Charakteristickým rysem je přidání rotačního pohybu. Tradiční 3osý CNC stroj pohybuje frézou po přímkách podél os X, Y a Z. 5osý stroj přidává 2 rotační osy, které naklánějí nebo otáčejí buď vřetenovou hlavu, obrobek, nebo obojí. Výsledkem je přístup k podřezání, složeným úhlům, konturovaným plochám a složitým kapsám, kam 3osý stroj jednoduše nedosáhne bez více upínacích přípravků.
Právě tato schopnost jediného upnutí je hnací silou ekonomiky. Díl, který vyžaduje 3 nebo 4 upnutí na tříosém stroji s meziupnutím, může často na pětiosém stroji zpracovat na jedno upnutí. Doba cyklu se zkracuje. Přesnost se zlepšuje, protože se eliminují chyby při upnutí. Náklady na práci klesají, protože operátoři nemusí opakovaně upínat stejný díl. Pro dílny, které provádějí nízkoobjemovou a vysoce složitou práci, je tohle celý obchodní argument pro modernizaci.
Vysvětlení 5 os: X, Y, Z, A/B a C
Každý 5osý stroj kombinuje 3 standardní lineární osy se 2 ze 3 možných rotačních os. Níže uvedený rozpis ukazuje, co každá osa dělá a jak se obvykle kombinují ve výrobních strojích.
| Osa | Typ pohybu | Popis | Common In |
|---|---|---|---|
| X | Lineární | Pohyb řezačky nebo stolu vlevo-vpravo | Každý CNC stroj |
| Y | Lineární | Pohyb vpřed a vzad | Každý CNC stroj |
| Z | Lineární | Pohyb nahoru-dolů (hloubka vřetena) | Každý CNC stroj |
| A | Rotační kolem X | Naklápěcí pohyb kolem osy X | 5osé frézky s otočným stolem, 5osé portálové frézky |
| B | Rotační kolem Y | Naklápěcí pohyb kolem osy Y | 5osá soustružnicko-frézovací centra s otočnou hlavou |
| C | Rotační kolem osy Z | Rotace kolem osy Z (otáčení stolu) | Otočný stůl s čepem, soustružnicko-frézovací stroje |
Název 5osé soustavy popisuje jejich počet, ale důležitá je konkrétní kombinace. Dvě nejběžnější výrobní konfigurace jsou XYZAB (lineární plus 2 otočné soupravy s naklápěcí hlavou) a XYZAC (lineární plus jedna otočná souprava s naklápěcí hlavou a jedna otočná souprava stolu). Třetí konfigurace, XYZBC, je běžná na frézko-soustružnických obráběcích centrech, kde se obrobek otáčí v ose C, zatímco se hlava naklápí v ose B. Každé uspořádání má odlišný dosah, tuhost a charakteristiky složitosti programu.
5osý vs. 3osý CNC: Komerční rozhodnutí
Volba mezi 3osým a 5osým obráběním je rozhodnutí o kapitálových výdajích, které je dáno skladbou dílů, nikoli deklarovanými možnostmi. Níže uvedené srovnání shrnuje praktické rozdíly, které by kupující měli zvážit.
| Faktor | 3osý CNC | 5osý CNC |
|---|---|---|
| Nastavení na složitý díl | Typicky 3 až 5 | 1 typické nastavení |
| Dosah nástroje | Pouze shora dolů | Jakýkoli úhel náběhu |
| Povrchová úprava na konturách | Viditelný překrok | Hladší chod díky přístupu k bočním břitům |
| Složitost programování | prostý | Vyžaduje 5osý CAM a sloupek |
| Náklady na upevnění na jednu zakázku | Vysoká (více svítidel) | Nízká (jedno zařízení) |
| Požadovaná dovednost operátora | Standardní strojník | Programátor/operátor vyškolený pro 5osé operace |
| Základní cena | 5,000 na 30,000 USD | 30,000 na 200,000 USD |
| Cena průmyslové výroby | 50,000 na 200,000 USD | 200,000 500,000 až+ USD |
| Nejlépe sedí | Prizmatické díly, plechový materiál, 2.5D práce | Letecký průmysl, formy, lékařství, vícevrstvé složité díly |
5osé konfigurace: čepový čep, otočná hlava, portál a frézovací-soustružnické
Ne všechny 5osé stroje jsou konstruovány stejně. Čtyři dominantní konfigurace mají různé silné stránky a volba mezi nimi je jedním z nejdůležitějších rozhodnutí v procesu nákupu.
Čepový stůl
Otočný stůl namontovaný na naklápěcím čepu zajišťuje osy A a C, zatímco vřeteno zůstává ve své standardní 3osé konfiguraci. Obrobek se naklápí a otáčí pod vřetenem s pevnou orientací. Toto je nejběžnější vstup do 5osého obrábění, protože zachovává tuhost a přesnost standardního obráběcího centra a zároveň přidává 2 rotační mechanismy. Nejlepší pro díly, které se vejdou do obálky výkyvu čepu.
Otočná hlava (dvojitá otočná hlava)
Samotná vřetenová hlava se naklápí a otáčí, zatímco obrobek zůstává pevně uchycen na stole. Toto je dominantní konfigurace pro velmi velké díly, které se nemohou otáčet, včetně konstrukčních součástí letadel, velkých forem a nadrozměrných leteckých upínacích přípravků. Kompenzace RTCP v řídicí jednotce je nezbytná, protože poloha hrotu nástroje závisí na orientaci hlavy.
Portálový 5osý
Portálový stroj s otočnou hlavou, zvětšený pro práci s velmi velkými obrobky. Používá se pro trupy lodí, letecké konstrukční sestavy, velké pěnové formy pro prototypování automobilů a řezání kamenných mostů. STYLECNC Do této kategorie spadají 5osé portálové frézky s pracovním rozsahem od hobby formátů o velikosti 4 metru čtverečního až po průmyslové konfigurace o rozměrech několika metrů.
Soustružnicko-frézovací / soustružnicko-frézovací centrum
Soustruh s frézovacím vřetenem, které se může naklápět (osa B), a obrobkem, který se otáčí (osa C), často v kombinaci s protivřetenem a poháněnými nástroji. Jedná se o nejdražší 5osé konfigurace, protože kombinují soustružení a frézování v jednom stroji, ale u válcového obrobku zcela eliminují manipulaci s díly mezi operacemi.
Simultánní 5osé vs. 3+2 poziční obrábění
Jedním z nejdůležitějších technických rozdílů v 5osém obrábění je mezi simultánním a 3+2 polohovým obráběním. Kupující tento rozdíl často zjistí až po podání objednávky a tento rozdíl je důležitý.
Simultánní 5osé obrábění pohybuje všemi 5 osami současně během řezu. Hrot nástroje sleduje spojitou dráhu, zatímco rotační prvky neustále upravují orientaci. To je nutné pro oběžná kola, lopatky turbín, tvarované povrchy forem a jakoukoli organickou konturovanou geometrii. Současný provoz vyžaduje v řídicí jednotce RTCP (Rotated Tool Center Point - otočený středový bod nástroje) nebo TCPC (Tool Center Point Control - řízení středového bodu nástroje). Bez RTCP nemůže řídicí jednotka udržovat naprogramovanou dráhu hrotu nástroje, zatímco se rotační prvky pohybují, a díl nebude odpovídat simulaci CAM.
3+2 polohové obrábění používá 2 rotační osy k polohování obrobku (nebo hlavy) v pevném úhlu a poté provádí standardní 3osé obrábění v této orientaci. Toto zvládá zhruba 80 procent typické 5osé dílenské práce a je výrazně snazší jej programovat. Praktičtí obráběči, kteří provozují smíšené 5osé stroje, opakovaně poznamenávají, že většina jejich každodenní práce je 3+2, spíše než plně simultánní, přičemž simultánní práce je vyhrazena pro specifickou geometrii, která ji vyžaduje.
Praktické důsledky nákupu jsou významné. Stroj s 5 fyzickými osami, ale bez RTCP, se někdy nazývá spíše stroj 3+2 než skutečný 5osý stroj. Dokáže polohovat nástroj, ale nedokáže udržovat kontinuální dráhu hrotu nástroje při pohybu všech 5 os. Při posuzování nákupu 5osého stroje je nezbytné ověřit podporu RTCP/TCPC na řídicí jednotce (FANUC G43.4, Heidenhain M128, Siemens TRAORI nebo ekvivalent). To je rozdíl mezi strojem, který dokáže obrábět oběžné kolo, a strojem, který to nedokáže.
5osé CNC aplikace: Galerie průmyslu
5osé CNC stroje se uchytily ve 4 hlavních vertikálech, z nichž každá má specifické geometrické nebo materiálové požadavky, které ospravedlňují kapitálovou investici.
PRŮMYSL: Letecký a kosmický průmysl
Letecký a kosmický průmysl byl prvním odvětvím, které ve velkém měřítku zavedlo 5osé obrábění. Konzoly motorů, lopatky turbín, oběžná kola, konstrukční žebra a armatury z titanových a niklových superslitin jsou základními aplikacemi. Geometrická složitost (složené křivky, vnitřní chladicí kanály, asymetrické povrchy) a cena materiálu (často stovky dolarů za kilogram) činí z 5osého obrábění na jednom upnutí ekonomicky nezbytné.
PRŮMYSL: Automobilový průmysl a lisování forem
Práce s formami a raznicemi je druhou největší 5osou aplikací. Dutiny vstřikovacích forem, nástroje pro tlakové lití a lisovací nástroje těží z přístupu 5osé boční frézy k hlubokým dutinám, kam se 3osý stroj s rozumným nástrojem nedostane. Prototypové karoserie automobilů, pěnové formy pro modelování z hlíny a velké lisovací formy se také silně spoléhají na 5osé frézky a obráběcí centra.
ODVĚTVÍ: Lékařství, zubní lékařství a šperkařství
Lékařské implantáty (kyčelní, kolenní, lebeční, zubní abutmenty), chirurgické nástroje a protetiky specifické pro pacienta využívají 5osé obrábění pro tvarované povrchy požadované anatomií. Výroba šperků využívá maloformátové 5osé stroje pro výrobu dříků prstenů, pečetních ploch a detailní práci, která vyžaduje přístup k nástrojům z více úhlů u drahých kovů. Kvalita a náklady na materiál opět ovlivňují ekonomiku.
ODVĚTVÍ: Architektura, kámen a zakázková výroba
Architektonický kámen, řezbářství památek, zakázková reklama, rekvizity a divadelní práce, prototypování lodí a zakázkový nábytek – to vše využívá velkoformátové 5osé frézky k výrobě tvarovaných geometrií, které žádný jiný proces nemůže v dané velikosti ekonomicky zajistit. Pracovní rozsah se může pohybovat od stolních strojů až po portálové stroje o rozloze několika metrů.
Cenové rozpětí 5osých CNC obráběcích strojů: od hobby po průmyslovou výrobu
Ceny 5osých CNC strojů se na trhu liší stonásobně. Níže uvedená tabulka shrnuje typické cenové rozpětí pro nové stroje, přičemž použité a repasované stroje jsou často k dispozici za 30 až 60 procent ceny ekvivalentu nových strojů v závislosti na provozních hodinách, stavu a značce.
| stupeň | Cenové rozpětí (USD) | Typické případy použití a příklady |
|---|---|---|
| Koníček / Stolní počítače | 5,000 15,000 na | Šperky, zubní lékařství, malé prototypy, vzdělávání. Maloformátové stolní 5osé stroje. |
| Vstup do průmyslu | 30,000 80,000 na | Lehká výroba, výroba malých forem, zakázkový nábytek, výroba šperků. Základní stroje s otočným stolem a malé portálové frézky. |
| Průmyslové zařízení střední třídy | 80,000 200,000 na | Výroba leteckých konzolí, práce na prototypech pro automobilový průmysl, dokončování dutin forem. Brother Speedio U500 (cca 160 tisíc dolarů), Haas UMC 500 (cca 250 tisíc dolarů) na základě krytí Practical Machinist. |
| Špičková produkce | 200,000 500,000 na | Multifunkční obráběcí centra, plnohodnotné portálové frézky, prémiové stroje s otočnou hlavou. DMG MORI DMU 50, DN Solutions DVF 5000 (~300 000 Kč), Mazak VC-5A 5X. |
| Prémiové / Speciální | 500,000 až 2 milionů+ | Soustružnicko-frézovací centra, velké portálové 5osé, vícevřetenové výrobní linky. Monoblok DMG MORI DMU 75, multitasking Mazak Integrex. |
Kromě samotného stroje zahrnují celkové náklady na vlastnictví 5osý CAM software (Mastercam, NX CAM, ESPRIT, PowerMill, obvykle 5 000 až 50 000 $na pracoviště), simulační software jako Vericut (často 25 000 až 50 000 $na pracoviště pro kompletní 5osé ověření), nástroje a upínací přípravky, školení obsluhy a instalaci. Počítejte s 20 až 40 procenty ceny stroje v okolním ekosystému nad rámec základního nákupu.
STYLECNC 5osé a víceúčelové stroje
STYLECNC vyrábí kompletní řadu 5osých CNC strojů od základního průmyslu až po špičkovou výrobní úroveň. Kategorie 5osých CNC strojů Zahrnuje portálové frézky, obráběcí centra a specializované konfigurace pro specifické práce. 5-osý CNC router a 5osá CNC frézka pro 3D frézování a řezbářství jsou nejběžnějšími výchozími body pro prototypové dílny, práci s formami a architektonickou výrobu.
Pro dílny zaměřené na přesné obrábění kovů 5osá CNC frézka a Malé 5osé CNC obráběcí centrum zabývat se výrobou hliníkových forem, prototypováním v leteckém průmyslu a výrobou zdravotnických prostředků. Konkrétně pro lisovny a lisovny Kategorie CNC strojů na výrobu forem spojuje 5osou schopnost obrábění povrchů s tuhostí potřebnou pro práci s kalenou nástrojovou ocelí.
▶ PODÍVEJTE SE: 5osá CNC frézka v akci
Podívejte se STYLECNC 5osá CNC frézka 3D pěna a hliník fungují v reálných výrobních podmínkách.
Zobrazit video na stylecnc.com →
STYLECNC také vytváří konfigurace pro více úloh a více vřeten pro produkční prostředí, kde záleží na propustnosti a paralelní práci. Dodávka multifunkční CNC frézky se 3 vřeteny do Spojeného království je nedávný příklad zákazníka s nábytkem pro podniky, který si vyžádal paralelní zpracování na jednom lůžku. Pro integraci ATC na 5osých nebo multitaskingových platformách Kategorie CNC frézky ATC dokumentuje dostupné možnosti měniče nástrojů STYLECNC strojní linky.
Cena na STYLECNC 5osé stroje zahrnují základní průmyslové až po špičkové výrobní úrovně, které jsou uvedeny ve výše uvedené cenové tabulce. Konfigurace jsou nabízeny na základě pracovního rozsahu, specifikace vřetena, výběru řídicí jednotky, kapacity ATC a požadavků na integraci. Kontaktujte STYLECNC prodejnímu týmu obálku s díly a seznam materiálů pro nakonfigurovanou cenovou nabídku.
Slovník pojmů: Pojmy pro 5osé CNC obrábění
Tuto referenci použijte při hodnocení 5osých strojů, rozhovorech s dodavateli nebo při kontrole dokumentace k řídicím jednotkám.
| Období | Definice |
|---|---|
| 5osé CNC | Stroj se 3 lineárními osami (X, Y, Z) a 2 rotačními osami (obvykle A a B nebo A a C). |
| Čepový stůl | Naklápěcí otočný stůl se 2 rotačními osami pod vřetenem s pevnou orientací. |
| Otočná hlava | Vřetenová hlava, která se naklápí a otáčí, zatímco obrobek zůstává pevně na stole. |
| RTCP / TCPC / TCPM | Otočný středový bod nástroje / Řízení středového bodu nástroje / Správa středového bodu nástroje. Funkce řídicí jednotky, která udržuje polohu hrotu nástroje během rotačního pohybu. |
| Simultánní 5osé | Všech 5 os se během řezu pohybuje společně a sleduje souvislou dráhu hrotu nástroje. |
| 3+2 (poziční) | 2 rotační osy polohují díl pod pevným úhlem a poté probíhá standardní 3osé obrábění. |
| Post-procesor | Software, který překládá dráhy nástrojů CAM do specifického dialektu G-kódu, kterému řídicí jednotka stroje rozumí. |
| Soustružnicko-frézovací / soustružnicko-frézovací | Stroj, který kombinuje soustružení s frézováním, obvykle s vřetenem osy B a vřetenem osy C. |
| Kinematický soubor | Matematický model fyzického pohybu os stroje vůči sobě navzájem. |
| Multitaskingové centrum | Stroj, který kombinuje více operací (soustružení, frézování, vrtání, někdy aditivní obrábění) v jednom upnutí. |
Často kladené dotazy
Jaký je rozdíl mezi RTCP a TCPC?
RTCP (Rotated Tool Center Point), TCPC (Tool Center Point Control), TCPM (Tool Center Point Management) a RPCP označují stejnou základní funkci řídicí jednotky: automatické udržování naprogramované polohy hrotu nástroje při pohybu rotačních os. Termín se liší podle výrobce. FANUC používá G43.4 (TCPC), Heidenhain používá M128 (TCPM), Siemens používá TRAORI. Jak je uvedeno ve vlákně „Fanuc TCPC pro 5osé obrábění“ na webu Practical Machinist, je to spíše funkce, než specifický název pro danou značku, která dělá simultánní 5osé programování praktickým.
Potřebuji simultánní 5osé řízení, nebo stačí 3+2?
Praktičtí obráběči, kteří provozují smíšené 5osé stroje, soustavně poznamenávají, že zhruba 80 procent jejich práce probíhá v režimu 3+2, nikoli plně simultánně. Letecké konstrukční díly, dokončování dutin forem, vícestranné konzoly a většina 5stranného obrábění probíhají v režimu 3+2. Simultánní obrábění se stává nezbytným pro oběžná kola, lopatky turbín, organické konturované povrchy a jakoukoli geometrii, která vyžaduje nepřetržité řízení dráhy hrotu nástroje napříč více osami.
Kolik stojí 5osý CNC stroj?
Ceny se pohybují od 5 000 do 15 000 $pro stolní hobby formáty, 30 000 až 80 000 $pro základní průmyslové stroje a 80 000 až 200 000 $pro střední produkci. Vlákna na Practical Machinist pro Brother Speedio U500 uvádějí zhruba 160 000 USD, pro Haas UMC 500 kolem 250 000 USD, pro DN Solutions DVF 5,000 kolem 300 000 $a pro 5osé stroje DMG MORI často přes 500 000 USD. Prémiová soustružnicko-frézovací víceúčelová centra přesahují 1 milion USD.
Je použitý 5osý stroj dobrá koupě?
Diskuse ve vlákně „15 let staré německé 5osé stroje“ na webu Practical Machinist upřímně rámuje kompromis. Použité stroje DMG, Mikron a Hermle v ceně 100 000 $mohou přinést nové ekvivalenty 300 000 až 500 000 USD, pokud jsou vřeteno, řídicí jednotka a rotační mechanismy v dobrém stavu. Rizikem je nedostupnost elektroniky a opotřebení vřetena. Běžné pravidlo uváděné v těchto vláknech je zhruba jeden $za otáčky za minutu za repas vřetena, což je u stroje s 30 000 až 50 000 otáčkami za minutu významné. Nezávislá technická kontrola před nákupem je standardní praxí.
Lze 3osý stroj přestavět na 5osý?
Částečně. K tříosé vertikální frézce lze přidat 5osý otočný stůl, který zajistí otočné osy A a C, jak je popsáno ve vlákně „Metody nastavení pro 5osé pracovní ofsety“ na webu Practical Machinist. Omezením je, že bez RTCP v hostitelském řídicím systému konverze vede k obrábění 3+2, nikoli k plnému simultánnímu obrábění. Náklady na přidání TCPC k řídicímu systému, který jej nativně nemá, mohou přesáhnout 20,000 3 USD, což je jeden z důvodů, proč si mnoho dílen nakonec pořídí účelový 5osý stroj, místo aby rozšiřovaly 3osý.
Jaký postprocesor potřebuji pro 5osý CNC?
5osé postprocesory musí odpovídat řídicí jednotce, kinematice a softwaru CAM. CNCZone „5 os“ CNC router Vlákno RTCP dokumentuje obtížnost správného fungování vlastního sloupku: malé kinematické chyby, neshody jednotek nebo nesprávné hodnoty délky nástroje způsobují rýhy a havárie, které simulace nezachytí, pokud simulační model přesně neodpovídá stroji. Většina výrobních dílen si kupuje sloupek dodaný dodavatelem od výrobce stroje nebo poskytovatele CAM, než aby se pokoušela o vývoj vlastního sloupku.
