что такое пятикоординатный станок
ТЕХНОЛОГИИ, ИНЖИНИРИНГ, ИННОВАЦИИ
Измеритель диаметра, измеритель эксцентриситета, автоматизация, ГИС, моделирование, разработка программного обеспечения и электроники, БИМ
Как выбрать пятикоординатный фрезерный станок: экспресс-советы профессионала
Пятикоординатный фрезерный станок с ЧПУ отличается от 4 х осевых фрезерных станков с ЧПУ и трехкоординатных состоит в том, что в данном автомате конструкцией предусмотрена шпиндельная головка, имеющая возможность одновременно двигаться в 2 плоскостях, расположенных под углом 90 градусов по отношению к плоскости детали, над которой производится работа. Если сказать иначе, то 5-ти осевой станок имеет пять степеней свободы – это означает, что фреза может осуществлять движение вверх-вниз, становиться вдоль и поперек заготовки, и к тому же в конструкцию вносится возможность обрабатывать заготовку фрезой, расположенной под углом к обрабатываемому телу.
В остальном, их конструкция почти не отличается от традиционных фрезеров с ЧПУ. Она состоит из рабочего поля с системой фиксации материала и шаговых двигателей или сервоприводов. В основном на машины, оборудованные пятью координатами, устанавливаются сервоприводы по причине их высокой точности и обратной связи. Особым отличием является крепление к оси шпинделя, имеющее специальный поворотный механизм, позволяющий наклонять рабочий инструмент на любой угол, чего не может делать 4х осевой автомат. Также важно отметить, что на пятикоординатных машинах имеются специальные датчики, выполняющие контроль за производимой работой.
Преимущества обработки на 5-ти координатном автомате не заканчиваются на фрезерование деталей, имеющих сложную форму. Даже самые простые детали зачастую имеют в своем строении очень много элементов, которые затрудняют их изготовление на традиционном станке, например, это скругления, бобышки, ребра жесткости, галтели.
Обработка материалов и изготовление этих изделий представляют собой довольно сложную задачу для человека, который планирует процесс их производства. В таком случае, фрезерный станок с ЧПУ и с поворотной осью дает возможность без затруднений производить обработку самых различных элементов детали, не прибегая к остановке работы машины и не перезакрепляя заготовку на рабочем столе. Эта возможность не только значительно помогает сэкономить время, которое расходуется на производство детали, но и обеспечит высокое качество обработки, исключая из процесса человеческий фактор, потому что отсутствует необходимость вмешательства оператора при установке фрезы «в ноль» в начале каждого участка.
В этой статье мы поделимся советами о подходах к выбору наиболее универсальных и гибких станков для современных механообрабатывающих производств.
Пятиосевые фрезерные центры с дополнительной токарной функцией позволяют получать изделия практически любой формы с минимальными затратами на подготовку производства.
Чтобы наше исследование не было слишком большим по объему, мы ограничимся рассказом о том, на что нужно обратить внимание при выборе на примере станков с габаритами обрабатываемой заготовки в плане около 1000 мм.
Рассмотрим некоторых сильных игроков на этом рынке (список приведен на следующей странице в алфавитном порядке).
Подробную информацию по каждому из этих станков можно найти в интернете или запросить у дилеров, мы же рассмотрим в общем все моменты, которые будут иметь значение при работе на подобном оборудовании.
Станина
Стандартное решение – станина из литого серого чугуна, альтернативное – полимербетон различных видов. К преимуществам последнего можно отнести лучшую способность к гашению вибраций (скорость затухания колебаний в 5–10 раз выше, чем у чугуна). Преимущество чугунной станины – более высокая стабильность при изменении температуры окружающей среды.
Видимо, осознав тщетность попыток добиться от клиентов установки своих центров в термоконстантные помещения, некоторые производители разработали технологии уменьшения влияния температуры окружающей среды на станок. Наиболее дорогостоящие решения подразумевают жидкостное охлаждение станины для поддержания ее постоянной температуры. Еще вариант – покрыть поверхность станины теплоизоляционным материалом, исходя из понимания, что главное не температура, а скорость ее изменения. Такой способ повышения точностных характеристик станка стоит существенно дешевле.
Параметром, в целом характеризующим жесткость станка, является частота его собственных колебаний. Производители измеряют ее после разработки и производства новых моделей оборудования. Этот параметр можно запросить у нескольких потенциальных поставщиков и сравнить их предложения. Чем меньше частота собственных колебаний, тем лучше.
Еще один момент, на который стоит обратить внимание, – это способ обработки посадочных мест под крепление узлов на станине. У высококлассного оборудования это шабрение – ручной трудоемкий и дорогостоящий метод, дающий наилучшую плотность и прилегание.
Шпиндельный узел
Для определения качества шпинделя станка важно рассмотреть не только его показатели: мощность, крутящий момент, частота вращения, но и моментную характеристику. С помощью нее необходимо установить, при какой максимальной частоте вращения сохраняется постоянный максимальный крутящий момент. Этот параметр во многом определяет производительность станка на черновых и получистовых операциях.
Также обратите внимание, что поставщики станков, как правило, не изготавливают шпиндели самостоятельно. Их производят несколько известных фирм, каждая с определенным качеством и ценовым диапазоном. Задавая вопрос, какие электрошпиндели идут на сборочную линию каждого производителя, полезно составить свой собственный рейтинг производителей.
Шпиндель с механическим приводом, как правило, имеет меньшее максимальное число оборотов. Зато при относительно небольшой потребляемой мощности он за счет передаточного отношения может развивать больший крутящий момент, что требуется при черновой обработке, в особенности труднообрабатываемых материалов. Также в случае столкновения инструмента с деталью он более ремонтопригоден. Система охлаждения такого станка будет проще ввиду отсутствия электродвигателя как источника тепла в непосредственной близости от зоны обработки.
Наклонно-поворотный стол
Те же слова, что про шпиндельный узел, можно сказать о наклонно-поворотных столах, так как их оси приводятся в движение либо прямыми приводами, либо электродвигателями через механическую передачу. Для непрерывной пятиосевой обработки, где, как правило, требуется высокая динамика, предпочтение целесообразнее отдавать столу с прямыми приводами. Следует обратить внимание, что для наклона стола может использоваться один или два двигателя с прямым приводом. Решение с двойным приводом показывает лучшие динамические характеристики при увеличении грузоподъемности рабочего стола.
При обработке в режиме «три плюс два» – поворот стола в нужную позицию, обработка в трех осях – можно обойтись более экономичным решением с механической передачей. Также ему следует отдать предпочтение, если на станке будет в основном вестись пятиосевая черновая обработка с большим съемом, поскольку передаточное звено обеспечивает больший крутящий момент.
Токарная обработка
Приобретая такой дорогостоящий обрабатывающий центр, есть смысл расширить его возможности за счет добавления ему свойств токарно-карусельного станка. Основной момент, на который здесь стоит обратить внимание, – это способ установки токарного инструмента. Он бывает двух видов: токарный резец через базовый конус устанавливается во фрезерный шпиндель либо токарный инструмент крепится в отдельный неподвижный суппорт. Второе решение является более предпочтительным, если на станке предполагается значительный объем токарных операций, так как в такой компоновке при точении нагрузка, в том числе ударная, не передается на подшипники шпиндельного узла. Если токарная функция приобретается на всякий случай, способ установки инструмента не имеет принципиального значения.
Приводы подач линейных осей
На оборудовании высокого класса приводы подач, как правило, реализованы посредством бесщеточных цифровых двигателей и беззазорных шариковинтовых пар (ШВП). Однако стоит обратить внимание на следующие моменты: двигатель может быть установлен соосно с ШВП или через ременную передачу. Диаметр, производитель и класс ШВП могут быть различными. Информацию об этом необходимо запросить у производителя.
Большинство таких станков имеют портальную компоновку, поэтому есть смысл обратить внимание на привод перемещения портала. Он бывает одиночный, когда одна ШВП по центру перемещает портал по стойкам, либо сдвоенный, когда на каждой стойке работает свой двигатель и ШВП, работа двигателей синхронизирована. Второй способ перемещения портала является предпочтительным, поскольку исключается его перекос при больших нагрузках.
Динамика станка
Динамические характеристики обрабатывающего центра определяются скоростью перемещений по линейным и поворотным осям, ускорениями, которые могут развивать эти оси, и параметром jerk (рывок) – второй производной от скорости перемещения, характеризующей темп изменения ускорения. Первый параметр, как правило, можно найти в рекламном буклете любого производителя, второй будет приведен в коммерческом предложении, а третий – в технической документации, поставляемой со станком. Однако если вы планируете осуществлять производительную пятиосевую чистовую обработку, для своей конкурентной таблицы вам лучше сразу запросить все три параметра у каждого производителя.
Скорость перемещения по осям на современном оборудовании почти всегда реализована с запасом, а вот второй и третий параметры определяют, в какой мере при пятиосевой обработке вы сможете этой скоростью воспользоваться. Иными словами, насколько будет падать скорость подачи по осям при изменении направления обработки, с сохранением заданной точности отслеживания траектории.
Расширение технологических возможностей
Оборудование окупает себя и приносит прибыль, когда оно загружено. Каким бы универсальным ни был пятиосевой обрабатывающий центр, его технологические возможности расширяются, когда на него устанавливается план-суппорт, угловая головка или дополнительный электрошпиндель на 200 000 об/мин, или шлифовальная/полировальная головка. Узнайте, можно ли установить на выбранный станок дополнительный магазин хранения таких аксессуаров с возможностью их автоматической установки в шпиндель. В будущем это сделает работу на станке более комфортной и эффективной.
Заключение
Мы рассмотрели несколько основных аспектов, которые нужно учитывать при выборе пятиосевого обрабатывающего центра. Если вы дочитали до этого места, значит, вам наверняка будет интересно посетить наш сайт www.5axes.ru, где мы приводим дополнительную информацию по этой теме. Вы узнаете об опциях, необходимых для обработки композитов на таких станках, в том числе взрыво-опасных, о пользе термосимметричных конструкций, которые используют некоторые производители, о способах компенсации геометрических погрешностей и многом другом.
Автор: Андрей Бочаров
Источники: http://www.umpro.ru/, https://vseochpu.ru/
Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!
Особенности пятикоординатного фрезерного станка с ЧПУ
Пятикоординатный фрезерный станок с ЧПУ обрабатывает сложные поверхности любых деталей, которые трудно обработать на другом оборудовании.
Пятикоординатный фрезерный станок с ЧПУ отличается от 4 х осевых фрезерных станков с ЧПУ и трехкоординатных состоит в том, что в данном автомате конструкцией предусмотрена шпиндельная головка, имеющая возможность одновременно двигаться в 2 плоскостях, расположенных под углом 90 градусов по отношению к плоскости детали, над которой производится работа.
Если сказать иначе, то 5-ти осевой станок имеет пять степеней свободы – это означает, что фреза может осуществлять движение вверх-вниз, становиться вдоль и поперек заготовки, и к тому же в конструкцию вносится возможность обрабатывать заготовку фрезой, расположенной под углом к обрабатываемому телу.
В остальном, их конструкция почти не отличается от традиционных фрезеров с ЧПУ. Она состоит из рабочего поля с системой фиксации материала и шаговых двигателей или сервоприводов. В основном на машины, оборудованные пятью координатами, устанавливаются сервоприводы по причине их высокой точности и обратной связи.
Особым отличием является крепление к оси шпинделя, имеющее специальный поворотный механизм, позволяющий наклонять рабочий инструмент на любой угол, чего не может делать 4х осевой автомат. Также важно отметить, что на пятикоординатных машинах имеются специальные датчики, выполняющие контроль за производимой работой.
Основные плюсы обработки 5-ти координатным автоматом
Преимущества обработки на 5-ти координатном автомате не заканчиваются на фрезерование деталей, имеющих сложную форму. Даже самые простые детали зачастую имеют в своем строении очень много элементов, которые затрудняют их изготовление на традиционном станке, например, это скругления, бобышки, ребра жесткости, галтели.
И самым затруднительным во всем производстве таких деталей является сверление множества отверстий, расположенных не в одной плоскости.
Обработка материалов и изготовление этих изделий представляют собой довольно сложную задачу для человека, который планирует процесс их производства. В таком случае, фрезерный станок с ЧПУ и с поворотной осью дает возможность без затруднений производить обработку самых различных элементов детали, не прибегая к остановке работы машины и не перезакрепляя заготовку на рабочем столе.
Эта возможность не только значительно помогает сэкономить время, которое расходуется на производство детали, но и обеспечит высокое качество обработки, исключая из процесса человеческий фактор, потому что отсутствует необходимость вмешательства оператора при установке фрезы «в ноль» в начале каждого участка.
Фрезерные 5 ти осевые станки с ЧПУ используются в производстве и обработке больших деталей, имеющих сложную форму, например, в рекламном бизнесе, тюнинге автомобилей, архитектуре, производстве бытовой техники, кораблестроении и, конечно же, литейной промышленности.
Особенности 5-ти координатной обработки
Процесс производства изделий на оборудовании с Числовым программным управлением можно разбить на две части, идущие одна за одной:
Немного упростив процесс, рассмотрим последовательность написания программы для фрезерного станка, имеющего программное управление, в таком виде:
В данное время очень мало CAM-систем дают возможность программирования для одновременной работы машины во всех 5 осях.
Сама технология очень сложна и должна решать такие вопросы:
5 координатный фрезерный станок ЧПУ имеет возможность производить фрезеровку как вертикальных, так и горизонтальных сторон заготовки, резку самых разных углов, сверловка отверстий под самыми различными углами, и обработку элементов внутри самой детали (поднутренностей).
При помощи использования этих машин, у человека образуется возможность точной обработки сложных поверхностей любых деталей, которые трудно обработать на оборудовании, таком как трехкоординатный фрезерный станок с ЧПУ или 4 х координатный фрезерный станок.
Как работает 5 осевой фрезерный станок с чпу. Устройство станка с чпу 5 осей.
Содержание:
Всем привет, Друзья! С Вами 3DTool!
Это может прозвучать странно, но если бы художник эпохи Возрождения мог обменять свой молоток и зубило на компьютерное числовое программное управление (ЧПУ) и подходящие станки, у нас были бы тысячи статуй Давида, вырезанные из множества различных материалов.
Независимо от того, лепите ли вы шедевр из мрамора или фрезеруете лопасти турбиона из титана, основной принцип один и тот же: начинаете с цельного куска материала и удаляете ненужные части, пока не останется целевой объект. Конечно, этапы этого процесса намного сложнее, особенно для 5-осевой обработки на ЧПУ.
Что такое 5-осевая обработка на станке с ЧПУ?
Однако, несколько факторов способствовали широкому применению 5-осевой обработке больше всего. Среди них:
Максимальная приближенность к принципу – одна обработка за одну установку (иногда называемой «сделано за один раз»), что сокращает время выполнения и повышает эффективность.
Удобство доступа к сложным частям геометрии изделия и возможность избежать столкновения с держателем инструмента благодаря возможности наклонять режущий инструмент или стол.
Оси чпу станка в 5 координатной системе?
Мы все знаем историю о Ньютоне и яблоке, но есть аналогичная апокрифическая история о математике и философе Рене Декарте.
Декарт лежал в постели (как обычно делают математики и философы), когда заметил, как по его комнате летает муха. Он понял, что может описать положение мухи в трехмерном пространстве комнаты, используя всего три числа, представленные переменными X, Y и Z.
А что же насчет двух других осей?
Представьте себе поближе муху Декарта в полете. Вместо того, чтобы описывать только её положение как точку в трехмерном пространстве, мы можем описать её ориентацию. Представьте себе, что муха крутиться во время движения так же, как крутится самолет во время крена. Данное вращение описывается четвертой осью A: поворотная ось (вращение вокруг оси X)
Продолжая сравнение с самолётом, тангаж (наклон) мухи описывается пятой осью, B: ось вращения вокруг Y.
Проницательные читатели, без сомнения, сделают вывод о существовании шестой оси C, которая вращается вокруг оси Z. Это рыскание (поворот) мухи в нашем примере.
Если вам сложно представить шесть осей, описанных выше, вот схема:
Оси A, B и C расположены в алфавитном порядке, чтобы соответствовать осям X, Y и Z. Хотя существуют 6-осевые станки с ЧПУ, конфигурации с 5- осью являются более распространенными, поскольку добавление шестой оси обычно дает не очень много дополнительных преимуществ.
Конфигурации 5 осевых станков
Конфигурация 5-осевого станка определяет, какие две из трех осей вращения он использует.
Например, машина c цапфой с вращающимся столом работает с осью A (вращается вокруг оси X) и с осью C (вращается вокруг оси Z), тогда как машина с инструментом на шарнире работает с осью B (вращается вокруг оси Y) и оси C (вращается вокруг оси Z).
Внутренний вид цапфы 5-осевого вертикального обрабатывающего центра.
Вращение осей в станках с цапфой обеспечивается посредством движения стола, тогда как в станках шарнирного вращения, дополнительные оси обеспечиваются поворотом шпинделя. Оба вида станков имеют свои уникальные преимущества. Например, станки с цапфой вмещают больший объем обрабатываемой детали, поскольку нет необходимости компенсировать пространство, занимаемое вращающимся шпинделем. С другой стороны, машины шарнирного вращения могут обрабатывать более тяжелые детали, поскольку стол всегда расположен горизонтально.
Видео о преимуществах станков с шарнирной головой:
Возможно, вы видели ссылки на обрабатывающие центры, предлагающие семь, девять или даже одиннадцать осей. Несмотря на то, что множество дополнительных осей могут показаться сложным, объяснение такой ошеломляющей геометрии на самом деле довольно просто.
Так сколько осей вам нужно?
Как часто бывает в производстве, ответ на этот вопрос зависит от вашего конкретного случая. Финн привел следующий пример:
Андерсон соглашается: «Геометрия детали скажет вам, нужна ли вам конфигурация с 3, 4 или 5 осями».
5-осевой вертикальный обрабатывающий центр.
Заказчик может принести деталь, скажем, титановую аэрокосмическую скобу, и я могу сказать: «Это идеальная деталь для 5-осевого обрабатывающего станка », но они могут планировать в будущем делать детали, которые будут работать лучше на одном из MULTUS U. Эта многофункциональная машина не может быть оптимизирована так же, как 5-осевой обрабатывающий центр, но она может предоставить заказчику возможность выполнять множество видов других работ, что является частью их долгосрочного плана».
«Какой максимальный размер детали вы можете вставить в станок и при этом выполнять смену инструмента и смену деталей? В этом заключается понимание возможностей машины и того, что она сможет и не сможет сделать».
Зачем использовать 5-осевую обработку?
Однако дилемма становится намного более сложной при сравнении 5-осевой и 3 + 2-осевой.
5 осей против 3 + 2 оси станка
Важно различать 5-осевую обработку и 3 + 2-осевую обработку.
Полная 5-осевая демонстрационная часть из алюминия. Время цикла: 13 минут.
Вторая – так же называемая 5-сторонней или позиционной 5-осевой обработкой – представляет собой выполнение 3-осевой программы с режущим инструментом, зафиксированным под углом, определяемым двумя осями вращения. Механическая работа, которая включает в себя переориентацию инструмента по осям вращения между вырезами, называется «5-осевой индексацией», хотя она по-прежнему считается 3 + 2.
Демонстрационная часть с 3 + 2 осями из алюминия. Время цикла: 7 минут.
Основным преимуществом непрерывной 5-осевой обработки по сравнению с 5-осевой индексацией является скорость, так как последняя требует остановки и запуска между переориентацией инструмента, тогда как 5-осевая не делает этого.
Однако всегда есть возможность получить одинаковые результаты при использовании непрерывной или индексированной 5-осевой оси.
Стоит также отметить, что преимущество в скорости ведет к увеличению движущихся частей, что означает повышенный износ, а также к большей потребности в обнаружении возможности столкновения деталей. Это одна из причин, по которой непрерывная 5-осевая обработка является более сложной с точки зрения программирования.
Сравним технологию 5-осевой обработки и 3D-печати
Хотя иногда предполагается, что эти два метода конкурируют (поскольку фанаты 3D-печати утверждают, что данная технология скоро разрушит всю обрабатывающую промышленность), правильнее будет думать, что аддитивные и субстрактивные технологии производства дополняют друг друга.
Станок INTEGREX i-400AM от Mazak сочетает в себе аддитивное производство и 5-осевую обработку.
«Конечно, есть и останутся детали, требующие обработки выборкой. Например, детали с очень жестким допуском на круглость».
Андерсон не уверен в этом: «Реальное применение 3D-печати вне лабораторной среды заключается не в том, чтобы использовать машину комбинированного стиля, а, в том, чтобы, например, 3D-принтер с технологией SLS сделал то, что он делает лучше всего, и фрезерный станок сделал то, что делает лучше всего, работая над общим результатом посредством автоматизации».
Причина существования двух отдельных машин, в данном случае, сводится к управлению порошком и стружкой внутри машины.
«Если это входит в машину, где все объединено, то не существует проверенного способа заново использовать весь этот порошок».
Как получить максимальную эффективность при 5 осевой обработки.
Нередко 5-осевые возможности используются недостаточно.
Андерсон соглашается: «Это душераздирающее зрелище для компании, подобной нашей. Когда мы видим компанию, которая идет ва-банк, получает оборудование, устанавливают его. По разным причинам они приобретают многофункциональный станок с 5 или более осями и используют его как 3-осевой станок. Это происходит постоянно».
Схема горизонтального обрабатывающего центра Okuma MU-10000H.
Важность 5-осевого управления и программного обеспечения
Несмотря на то, что наличие оператора с нужным набором навыков является основным фактором, позволяющим максимизировать возможности 5-осевого станка, управление и программное обеспечение станка также важны.
Mazak’s MAZATROL SmoothX с ЧПУ.
Выбор правильного пакета CAD / CAM необходим для получения максимальной отдачи от вашего станка.
«Если вы просто делаете небольшие алюминиевые формы компонентов для литья под давлением в автомобильной компании, или все, что вы делаете, это сверлите пару отверстий в корпусе двигателя, это совсем другая история».
Предотвращение аварий в 5-осевой обработке.
Когда дело доходит до создания 5-осевых траекторий, обычно существует дилемма между работой на более высоких скоростях и подачами и минимизацией риска столкновений. К счастью, сегодня на рынке есть ряд программных инструментов, которые могут помочь решить ее.
«При условии, что ваше устройство смоделировано правильно, система уловит столкновение до того, как оно произойдет».
Система предотвращения столкновений Okuma работает в режиме реального времени.
«Так что это важно, особенно когда дело касается дорогих запасных частей. Вам не нужно столкновение, которое может привести к тому, что вы сломаете деталь, либо кто-то получит травму или повредит станок».
Проверка инструмента на 5-осевом станке.
Высокая производительность является преимуществом 5-осевой обработки, но она также увеличивает риск ошибок, таких как использование сломанного или неправильного инструмента. Одним из способов минимизации этих ошибок является выбор системы проверки инструмента, например лазер BLUM, на DMG MORI DMU 50C:
При этом 5-осевая обработка приближает нас к цели «сделано за раз» больше, чем любой другой процесс; даже детали после 3D-печати требуют пост-обработки. В этом контексте основным ограничением 5-осевой обработки являются зажимные приспособления.
По словам Финна, ключ к преодолению данного слабого места лежит в использовании станков с более чем пятью осями:
«Например, станок INTEGREX может быть оснащен противоположными поворотными шпинделями и нижней режущей револьверной головкой. Таким образом, детали можно разрезать на одном шпинделе, а затем перенести на противоположный шпиндель для обработки оставшейся части детали. Так что, по сути, вы можете загрузить кусок сырой заготовки, и в конце снять готовую деталь».
Техника обработки при 5-осевом фрезеровании
5-осевая обработка обеспечивает значительные преимущества, включая сокращение времени выполнения заказа, повышение эффективности и увеличение срока службы инструмента. Однако важно понимать, что для достижения этих преимуществ требуется нечто большее, чем просто покупка новейшего 5-осевого обрабатывающего центра.
Овладение искусством 5- осей требует учета множества факторов. На эту тему Андерсон сказал так:
«Когда вы смотрите на проблемы, с которыми сталкиваются клиенты, очень редко это касается обработки детали. Как правило, проблема, которая их тормозит, заключается не в создании идеи, а в чем-то другом. Это наличие, обучение и тренировка персонала, правильный подход операторов к машине или понимание до начала работы, что у них будет достаточно инструментов в запасе, чтобы закончить деталь, которую начали. Сторонние составляющие бизнеса тормозят больше, чем фактическое создание».
Что ж, а на этом у нас все! Надеемся эта статья была для Вас полезна!
Не забывайте подписываться на наш YouTube канал: