Как работает 5 осевой фрезерный станок с чпу. Устройство станка с чпу 5 осей.

Содержание:

1. Что такое 5-осевая обработка на станке с ЧПУ?
2. Оси чпу станка в 5 координатной системе?
3. А что же насчет двух других осей?
4. Конфигурации 5 осевых станков
5. Сколько же осей обработки вам нужно?
6. Так сколько осей вам нужно?
7. Зачем использовать 5-осевую обработку?
8. 5 осей против 3 + 2 оси станка
9. Сравним технологию 5-осевой обработки и 3D-печати
10. Как получить максимальную эффективность при 5 осевой обработки
11. Важность 5-осевого управления и программного обеспечения
12. Предотвращение аварий в 5-осевой обработке
13. Проверка инструмента на 5-осевом станке
14. 5-осевая обработка: Соответствует ли принципу «сделать за 1 раз»?
15. Техника обработки при 5-осевом фрезеровании

Всем привет, Друзья! С Вами 3DTool!

Представьте, что бы Микеланджело смог сделать с помощью 5-осевого фрезерного станка!

Это может прозвучать странно, но если бы художник эпохи Возрождения мог обменять свой молоток и зубило на компьютерное числовое программное управление (ЧПУ) и подходящие станки, у нас были бы тысячи статуй Давида, вырезанные из множества различных материалов.

Независимо от того, лепите ли вы шедевр из мрамора или фрезеруете лопасти турбиона из титана, основной принцип один и тот же: начинаете с цельного куска материала и удаляете ненужные части, пока не останется целевой объект. Конечно, этапы этого процесса намного сложнее, особенно для 5-осевой обработки на ЧПУ.

 

Что такое 5-осевая обработка на станке с ЧПУ?

Говоря простыми словами, 5-осевая обработка - это использование ЧПУ для перемещения детали или режущего инструмента по пяти различным осям одновременно. Такая обработка позволяет изготавливать очень сложные детали, и именно поэтому она особенно популярна, например, в аэрокосмической отрасли или машиностроении.

Однако, несколько факторов способствовали широкому применению 5-осевой обработке больше всего. Среди них:

1. Максимальная приближенность к принципу – одна обработка за одну установку (иногда называемой «сделано за один раз»), что сокращает время выполнения и повышает эффективность.

2. Удобство доступа к сложным частям геометрии изделия и возможность избежать столкновения с держателем инструмента благодаря возможности наклонять режущий инструмент или стол.

3. Оптимизация и улучшение срока службы инструмента станка и времени цикла обработки. Это достигается путем наклона инструмента / стола, в результате чего поддерживается оптимальное положение и траектория резки .

Каталог фрезерных станков с ЧПУ 5 осей

Каталог фрезерных станков с ЧПУ 4 оси

Каталог фрезерных станков с ЧПУ 3 оси

Оси чпу станка в 5 координатной системе?

Мы все знаем историю о Ньютоне и яблоке, но есть аналогичная апокрифическая история о математике и философе Рене Декарте.

Декарт лежал в постели (как обычно делают математики и философы), когда заметил, как по его комнате летает муха. Он понял, что может описать положение мухи в трехмерном пространстве комнаты, используя всего три числа, представленные переменными X, Y и Z.

Это декартова система координат, и она используется уже больше трех столетий после смерти ученого. Таким образом, координаты X, Y и Z - это три из пяти осей в 5-осевой обработке.

А что же насчет двух других осей?

Представьте себе поближе муху Декарта в полете. Вместо того, чтобы описывать только её положение как точку в трехмерном пространстве, мы можем описать её ориентацию. Представьте себе, что муха крутиться во время движения так же, как крутится самолет во время крена. Данное вращение описывается четвертой осью A: поворотная ось (вращение вокруг оси X)

Продолжая сравнение с самолётом, тангаж (наклон) мухи описывается пятой осью, B: ось вращения вокруг Y.

Проницательные читатели, без сомнения, сделают вывод о существовании шестой оси C, которая вращается вокруг оси Z. Это рыскание (поворот) мухи в нашем примере. 

Если вам сложно представить шесть осей, описанных выше, вот схема:

Оси A, B и C расположены в алфавитном порядке, чтобы соответствовать осям X, Y и Z. Хотя существуют 6-осевые станки с ЧПУ, конфигурации с 5- осью являются более распространенными, поскольку добавление шестой оси обычно дает не очень много дополнительных преимуществ.

Последнее замечание о соглашениях по маркировке осей: в вертикальном обрабатывающем станке оси X и Y находятся в горизонтальной плоскости, а ось Z - в вертикальной плоскости. В горизонтальном обрабатывающем станке оси Z и Y меняются местами. Смотрите схему ниже:

Конфигурации 5 осевых станков

 

Конфигурация 5-осевого станка определяет, какие две из трех осей вращения он использует. 

Например, машина c цапфой с вращающимся столом работает с осью A (вращается вокруг оси X) и с осью C (вращается вокруг оси Z), тогда как машина с инструментом на шарнире работает с осью B (вращается вокруг оси Y) и оси C (вращается вокруг оси Z).

Внутренний вид цапфы 5-осевого вертикального обрабатывающего центра.

 

Вращение осей в станках с цапфой обеспечивается посредством движения стола, тогда как в станках шарнирного вращения, дополнительные оси обеспечиваются поворотом шпинделя. Оба вида станков имеют свои уникальные преимущества. Например, станки с цапфой вмещают больший объем обрабатываемой детали, поскольку нет необходимости компенсировать пространство, занимаемое вращающимся шпинделем. С другой стороны, машины шарнирного вращения могут обрабатывать более тяжелые детали, поскольку стол всегда расположен горизонтально.

Видео о преимуществах станков с цапфой:

Видео о преимуществах станков с шарнирной головой:

Сколько же осей обработки вам нужно ?

Возможно, вы видели ссылки на обрабатывающие центры, предлагающие семь, девять или даже одиннадцать осей. Несмотря на то, что множество дополнительных осей могут показаться сложным, объяснение такой ошеломляющей геометрии на самом деле довольно просто.

«Когда вы имеете дело со станками, которые имеют, скажем, более одного вращающегося шпинделя, у вас уже есть больше осей», - объяснил Майк Финн, менеджер по разработке промышленных приложений в Mazak America.

«Например, у нас есть станки со вторыми шпинделями и нижними револьверными головками. На этих станках будет несколько осей: верхняя револьверная головка будет иметь 4 оси, а нижняя револьверная головка имеет 2 оси, а затем у вас есть противоположные шпиндели, которые также имеют 2 оси. Итого в таких станках может быть до 9 осей», - продолжил Финн.

 «Детали, которые вы делаете, по-прежнему 5-осевые», - добавляет Уэйд Андерсон, специалист по продажам продукции в Okuma America.

 

«Такой компонент, как аэрокосмический клапан, может быть сделан на нашем вертикальном центре MU-5000, который представляет собой 5-осевую машину. Или мы могли бы выполнить эту деталь на многоосном станке, который имеет вращающуюся ось B и два шпинделя для двух осей C, плюс X, Y и Z. Есть также более низкая револьверная головка, которая дает вам второй X и Z. Все эти модификации дают большее количество осей, но сама деталь имеет всю ту же пяти-осевую геометрию» - пояснил Андерсон.

Каталог фрезерных станков с ЧПУ 5 осей

Каталог фрезерных станков с ЧПУ 4 оси

Каталог фрезерных станков с ЧПУ 3 оси

Так сколько осей вам нужно?

Как часто бывает в производстве, ответ на этот вопрос зависит от вашего конкретного случая. Финн привел следующий пример:

«Лопатка турбины - это поверхность свободной формы и может она быть довольно сложной. Наиболее эффективный способ выполнить обработку лопасти, подобной этой, - использовать 5-осевую обработку инструментом по спирали вокруг аэродинамического профиля лезвия. Конечно, можно использовать и 3х-осевую обработку, если вы выставите лопасть на определенную позицию, а затем используете три линейные оси для обработки поверхности, но обычно это не самый эффективный способ».

Андерсон соглашается: «Геометрия детали скажет вам, нужна ли вам конфигурация с 3, 4 или 5 осями».

5-осевой вертикальный обрабатывающий центр.

 

Однако важно помнить, что количество нужных вам осей зависит не только от детали. «Выбор конфигурации в основном диктуется самой деталью, но нужно не забывать и того, что хочет заказчик», - сказал Андерсон.

Заказчик может принести деталь, скажем, титановую аэрокосмическую скобу, и я могу сказать: «Это идеальная деталь для 5-осевого обрабатывающего станка », но они могут планировать в будущем делать детали, которые будут работать лучше на одном из MULTUS U. Эта многофункциональная машина не может быть оптимизирована так же, как 5-осевой обрабатывающий центр, но она может предоставить заказчику возможность выполнять множество видов других работ, что является частью их долгосрочного плана».

«Еще одна вещь, которую следует учитывать, - это размер рабочей зоны», - добавил Финн.

«Какой максимальный размер детали вы можете вставить в станок и при этом выполнять смену инструмента и смену деталей? В этом заключается понимание возможностей машины и того, что она сможет и не сможет сделать».

Зачем использовать 5-осевую обработку?

Попытка выбрать между 3-осевой обработкой и 5-осевой обработкой - это то же самое, что попытаться выбрать между гамбургером из Макдональдса или стейком BBQ на косточке; если цена - ваша единственная забота, тогда, очевидно, вы выбираете первый вариант.

Однако дилемма становится намного более сложной при сравнении 5-осевой и 3 + 2-осевой.

Каталог фрезерных станков с ЧПУ 5 осей

Каталог фрезерных станков с ЧПУ 4 оси

Каталог фрезерных станков с ЧПУ 3 оси

5 осей против 3 + 2 оси станка

Важно различать 5-осевую обработку и 3 + 2-осевую обработку.

Первая - также называемая непрерывной или одновременной 5-осевой обработкой - включает в себя постоянную регулировку режущего инструмента по всем пяти осям, чтобы наконечник оставался оптимально перпендикулярным к детали.

Полная 5-осевая демонстрационная часть из алюминия. Время цикла: 13 минут.

 

Вторая – так же называемая 5-сторонней или позиционной 5-осевой обработкой – представляет собой выполнение 3-осевой программы с режущим инструментом, зафиксированным под углом, определяемым двумя осями вращения. Механическая работа, которая включает в себя переориентацию инструмента по осям вращения между вырезами, называется «5-осевой индексацией», хотя она по-прежнему считается 3 + 2.

Демонстрационная часть с 3 + 2 осями из алюминия. Время цикла: 7 минут.

 

Основным преимуществом непрерывной 5-осевой обработки по сравнению с 5-осевой индексацией является скорость, так как последняя требует остановки и запуска между переориентацией инструмента, тогда как 5-осевая не делает этого.

Однако всегда есть возможность получить одинаковые результаты при использовании непрерывной или индексированной 5-осевой оси.

Стоит также отметить, что преимущество в скорости ведет к увеличению движущихся частей, что означает повышенный износ, а также к большей потребности в обнаружении возможности столкновения деталей. Это одна из причин, по которой непрерывная 5-осевая обработка является более сложной с точки зрения программирования.

Каталог фрезерных станков с ЧПУ 5 осей

Каталог фрезерных станков с ЧПУ 4 оси

Каталог фрезерных станков с ЧПУ 3 оси

Сравним технологию 5-осевой обработки и 3D-печати

 

3D-печать или аддитивное производство - актуальная тема в мире производства сейчас, особенно в сравнении с технологиями выборки, такими как 5-осевая обработка.

Хотя иногда предполагается, что эти два метода конкурируют (поскольку фанаты 3D-печати утверждают, что данная технология скоро разрушит всю обрабатывающую промышленность), правильнее будет думать, что аддитивные и субстрактивные технологии производства дополняют друг друга.

Станок INTEGREX i-400AM от Mazak сочетает в себе аддитивное производство и 5-осевую обработку.

 

«Я не думаю, что аддитивное производство полностью захватит рынок, но я думаю, что теперь появилась возможность для разработки деталей, которые не могли быть созданы в прошлом», - сказал Финн.

«Конечно, есть и останутся детали, требующие обработки выборкой. Например, детали с очень жестким допуском на круглость».

«Можно напечатать почти полностью готовый элемент, но для достижения необходимого допуска этот элемент все же может потребоваться обработать на станке», - добавил Финн.

Означают ли это, что будущее производство будет представлять собой гибрид 3D - принтер / 5-осевой ЧПУ станок?

Андерсон не уверен в этом: «Реальное применение 3D-печати вне лабораторной среды заключается не в том, чтобы использовать машину комбинированного стиля, а, в том, чтобы, например, 3D-принтер с технологией SLS сделал то, что он делает лучше всего, и фрезерный станок сделал то, что делает лучше всего, работая над общим результатом посредством автоматизации».

Причина существования двух отдельных машин, в данном случае, сводится к управлению порошком и стружкой внутри машины.

«Количество порошка, которое вы пропускаете при лазерном спекании, например, на 13кг детали, может составлять 70–140 кг», - сказал Андерсон.

«Если это входит в машину, где все объединено, то не существует проверенного способа заново использовать весь этот порошок».

Другими словами, вопросы, касающиеся взаимосвязи 3D-печати с 5- осевой обработкой, чаще всего касаются сотрудничества технологий, нежели конкуренции. «Я думаю, что аддитивное производство может уменьшить количество черновой обработки, которая необходима», - заключил Финн.

Каталог 3D принтеров

Как получить максимальную эффективность при 5 осевой обработки.

Нередко 5-осевые возможности используются недостаточно.

«Некоторые могут иметь станок, но могут не понимать, что он из себя представляет в полном объеме. Либо у них может не быть программного обеспечения, необходимого для создания программы резки, которая бы использовала все возможности машины», - заметил Финн.

Андерсон соглашается: «Это душераздирающее зрелище для компании, подобной нашей. Когда мы видим компанию, которая идет ва-банк, получает оборудование, устанавливают его. По разным причинам они приобретают многофункциональный станок с 5 или более осями и используют его как 3-осевой станок. Это происходит постоянно».

Схема горизонтального обрабатывающего центра Okuma MU-10000H.

 

«Во многом это зависит от персонала», - добавил Андерсон. «Требуется обучение и понимание того, как использовать машину. Иногда трудно думать об обработке детали с верхним, нижним, главным шпинделем и вспомогательным шпинделем, и все в процессе, одновременно.»

«Есть много компаний, разрабатывающих программное обеспечение, которые намного лучше справляются с этим, но освоить его сложно», - заключил Андерсон.

Важность 5-осевого управления и программного обеспечения

Несмотря на то, что наличие оператора с нужным набором навыков является основным фактором, позволяющим максимизировать возможности 5-осевого станка, управление и программное обеспечение станка также важны.

«Когда вы выполняете высокоскоростную 5-осевую обработку, сервоприводы на станке и время отклика очень важны, чтобы избежать короткого замыкания или перерегулирования при обработке», - сказал Финн. «Контроллер в станке должен уметь обрабатывать данные достаточно быстро, чтобы траектория движения была четкой, плавной, равномерной. Нужно избегать резких движений, которые могут вызвать повреждения заготовки».

Mazak's MAZATROL SmoothX с ЧПУ.

«Аналогично, программное обеспечение, которое создает 5-осевые программы, должно быть способно создавать хороший плавный код, чтобы станок мог двигаться плавно», - заключил Финн.

Выбор правильного пакета CAD / CAM необходим для получения максимальной отдачи от вашего станка.

«Если вы, например, занимаетесь аэрокосмическими деталями, вы должны работать с программными пакетами высокого класса», - сказал Андерсон.

«Если вы просто делаете небольшие алюминиевые формы компонентов для литья под давлением в автомобильной компании, или все, что вы делаете, это сверлите пару отверстий в корпусе двигателя, это совсем другая история».

«Если, же вы режете детали, которые требуют системы CAM для создания программ резки, вы должны инвестировать в систему CAM, которая дополняет возможности станка», - добавил Финн.

Предотвращение аварий в 5-осевой обработке.

Когда дело доходит до создания 5-осевых траекторий, обычно существует дилемма между работой на более высоких скоростях и подачами и минимизацией риска столкновений. К счастью, сегодня на рынке есть ряд программных инструментов, которые могут помочь решить ее.

«С нашим программным обеспечением по предотвращению столкновений вы можете загрузить трехмерную модель детали и инструментов, и программа просчитает на каждое движение инструмента вероятность столкновения с чем-либо», - сказал Андерсон.

«При условии, что ваше устройство смоделировано правильно, система уловит столкновение до того, как оно произойдет».

Система предотвращения столкновений Okuma работает в режиме реального времени.

 

«Существует программное обеспечение, которое будет выполнять моделирование работы станка», - прокомментировал Финн.

«Так что это важно, особенно когда дело касается дорогих запасных частей. Вам не нужно столкновение, которое может привести к тому, что вы сломаете деталь, либо кто-то получит травму или повредит станок».

«Vericut предлагает программное обеспечение для виртуального 3D-мониторинга, которое будет делать то же самое, только на автономном компьютере», - добавил Андерсон. «Таким образом, вместо того, чтобы работать в режиме реального времени на элементах управления станка, вы запускаете свою программу обработки деталей через Vericut, и она проверит все траектории и убедится, что станок будет делать то, что, как вы думаете, он должен сделать».

Проверка инструмента на 5-осевом станке.

Высокая производительность является преимуществом 5-осевой обработки, но она также увеличивает риск ошибок, таких как использование сломанного или неправильного инструмента. Одним из способов минимизации этих ошибок является выбор системы проверки инструмента, например лазер BLUM, на DMG MORI DMU 50C:

  

5-осевая обработка: Соответствует ли принципу «сделать за 1 раз» ?

 

Понятие «сделано за раз» - конечная цель в производстве: вы загружаете кусок материала в станок, запускаете программу и снимаете полностью готовую деталь.

Как и возможность минимизировать время подготовки, задача принципа "сделано за раз" - имеет смысл, даже если в конкретном случае она практически не достижима.

При этом 5-осевая обработка приближает нас к цели «сделано за раз» больше, чем любой другой процесс; даже детали после 3D-печати требуют пост-обработки. В этом контексте основным ограничением 5-осевой обработки являются зажимные приспособления.

«Большая часть движений 5-осевой работы лежит вокруг зажимного механизма», - сказал Андерсон. «У меня может быть лучшая машина в мире, но если мое зажимное приспособление паршивое, я никогда не получу того, что задумывал».

По словам Финна, ключ к преодолению данного слабого места лежит в использовании станков с более чем пятью осями:

«Например, станок INTEGREX может быть оснащен противоположными поворотными шпинделями и нижней режущей револьверной головкой. Таким образом, детали можно разрезать на одном шпинделе, а затем перенести на противоположный шпиндель для обработки оставшейся части детали. Так что, по сути, вы можете загрузить кусок сырой заготовки, и в конце снять готовую деталь».

Техника обработки при  5-осевом фрезеровании

 

 

5-осевая обработка обеспечивает значительные преимущества, включая сокращение времени выполнения заказа, повышение эффективности и увеличение срока службы инструмента. Однако важно понимать, что для достижения этих преимуществ требуется нечто большее, чем просто покупка новейшего 5-осевого обрабатывающего центра.

Овладение искусством 5- осей требует учета множества факторов. На эту тему Андерсон сказал так:

«Когда вы смотрите на проблемы, с которыми сталкиваются клиенты, очень редко это касается обработки детали. Как правило, проблема, которая их тормозит, заключается не в создании идеи, а в чем-то другом. Это наличие, обучение и тренировка персонала, правильный подход операторов к машине или понимание до начала работы, что у них будет достаточно инструментов в запасе, чтобы закончить деталь, которую начали. Сторонние составляющие бизнеса тормозят больше, чем фактическое создание».

 

Что ж, а на этом у нас все! Надеемся эта статья была для Вас полезна!

Заказать 5-ти координатный фрезерный ЧПУ станок, 3D-принтер, или расходные материалы, задать свои вопросы и узнать статус Вашего заказа, вы можете 

Не забывайте подписываться на наш YouTube канал:

Подписывайтесь на наши группы в соц.сетях:

INSTAGRAM

ВКонтакте

Facebook