Перейти к содержимому 
Что такое 3-, 4- и 5-осевая обработка на станках с ЧПУ?
ЧПУ широко используется в производственной промышленности для изготовления сложных металлических деталей. Обработка на станках с ЧПУ имеет различные возможности по количеству осей, то есть 3, 4, 5, 7 или 9. Большее количество осей означает возможность создания сложных деталей.
В этой статье мы предоставляем исчерпывающую информацию о 3-осевой, 4-осевой и 5-осевой обработке. Вы узнаете их преимущества, ограничения и факторы, которые следует учитывать при выборе одной из этих техник.
Что такое 3, 4 и 5 осей в обработке?
Ось по сути означает направление, в котором машина может перемещаться или вращаться. Осевая линия вращения помогает точно обрабатывать материал. Большее количество осей означает, что машина может перемещать инструмент или заготовку в большем количестве направлений. Существует два типа осей:
- Линейная ось: Линейная ось означает движение по прямой линии. Существует 3 линейные оси:
- Ось X: влево ↔ вправо
- Ось Y: передняя ↔ задняя
- Ось Z: вверх ↕ вниз
- Вращающаяся ось Осевой вращатель допускает вращательное движение. Осевой вращатель движется в градусах. Вот его типы:
- Ось A: Вращается вокруг оси X
- B-ось: Вращается вокруг оси Y
- Ось C: Вращается вокруг оси Z
3-осевая обработка
При 3-осевой обработке, режущий инструмент использует три различных оси движения (X, Y, Z) и остается вертикальным во время обработки. Заготовка остается закрепленной на рабочем столе станка с ЧПУ на протяжении всего процесса обработки. Этот тип обработки лучше всего подходит для обработки плоских поверхностей или геометрий, которые легко обрабатываются.
Преимущества 3-осевой обработки
3-осевые станки предлагают производителям несколько преимуществ:
Сокращение расходов По сравнению с многоосевыми станками, общая стоимость приобретения и
обслуживание 3-осевых станков низкое. Это делает их доступными для малого и среднего бизнеса.
Простота программирования: Программирование во многих случаях очень просто для многих 3-осевых станков. Это позволяет операторам освоить программирование с минимальным обучением.
Скорость установки: Время, необходимое для позиционирования или установки заготовки на станок, меньше, чем для многоосевых типов. А 3-осевые станки не требуют сложной калибровки перед началом производства.
Доступность: Большинство машиностроительных цехов используют 3-осевые станки. Поставщиков услуг или запасные части легко найти.
Надежность: Поскольку 3-осевые станки имеют меньше компонентов, чем многоосевые, вероятность отказов меньше. При регулярном техническом обслуживании они могут обеспечивать надежную и стабильную работу в течение многих лет.
Ограничения 3-осевой обработки
Вот некоторые ограничения 3-осевой обработки:
- Вертикальный инструмент не может прорезать поднутрение или создавать профильную поверхность
- Отверстия в глубоких карманах или наклонные отверстия также могут быть не выполнены на 3-осевом станке
- Детали с функциями на разных сторонах требуют перепозиционирования. Каждое перепозиционирование увеличивает время и снижает точность.
Применение 3-осевой обработки
Вот некоторые применения 3-осевой обработки:
- Плоские металлические пластины
- Металлические корпуса и компоненты корпусов
- Шестерни
- Фланцы
- Теплоотводы
- Простые формы для литья пластмасс под давлением
- Таблички и гравированные идентификационные бирки
- Печатные платы
- Проставки и шайбы с точными размерами
Что такое 4-осевая обработка?
4-осевая обработка включает вращательную ось в дополнение к трем существующим линейным движениям. Заготовка может вращаться вокруг оси, чаще всего называемой осью А. Добавление этого вращения позволяет станку обрабатывать криволинейные поверхности или несколько граней детали. Нет необходимости вручную переставлять заготовку.
Преимущества 4-осевой обработки
Давайте рассмотрим некоторые преимущества 4-осевой обработки:
Менее трудоемкая настройка: Благодаря 4-осевому станку с дополнительной осью вращения вам не придется снимать и повторно устанавливать детали. Таким образом, вы можете обрабатывать несколько граней одновременно, экономя несколько часов ручного труда.
Обработка криволинейных поверхностей Ищете плавные изгибы или цилиндрические элементы? Ось вращения позволяет легко создавать эти элементы. 4-осевая обработка обеспечивает плавную, непрерывную гравировку вокруг деталей без необходимости останавливаться для перенастройки для правильного позиционирования.
Увеличенный срок службы инструмента: Режущие инструменты подходят к заготовке под оптимальными углами в процессе обработки, тем самым снижая износ. Это увеличивает общий срок службы инструмента, что приводит к экономии средств на его замене.
Более быстрые сроки производства: Благодаря сокращению времени на обработку между каждым рабочим процессом, вы будете выполнять работу гораздо быстрее.
Ограничения 4-осевой обработки
4-осевые системы имеют следующие ограничения:
- Стоимость приобретения 4-осевого оборудования выше, чем 3-осевого.
- Если ваша деталь сложная и содержит множество углов, вы можете столкнуться с трудностями при доступе к этим областям.
- Разработка траектории движения займет больше времени и усилий. Программисту потребуется дополнительное время, чтобы изучить сложности CAD-программы.
Применение 4-осевой обработки
Применение 4-осевой обработки включает:
- Коленчатые валы с изогнутыми профилями
- Вал, используемый в турбинах при производстве электроэнергии
- Изделия цилиндрической формы с индивидуальной гравировкой (например, ручки и тубы на заказ)
- Косозубые шестерни
- Крыльчатки насоса с изогнутыми лопастями
- Медицинские винты
- Стволы для заказных винтовок
- Цилиндрические формы для изготовления бутылок
- Муфты и соединители
5-осевая обработка
5-осевой станок обладает теми же возможностями, что и 3-осевые и 4-осевые системы, но добавляет две вращательные оси к линейным осям. Режущий инструмент может вращаться и наклоняться при приближении к заготовке, позволяя получить доступ практически к любому углу детали.
Кроме того, 5-осевая обработка позволяет создавать очень сложные формы без необходимости перемещения детали в другое положение.
Вот как используется 5-осевая возможность:
- 3+2-осевая (позиционная) обработка: В позиционной обработке вращательные оси используются для ориентации инструмента или детали под фиксированным углом. Затем резка выполняется с использованием линейных осей. В процессе резки вращательные оси остаются неподвижными.
- Одновременная 5-осевая обработка: При одновременной 5-осевой обработке все пять осей непрерывно движутся одновременно во время резания. Станок может подходить к заготовке со всех пяти сторон. Это продвинутый метод, который позволяет обрабатывать высокосложные, произвольные формы и обеспечивает превосходное качество поверхности.
Преимущества 5-осевой обработки
5-осевая обработка имеет уникальные преимущества перед другими методами:
Одна настройка: 5-осевая обработка позволяет создавать все стороны и элементы сложных деталей за одну установку.
Превосходная чистота поверхности Инструмент поддерживает оптимальный контакт с заготовкой на протяжении всего цикла резания, что приводит к более гладким поверхностям с меньшим количеством видимых следов инструмента и меньшей финишной обработкой.
Точность: Возможность наклона головки позволяет использовать более короткие и жесткие инструменты. Это уменьшает вибрации и отклонения инструмента, позволяя достичь более высокого уровня точности при обработке глубоких элементов.
Более быстрая обработкаХотя программирование поначалу занимает больше времени, время изготовления детали значительно сокращается при использовании одного запрограммированного инструмента.
Ограничения 5-осевой обработки
Возможности 5-осевой обработки имеют определенные недостатки, в том числе:
- 5-осевой станок с ЧПУ стоит в 3–5 раз дороже сопоставимого 3-осевого станка с ЧПУ.
- 5-осевой станок требует высококвалифицированных программистов систем автоматизированного производства (CAM) для программирования. Наем опытных CAM-программистов или обучение собственных сотрудников приведет к высоким дополнительным затратам.
- Чем больше движущихся частей в 5-осевой обработке, тем выше вероятность столкновения инструмента или головки инструмента с приспособлением или заготовкой. Поэтому токари, работающие на 5-осевых станках, должны тщательно симулировать программу перед ее запуском.
- Если вы производите только простые детали, использование 5-осевого станка неэффективно из-за большого количества времени на наладку и программирование по сравнению со скоростью, с которой станок может обрабатывать деталь.
Применение 5-осевой обработки
Вот некоторые применения 5-осевой обработки:
- Титановые медицинские имплантаты
- Лопатки аэрокосмических турбин
- Пресс-формы для автомобильных кузовных панелей
- Протезные компоненты
- Прототипные компоненты двигателя, включая внутренние каналы охлаждения
- Морские винты
- Компонент для штампов и матриц для сложных углов
- Компоненты конструкции военных летательных аппаратов с карманами для снижения веса.
Ключевые различия между 3, 4, 5-осевой механической обработкой
В следующем разделе мы обсудили ключевые различия между 3, 4 и 5-осевой обработкой:
Сложность детали
- 3-осевая обработка: 3-осевая обработка может изготавливать плоские детали с простыми элементами (отверстия, карманы), но не может выполнять поднутрения или сложные углы.
- 4-осевая обработка: При 4-осевой обработке можно изготавливать цилиндрические детали/круглообразные детали с кривизной, и детали с элементами на нескольких сторонах.
- 5-осевая обработка: При 5-осевой обработке, могут быть изготовлены самые сложные, комплексные формы. Сложные углы, глубокие карманы и органические кривые изготавливаются за одну установку.
Стоимость
- 3-осевая обработка: Обычно очень доступен ($в среднем 20 тысяч), и имеет очень низкие текущие эксплуатационные расходы.
- 4-осевая обработка: 4-осевая обработка обойдется дороже ($75 тыс. -$250 тыс.) при разумных затратах на обслуживание.
- 5-Осевая обработка: может стоить от $200 тыс. до $1 млн+, со значительными текущими эксплуатационными расходами/расходами на техническое обслуживание.
Затраченное время
- 3-осевая обработка: Способен изготавливать простые детали с довольно быстрым сроком выполнения. Однако изготовление более сложных деталей требует нескольких переналадок, что может повлиять на общий график.
- 4-осевая обработка: Устраняет простои, позволяя поворачивать детали в оснастке, а не полностью переустанавливать деталь.
- 5-Осевая обработка: Обрабатывает сложные детали быстрее всего, так как вся деталь изготавливается за одну установку.
Программные требования
- 3-осевая обработка: Требуется только базовое обучение оператора в течение 2-3 недель с использованием стандартного пакета CAM
- 4-осевая обработка: Требует от лиц, выполняющих программирование, понимания траекторий вращающегося инструмента, поэтому им потребуется несколько месяцев обучения.
- 5-Осевая обработка: Требуется высококвалифицированный персонал, обладающий продвинутыми навыками программирования CAM и предотвращения столкновений.
Время настройки
- 3-осевая обработка: Время на подготовку и запуск вашего задания на 3-осевой машине составляет от 15 до 30 минут.
- 4-осевая обработка: Для 4-осевого станка это занимает от 30 до 60 минут, потому что приходится устанавливать поворотное приспособление и позиционировать деталь.
- 5-Осевая обработка: Изначально это занимает от 1 до 3 часов, но после этого вам не придется его перемещать снова.
Точность
- 3-осевая обработка: Допуски, поддерживаемые при использовании 3-осевых станков, находятся в диапазоне ±0,005 дюйма.
- 4-осевая обработка: У вас более точные допуски ±0,002 дюйма, потому что ваша деталь находится в таком положении дольше во время обработки.
- 5-Осевая обработка: 5-осевая обработка имеет еще более строгие допуски ±0,0005 или лучше.
Качество обработки поверхности
- 3-осевая обработка: Из-за использования 3-осевых станков плоские поверхности выглядят хорошо; однако на наклонных поверхностях видны явные следы инструмента.
- 4-осевая обработка: Цилиндрические поверхности, полученные с помощью 4-осевой установки, обеспечивают очень гладкую отделку по всем кривым.
- 5-Осевая обработка: Конечный результат наивысшего качества достигается на 5-осевом станке, поскольку инструмент поддерживает оптимальный угол резания по детали.
Заключение
Понимание 3-, 4- и 5-осевой обработки с ЧПУ помогает людям в производстве выбирать подходящую для них технологию. Большее количество осей обеспечивает большую подвижность и гибкость. Это также позволяет использовать более сложные геометрические формы и сократить количество установок. Однако машины с более чем тремя осями стоят дороже и требуют больше навыков в программировании.
Вопросы и ответы
В чем разница между 3-осевой и 5-осевой обработкой?
Разница между 3-, 4- и 5-осевой обработкой заключается в направлении, в котором может перемещаться инструмент или заготовка. При трех осях станок может двигаться только по трем прямым линиям. При четырех осях станок может вращаться вокруг оси. На станке с пятью осями станок может наклоняться, а также вращаться.
Существует ли 6-осевой станок с ЧПУ?
Да, шестиосевые станки были специально разработаны для обеспечения дополнительной гибкости. Однако эти станки используются для специализированных применений, таких как те, которые включают сочетание роботизированной обработки с аддитивными производственными процессами.
Сколько стоит машинная обработка с ЧПУ в час?
Цены на обработку на станках с ЧПУ варьируются в зависимости от количества осей на станке. Например, 3-осевые станки обычно стоят от$40 до$75 в час, 4-осевые станки стоят от$75 до $150 в час, а 5-осевые станки обычно стоят от $150 до $300 в час. Стоимость зависит от возможностей станка и географического расположения.
Сколько стоит 5-осевой станок с ЧПУ?
Цена 5-осевого станка с ЧПУ в целом будет варьироваться от $200 000 до более чем $1 000 000. Настольные версии этих машин начального уровня, как правило, стоят не менее $50 000, но обычно имеют очень ограниченные возможности. Промышленные машины с более высоким уровнем точности, с другой стороны, будут стоить во много раз больше этой суммы.
