5-osové CNC obrábanie: štruktúra, proces a aplikácie

5-osové CNC obrábanie je vysoko{3}}presný rezací proces, ktorý súčasne riadi tri lineárne osi (X/Y/Z) spolu s dvoma rotačnými osami (najčastejšie osi A/B alebo A/C), čo umožňuje orientáciu rezného nástroja alebo obrobku prakticky do akejkoľvek priestorovej polohy. Pretože sa nástroj dokáže priblížiť k povrchu takmer z akéhokoľvek uhla, na dokončenie každej operácie, ktorú si zložitá-časť povrchu vyžaduje, často stačí jediné nastavenie. Toto je hlavná výhoda technológie: odstraňuje potrebu odopínania a opätovného upevňovania dielu medzi operáciami, čo zase eliminuje chyby polohovania, ktoré sa hromadia pri každom pohybe obrobku, a prináša zmysluplné zvýšenie efektivity obrábania a kvality povrchu v porovnaní s 3-osovými alebo dokonca 4-osovými procesmi.

Typy rozloženia

5-osové stroje sú vo všeobecnosti zoskupené do troch štruktúrnych usporiadaní, z ktorých každé je vhodné pre iný rozsah a štýl práce:

Konštrukcia kolískového-typu (čapu): Obidve rotačné osi sú integrované do pracovného stola, zvyčajne v konfigurácii-klimatizačnej osi. Toto usporiadanie ponúka vynikajúcu tuhosť a je vhodné pre malé a stredné-veľké presné súčiastky, kde sú prísne tolerancie a kompaktná pracovná obálka dôležitejšie ako surová veľkosť stola.

Štruktúra otočnej-hlavy (otočnej{1}}hlavy): Obe rotačné osi sú zabudované do vretenovej hlavy, bežne v usporiadaní B/C-osí, pričom samotný pracovný stôl zostáva pevný. Pretože sa stôl nepohybuje ani nenakláňa, táto konfigurácia je prirodzenou voľbou pre veľké obrobky, ktoré by bolo nepraktické hojdať na otočnom stole.

Hybridná štruktúra: Jedna rotačná os sedí na pracovnom stole a druhá na hlave vretena. Toto delené usporiadanie vyvažuje tuhosť obrábania a flexibilitu orientácie, čo dáva obchodom strednú cestu, keď sa na danú prácu dokonale nehodí ani stroj s čistou kolískou-ani čisto otočnou-hlavou.

Hlavné funkčné komponenty

Za schopnosťou každého 5-osového stroja udržať úzke tolerancie je súbor základných komponentov, ktoré spolupracujú:

5-súčasný CNC riadiaci systém: Bežné ovládače, ktoré sa v súčasnosti široko používajú, zahŕňajú Siemens 840Dsl, Heidenhain TNC640 a Fanuc 31i-B5, pričom všetky musia podporovať 5-osovú interpoláciu a funkcie transformácie súradníc (napríklad RTCP/TCPC), ktoré udržujú hrot nástroja v pohybe po naprogramovanej dráhe osí.

Vysoko presné rotačné{1}}zariadenia so spätnou väzbou: Tieto zvyčajne používajú lineárne alebo rotačné sklenené -kodéry, ktoré udržujú presnosť polohovania rotačnej-osy do ±5 oblúkových sekúnd a opakovateľnosť do ±3 oblúkových sekúnd - úroveň presnosti spätnej väzby, ktorá je nevyhnutná po pridaní piatej chybovej osi.

Vysoko{0}}pevné jednotky vretena: V spojení s vodným{1}} alebo olejovým-chladiacim systémom sa otáčky vretena bežne pohybujú od 8 000 do 30 000 ot./min., čo umožňuje stroju prispôsobiť sa veľmi odlišným požiadavkám na rezanie hliníka, ocele, titánu a iných technických materiálov.

Pred-príprava na obrábanie

Pred odletom triesok sú základom úspešnej práce dve prípravné fázy:

Upínanie obrobku: V závislosti od veľkosti a tvaru dielu si obchody vyberajú medzi zverákmi, vákuovými skľučovadlami alebo špeciálnymi upínačmi, vždy s cieľom maximalizovať tuhosť upnutia a presnosť lokalizácie, aby sa minimalizovala -chyba spôsobená upínaním -, čo je krok, ktorý je ešte dôležitejší pri práci s 5 osami, pretože nástroj sa môže priblížiť k dielu z uhlov, ktoré spôsobujú nezvyčajné zaťaženie.

Programovanie a simulácia: Dráhy nástroja sa generujú v 5- CAM softvéri, ako je UG NX, Mastercam alebo Cimatron, a potom sa overujú vo virtuálnom simulačnom softvéri, ako je VERICUT, aby sa zachytili riziká rušenia a kolízie skôr, ako sa program vôbec dotkne stroja. Vzhľadom na to, koľko stupňov voľnosti musí počítať s 5-osovou dráhou nástroja, táto fáza simulácie nie je voliteľná – je to hlavná obranná línia proti zrúteniu vretena alebo zošrotovanému prípravku.

Vykonanie obrábania

Obrábanie potom pokračuje tromi postupne jemnejšími fázami:

Hrubovanie: Zvyčajnou voľbou sú stopkové frézy z tvrdokovu alebo frézy z kukuričného -klasu (hrubé) a používajú sa agresívnou stratégiou odstraňovania veľkého-zásobu- s cieľom rýchlo vyčistiť materiál a priblížiť súčiastku k jej konečnému tvaru.

Polo{0}}dokončovanie: Orientácia rezu nástroja je upravená tak, aby sa odstránil zvyškový materiál, ktorý zostal za rohmi a zaobleniami pri hrubovaní, čím sa pripraví konzistentný a predvídateľný prídavok materiálu pre konečnú fázu.

Povrchová úprava: Hlavnú úlohu prevezmú čelné frézy s guľovým{0}}čelom alebo čelným-čelom s presne kontrolovanou reznou rýchlosťou a rýchlosťou posuvu, aby sa udržala drsnosť povrchu na hodnote Ra Menšej alebo rovnej 1,6 μm - druh povrchovej úpravy, na ktorom záleží najviac pri 5-osovom obrábaní voľných{4}}povrchov.

Po{0}}kontrole obrábania

Po dokončení obrábania skontroluje súradnicový merací stroj (CMM) rozmery dielu a geometrické tolerancie a výsledky sa spätne vrátia do procesu, aby sa opravili parametre pre nasledujúce série -, čím sa inšpekcia zmení na nepretržitú slučku zlepšovania, a nie na jedno{1}}kontrolu úspešnosti/zlyhania.

5-osové obrábanie si získava svoju prémiu v odvetviach, kde geometria, tolerancia alebo oboje neponechávajú priestor na kompromisy:

Letectvo a kozmonautika: Disky s integrálnymi lopatkami (blisky), lopatky leteckých{0}}motorov a konštrukčné komponenty satelitov vyžadujú vysoko{1}}presné opracovanie zložitých povrchov s požiadavkami na toleranciu, ktorá môže dosiahnuť úroveň mikrónov.

Výroba foriem a lisovníc: lisovnice automobilových panelov karosérie a vstrekovacie formy na lekárske zariadenia s nepravidelným tvarovaným povrchom sa často dajú dokončiť v rámci jedného nastavenia pokrývajúceho viacero plôch, čím sa ušetrí čas a{0}}chyby súvisiace s nastavením.

Precízny hardvér: Drony s nekonvenčnou geometriou, rámy špičkových{0}}bicyklov a príslušenstvo do kúpeľní sa vyrábajú vo veľkom množstve s 5-osovou presnosťou.

Zdravotnícke pomôcky: Umelé kĺby, ortopedické implantáty a iné prispôsobené, pre pacienta -špecifické časti sa spoliehajú na 5{2}}osové obrábanie, aby dosiahli prísne, individualizované tolerancie, s ktorými sa-implantáty na polici nemôžu rovnať.

Presnosť držania a kvalita povrchu na 5-osovom stroji závisí od niekoľkých parametrov, ktoré operátori pozorne sledujú:

Rýchlosť posuvu rotačnej-osi: Zvyčajne sa udržiava medzi 300 a 800 mm/min, aby sa predišlo vibráciám a strate presnosti, ktoré môže spôsobiť vysokorýchlostný rotačný pohyb.

Zhoda{0}}parametrov rezania: Parametre sa upravujú podľa materiálu. Pri dokončovaní hliníkových zliatin sa rýchlosť rezania pohybuje 150–250 m/min; pre titánovú zliatinu 30–60 m/min; rýchlosť posuvu je vo všeobecnosti 0,1–0,2 mm/r pre hrubovanie a 0,05–0,1 mm/r pre dokončovanie.

Bezpečnostná vzdialenosť: Medzi dráhou nástroja a akýmkoľvek povrchom upínadla alebo obrobku je dodržaná minimálna 2 mm kontrolná rezerva-, aby sa zabránilo kolíziám vretena počas obrábania.

Kompenzácia chýb: Vôľa- osi a chyby polohovania sa kalibrujú podľa pravidelného plánu s parametrami kompenzácie nastavenými v systéme CNC, aby sa presnosť v priebehu času nehýbala.

Pretože 5-osové stroje kombinujú vysoké otáčky vretena s pohyblivými rotačnými osami, bezpečnostný protokol je zabudovaný do každej fázy prevádzky:

Pred spustením skontrolujte koncové spínače otočnej{0}}osy a tlak v systéme mazania a pred zapnutím stroja sa uistite, že je všetko v poriadku.

Overenie nasucho{0}}je povinné pred začiatkom skutočného obrábania, aby sa potvrdilo, že dráha nástroja nenesie žiadne riziko kolízie.

Počas obrábania sa nikdy nesmú otvárať ochranné dvierka stroja a vstup personálu do bezpečnostnej zóny je zakázaný, keď sú rotačné osi v pohybe.

Pri výmene prípravkov alebo nástrojov musí byť prerušené hlavné napájanie stroja a na mieste musí byť zavesený výstražný štítok „Under Maintenance“.

Presnosť polohovania rotačnej{0} osi by sa mala kontrolovať a prekalibrovať aspoň raz za šesť mesiacov v rámci pravidelného programu overovania presnosti v 5 osiach.

Celkovo tieto štrukturálne, procedurálne a bezpečnostné prvky umožňujú 5-opracovaniu splniť svoj hlavný prísľub: zložité, viacvrstvové{2}}diely opracované s prísnou toleranciou pri jedinom nastavení, s oveľa menším počtom nahromadených chýb a oveľa konzistentnejšou kvalitou povrchu, než je možné dosiahnuť tradičnými procesmi s viacerými nastaveniami.