П’ятиосьове CNC-фрезерування піднімає багатоосьове виробництво на новий рівень, оскільки всі п’ять осей верстата фактично рухаються одночасно під час різання. Особливість полягає в тому, що інструмент завжди правильно орієнтований щодо оброблюваної деталі, навіть при обробці дуже складних форм. Система поєднує три лінійних рухи (X, Y, Z) та два обертальні рухи, які зазвичай позначають як A і C або іноді B і C. Для виробництв, що виготовляють деталі з багатьма кривими та кутами, це означає можливість створювати надзвичайно деталізовані компоненти без необхідності зупинятися та вручну змінювати положення. Результат? Вища точність і скорочення часу виробництва порівняно зі старими методами.
Правильне виконання справжнього 5-вісного оброблення значною мірою залежить від того, наскільки добре верстат обробляє траєкторії інструменту та чи має він належні можливості RTCP (Rotational Tool Center Point). Коли RTCP працює правильно, відбувається справді дивовижна річ: керуючий пристрій ЧПК постійно компенсує зміни положення інструменту під час обертання рухомих частин. Це забезпечує правильне позиціонування, щоб кінчик інструменту залишався точно в потрібному місці, навіть коли весь верстат знаходиться під незвичайним кутом. Без такого коригування в реальному часі під час складних операцій різання виникали б численні помилки позиціонування. І чесно кажучи, ніхто не хоче отримувати нестабільні результати від свого дорогого обладнання. Коли всі п'ять осей працюють разом плавно й без перебоїв, інструменти рухаються по траєкторіях, які природно проходять крізь матеріал. Це означає кращі кути обробки поверхонь і, врешті-решт, дозволяє виготовляти деталі з набагато вищою точністю та меншими допусками, ніж це можливо за допомогою старіших методів.
Хоча як справжнє 5-вісне, так і 3+2-вісне оброблення включають п'ять осей, між ними є певні суттєві відмінності. У разі 3+2-вісного оброблення, яке іноді називають позиціонуванням по 5 осях, спочатку верстат позиціонує деталь за допомогою двох обертальних осей, а потім фіксує їх, виконуючи звичайне 3D-фрезерування. Недолік полягає в тому, що після фіксації інструмент не може змінювати кут нахилу під час різання, тому для складних форм зазвичай потрібно кілька різних налаштувань. Це призводить до неприємних сходоподібних слідів на поверхнях і, як правило, до гіршої якості обробки. З іншого боку, справжнє одночасне 5-вісне оброблення передбачає постійний рух усіх п'яти осей протягом усього процесу. Цей неперервний рух дозволяє отримувати плавні траєкторії інструмента без перерв, кращу точність форми і значно вищу якість поверхонь. Ці переваги роблять його особливо цінним у таких галузях, як виробництво літаків, виготовлення медичних пристроїв і виготовлення форм, де найбільше значення має точність.
Під час роботи з 5-вісним синхронним обробленням лінійні осі (X, Y, Z) та обертальні осі (A, C) мають залишатися ідеально синхронізованими завдяки кінематичному керуванню в реальному часі. Те, що відбувається, справді дивовижне — верстат постійно підтримує потрібний кут розташування інструменту відносно деталі, що дозволяє створювати складні тривимірні контури без прогалин чи помилок. Сучасні системи ЧПК фактично виконують усі необхідні розрахунки щодо наступного положення інструменту навіть під час його руху. Така точність дає можливість виробникам виготовляти такі вироби, як крила літаків із гладкими вигинами, медичні імпланти, що точно відповідають проекту, або навіть художні скульптури, які інакше зайняли б тижні роботи. У чому перевага порівняно зі старими методами? Менше витрат матеріалу та значно менше годин, витрачених на виправлення помилок.
Аерокосмічна галузь звернулася до справжнього п'ятивісного синхронного оброблення як до проривної технології для виготовлення лопатей турбін. Один із провідних виробників нещодавно перейшов на безперервний п'ятивісний рух під час створення лопатей компресора, що мають складні форми профілю й потребують надзвичайно жорстких допусків. Завдяки реальному синхронному координуванню осей обробка може безперебійно виконуватися по всій поверхні лопаті без необхідності зупинятися та переустановлювати інструмент. Результати говорять самі за себе: час виробництва скоротилося приблизно на 60% порівняно зі старішими методами, а показники шорсткості поверхні досягли Ra 0,4 мкм, що відповідає навіть найвищим аеродинамічним вимогам. Це значно перевершує традиційні методи індексації 3+2 за ефективністю та якістю.
Дослідження процесів обробки показують, що реальна п’ятивісна симультанна обробка може підвищити точність траєкторії поверхні приблизно на 40 відсотків порівняно з традиційними методами 3 плюс 2 вісі. Причина цього покращення полягає у постійному русі інструментів, що забезпечує рівномірний тиск різання протягом усього процесу. Коли верстати зупиняються та знову запускаються після зміни положення, вони схильні залишати дрібні ступеньки та дефекти, яких немає під час безперервної роботи. Для деталей, які потребують чудових характеристик гідродинаміки або потоку повітря, ці незначні відмінності мають велике значення, оскільки будь-що менше за ідеал може суттєво погіршити загальну продуктивність.
Під час роботи над складними деталями за допомогою традиційних трикоординатних верстатів, як правило, потрібно кілька різних установок на протязі всього процесу. Кожного разу, коли потрібно змінити пристосування та вручну вирівняти все обладнання, зростає ймовірність помилки. Саме тут особливо вигідно використовувати п’ятиосьове фрезерування з ЧПУ. Ці верстати можуть виконати всю роботу за один цикл завдяки додатковим обертальним осям. Тепер інструменти можуть досягати важкодоступних місць, таких як підтиски, глибокі пази та поверхні під незвичайним кутом, не виймаючи заготовку з верстата. Це скорочує кількість дрібних похибок, що накопичуються під час кількох установок, і забезпечує стабільну точність виготовлення кожної деталі. Для компаній, що виробляють авіаційні деталі або хірургічні інструменти, ця різниця має велике значення, адже їхня продукція потребує як надзвичайної складності, так і абсолютної точності на кожному етапі.
Коли верстат виконує рух по 5 осях одночасно, скорочується час, витрачений марно між операціями. Немає потреби так часто зупинятися та переустановлювати деталі, потрібно менше замін інструментів і загалом менше простою. Верстат утримує різальний інструмент у потрібному положенні під час роботи, що дозволяє досягти вищої швидкості подачі та кращого видалення стружки з заготовки. Короткі, але достатньо жорсткі інструменти чудово працюють під певними кутами, зменшуючи вібрації, які швидко призводять до зносу інструменту. Усе це разом забезпечує швидше виробництво без втрати точності вимірювань чи якості обробленої поверхні кінцевого продукту. Підприємства, які вже перейшли на таке обладнання, повідомляють про помітне покращення показників виробництва.
Що стосується п’ятивісної одночасної обробки, основною перевагою є покращена точність розмірів, оскільки верстат постійно коригує положення різального інструмента відносно оброблюваної деталі. Система безперервно вносить ці корективи, що допомагає зменшити вигин інструмента від заданої траєкторії й забезпечує зняття приблизно однакової кількості матеріалу під час кожного різання. Сучасні системи комп'ютерного числового програмного керування (CNC) йдуть ще далі. Вони фактично компенсують такі фактори, як зміни температури у верстаті та відхилення між різними партіями матеріалів під час виконання завдання. Це означає, що виробники отримують стабільно високі результати навіть під час виконання великих проектів або складних деталей, які зазвичай важко точно виготовити.
Коли інструмент залишається включеним під постійними кутами під час 5-вісного оброблення, це забезпечує дуже гладку поверхню, що часто усуває необхідність додаткових етапів полірування. Рівномірний розподіл сил різання зменшує неприємні вібрації та проблеми з шумом, що дозволяє отримувати дзеркальну якість навіть на складних формах. Ще одна перевага такої стабільної схеми різання — триваліший термін служби інструменту, оскільки знос рівномірніше розподіляється по різальній кромці. Це особливо важливо для дорогих інструментів з карбіду та покритих діамантом, які виробники використовують для найточніших операцій. Економія коштів на заміні інструментів разом із покращенням якості деталей — про це часто говорять багато виробництв, обговорюючи сучасні методи обробки.
При роботі зі складними формами та деталями передове програмне забезпечення CAM (комп'ютерне виробництво) стає необхідним для налаштування складних траєкторій інструменту з 5 осями. Ручне програмування просто не справляється з керуванням усіма рухомими частинами, задіяними в операціях з кількома осями. Добра новина полягає в тому, що сучасні системи можуть моделювати траєкторії, які уникатимуть зіткнень і працюватимуть навіть з найскладнішою геометрією. І, за даними багатьох виробничих дільниць, час програмування скорочується приблизно на 40%, коли використовуються ці інструменти. Їхня велика цінність полягає в безпосередньому зв'язку з CAD-моделями. Це забезпечує точний переклад первісних задумів конструкторів у машинні інструкції, завдяки чому весь процес — від ескізу до готового продукту — стає значно плавнішим, ніж це дозволяли традиційні методи.
Коли всі п'ять осей рухаються одночасно, існує значно вищий ризик того, що тримач інструмента може зачепитися за заготовку або зафіксуватися на пристосуваннях. Саме тому сучасне програмне забезпечення CAM включає такі функції, як симуляція в реальному часі та попередження про зіткнення, безпосередньо в системі. Програмісти можуть спостерігати, як уся машина рухається в просторі, ще до запуску реального процесу. Вони виявляють потенційні проблеми на ранній стадії та коригують траєкторії руху інструмента відповідним чином. Що це означає на практиці? Значно менше дорогих аварій верстатів трапляється, бо нікого не здивовують неочікувані точки контакту. Підприємства економлять кошти на марнованні матеріалів через невдалі тестові запуски. Крім того, працівники почуваються безпечніше поруч із обладнанням, а деталі виходять кращої якості, оскільки весь рух відбувається згідно з запланованими траєкторіями, а не випадковими зіткненнями.
Остання хвиля у програмуванні 5-вісних CNC-верстатів полягає у інтеграції штучного інтелекту в ПЗ САПР. Ці системи аналізують попередні дані обробки, реакцію різних матеріалів під час різання, а також знос інструментів з часом, щоб автоматично налаштовувати параметри. Цікавою особливістю є те, що штучний інтелект може виявляти проблеми ще до їх виникнення, оперативно коригувати подачу та змінювати траєкторії інструмента, щоб максимально ефективно використовувати кожен рух різання, часто вимагаючи лише кількох кліків від оператора. Підприємства, які впроваджують такі рішення на основі ШІ, повідомляють про скорочення часу на налагодження верстатів, зменшення відходів матеріалів і виготовлення деталей, які з першого разу відповідають вимогам. Для виробників, які працюють із складними геометріями та вузькими допусками, це є переломним моментом у підході до прецизійної обробки сьогодні.
EN
