Päťosé CNC obrábanie posúva výrobu na viacerých osách na novú úroveň, pretože všetky päť osí stroja sa skutočne pohybujú súčasne počas rezu. To, čo robí túto technológiu takou špeciálnou, je to, že rezný nástroj zostáva správne zarovnaný voči obrobku, aj keď nasleduje veľmi komplikované tvary. Systém funguje kombináciou troch lineárnych pohybov (X, Y, Z) a dvoch rotačných pohybov, ktoré sú zvyčajne označené ako A a C, alebo niekedy B a C. Pre dielne vyrábajúce súčiastky s množstvom kriviek a uhlov to znamená, že môžu vytvárať mimoriadne podrobné komponenty bez nutnosti ručne zastavovať a upravovať polohy. Výsledkom je lepšia celková presnosť a rýchlejšie výrobné časy v porovnaní so staršími metódami.
Správne ovládanie skutočného 5-osého obrábania závisí do značnej miery od toho, ako dobre stroj spracováva dráhy nástroja a či disponuje vhodnými funkciami RTCP alebo Rotational Tool Center Point. Keď RTCP správne funguje, deje sa niečo naozaj úžasné. Riadiaca jednotka CNC neustále kompenzuje posuny skutočnej polohy nástroja počas pohybu rotujúcich častí. Tým sa udržiava presná súladnosť a hrot nástroja zostáva presne tam, kde má byť, aj keď je celý stroj v nepravidelnej polohe. Bez takejto korekcie v reálnom čase by sme počas komplikovaného rezania videli rôzne chyby v polohe. A priznajme si, nikto nechce nekonzistentné výsledky zo svojho drahého zariadenia. Keď všetkých päť osí pracuje spoločne hladko a bez problémov, nástroje nasledujú dráhy, ktoré sa prirodzene pohybujú materiálom. To znamená lepšie rezné uhly pri obrábaní plôch a v konečnom dôsledku vznikajú súčiastky s jemnejšími detailmi a tesnejšími toleranciami, ako to bolo možné dosiahnuť pri starších metódach.
Hoci obe metódy, skutočné 5-osé a 3+2-osé obrábanie, zahŕňajú päť osí, medzi nimi existujú dosť významné rozdiely. Pri 3+2-osom obrábaní, ktoré sa niekedy nazýva pozicionálne 5-osé, sa najprv stroj nastaví do pozície súčiastky pomocou dvoch rotačných osí a potom ich uzamkne, kým prebieha bežné 3D obrábanie. Nevýhodou je, že keď sú raz uzamknuté, nástroj nemôže počas rezu meniť uhol, takže komplikované tvary zvyčajne vyžadujú niekoľko rôznych nastavení. To vedie k otravným schodovitým stopám na povrchoch a všeobecne nižšej kvalite povrchu. Na druhej strane skutočné súbežné 5-osé obrábanie udržiava všetkých päť osí v pohybe po celý čas. Tento nepretržitý pohyb umožňuje hladké dráhy nástroja bez prerušenia, lepšiu presnosť tvaru a výrazne kvalitnejšie povrchy. Tieto výhody robia túto metódu mimoriadne cennou v odvetviach, ako je letecký priemysel, výroba lekárskych prístrojov a výroba foriem, kde najväčší význam má presnosť.
Pri práci s 5-osou simultánnym obrábaním musia byť lineárne osi (X, Y, Z) aj rotačné osi (A, C) dokonale synchronizované prostredníctvom kinematickej kontroly v reálnom čase. To, čo sa tu deje, je naozaj pôsobivé – stroj udržiava rezný nástroj v presne správnom uhle voči obrobku, ktorý tvaruje, čo umožňuje vytváranie komplikovaných 3D profilov bez medzier alebo chýb. Moderné CNC systémy prakticky vykonávajú všetky potrebné výpočty pre ďalšiu polohu nástroja už počas jeho pohybu. Tento druh presnosti umožňuje výrobcom vyrábať veci ako krídla lietadiel s ich hladkými krivkami, lekárske implantáty, ktoré presne zodpovedajú návrhu, alebo dokonca umelecké sochy, ktoré by inak trvali týždne na dokončenie. Rozdiel oproti starším technikám? Menej plytvania materiálom a oveľa menej hodín strávených opravovaním chýb po skutočnosti.
Aerospace priemysel sa obrátil na skutočné 5-osé súbežné obrábanie ako na zásadný posun pri výrobe lopatiek turbín. Jeden z hlavných výrobcov nedávno prešiel na nepretržitý 5-osi pohyb pri tvorbe lopatiek kompresora, ktoré majú tie komplikované tvary profilov krídel a vyžadujú extrémne úzke tolerancie. Vďaka spojitej synchronizácii osí môže rezanie prebiehať hladko po celom povrchu lopatky bez nutnosti zastavovať a prenastavovať nástroje. Výsledky hovoria sami za seba: časy výroby klesli približne o 60 % oproti starším metódam a dosiahli sa povrchové úpravy až do Ra 0,4 mikrometra, čo spĺňa aj najnáročnejšie aerodynamické špecifikácie. Tento prístup jednoznačne prevyšuje tradičné techniky indexovania 3+2 z hľadiska efektivity aj kvality.
Výskum obrábacích procesov ukazuje, že skutočné 5-osé súbežné obrábanie môže zvýšiť presnosť dráhy povrchu približne o 40 percent voči tradičným technikám 3 plus 2 osí. Dôvodom tohto zlepšenia je neustály pohyb nástrojov, ktorý udržiava rovnomerný rezný tlak po celý proces. Keď stroje po zmene polohy zastavia a znovu sa rozbehnú, majú tendenciu zanechávať drobné stupne a chyby, ktoré pri nepretržitej prevádzke nie sú prítomné. U dielov, ktoré vyžadujú vynikajúce charakteristiky pre fluidné dynamiky alebo prietok vzduchu, tieto malé rozdiely naozaj záležia, pretože akokoľvek menšie nedokonalosti môžu výrazne ovplyvniť celkový výkon.
Pri práci na zložitých súčiastkach pomocou tradičných 3-osových strojov si dielne zvyčajne vyžadujú niekoľko rôznych nastavení počas celého procesu. Približne pri každej výmene prípravkov a ručnom zarovnaní všetkého existuje väčšia pravdepodobnosť, že sa niečo pokazí. Práve tu sa plne prejaví výhoda 5-osého CNC obrábania. Tieto stroje dokážu vykonať celú prácu naraz vďaka dodatočným otáčacím osiam. Rezné nástroje teraz môžu dosiahnuť do ťažko prístupných miest, ako sú podrezávania, hlboké dutiny alebo povrchy pod zvláštnymi uhlami, bez nutnosti vyberať obrobok zo stroja. To výrazne zníži malé chyby, ktoré sa hromadia pri viacerých nastaveniach, a zabezpečí, že každá súčiastka bude konzistentne presná. Pre spoločnosti vyrábajúce lietadlové komponenty alebo chirurgické nástroje je tento rozdiel veľmi dôležitý, pretože ich výrobky vyžadujú od začiatku do konca extrémnu zložitosť aj absolútne spoľahlivú presnosť.
Keď stroj vykonáva pohyb na 5 osí súčasne, skráti sa tým čas strácaný medzi jednotlivými operáciami. Nie je potrebné tak často zastavovať a prekladať diely, vyžaduje sa menej výmen nástrojov a celkovo dochádza k menšiemu výpadku stroja. Stroj udržiava rezný nástroj počas prevádzky v presne správnej polohe, čo znamená vyššie posuvné rýchlosti a lepšie odstraňovanie triesok z obrobku. Krátke nástroje, ktoré sú zároveň dostatočne tuhé, vynikajú pri určitých uhloch, čím sa znížia vibrácie, ktoré rýchlo opotrebúvajú nástroje. Všetky tieto faktory spolu znamenajú rýchlejšiu výrobu bez straty presnosti merania alebo kvality povrchu finálneho výrobku. Dielne, ktoré tento prechod uskutočnili, hlásia zreteľné zlepšenie svojich výrobných výkonov.
Pokiaľ ide o päťosé súčasné obrábanie, hlavnou výhodou je lepšia presnosť rozmerov, pretože stroj neustále upravuje polohu rezného nástroja voči obrobku. Systém počas procesu neustále vykonáva tieto úpravy, čo pomáha znížiť odklon nástroja od jeho dráhy a zabezpečuje, že každý rez odstráni približne rovnaké množstvo materiálu. Moderné systémy počítačom riadeného numerického riadenia (CNC) to vedia ešte zlepšiť. Počas behu úlohy kompenzujú napríklad zmeny teploty stroja alebo rozdiely medzi jednotlivými dávkami materiálu. To znamená, že výrobcovia dosahujú stále rovnaké vysoké výsledky, aj keď pracujú na veľkých projektoch alebo zložitých súčiastkach, ktoré by bežne bolo ťažké presne vyrobiť.
Keď nástroj zostáva zapojený pri konzistentných uhloch počas 5-osého obrábania, vytvára veľmi hladké povrchové úpravy, ktoré často eliminujú potrebu ďalších krokov leštenia. Rovnomerné rozloženie rezných síl zníži tie otravné vibrácie a problémy s chvením, čo umožňuje obrábacim strojom dosiahnuť zrkadlovú kvalitu dokonca aj na komplexných voľných tvaroch. Ďalšou výhodou tohto stabilného rezného nastavenia je dlhšia životnosť nástroja, keďže opotrebenie je rovnomerne rozložené po celom reznom okraji. To je dôležité najmä pre drahé karbidové a diamantovo pokované nástroje, na ktoré sa výrobcovia spoliehajú pri svojej najpresnejšej práci. Úspora peňazí na výmenu nástrojov pri zároveň lepšej kvalite súčiastok je niečo, o čom mnohé dielne hovoria pri diskusii o moderných obrábacích technikách.
Pri práci so zložitými tvarmi a súčiastkami sa pokročilý softvér CAM (počítačom podporovaná výroba) stáva nevyhnutným pre nastavenie tých náročných 5-osých dráh nástrojov. Ručné programovanie jednoducho nie je vhodné na riadenie všetkých pohybujúcich sa častí zapojených do viacosých operácií. Dobrou správou je, že tieto moderné systémy dokážu vytvoriť dráhy, ktoré sa vyhýbajú kolíziám a zvládnu aj najkomplikovanejšie geometrie. A podľa správ mnohých dielní sa čas potrebný na programovanie skráti približne o 40 %, keď sa použijú tieto nástroje. Ich veľká hodnota spočíva v tom, ako sú priamo prepojené s CAD modelmi. Toto prepojenie znamená, že pôvodné návrhy konštruktérov sú presne preložené do inštrukcií pre stroje, čo celý proces od náčrtu po hotový výrobok urobí oveľa hladším, ako to umožňovali tradičné metódy.
Keď sa všetkých päť osí pohybuje naraz, je omnoho vyššia pravdepodobnosť, že sa držiak nástroja môže zasiať do obrobku alebo zachytiť o upínacie prípravky. Preto dnešný softvér CAM obsahuje funkcie ako simulácie v reálnom čase a upozornenia na kolízie priamo v systéme. Programátori môžu vizuálne sledovať, ako sa celý stroj pohybuje v priestore, ešte pred tým, než spustia skutočný beh. Už včasné detekujú potenciálne problémy a prispôsobia tak trajektórie nástrojov. Ako sa to prejavuje v praxi? Výrazne klesá počet drahých havárií strojov, pretože nikoho neprekvapia neočakávané body kontaktu. Dielne šetria peniaze aj na plytvaní materiálom pri neúspešných skúšobných behoch. Navyše pracovníci sú bezpečnejší pri obsluhe zariadení a výsledné diely majú lepšiu kvalitu, keďže všetko sleduje naplánované pohyby namiesto náhodných kolízií.
Najnovšia vlna pri programovaní 5-osých CNC strojov zahŕňa integráciu umelej inteligencie do CAM softvéru. Tieto systémy analyzujú údaje z predchádzajúcich obrábaní, reakcie rôznych materiálov počas rezu a dokonca aj opotrebovanie nástrojov v čase, aby automaticky upravili nastavenia. Zaujímavé je, že umelá inteligencia dokáže odhaliť problémy ešte pred ich vznikom, dynamicky upravovať posuvy a modifikovať dráhy nástrojov, aby maximalizovala efektívnosť každého rezu, pričom operátorovi stačí len niekoľko kliknutí. Dielne, ktoré tieto riešenia s umelou inteligenciou využívajú, hlásia rýchlejšie uvádzanie strojov do prevádzky, menšie množstvo odpadu a súčiastky, ktoré sú už od prvého pokusu konzistentne presné. Pre výrobcov, ktorí sa zaoberajú komplexnými geometriami a tesnými toleranciami, ide o revolučný posun v prístupe k presnému obrábaniu dnes.
EN
