3-осевая и 5-осевая обработка с ЧПУ: ключевые различия

3-осевая и 5-осевая обработка на станках с ЧПУ 

CNC-обработка Это передовая технология обработки материалов, позволяющая изготавливать сложные компоненты с помощью станков с ЧПУ. Современные станки с ЧПУ поставляются с различными вариантами исполнения. многоосевая обработка Возможности обработки деталей все более сложной конструкции. Среди них наиболее распространены в производстве 3-осевые и 5-осевые станки. Количество осей указывает на направления, в которых режущий инструмент может перемещаться для выполнения операций обработки.

Различия проявляются в принципах их работы, точности, скорости производства и сложности обрабатываемых конструкций. Поэтому для выбора подходящего типа станка, соответствующего вашим производственным требованиям, необходимо сравнительное понимание 3-осевых и 5-осевых станков с ЧПУ. 

Что такое 3-осевой станок с ЧПУ? 

3-осевой фрезерный станок с ЧПУ

Трехкоординатный станок характеризуется тем, что инструмент (или заготовка) может перемещаться вокруг трех различных осей: X, Y и Z. Каждая ось представляет одно линейное направление: ось X означает движение влево и вправо, ось Y означает движение вперед и назад, а ось Z означает движение вверх и вниз.

Он подходит для создания 2D-объектов и простых 3D-форм. Настройка и эксплуатация проще, чем у 4- или 5-осевых станков. Кроме того, существуют различные разновидности 3-осевых станков, такие как фрезерные станки с ЧПУ, токарные станки и 3-осевые обрабатывающие центры. Вы можете ознакомиться с различиями между ними. Токарный станок с ЧПУ против токарного центра и Фрезерный станок против. Токарный станок здесь. 

На 3-осевом станке с ЧПУ можно выполнять резку, сверление, прорезку пазов, торцевание, нарезание резьбы и другие стандартные операции обработки. Ограничением является необходимость перенастройки установки для обработки другой плоскости заготовки. Тем не менее, на определённых уровнях сохраняется возможность создания сложных геометрических форм. 

Преимущества 3-осевой обработки

• Простая установка: Настройка станка, зажим инструмента и программирование траектории инструмента для 3-осевого ЧПУ просты и требуют меньше времени. 
• Бюджетный: 3-осевые станки с ЧПУ стоят около 50 000 долларов США, а стоимость обработки в час ниже, чем у 4- или 5-осевых обрабатывающих центров. 
• Быстрее для простых деталей: Скорость производства высокая для обработки простых 3D-форм. 
• Легко работать: Операторы со средним уровнем квалификации могут управлять процессами 3-осевой обработки на станках с ЧПУ.

Недостатки 3-осевой обработки

• Ограниченные сложные формы: Обработка всех плоскостей заготовки требует повторного закрепления, при этом невозможно создание поднутрений и сложных контуров.

• Более низкая точность:  Общий допуск 3-осевого ЧПУ составляет ±0.125 мм, что недостаточно для высокоточных применений.

• Скорость производства: Более длительное время цикла снижает скорость производства и не подходит для больших объемов.

• Одноплоскостная обработка: В трёхкоординатном станке с ЧПУ радиус действия инструмента ограничен одной плоскостью. Для многосторонней обработки необходимо повторно закрепить заготовку и переместить инструмент в нужное положение. 

Что такое 5-осевой станок с ЧПУ? 

5-осевая обработка с ЧПУ 

Пятиосевой станок с ЧПУ может перемещать заготовку или режущий инструмент по пяти различным осям: трем линейным осям и двум осям вращения X, Y, Z, A и B. X, Y и Z обозначают одни и те же направления: влево-вправо, вперед-назад и вверх-вниз. 

Следовательно, A — это ось вращения вокруг оси X, а B — это ось вращения вокруг оси Y или Z. Это означает, что вы можете вращать и наклонять заготовку для многосторонней обработки, не меняя настройки. 

Если мы сравним 3 против 4 против 5 — обработка на станках с ЧПУОчевидно, что дополнительные оси расширяют возможности, а 5 осей обеспечивают гораздо лучший доступ инструмента к труднодоступным местам. Непрерывная обработка позволяет создавать сложные формы и контуры. Это позволяет изготавливать сложные изделия с высокой точностью и гладкой отделкой. 

Вы можете выполнять специализированные операции обработки на 5-координатном обрабатывающем центре, фрезерном и токарном станках. Например, контурное фрезерование, обработка поднутрений, контурная обработка профилей, фигурная обработка и фрезерование по спирали.  

Если вас интересуют операции по механической обработке, прочитайте Фрезерование против сверления и Электроэрозионная обработка против фрезерования здесь. 

Преимущества 5-осевой обработки

• Сложные трехмерные фигуры: 5-координатная обработка позволяет осуществлять непрерывную обработку нескольких сторон заготовки. Она позволяет создавать неровные контуры, выточки, угловые элементы и т. д.
• Высокая скорость производства: Одновременная обработка по пяти осям позволяет изготавливать готовые детали быстрее, чем на 3- или 4-осевых станках. 
• Эффективность: Благодаря исключению многократной смены инструмента и настройки задания 5-осевая обработка сокращает время простоя и повышает эффективность производства.
• Точность и точность: Равномерное зацепление режущего инструмента обеспечивает точность деталей. При этом допуск может достигать ±0,0125 мм и даже меньше. 
• Качество поверхности: Непрерывный контроль ориентации инструмента и сокращение числа повторных перемещений обеспечили получение чистой и гладкой обработанной поверхности.

Недостатки 5-осевой обработки

• Более высокие первоначальные затраты: Стандартный 5-осевой станок с ЧПУ стоит более 100 000 долларов США, что обуславливает высокую стоимость его установки, а стоимость обработки в час также высока. 
• Сложная настройка и траектория инструмента: Настройка станка, эксплуатация и оптимизация траектории инструмента сложны и требуют высокого уровня знаний. 
• Более высокая стоимость инструмента:  Зачастую для этого требуются более короткие и жесткие режущие инструменты, которые стоят дороже обычных инструментов. 

Различия между 3-осевой и 5-осевой обработкой с ЧПУ 

В вышеизложенном обсуждении мы разобрались с концепцией, плюсами и минусами как 3-, так и 5-осевых станков. Теперь давайте сравним их по возможностям, качеству обработки, стоимости, времени цикла и возможностям настройки. 

Движение осей 

Трёхкоординатные станки с ЧПУ ограничены линейным перемещением и могут двигаться в направлениях слева направо, сзади вперёд и сверху вниз. Это затрудняет обработку труднодоступных участков сложных конструкций. С другой стороны, пятикоординатная обработка позволяет использовать две оси вращения и обеспечивает больший контроль над сложными элементами.

Настройка сложности и программирования 

При 3-осевой обработке оснастка и зажимные устройства менее сложны, а программирование ЧПУ также относительно простое. С другой стороны, 5-осевая обработка с ЧПУ требует более сложной настройки. Кроме того, программирование ЧПУ также сложно из-за сложной траектории движения инструмента и учёта его наклона и вращения. Для этого требуется современное CAM-программное обеспечение. 

Сложные формы 

Деталь, обработанная на 5-осевом станке с ЧПУ

Возможность использования большего количества осей позволяет создавать сложные детали с помощью специализированных операций обработки, таких как контурная обработка и глубокая резка. 3-осевое ЧПУ используется для обработки плоских поверхностей, глухих и сквозных отверстий, резьбы, простых трехмерных фигур, гравированных поверхностей, фасок, скруглений и т. д. 

В отличие от них, 5-осевые станки обладают более широкими возможностями, включая обработку поверхностей свободной формы и криволинейных поверхностей, сложных трехмерных контуров, выточек, глубоких полостей и наклонных поверхностей.

Скорость производства и эффективность 

Если вы изготавливаете простые детали малыми и средними партиями, 3-осевая обработка может по скорости соответствовать 5-осевой. В противном случае производственный цикл замедляется. Непрерывная обработка без смены инструмента и его позиционирования на 5-осевых станках повышает скорость и эффективность производства.

Стоимость

Типичная стоимость 3- и 5-осевых станков составляет 50 000 и 100 000 долларов США соответственно. Кроме того, стоимость производства детали или часа обработки для 5-осевых станков выше из-за необходимости использования современного инструмента, точной оснастки и специализированного программного обеспечения. 

Качество отделки поверхности 

3- и 5-осевая обработка на станке с ЧПУ

На обработанной поверхности изделий, изготовленных на 3-координатных станках, могут присутствовать следы инструмента и заусенцы, тогда как 5-координатные станки оставляют более гладкую поверхность. Типичный диапазон значений шероховатости поверхности (Ra) составляет от 0.8 до 3.2 мкм для 3-координатной обработки и от 0.4 до 1.8 мкм для 5-координатной обработки.

Индивидуализация и свобода дизайна 

Трёхкоординатная обработка ограничивает свободу проектирования из-за малого перемещения осей и фиксированной ориентации инструмента. Для обработки сложных элементов требуется несколько установов, что увеличивает время цикла. С другой стороны, пятикоординатная обработка с ЧПУ обеспечивает гораздо большую гибкость и возможность настройки. Она позволяет обрабатывать сложные формы, криволинейные поверхности и многогранные элементы за один установ.

Области применения 

5-осевое ЧПУ-приложение

Трёхкоординатные станки с ЧПУ используются для простых и общих производственных задач, таких как изготовление автомобильных деталей, деталей из листового металла, сверление, фрезерование плоских поверхностей, изготовление кронштейнов и поверхностей со средней степенью сложности. Пятикоординатные станки используются для более сложных деталей, требующих высокой точности, таких как медицинские имплантаты, турбинные лопатки, штампы и пресс-формы, а также авиационные компоненты. 

(Хотите узнать больше о применении производственных процессов? Нажмите здесь. листовой металл против обработанных деталей здесь.)

В чем разница между 3-осевым и 5-осевым фрезерованием?

3-осевое и 5-осевое фрезерование 

Фрезерование — это вид обработки, при котором используется вращающийся инструмент и неподвижная заготовка. Для этого используются фрезерные станки или обрабатывающие центры. При трёхкоординатном фрезеровании инструмент крепится к шпинделю, который может перемещаться по осям X, Y и Z. Он может выполнять резку, контурную обработку, Фрезерование резьбы против нарезания резьбы, бурение и т. д. 

 В отличие от этого, 5-координатное фрезерование позволяет обрабатывать сложную геометрию, выточки, сложные углы и поверхности произвольной формы. Инструмент может подходить к заготовке под разными углами. Следовательно, две дополнительные оси позволяют одновременно наклонять и вращать заготовку. 

Подробнее:

• Горизонтальное и вертикальное фрезерование
• Обработка против литья
• Резка проволоки против электроэрозионной обработки

Отрасли, использующие преимущества 3- и 5-осевой обработки с ЧПУ 

Обработка на станках с ЧПУ широко применяется в различных отраслях промышленности: от общей обработки до изготовления прецизионных деталей для аэрокосмической и медицинской промышленности. 3-осевая обработка на станках с ЧПУ применяется для простых промышленных изделий, тогда как 5-осевые станки применяются для сложных и высокоточных применений. 

Отрасли, использующие преимущества 3-осевой обработки с ЧПУ 

Автомобильная промышленность: 

Трёхкоординатная обработка позволяет ускорить производство различных конструктивных и двигательных компонентов в автомобильной промышленности. Например, опор двигателя, головок блока цилиндров, корпусов трансмиссии, кронштейнов подвески, крепёжных деталей и т. д.

Аэрокосмическая промышленность: 

Хотя критически важные компоненты самолёта изготавливаются на многокоординатных станках с ЧПУ, простые детали и детали салона изготавливаются с помощью трёхкоординатной обработки. Например, кронштейны, валы и некоторые элементы шасси. 

Потребительская электроника: 

Компоненты бытовой электроники, такие как корпуса, радиаторы и детали с угловыми гранями, изготавливаются с помощью трёхкоординатной обработки. Кроме того, могут использоваться как пластиковые, так и металлические материалы. 

Инструменты и приспособления 

3-координатные станки могут производить различные компоненты инструментов и приспособлений по конкурентоспособной цене, такие как крепежные пластины, простые кондукторы и установочные выступы.

Отрасли, использующие преимущества 5-осевой обработки с ЧПУ 

Медицинская промышленность: 

Медицинские диагностические компоненты и имплантаты должны быть высокоточными для обеспечения точной диагностики и безопасности пациента. 5-осевая обработка на станках с ЧПУ позволяет изготавливать индивидуальные имплантаты и другие медицинские компоненты с допуском до  ± 0.005. 

Аэрокосмическая промышленность: 

5-координатная обработка обеспечивает жёсткие допуски и позволяет обрабатывать сложные геометрические формы, необходимые для эксплуатационных характеристик и безопасности самолётов. Её можно использовать для изготовления силовых шпангоутов, деталей турбин, обшивки из термостекла, заплечиков импеллеров и профилей лопаток турбин. 

Плесень и штампы 

Возможность создания сложных внутренних деталей с высокой точностью обработки поверхности делает 5-осевую обработку с ЧПУ одним из ключевых методов в производстве пресс-форм и штампов. Поэтому она эффективна при изготовлении литьевых форм, литейных форм и т. д. 

Решения для многоосевой обработки с ЧПУ в Boda

В Boda мы располагаем многокоординатными станками с ЧПУ и командой экспертов с десятилетним опытом работы в сфере механообработки. Мы поможем вам выбрать 3- или 5-координатный станок, который лучше всего подходит для вашей конструкции. 

Мы предоставляем услуги по обработке на станках с ЧПУ для всего, от простых деталей до сложных компонентов автомобильной, аэрокосмической, медицинской и электронной промышленности. Независимо от того, требуется ли для вашей детали фрезерование, токарная обработка или их комбинация, наши специалисты готовы вам помочь. токарно-фрезерные услуги Мы можем изготавливать точные детали на заказ с жесткими допусками. Мы также можем проанализировать ваш проект и предложить практические улучшения для упрощения обработки и снижения производственных затрат.

Загрузите свой проект, чтобы воспользоваться нашими обширными решениями по многоосевой обработке. 

Заключение 

Хотя оба типа станков выполняют одни и те же функции в производстве, между 3- и 5-осевой обработкой на станках с ЧПУ существует ряд различий. 3-осевые станки идеально подходят для обработки простых деталей, которые можно изготовить стандартными методами. С другой стороны, 5-осевые станки могут выполнять специализированные операции обработки и создавать сложные механические компоненты с криволинейными поверхностями, глубокими полостями, выточками и нестандартными профилями. 

В конечном итоге выбор зависит от геометрической сложности вашей конструкции, желаемой точности, качества обработки и объёма производства. Поэтому определите свои требования и проанализируйте, какая обработка — 3- или 5-осевая — обеспечит лучший результат по конкурентоспособной цене. 

 FAQ

Каковы недостатки 5-осевого станка с ЧПУ?

5-осевой станок с ЧПУ имеет более высокую первоначальную стоимость, требует сложного программирования, а 5-осевые конфигурации в некоторых случаях могут привести к снижению жесткости. 

Каковы преимущества 5-осевой обработки?

5-осевая обработка позволяет создавать сложные геометрические формы, улучшает качество обработки поверхности, сокращает время цикла и позволяет выполнять одновременную контурную обработку.

Каковы ограничения 3-осевого ЧПУ?

Ограничениями 3-осевого ЧПУ являются ограничения вращательного движения, необходимость многократной настройки для угловых деталей и ограниченный доступ к инструменту в труднодоступных местах.