Obróbka CNC 5-osiowa przenosi produkcję wieloosiową na nowy poziom, ponieważ wszystkie pięć osi maszyny porusza się jednocześnie podczas cięcia. To, co czyni ją wyjątkową, to fakt, że narzędzie tnące pozostaje odpowiednio wyrównane względem każdej części, nad którą pracuje, nawet podczas obróbki bardzo skomplikowanych kształtów. System ten działa poprzez połączenie trzech ruchów liniowych (X, Y, Z) oraz dwóch ruchów obrotowych, zwykle oznaczonych jako A i C, albo czasem B i C. Dla warsztatów produkujących części o wielu krzywiznach i kątach oznacza to możliwość tworzenia bardzo szczegółowych komponentów bez potrzeby zatrzymywania się i ręcznego dostosowywania pozycji. Wynik? Ogólnie lepsza precyzja i szybsze czasy produkcji w porównaniu ze starszymi metodami.
Poprawne wykonywanie prawdziwego frezowania 5-osiowego w dużej mierze zależy od tego, jak dobrze maszyna obsługuje ścieżki narzędzi oraz czy posiada odpowiednie funkcje RTCP (Rotational Tool Center Point). Gdy funkcja RTCP działa poprawnie, efekt jest naprawdę imponujący. Sterownik CNC ciągle koryguje przesunięcia rzeczywistej pozycji narzędzia podczas ruchu obrotowych elementów. To zapewnia stałą równoległość i utrzymuje czubek narzędzia dokładnie tam, gdzie powinien się znajdować, nawet wtedy, gdy cała maszyna znajduje się pod nietypowymi kątami. Bez takiej korekty w czasie rzeczywistym mielibyśmy do czynienia z różnego rodzaju błędami pozycjonowania podczas skomplikowanych cięć. A szczerze mówiąc, nikt nie chce niestabilnych wyników z drogiego sprzętu. Gdy wszystkie pięć osi działa płynnie i bez zakłóceń, narzędzia poruszają się po ścieżkach, które naturalnie przemieszczają się przez materiał. Oznacza to lepsze kąty skrawania powierzchni i ostatecznie pozwala na wytwarzanie części o znacznie lepszych detalach i mniejszych tolerancjach niż to było możliwe przy użyciu starszych metod.
Chociaż zarówno prawdziwe frezowanie 5-osiowe, jak i 3+2-osiowe obejmują pięć osi, istnieją między nimi dość znaczące różnice. W przypadku obróbki 3+2-osiowej, czasem nazywanej pozycyjną obróbką 5-osiową, maszyna najpierw ustala położenie przedmiotu obrabianego przy użyciu dwóch osi obrotowych, a następnie blokuje je, wykonując standardową 3D frezowanie. Wadą tej metody jest to, że po zablokowaniu nie można zmieniać kąta narzędzia w trakcie cięcia, przez co skomplikowane kształty zazwyczaj wymagają kilku różnych ustawień. To prowadzi do irytujących, schodkowych śladów na powierzchniach i ogólnie niższej jakości wykończenia. Z drugiej strony, prawdziwe jednoczesne frezowanie 5-osiowe utrzymuje ciągły ruch wszystkich pięciu osi przez cały proces. Ten ciągły ruch pozwala na gładkie, nieprzerwane ścieżki narzędzia, lepszą dokładność kształtu oraz znacznie lepszą jakość powierzchni. Te zalety czynią tę metodę szczególnie cenną w branżach takich jak produkcja lotnicza, wytwarzanie urządzeń medycznych oraz produkcja form, gdzie najważniejsza jest precyzja.
Podczas pracy z pięcioosiowym frezowaniem jednoczesnym osie liniowe (X, Y, Z) oraz osie obrotowe (A, C) muszą być idealnie zsynchronizowane poprzez kontrolę kinematyczną w czasie rzeczywistym. To, co się tutaj dzieje, jest naprawdę imponujące – maszyna utrzymuje narzędzie tnące pod odpowiednim kątem względem obrabianego elementu, co umożliwia wykonywanie skomplikowanych konturów 3D bez przerw i błędów. Nowoczesne systemy CNC wykonują w locie wszystkie niezbędne obliczenia dotyczące kolejnej pozycji narzędzia. Taka precyzja pozwala producentom tworzyć elementy takie jak skrzydła samolotów o gładkich krzywiznach, implanty medyczne idealnie pasujące do projektu, czy nawet artystyczne rzeźby, które w innych warunkach wymagałyby tygodni pracy. Różnica w porównaniu do starszych technik? Mniej marnowanego materiału i znacznie mniej godzin poświęconych na poprawianie błędów.
Przemysł lotniczy i kosmiczny coraz częściej korzysta z prawdziwego jednoczesnego frezowania 5-osiowego jako przełomowej technologii w produkcji łopatek turbin. Jeden z głównych producentów ostatnio przeszedł na ciągły ruch 5-osiowy podczas wyrobu łopatek sprężarki, które charakteryzują się skomplikowanymi kształtami profili aerodynamicznych i wymagają bardzo wąskich dopuszczalnych odchyleń. Dzięki rzeczywistej synchronizacji osi, obróbka może odbywać się bezproblemowo na całej powierzchni łopatki bez konieczności zatrzymywania i ponownego pozycjonowania narzędzi. Wyniki mówią same za siebie: czas produkcji skrócił się o około 60% w porównaniu ze starszymi metodami, a uzyskane wykończenie powierzchni dochodzi do Ra 0,4 mikrona, spełniając nawet najbardziej rygorystyczne specyfikacje aerodynamiczne. Technologia ta znacznie przewyższa tradycyjne techniki indeksowania 3+2 zarówno pod względem efektywności, jak i jakości.
Badania nad procesami obróbki wykazują, że rzeczywista jednoczesna obróbka na 5 osiach może zwiększyć dokładność ścieżki powierzchni o około 40 procent w porównaniu z tradycyjnymi technikami 3+2 osiowymi. Powodem tej poprawy jest ciągły ruch narzędzi, który utrzymuje stałe ciśnienie skrawania w całym procesie. Gdy maszyny zatrzymują się i ponownie uruchamiają po zmianie pozycji, mają tendencję do pozostawiania drobnych stopni i wad, których nie ma przy pracy ciągłej. Dla części wymagających doskonałych właściwości dynamiki płynów lub przepływu powietrza te niewielkie różnice naprawdę mają znaczenie, ponieważ każda niedoskonałość może znacząco wpłynąć na ogólną wydajność.
Podczas pracy nad skomplikowanymi elementami przy użyciu tradycyjnych maszyn 3-osiowych, zakłady zazwyczaj potrzebują kilku różnych ustawień w trakcie procesu. Za każdym razem, gdy zmienia się oprzyrządowanie i ręcznie dokonuje wyrównania, istnieje większe ryzyko popełnienia błędu. Właśnie tutaj doskonale sprawdza się toczenie CNC z 5 osiami. Te maszyny mogą wykonać całą pracę jednorazowo dzięki dodatkowym osiom obrotowym. Narzędzia tnące mogą teraz dotrzeć do trudno dostępnych miejsc, takich jak podcięcia, głębokie kieszenie czy powierzchnie o nietypowych kątach, bez konieczności wyciągania przedmiotu z maszyny. To znacznie redukuje drobne błędy gromadzące się przy wielu ustawieniach i zapewnia spójną dokładność każdego elementu. Dla firm produkujących części samolotowe lub instrumenty chirurgiczne ta różnica ma ogromne znaczenie, ponieważ ich produkty wymagają od początku do końca zarówno ekstremalnej złożoności, jak i niezawodnej precyzji.
Gdy maszyna wykonuje ruch pięcioosiowy jednocześnie, skraca to niepotrzebne minuty między operacjami. Nie ma potrzeby częstego zatrzymywania i przestawiania części, wymagane jest mniej wymian narzędzi oraz ogólnie mniej przestojów. Maszyna utrzymuje narzędzie tnące w idealnym położeniu podczas pracy, co oznacza szybsze prędkości posuwu i lepsze usuwanie wiórów z przedmiotu obrabianego. Krótkie, ale wystarczająco sztywne narzędzia doskonale działają pod określonymi kątami, zmniejszając wibracje, które szybko powodują zużycie narzędzi. Wszystkie te czynniki razem pozwalają na szybszą produkcję bez utraty precyzji pomiarów czy jakości wykończenia końcowego produktu. Zakłady, które dokonały tej zmiany, zgłaszają widoczne poprawy w liczbie wydajności.
Jeśli chodzi o obróbkę jednoczesną na 5 osiach, główna korzyść to lepsza dokładność wymiarowa, ponieważ maszyna stale dostosowuje położenie narzędzia cięcia względem obrabianego przedmiotu. System cały czas wprowadza takie korekty podczas pracy, co pomaga zmniejszyć ugięcie narzędzia od jego toru ruchu i zapewnia, że każdy skrawający ruch usuwa mniej więcej taką samą ilość materiału za każdym razem. Nowoczesne układy sterowania numerycznego komputerowego (CNC) idą jeszcze dalej. Rzeczywiście kompensują one zmiany temperatury w maszynie oraz różnice między poszczególnymi partiami materiałów podczas trwania procesu. Oznacza to, że producenci uzyskują spójnie wysokie wyniki nawet przy dużych projektach lub skomplikowanych częściach, które normalnie byłyby trudne do dokładnego wykonania.
Gdy narzędzie pozostaje zaangażowane pod stałymi kątami podczas obróbki 5-osiowej, uzyskuje się bardzo gładkie wykończenie powierzchni, które często eliminuje konieczność dodatkowych etapów polerowania. Równomierne rozłożenie sił skrawania zmniejsza dokuczliwe drgania i problemy z drganiem samowzbudnym, co pozwala operatorom osiągać efekt lustrzanego wykończenia nawet na złożonych kształtach swobodnych. Inną zaletą tego stabilnego układu skrawania jest dłuższy okres eksploatacji narzędzia, ponieważ zużycie rozkłada się bardziej równomiernie na całej krawędzi skrawającej. Ma to duże znaczenie w przypadku drogich narzędzi węglika spiekanego i pokrytych diamentem, od których producenci zależą przy najdokładniejszych pracach. Oszczędności związane z mniejszą wymianą narzędzi przy jednoczesnym lepszym jakości części są często poruszane przez zakłady podczas dyskusji na temat nowoczesnych technik obróbki.
W przypadku skomplikowanych kształtów i elementów zaawansowane oprogramowanie CAM (Computer-Aided Manufacturing) staje się niezbędne do konfigurowania trudnych tras narzędzia w technologii 5-osiowej. Ręczne kodowanie po prostu nie radzi sobie z kontrolowaniem wszystkich ruchomych elementów występujących w operacjach wieloosiowych. Dobrą wiadomością jest to, że nowoczesne systemy potrafią tworzyć ścieżki unikające kolizji oraz radzić sobie nawet z najbardziej skomplikowanymi geometriami. Jak donoszą liczne zakłady, wykorzystanie tych narzędzi może skrócić czas programowania o około 40%. Kluczową zaletą jest bezpośrednie łączenie się z modelami CAD. To połączenie zapewnia dokładne przetłumaczenie pierwotnej wizji projektanta na instrukcje maszynowe, dzięki czemu cały proces – od szkicu po gotowy produkt – przebiega znacznie sprawniej niż przy tradycyjnych metodach.
Gdy wszystkie pięć osi porusza się jednocześnie, istnieje znacznie większe prawdopodobieństwo, że uchwyt narzędzia może uderzyć w przedmiot obrabiany lub zahaczyć o oprzyrządowanie. Dlatego współczesne oprogramowanie CAM obejmuje takie funkcje jak symulacje w czasie rzeczywistym i ostrzeżenia przed kolizjami bezpośrednio w systemie. Programiści mogą faktycznie obserwować, jak cała maszyna porusza się w przestrzeni, zanim uruchomią ją naprawdę. Mogą wcześnie wykryć potencjalne problemy i odpowiednio dostosować ścieżki narzędzi. Co to oznacza w praktyce? Znacznie rzadziej dochodzi do kosztownych awarii maszyn, ponieważ nikt nie jest zaskoczony nieoczekiwanymi punktami kontaktu. Zakłady oszczędzają pieniądze na marnowaniu materiałów podczas nieudanych prób. Ponadto pracownicy są bezpieczniejsi w pobliżu sprzętu, a detale mają lepszą jakość, ponieważ wszystko odbywa się zgodnie z zaplanowanymi ruchami, a nie przypadkowymi kolizjami.
Najnowsza fala w programowaniu 5-osiowych maszyn CNC wiąże się z integrowaniem sztucznej inteligencji w oprogramowaniu CAM. Te systemy analizują dane z poprzednich operacji frezarskich, sposób reakcji różnych materiałów podczas cięcia, a nawet sposób zużywania się narzędzi w czasie, aby automatycznie dostroić ustawienia. Co czyni to szczególnie interesującym, to zdolność AI do wykrywania problemów zanim się pojawią, dynamicznej korekty prędkości posuwu oraz modyfikacji ścieżek narzędzi w celu maksymalnego wykorzystania każdego cięcia, często wymagając jedynie kilku kliknięć od operatorów. Zakłady, które przyjęły te rozwiązania oparte na sztucznej inteligencji, zgłaszają szybsze uruchamianie maszyn, mniejsze marnowanie materiału oraz detale, które od razu wychodzą zgodnie z wymaganiami. Dla producentów zajmujących się złożonymi geometriami i wąskimi tolerancjami, oznacza to przełom w sposobie, w jaki dziś podeходимy do precyzyjnej obróbki skrawaniem.
EN
