций сверления, нарезки резьбы и фрезерования. Для простых и менее сложных операций вы можете выполнять это непосредственно на самом станке с помощью панели управления ЧПУ и с помощью различных макросов/подпрограмм ЧПУ.

Для обработки более сложных задач или деталей со более сложными контурами используются системы CAD/CAM, подходящие для станков, элементов управления с ЧПУ, а также для общей конфигурации станка.

Большинство программ ЧПУ сегодня создано на системах CAD/CAM, которые являются безопасными и целенаправленными — большинство из этих систем также могут проверять ошибки.

Для системы CAD/CAM требуется правильный постпроцессор, который можно получить от поставщиков CAD/CAM, чтобы обеспечить правильный перевод всех данных в формат, с которым может работать система ЧПУ машины.

Одним из преимуществ 5-осевой обработки (или обработки 3+2/4+1) является то, что она позволяет использовать более короткие, а следовательно, более жесткие режущие инструменты по сравнению с 3-4-осевой обработкой. Это приводит к быстрой подаче и скорости, меньшему отклонению инструмента и лучшим условиям резки.

Эти комбинации обеспечивают качественную обработку поверхности, лучшую точность, более тяжелые разрезы и меньшее количество настроек, что сокращает общее время цикла. Эта способность чрезвычайно полезна в карманных программах, таких как фрезерование глубоких полостей в деталях или штампах и формах.

Благодаря современным решениям автоматизации на 5-осевых станках смену инструментов можно легко автоматизировать. Они включают системы Tongtai AWC (автоматическое устройство смены деталей) или APC (автоматическое устройство смены поддонов), которые могут преобразовывать станки в системы FMC (гибкие производственные клетки). Благодаря этому производство по принципу «высокая смесь – низкий объем» – очень эффективная техника производства – становится реальностью.

Что касается оснастки и количества используемых инструментов, крупные магазины ATC обеспечивают значительное преимущество при обработке сложнейших деталей. Стандартный журнал на 30-40 станций будет очень быстро ограничен. Поэтому рекомендуется 5-осевой станок с ЧПУ с 60 инструментальными станциями. Если детали очень сложны, а к машине добавляются системы автоматизации, ATC с 60 станциями обязательна, хотя 120 станций было бы даже лучше.

Этот функционал не только обеспечит достаточное количество разнообразных и разных инструментов, но и позволит интегрировать «сестринские» инструменты. Такие инструменты имеют точный размер и спецификацию, используемые для конкретной операции, и имеют тенденцию изнашиваться быстрее других инструментов. Инструменты-сестрины будут заменены автоматически, как только истечет срок службы другого инструмента с такой же спецификацией. Это позволит избежать работы с ослабленным инструментом или его поломкой.

Возможно, главное преимущество многоосевых обрабатывающих центров состоит в том, что большее количество поверхностей и сторон деталей может быть обработано в той же настройке/зажиме, чем более простые станки. Несколько операций (фрезерование, сверление, нарезание резьбы и т.п.) можно также выполнять без необходимости повторно зажимать деталь во второстепенное положение (или даже перемещать деталь на другой станок).

Будет сохранено не только время и устранены затраты на крепление, но и устранены ошибки. Это уменьшает потребность в дополнительных машинах или в рабочей силе.

 

Теперь, когда вы узнали, как работает 5-осевой станок с ЧПУ, у вас может возникнуть вопрос о преимуществах и недостатках таких станков. Рассмотрим их подробно.

Плюсы 5-осевого станка с ЧПУ

Ключевые преимущества 5-осевого станка с ЧПУ:

1) Свернутая настройка машины

С помощью единого процесса настройки (он же «Изготовлено в одном») можно значительно сократить время подготовки и повысить эффективность как людей, так и машин. Это также уменьшает человеческие и машинные ошибки, которые являются результатом работы над несколькими настройками для каждого этапа обработки. Более простое зажимное оборудование, используемое для размещения детали в необходимом положении на машине, также экономит время, средства и уменьшает возможные ошибки.

2) Машинные сложные формы

Благодаря 5-осевой обработке можно легко обрабатывать сложные формы и конструкции. Это может включать следующее: части гидравлических систем, корпус водяного насоса, корпус коробки, зубчатые колеса, пресс-формы для литья под давлением, нефтегазовое оборудование, медицинское оборудование или оборудование для переливания крови и многое другое.

3) Высшая точность обработки

Уменьшив количество необходимых ручных настроек, 5-осевой станок с ЧПУ может помочь повысить общую точность изготовленной детали.

4) Лучшая обработка поверхности

Благодаря 5-осному станку с ЧПУ режущий инструмент может не только приближаться к заготовке, но и располагаться под углом 90° к поверхности детали – это обеспечивает оптимальные условия резки в любое время. Четвертая и пятая оси (являющиеся осью вращения) позволяют использовать более короткие режущие инструменты, которые меньше вибрируют, что приводит к улучшению качества поверхности. Основная цель дополнительной оси – позволить режущему инструменту точнее достигать всех 5 сторон детали.

5) Быстрее удаление материала

Специально разработанный для быстрого и эффективного удаления даже самых твердых материалов, 4+1 или полностью 5-осевой станок с ЧПУ значительно сократит любые ручные усилия. Это обеспечивает большую эффективность и устойчивость обработки.

6) Значительная экономия времени

Учитывая растущие затраты на рабочую силу, нехватку обученной рабочей силы и потребность повысить производительность завода, становится все более важным изучать эксплуатацию и стоимость рабочей силы. Благодаря настройкам "все в одном" в таких станках операторам не нужно повторно зажимать и перемещать детали на другие станки для последующей операции. Они могут сосредоточиться на управлении дополнительными машинами, следовательно повышая свою производительность.

7) Значительная экономия средств

Увеличенный срок службы инструмента приводит к меньшей частоте замены новых инструментов. Повышенная точность снижает риск дорогостоящих ошибок или нехватки. 5-осевые станки с ЧПУ дополнительно уменьшают требования к площади, повышают гибкость и использование шпинделя, уменьшают потребность в дорогостоящих приспособлениях и уменьшают общие инвестиции в запасы – все это способствует экономии средств.

8) Расширяйте мощность завода и гибкость производства

Для производителей деталей и контрактных производителей инвестиции в 5-осевой станок с ЧПУ улучшают гибкость вашего производства. Благодаря разнообразным применениям такие станки позволяют максимально использовать ваши машины как для больших, так и малых производственных заказов. Такие возможности могут отсутствовать в недорогих стандартных машинах, у которых явно ограничены возможности. 5-осевые станки с ЧПУ также идеально подходят для современной производственной среды с высоким содержанием – низкими объемами производства, где массовое производство менее распространено, чем доставка обработанных деталей меньшими партиями, которые повторяются, в случае необходимости.

9) Меньше конкуренции

5-осевые станки с ЧПУ могут значительно повысить вашу производительность и прибыльность. Они предоставляют ваши производственные возможности на несколько ступеней выше, чем у ваших конкурентов, поскольку они могут выполнять более широкий спектр сложных работ по улучшенному качеству продукции, а также удовлетворять будущие требования производства.

 

Минусы 5-осевого станка с ЧПУ

Естественно, есть некоторые недостатки 5-осевого станка с ЧПУ. Вот некоторые из распространенных недостатков:

1) Расходы

5-осевой станок с ЧПУ и основное программное обеспечение часто требуют более высоких инвестиций. Общая стоимость инвестиций часто выше стоимости стандартных 3-осевых обрабатывающих центров. Кроме того, необходимое обслуживание часто более сложно.

2) Программирование CAD/CAM

Кроме трех линейных движений, задействованы два дополнительных вращательных движения, что делает 5-осевую обработку более сложной, чем 3-осевая. Необходимо также учитывать координацию движения каждой оси во избежание помех, столкновений и соответствующее количество интерполяционного движения.

Чтобы оптимизировать необходимую точность обработки и качество поверхности, сложное программирование может быть сложной задачей, которая может потребовать квалифицированного программиста.

3) Требуются дополнительные навыки оператора

5-осевая обработка – это передовая технология, в которой для программирования, настройки и эксплуатации машины требуется высококвалифицированный техник.

Из приведенных выше пунктов вы можете увидеть, что преимущества использования 5-осевого станка с ЧПУ, как правило, перевешивают недостатки. Однако вам все равно следует учитывать ряд проблем, возникающих перед покупкой 5-осевого станка с ЧПУ. Чтобы избежать дорогостоящих ошибок, подумайте о проведении комплексного анализа ваших требований к обработке, прежде чем инвестировать в такой станок.

В современном сложном производстве и производственной среде отсутствие столь высокогибких отделочных центров ставит вашу машинную мастерскую в значительную невыгодную позицию.

(Вы можете запросить наш каталог 5-осевых обрабатывающих центров или заполнить контактную форму для консультации.)