Координатно-фрезерный станок с 5-ю осями: принцип работы

Назначение пятикоординатных станков

5-осевые фрезерные станки с ЧПУ представляют собой сложное техническое многофункциональное устройство с системой числового программного управления. Такие агрегаты позволяют изготавливать самые разные изделия и детали как для простых механизмов, так и для высокоточной техники.

5-осевые фрезерные станки позволяют обрабатывать детали с разных сторон и в разных плоскостях, выполнять эффективное сверление и закругление, обрабатывать торцы и пазы изделий, скашивать и нарезать резьбу.

Как получить максимальную эффективность при 5 осевой обработки.

 

Возможности 5-осевой обработки часто используются недостаточно.

«У некоторых может быть машина, но они могут не до конца понимать, что это такое. Или у них может не быть программного обеспечения для создания программы резки, которая в полной мере использует возможности машины », — сказал Финн.

Андерсон соглашается: «Это душераздирающее зрелище для такой компании, как наша. Когда мы видим, что компания идет ва-банк, они получают оборудование, они его устанавливают. По разным причинам они покупают многофункциональный станок с 5 и более осями и используют его как 3-осевой. Это происходит все время».

Схема горизонтального обрабатывающего центра Okuma MU-10000H.

«Это действительно зависит от персонала», — добавил Андерсон. «Нам нужно обучение и понимание того, как пользоваться машиной. Иногда трудно представить себе одновременную обработку детали с верхним, нижним, основным шпинделем и противошпинделем.»

«Есть много компаний, производящих программное обеспечение, которые намного лучше справляются с этим, но с этим трудно справиться», — заключил Андерсон.

Сравним технологию 5-осевой обработки и 3D-печати

3D-печать или аддитивное производство сейчас являются горячей темой в производственном мире, особенно по сравнению с технологиями выборки, такими как 5-осевая обработка.

Хотя иногда предполагается, что эти два метода конкурируют друг с другом (поскольку любители 3D-печати заявляют, что эта технология вскоре уничтожит всю обрабатывающую промышленность), правильнее думать, что аддитивные и субтрактивные производственные технологии дополняют друг друга.

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

«Я не думаю, что аддитивное производство полностью захватит рынок, но я думаю, что сейчас есть возможность разрабатывать детали, которые не могли быть созданы в прошлом», — сказал Финн.

«Конечно, есть и будут детали, требующие отбора проб. Например, вы начинаете с очень жесткого допуска округлости».

«Можно напечатать почти полностью готовый элемент, но для достижения требуемого допуска, возможно, этот элемент все равно придется обработать на станке», — добавил Финн.

Означает ли это, что в будущем производство будет производиться гибридным 3D-принтером / 5-осевым станком с ЧПУ?

Андерсон не уверен в этом: «Настоящее применение 3D-печати за пределами лаборатории — это не использование комбинированной машины, а наличие, например, 3D-принтера с технологией SLS, который делает то, что делает лучше всего, а фрезерный станок имеет делал то, что умеет лучше всего, работая на общий результат за счет автоматизации».

Причина существования двух отдельных машин в данном случае заключается в контроле за пылью и стружкой внутри машины.

«Количество пыли, которая проходит при лазерном спекании, например, на детали массой 13 кг, может составлять 70–140 кг», — сказал Андерсон.

«Если он попадает в машину, где все объединено, не существует проверенного способа повторно использовать всю эту пыль».

Другими словами, вопросы о взаимосвязи между 3D-печатью и 5-осевой обработкой, скорее всего, будут связаны с технологическим сотрудничеством, а не с конкуренцией. «Я думаю, что аддитивное производство может сократить объем необходимой черновой обработки», — заключил Финн.

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

«Сделано в одном» — это конечная цель производства: вы загружаете кусок материала в машину, запускаете программу и удаляете готовую деталь.

Помимо возможности сократить время подготовки до минимума, задача принципа «готово сейчас» имеет смысл, даже если в конкретном случае она практически недостижима.

Таким образом, 5-осевая обработка приближает нас к цели «сделать за один раз» больше, чем любой другой процесс; даже детали, напечатанные на 3D-принтере, требуют постобработки. В этом контексте основным ограничением 5-осевой обработки является зажим.

«Большая часть рабочего движения по 5 осям происходит вокруг запорного механизма», — сказал Андерсон. «У меня может быть лучшая машина в мире, но если моя маска плохая, я никогда не получу то, что хотел».

По словам Финна, ключ к преодолению этой слабости заключается в использовании машин с более чем пятью осями:

«Например, INTEGREX может быть оснащен противоположными ориентируемыми шпинделями и нижней режущей головкой. Таким образом, детали можно разрезать на одном шпинделе, а затем перенести на противоположный шпиндель для обработки остальной детали. Так что, по сути, можно загрузить кусок сырья и, наконец, вынуть готовую деталь».

Обрабатываемые материалы (дерево, металл)

Рассматриваемые станки могут обрабатывать заготовки из различных пород дерева, ДСП, ДВП и способны обрабатывать фанеру. В частности, они используются на заводах по производству мебели из-за высокой производительности. Конечно, эти станки отлично справляются с обработкой различных металлов. От легкоплавкой меди и алюминия и различных их сплавов до стали и даже титана.

Кроме того, эти станки позволяют обрабатывать металлы с максимальной точностью, а также получать из них детали для высокоточных механизмов. Например, такие станки нужны для изготовления зубчатых колес и шестерен для коробок передач и трансмиссионных механизмов. Кроме того, на этих станках можно обрабатывать различные пластмассы, каменные заготовки, композитные материалы, оргстекло.

Так сколько осей вам нужно?

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

«Лопатка турбины представляет собой поверхность произвольной формы и может быть довольно сложной. Самый эффективный способ выполнить подобную обработку лезвия — это использовать 5-осевую спиральную обработку вокруг аэродинамического профиля лезвия. Конечно, вы можете использовать 3-осевую обработку, если вы установите лезвие в определенное положение, а затем используете три линейных оси для обработки поверхности, но обычно это не самый эффективный способ».

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

5-осевой вертикальный обрабатывающий центр.

однако важно помнить, что количество необходимых досок зависит не только от детали. «Выбор конфигурации в основном продиктован самой стороной, но мы также должны помнить, что хочет заказчик», — сказал Андерсон.

Заказчик может принести деталь, например скобу из аэрокосмического титана, и я могу сказать: «Это идеальная деталь для 5-осевого обрабатывающего станка», но в будущем он может планировать изготовление деталей, которые будут лучше работать на одном из MULTUS. U. Этот многофункциональный станок нельзя оптимизировать так же, как 5-осевой обрабатывающий центр, но он может предоставить заказчику возможность выполнять множество других работ в рамках его долгосрочного плана».

«Еще одна вещь, которую следует учитывать, — это размер рабочего места», — добавил Финн.

«Каков максимальный размер детали, которую вы можете вставить в станок и при этом выполнять смену инструмента и детали? Это понимание возможностей машины и того, что она может и чего не может».

Преимущества и недостатки 5-осевых

У 5-осевых фрезерных станков много преимуществ, но наиболее важными являются их ювелирная точность при обработке деталей, минимальные трудозатраты, так как процесс обработки ведется в автоматическом режиме и оператор агрегата входит только в обработку заготовки программ и, как следствие, гарантирует безопасный и непрерывный технологический процесс. Недостатки таких машин — высокая стоимость и сложный трудоемкий ремонт при выходе из строя какой-либо составляющей машины.

Технические параметры

5-осевой фрезерный станок представляет собой сложный станок с несколькими механическими и электронными компонентами. Основным элементом станка является сварная опорная рама из высокопрочного металла. Это обеспечивает прочность и устойчивость всей машины, а также ее способность поглощать вибрации во время работы.

На верстаке устанавливаются один или несколько рабочих столов, на которых с помощью специальных механизмов фиксируются обрабатываемые детали. Кроме того, к станине прикреплены направляющие, элементы, обеспечивающие линейное перемещение по осям.

Важно Над рабочим столом находится консоль, на которой находится исполнительный орган, выполняющий все операции по раскрою. Консоль может перемещаться горизонтально над столешницей, а опора, размещенная на ней, также может совершать наклонные и боковые движения, создавая пятимерную обработку изделия. Обработка самых твердых материалов осуществляется с помощью высококачественного режущего инструмента и мощного высокоскоростного шпинделя.

Привод и силовые механизмы приводятся в движение электродвигателями и электрическими компонентами.

Важно Важной частью станка является программный блок управления, который обеспечивает точность конечного элемента и является «мозгом» станка.

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. Один из способов минимизировать эти ошибки — выбрать систему проверки инструмента, такую ​​как лазер BLUM, на DMG MORI DMU 50C:

Важность 5-осевого управления и программного обеспечения

Хотя наличие оператора с нужными навыками является ключевым фактором в максимальном расширении возможностей 5-осевого станка, также важны элементы управления и программное обеспечение станка.

«При выполнении 5-осевой обработки на высокой скорости сервоприводы на станке и время отклика очень важны, чтобы избежать коротких замыканий или выбросов во время обработки», — сказал Финн. «Контроллер в машине должен уметь обрабатывать данные достаточно быстро, чтобы траектория была четкой, плавной и равномерной. Избегайте резких движений, которые могут повредить изделие».

Mazak CNC MAZATROL SmoothX.

«Точно так же программное обеспечение, которое создает 5-осевые программы, должно быть способно генерировать хороший единообразный код, чтобы машина могла двигаться плавно», — заключил Финн.

Выбор правильного пакета CAD / CAM имеет важное значение для получения максимальной отдачи от вашей машины.

«Если вы, например, производите детали для аэрокосмической отрасли, вам придется работать с высококлассными программными пакетами», — сказал Андерсон.

«Если вы просто делаете небольшие формы для литья алюминия под давлением для автомобильной компании или все, что вам нужно сделать, это просверлить пару отверстий в картере, это совсем другая история».

«Если, однако, вы режете детали, которым требуется система CAM для создания программ резки, вам необходимо инвестировать в систему CAM, которая дополняет возможности станка», — добавил Финн.

Технические особенности 5-х координатной ЧПУ

Технические особенности ЧПУ VARIAXIS I-1050T

Вертикальный обрабатывающий центр VARIAXIS I-1050T сочетает в себе одновременное 5-осевое фрезерование нескольких поверхностей с улучшенным вращением для обработки крупных сложных деталей, таких как прозрачные пленки и клапаны, на отдельных предприятиях. Он также подходит для высокопроизводительной обработки мелких деталей.

Фрезерный шпиндель с 50 конусами для станка доступен в стандартной, высокоскоростной и высокоскоростной версиях, чтобы удовлетворить широкий спектр применений в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность, тяжелое строительство и энергетика.

Наклоняемый / вращающийся жесткий стол позволяет выполнять токарные операции с максимальной скоростью 500 об / мин. Цепной блок поддерживает столы с обоих концов, конструкция, которая не мешает фрезерованию. Шестерни распределительного вала на оси вращения и прямой привод двигателя, который приводит в движение ось вращения C, обеспечивают высокую скорость и точность обработки.

Комбинированные возможности фрезерования и токарной обработки этого станка позволяют пользователям получать крупные детали за один цикл для общего повышения производительности.

Характеристики:

Работает с деталями диаметром до 49,21 дюйма и высотой 35,43 дюйма

Доступны соединения шпинделя BT, BBT, HSK-T100 и Capto C8

Поворотный стол в виде цапфы сокращает время установки и замены

Быстрые и вращающиеся оси

Емкость магазина от 30 до 120 инструментов обеспечивает высокую гибкость

Дополнительное двойное устройство смены поддонов увеличивает коэффициент использования шпинделя

Он интегрируется с PALLETECH для подсветки

Технические особенности ЧПУ Profiler 160

Горизонтальный обрабатывающий центр Profiler 160, разработанный для аэрокосмической промышленности, отличается индивидуально интегрированной конструкцией и большим вертикально ориентированным рабочим столом для производственных деталей с максимальной нагрузкой 6 614 фунтов.

Благодаря возможности 5-осевой обработки и высокоскоростному шпинделю, ЧПУ обеспечивает непревзойденную эффективность и одни из самых высоких скоростей съема материала в отрасли.

Характеристики:

Интегрированная симметричная конструкция базовой колонны обеспечивает надежную обработку

Мощный составной электрошпиндель HSK-A63 с высокой скоростью 26000 об / мин, прочный 60

Большой вертикальный рабочий стол 157 дюймов x 49

Быстрая и простая загрузка и настройка благодаря горизонтальной компоновке рабочего стола

инструментальные магазины на 30 и 60 для универсальности обработки

Расширенная система охлаждения для эффективного удаления стружки

Опциональная двухступенчатая поворотная коробка передач еще больше увеличивает производительность

Максимальные геометрические параметры изделия:

Ширина 4000 мм / 157 480 дюймов

Длина 1250 мм / 49,210 мм

Патрон конический HSK-A63

Максимальная частота вращения 26000 об / мин

Количество инструментов 30

Оси и оси x 4200 мм / 165,35 дюйма

Ось Y 1500 мм / 59,06 дюйма

Ось Z составляет 550 мм / 21,65 дюйма

Технические характеристики VTC-800/30 SR.

Вертикальный обрабатывающий центр для 5-осевой одновременной обработки предлагает фасетное фрезерование и 5-осевую одновременную обработку с поворотом на 110 градусов.

Конструкция стойки подвижного неподвижного стола чрезвычайно эффективна для больших и длинных деталей

LCA 160

Обладая высокой точностью, производительностью и эффективностью 30%, пятиосевые станки с очень стабильной конструкцией обеспечивают высокую скорость резания и максимальную точность при высокой динамике.

• 5-осевая одновременная обработка с помощью поворотного стола с ЧПУ и управляемой оси B в стандартной комплектации

• Дизайн для максимальной точности и динамики и лучшего доступа к рабочей зоне

• Гидравлический блок, гидравлический патрон и комбинация измерительных инструментов (опция)

• Производственный комплект: бак для охлаждающей жидкости на 980 литров, интегральная схема на 40 бар через центральный шпиндель, групповая фильтровальная бумага, стружка и Rotoclear.

Примерные цены и где их можно приобрести

5-осевые фрезерные станки с ЧПУ — дорогие прецизионные станки, поскольку компаниям, производящим такую ​​продукцию, приходится тратить большие деньги не только на сборку, но и на разработку этих станков.

Однако высокая стоимость компенсируется производственными возможностями и характеристиками агрегатов. Производство и продажа этих фрезерных станков на территории Российской Федерации осуществляется заводом «Фрезерный станок», компанией «Инфофрезер» и компанией CNC Modelist».

ССЫЛКА. Стоимость таких агрегатов начинается от сотен тысяч рублей и достигает нескольких миллионов рублей. Цена зависит от производителя и мощности выпускаемых устройств. Разработкой и производством такого оборудования занимаются многие передовые страны с развитым машиностроением: Германия, США, Китай, Япония.

Конфигурации 5 осевых станков

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

Например, цапфовый станок с поворотным столом работает с осью A (вращается вокруг оси X) и осью C (вращается вокруг оси Z), в то время как станок с поворотным инструментом работает с осью B вращается вокруг оси Y) и оси C (вращается вокруг оси Z).

Внутренний вид пальца 5-осевого вертикального обрабатывающего центра.

Вращение оси в поворотных станках обеспечивается перемещением стола, в то время как в шарнирно-поворотных станках дополнительные оси — за счет вращения шпинделя. Оба типа машин имеют свои уникальные преимущества. Например, журнальные станки могут вмещать больший объем заготовки, поскольку нет необходимости компенсировать пространство, занимаемое вращающимся шпинделем. С другой стороны, шарнирно-сочлененные машины могут работать с более тяжелыми предметами, поскольку стол всегда находится в горизонтальном положении.

Видео о преимуществах машин с шарнирно-сочлененной головкой:

Зачем использовать 5-осевую обработку?

Пытаться выбрать между 3-осевой и 5-осевой обработкой — это то же самое, что пытаться выбрать между бургером McDonald’s или стейком BBQ на косточке; Если вас беспокоит только цена, тогда, очевидно, выберите первый вариант.

Однако дилемма становится намного более сложной, если сравнивать 5 тузов с 3 + 2 туза.

А что же насчет двух других осей?

Представьте себе, что вы внимательно посмотрите на летающую муху Декарта. Вместо того, чтобы просто описывать его положение как точку в трехмерном пространстве, мы можем описать его ориентацию. Представьте, что муха вращается во время движения так же, как самолет вращается во время крена. Это вращение описывается четвертой осью A: осью вращения (вращение вокруг оси X)

Продолжая сравнение с самолетом, шаг (наклон) мухи описывается пятой осью B: осью вращения вокруг Y.

Более проницательные читатели, несомненно, придут к выводу, что существует шестая ось C, которая вращается вокруг оси Z. В нашем примере это рыскание (галс.

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

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

Последнее замечание по правилам маркировки осей: на 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. См. Схему ниже:

Оси чпу станка в 5 координатной системе?

Все мы знаем историю Ньютона и яблока, но есть похожая апокрифическая история о математике и философе Рене Декарте.

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

это декартова система координат, которая использовалась более трех столетий после смерти ученого. Следовательно, координаты X, Y и Z являются тремя из пяти осей при 5-осевой обработке.

Предотвращение аварий в 5-осевой обработке.

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

«С помощью нашего программного обеспечения для предотвращения столкновений можно загрузить 3D-модель детали и инструментов, и программа рассчитывает вероятность столкновения с чем-либо для каждого движения инструмента», — сказал Андерсон.

«Если ваше устройство смоделировано правильно, система обнаружит столкновение до того, как оно произойдет».

Система предотвращения столкновений Okuma работает в режиме реального времени.

«Есть программное обеспечение, которое имитирует работу машины», — прокомментировал Финн.

«Так что это важно, особенно когда речь идет о дорогих запчастях. Вы же не хотите столкновения, которое может привести к поломке детали, травме кого-либо или повреждению автомобиля».

«Vericut предлагает программное обеспечение для виртуального 3D-мониторинга, которое будет делать то же самое на автономном компьютере», — добавил Андерсон. «Поэтому вместо того, чтобы работать с элементами управления станком в реальном времени, запустите свою программу обработки детали через Vericut, и она проверит все траектории инструмента и убедитесь, что станок выполняет то, что, по вашему мнению, он должен делать».

Читайте также: Фрезерный станок 675: паспорт и технические характеристики