Jako profesjonalny dostawca precyzyjnych komponentów mechanicznych, nasz zespół inżynierów często otrzymuje zapytania od klientów, takie jak: „Czy ta część koniecznie wymaga obróbki 5-osiowej, czy też można to zrobić taniej na maszynie 4-osiowej?” lub „Jeśli w celu zaoszczędzenia pieniędzy wybierzemy obróbkę 3-osiową, ale wymaga to sześciu operacji repozycjonowania i mocowania, czy będzie to miało znaczący wpływ na gotowy produkt?” W dziedzinie produkcji precyzyjnej wybór odpowiedniego typu obrabiarki to nie tylko kwestia techniczna, ale także kwestia opłacalności.
Opierając się na swoim rozległym doświadczeniu w zakresie produkcji precyzyjnej, firma Hansheng zapewnia-dogłębne porównanie 3-osiowej, 4-osiowej i 5-osiowej obróbki CNC pod względem kosztów, precyzji, geometrii i wielkości partii, pomagając w dokonaniu najodpowiedniejszego wyboru.
Do dalszej lektury ten artykuł skupia się głównie na porównaniach. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o szczegółach konkretnej technologii, zapraszamy do naszych dedykowanych artykułów:
Co to jest 4-osiowa obróbka CNC?
Co to jest 5-osiowa obróbka CNC?
Porównanie rdzeni
Aby porównanie trzech opcji było bardziej przejrzyste, przygotowaliśmy obszerną tabelę porównawczą, do szybkiego odniesienia.
| Wymiar | 3-osiowa obróbka CNC | 4-osiowa obróbka CNC | 5-osiowa obróbka CNC |
|---|---|---|---|
| Zasada ruchu | Ruch liniowy w osiach X, Y, Z. Narzędzie tnące jest zawsze ustawione prostopadle do przedmiotu obrabianego. | Ruch liniowy w osiach X, Y, Z + oś A- (przedmiot obraca się wokół osi X-). | Ruch liniowy w osiach X, Y, Z + osie A/B/C (obrabiany przedmiot może obracać się/przechylać we wszystkich orientacjach). |
| Podstawowe możliwości | Można obrabiać tylko górną powierzchnię lub pojedynczą płaszczyznę odniesienia. | Możliwość obróbki czterech stron w jednym ustawieniu; nadaje się do części cylindrycznych i elementów śrubowych. | Możliwość obróbki pięciu powierzchni w jednym ustawieniu; zdolny do obróbki bardzo złożonych powierzchni ciągłych i podcięć. |
| Koszt obróbki | Najniższa (np. niższa stawka godzinowa). | Umiarkowany (-opłacalny, zmniejsza koszty ręcznej konfiguracji). | Najwyższy (drogi sprzęt, skomplikowane programowanie). |
| Złożoność programowania | Proste, może skonfigurować zwykły operator. | Umiarkowany, wymaga uwzględnienia zakłóceń osi obrotowych. | Bardzo wysoki, wymaga zaawansowanego oprogramowania CAM i doświadczonych inżynierów. |
| Odpowiednie części | Płaskie płyty, proste obudowy, części z jednostronnym-wierceniem. | Wały, koła zębate, obudowy z bocznymi otworami, grawerowanie cylindryczne. | Łopatki turbin, elementy konstrukcyjne przemysłu lotniczego, implanty ortopedyczne. |
| Główne ograniczenia | Do obróbki wielu powierzchni- wymaganych jest wiele ustawień, co prowadzi do kumulacji błędów i niskiej wydajności. | Nie można obrabiać otworów pod kątem, które nie są prostopadłe do osi obrotowej; martwe strefy nadal istnieją. | Wysoki koszt; niezwykle wysokie wymagania dotyczące konstrukcji armatury. |
Jak wybrać na podstawie swojego projektu?
Hansheng Automation pomaga ocenić liczbę osi wymaganych dla Twojego projektu z dwóch perspektyw.
Cechy geometryczne i złożoność części projektu
1. Jeśli części są głównie płaskie, z cechami (otwory, szczeliny, wgłębienia) skupionymi w jednym lub dwóch przeciwnych kierunkach lub jeśli część wymaga obróbki na nie więcej niż dwóch powierzchniach, a wymagania dotyczące tolerancji pozwalają na ręczne odwracanie (np. +/- 0.05 mm lub więcej), wówczas obróbka 3-osiowa jest najbardziej ekonomiczną opcją.
2. Jeśli części projektu są cylindryczne lub elementy są rozmieszczone wokół osi centralnej (takie jak koła zębate lub tuleje z otworami bocznymi) lub jeśli części kwadratowe wymagają obszernej obróbki po bokach, obróbka 4-osiowa może zakończyć pracę na czterech powierzchniach w jednym ustawieniu, unikając problemów z utratą punktu odniesienia związanych z powtarzającymi się ustawieniami na maszynie 3-osiowej.
3. Jeśli Twój projekt obejmuje złożone powierzchnie organiczne (takie jak wirniki), przestrzennie złożone otwory pod kątem (nie-pionowe i nie-poziome) lub głębokie wnęki i wąskie szczeliny, które wymagają przechylania narzędzia w celu utrzymania sztywności, lub jeśli musisz zachować wyjątkowo wysokie tolerancje dokładności pozycjonowania (np. +/- 0.01mm) na pięciu powierzchniach precyzyjnej części, wówczas tylko obróbka 5-osiowa może spełnić Twoje potrzeby.
Ekonomika projektu i skala produkcji
1. W przypadku prototypów i bardzo małych partii (około 1-10 sztuk) obróbka 3-osiowa jest zwykle preferowanym wyborem ze względu na najniższy koszt początkowy. O ile geometria nie zmusza Cię do stosowania obróbki wieloosiowej, spróbuj uprościć projekt, aby pasował do obróbki 3-osiowej.
2.W przypadku produkcji średnio-nakładowej (10-500 sztuk) obróbka 4-osiowa zapewnia najlepszą opłacalność. Chociaż stawka godzinowa w przypadku maszyny 4-osiowej jest nieco wyższa niż w przypadku maszyny 3-osiowej, pozwala to zaoszczędzić znaczną ilość czasu potrzebnego na ręczną konfigurację. Na przykład część wymagającą trzech obrotów na maszynie 3-osiowej można wykonać w jednym ustawieniu na maszynie 4-osiowej, co skutkuje znaczną redukcją całkowitego kosztu.
3. W przypadku produkcji-na dużą skalę, wymagającej dużej precyzji i konieczności zapewnienia niezwykle wysokiej dokładności pozycjonowania lub jeśli części są niezwykle złożone, naszym zaleceniem jest to, że chociaż obróbka 5-osiowa ma wyższy koszt jednostkowy, eliminuje czas oczekiwania i ryzyko braków w wieloprocesowych-przepływach pracy i może być bardziej opłacalna w kontekście całego cyklu projektu.
Powszechne błędne przekonania na temat obróbki wieloosiowej-
Błędne przekonanie nr 1: „Im więcej osi ma maszyna, tym lepsza jakość obróbki”.
Rozumienie to nie jest całkowicie prawidłowe. Jakość obróbki zależy od wielu czynników, takich jak sztywność obrabiarki, dobór narzędzi skrawających i poziom umiejętności inżynierów. Nie powinniśmy ślepo podążać za zaawansowaną technologią, wybierając maszyny pięcio-osiowe; powinniśmy wziąć pod uwagę rzeczywiste potrzeby projektu.
Błędne przekonanie 2: „Obrabiarki pięcioosiowe-mogą zrobić wszystko”.
Prawda jest taka, że maszyny pięcioosiowe-również mają ograniczenia. Charakteryzują się bardzo wysokim ryzykiem kolizji z uchwytem, a długość narzędzia jest ograniczona. Co więcej, czas programowania i debugowania w przypadku obróbki pięcioosiowej-jest znacznie dłuższy niż w przypadku obróbki trzy-osiowej. W przypadku prostych części użycie maszyny pięcioosiowej-jest jak „używanie supersamochodu do dostawy na wynos”-jest możliwe, ale wiąże się z ogromną stratą zasobów.
Podsumowując
W Hansheng Automation wyznajemy filozofię „praktycznej produkcji”. Nie będziemy próbować sprzedawać Ci kosztownych procesów tylko dlatego, że dysponujemy-najwyższej klasy sprzętem. Zamiast tego dążymy do znalezienia optymalnej równowagi pomiędzy jakością i kosztami poprzez analizę DFM (Design for Manufacturability).
Często zadawane pytania
P: Jeśli moją część można obrobić na maszynie 3-osiowej, czy nadal mogę zamówić obróbkę 5-osiową?
Odpowiedź: Technicznie jest to możliwe, ale zazwyczaj jest to niepotrzebne marnotrawstwo. O ile nie masz wyjątkowo wysokich wymagań dotyczących wykończenia powierzchni części (np. nie wymagasz jednoczesnej obróbki w 5-osiach w celu zmniejszenia śladów po frezie-kulowym), zalecamy przestrzeganie „zasady najprostszego procesu” i stosowanie obróbki 3-osiowej w celu uzyskania najlepszej opłacalności.
P: Jak z punktu widzenia projektu mogę obniżyć koszty obróbki wieloosiowej-?
Odp.: Zmaksymalizuj promień wewnętrznych zaokrągleń (unikaj używania narzędzi o bardzo małej średnicy).
Zmniejsz liczbę elementów o wyjątkowo wąskich tolerancjach (określaj ścisłe tolerancje tylko na współpracujących powierzchniach).
W miarę możliwości projektuj elementy o standardowych wymiarach, aby umożliwić użycie narzędzi standardowych zamiast narzędzi niestandardowych.
P: Jakie formaty plików akceptujecie do oceny?
Odp.: Aby dokładnie określić, czy część nadaje się do obróbki 3-, 4- czy 5-osiowej, potrzebujemy modelu 3D CAD (format .STEP lub .IGES). Proszę również dołączyć rysunek 2D w formacie PDF, aby określić wszelkie otwory z tolerancjami, specyfikacjami gwintów i wymaganiami dotyczącymi chropowatości powierzchni.
P: Czy obróbka 5-osiowa będzie miała dłuższy czas realizacji?
Odpowiedź: Zależy to od złożoności części. Czas programowania początkowego (CAM) i symulacji kolizji przy obróbce 5-osiowej jest rzeczywiście dłuższy niż przy obróbce 3-osiowej. Jednak po rozpoczęciu obróbki rzeczywista prędkość produkcji jest często większa, ponieważ skraca to czas przenoszenia i oczekiwania między procesami. W przypadku pilnych i złożonych prototypów, zwykle szybszą opcją jest obróbka 5-osiowa.
Referencje
Podręcznik maszyn (wydanie 31.) – Industrial Press, 2020
Seria ISO 10791: Warunki testowe dla centrów obróbczych – Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna