De juiste CNC-router kiezen: 3-as, 4-as en 5-as uitgelegd

Hoeveel assen heb je nodig voor je CNC-router?

Als je van plan bent een CNC-router te kopen, is de vraag hoeveel assen je nodig hebt een veelvoorkomend vraagstuk. Laten we een vergelijking maken tussen 3-as, 4-as en 5-as CNC-routers.

Begrip van 3-as, 4e-as, 4-as en 5-as voor CNC-routerkits

• 5-as: X-Y-Z-A-B, X-Y-Z-A-C, X-Y-Z-B-C (De spindel kan 180 graden links en rechts draaien.)
• 4-as: X-Y-Z-A, X-Y-Z-B, X-Y-Z-C (4-as koppeling)
• 4e-as: Y-Z-A, X-Z-A (3-as koppeling)
• 3-as: X-Y-Z (3-as koppeling)

A-, B- of C-as correspondeert met de rotatie-as van respectievelijk X, Y, Z.

3-as CNC-router

Deze specifieke CNC-routers kunnen tegelijkertijd langs drie verschillende assen bewegen.

• X-as: links naar rechts
• Y-as: voor naar achter
• Z-as: omhoog en omlaag

3-as CNC-routermachines bewegen drie assen tegelijkertijd: de X-as, de Y-as en de Z-as. Snijden langs de X-as verplaatst de routermes van links naar rechts, snijden langs de Y-as verplaatst het van voor naar achter, en snijden langs de Z-as verplaatst het omhoog en omlaag. Deze machines worden primair gebruikt voor het snijden van platte, 2D en 2,5D onderdelen. Of het nu gaat om vlakke gravure of ronde gravure, je kunt dit zien als vlakke gravure, berekend volgens de puls.

4e-as CNC-router

Over het algemeen wordt een rotatieas toegevoegd aan de 3-as CNC-routerkit, ook wel A-as genoemd, dus een 4e rotatieas CNC-router. Hoe onderscheid je een echte 4-as CNC-routerkit? Een veelvoorkomend voorbeeld van 4-as 3D-cilindersnijden: een ronde korte staaf snijden of graveren tot een 3D Boeddha. Dit werk heeft 4 assen, maar werkt met een 3-as CNC-systeem. De X-as of Y-as stuurt de rotatieas aan; de echte werker is een 3-as CNC-machine of een rotatie 4e-as CNC-machine.

4-as CNC-router

Een 4-as CNC-routeertafel maakt werk aan beide kanten mogelijk, wat niet mogelijk is op een 3-as CNC-routeertafel. De 4-as CNC-werktuigen hebben ook X, Y, Z-as; het verwijst naar X-Y-Z-A, X-Y-Z-B, X-Y-Z-C, 4 assen zijn gekoppeld, de 4 assen kunnen tegelijkertijd werken.

4-as versus 4e-as

4-as betekent dat de werktuigmachine de beweging van X, Y, Z en A-as tegelijkertijd uitvoert. De vier assen vertegenwoordigen de vier richtingen op de werktuigmachine. Meestal vertegenwoordigt de X-as de links-rechts richting, de Y-as de voor-achter richting, en de Z-as de omhoog-omlaag richting. De A-as is de positieve en negatieve richting van de rotatieas. De 4e-as betekent dat de werktuigmachine alleen de bewegingen van X, Y, Z en A-as tegelijkertijd kan uitvoeren.

Drie assen kunnen de koppeling van vier assen niet tegelijkertijd uitvoeren. De 4e-as CNC-routermachine is ruwweg verdeeld in twee typen: een 4e-as vlakke-router machine en een 4e-as 3D CNC-router machine. Zoals de naam al doet vermoeden, snijt of graveert de 4e-as vlakke-router machine alleen aan één kant in het materiaal.

4e-as 3D-bewerking betekent dat de machine 3D rotatie-gravure of snijden kan uitvoeren, maar een van de drie assen X, Y en Z wordt omgezet in de A-as voor routering. We leggen het verschil tussen deze twee typen 3D CNC-machines uit vanuit verschillende hoeken:

1. Conceptueel: het verschil tussen 4-as en 4e-as is of de vier-as koppeling van X, Y, Z en A tegelijkertijd kan worden uitgevoerd.
2. Vanuit het besturingssysteem: de 4-as CNC-machine gebruikt een vier-as koppelingssysteem, en de 4e-as gebruikt een drie-as koppelingssysteem.
3. Het 4-as koppelingssysteem gebruikt vier-as signaaltransmissie volgens het bewegingssignaal van de machine. Verlies, 3-as koppeling gebruikt drie-as signaaltransmissie, één signaal minder dan 4-as.
4. Volgens het bewerkingseffect: de vier-as heeft meer bewerking dan de 4e-as, de bewerking is uniformer, de dode hoek is kleiner, en het uiterlijk is mooier.
5. Verschillend van de richting van de werktuigmachine. De richting waar de vier-as snijpunt naar wijst kan op elk moment worden gewijzigd. Het snijpunt van de 4e-as wijst altijd naar het midden van het werkstuk. De vier-as is geavanceerder en betrouwbaarder dan de 4e-as. 4-as is de ontwikkelingsrichting van 3D CNC-routermachines. Belangrijk is dat meer dan 60% van de 3D CNC-routermachines op de markt 4e-as zijn. Bij het kiezen van een vier-as 3D CNC-machine is het nodig niet alleen te onderscheiden tussen 4-as en 4e-as, maar ook de eigen bewerkingsomstandigheden te analyseren, zoals de grootte, gewicht, hardheid en bewerkingsmethodes van het werkstuk.

5-as CNC-router

Deze routers lijken op de 3- en 4-as CNC-machinekits, maar ze hebben twee extra assen waarlangs ze kunnen bewegen. Deze extra assen maken kortere projecttijden mogelijk door hun capaciteit om vijf randen van het materiaal tegelijkertijd te snijden. Echter, doordat deze machines een langere X-as hebben, leidt dit tot minder stabiliteit en nauwkeurheid - potentiëel vereist dit meer aandacht dan een 3- of 4-as CNC-routerkit.

Het 5-as CNC-bewerkingscentrum heeft de kenmerken van hoge efficiëntie en hoge precisie, en het pentahedron kan in één spanning van het werkstuk worden bewerkt. Uitgerust met een vijf-as koppeling high-end numerieke besturing, kan het ook hoge-precisie bewerking van complexe ruimtelijke oppervlakken uitvoeren, en is het meer geschikt voor het bewerken van moderne vormgevingen zoals autonderdelen en vliegtuigstructuurdelen. Er zijn twee manieren voor de rotatieas van het vijf-as verticale bewerkingscentrum. Een is de tafelrotatieas. De tafel op het bed kan draaien rond de X-as, gedefinieerd als de A-as. Het algemene werkbereik van de A-as is +30 graden tot -120 graden. Er is ook een roterende tafel in het midden van de werktafel, die draait rond de Z-as op de positie zoals in de figuur getoond, gedefinieerd als de C-as, en de C-as draait 360 graden. Op deze manier, door de combinatie van A-as en C-as, behalve het vijf-as bewerkingscentrum op de bodem van het werkstuk vastgezet op de werktafel, kunnen de andere vijf oppervlakken worden bewerkt door de verticale spindel. De minimum afstapwaarde van A-as en C-as is doorgaans 0,001 graden, zodat het werkstuk in elke hoek kan worden onderverdeeld, en hellende oppervlakken, schuine gaten, enz. kunnen worden bewerkt. Als de A-as en C-as gekoppeld zijn met de X, Y, Z drie lineaire assen, kunnen complexe ruimtelijke oppervlakken worden bewerkt. Natuurlijk vereist dit de ondersteuning van high-end CNC-systemen, servosystemen en software. Het voordeel van deze indeling is dat de structuur van de spindel relatief simpel is, de stevigheid van de spindel zeer goed is, en de productiekosten relatief laag zijn. Echter, de algemene werktafel kan niet te groot worden ontworpen, en de draagcapaciteit is ook klein, vooral wanneer de A-as rotatie groter dan of gelijk is aan 90 graden, het werkstuk brengt een grote belastingmoment op de werktafel bij het snijden. De andere manier is door rotatie van de verticale spindelkop. De voorkant van de hoofdas is een draaiende kop, die 360 graden rond de Z-as kan cirkelen om de C-as te worden. De draaiende kop heeft ook een A-as die rond de X-as kan draaien, die doorgaans meer dan ±90 graden kan bereiken om dezelfde functie als hierboven te bereiken. Het voordeel van deze instelmethode is dat de spindelbewerking erg flexibel is, de werktafel ook erg groot kan worden ontworpen, en de enorme romphuls en enorme motorhuizen van passagiersvliegtuigen op dit type bewerkingscentrum kunnen worden bewerkt. Dit ontwerp heeft ook een groot voordeel: wanneer we bolvormige frezen gebruiken om gekromde oppervlakken te bewerken, wanneer de mittellijn van het gereedschap loodrecht staat op het te bewerken oppervlak, is de lineaire snelheid van de top van de bolvormige frees nul, waardoor de oppervlakkwaliteit van het werkstuk dat door de top wordt gesneden slecht zal zijn. Het ontwerp van de spindelrotatie wordt toegepast om de spindel een hoek te laten draaien ten opzichte van het werkstuk, zodat de bolvormige frees de topsnede vermijdt, een zekere lineaire snelheid garandeert, en de oppervlaktebewerkingskwaliteit verbetert. Deze structuur is erg populair voor hoge-precisie oppervlaktebewerking van vormgevingen, wat moeilijk is voor rotertetafel bewerkingscentra te bereiken. Om de hoge precisie van rotatie te bereiken, is de high-end rotatieas ook uitgerust met cirkelvormige raster terugkoppeling, en de indexeringsprecisie is binnen een paar seconden. Natuurlijk is de rotatiestructuur van dit type spindel complexer en de productiekosten zijn ook hoger.

Echte 5-as versus valse 5-as

De echte vijf-as heeft RTCP-functie. Het kan automatisch worden omgerekend volgens de pendellengte van de spindel en de mechanische coördinaten van de roterende tafel. Bij het compileren van het programma hoeven alleen de coördinaten van het werkstuk overwogen te worden, niet de pendellengte van de spindel en de positie van de roterende tafel. Of het een echte vijf-as is, hangt niet af van of de vijf-as gekoppeld is; de valse vijf-as kan ook een vijf-as koppeling zijn. Als de spindel de RTCP echte vijf-as algoritme heeft. Het is om indexeringsbewerking te doen. De echte vijf-as met RTCP-functie hoeft slechts één coördinatensysteem in te stellen, en slechts één keer de coördinaten voor het gereedschap in te stellen. De valse vijf-as is veel meer gedoe.

Het CNC-systeem met RTCP-functie kan direct de snijpuntprogrammering gebruiken zonder rekening te houden met de centrumafstand van de rotatieas. Na toepassing van RTCP-modus, kan programmeren van 5-as CNC-bewerking direct het snijpunt aanspreken in plaats van het centrum van de rotatie spindelkop, waardoor programmeren veel eenvoudiger en efficiënter wordt.

Voor de pseudo vijf-as dubbele draaitaartel, moeten meerdere coördinaten ingesteld worden om het doel van indexeringsbewerking te bereiken. Echter, als het een vijf-as zwaaikop is, kan de indexeringsbewerking niet voltooid worden, omdat de vijf-as zwaaikop niet een enkele Z-beweging is bij het bewerken naar beneden, maar Z beweegt samen met X of Y. Op dat moment zal de valse vijf-as programmeren erg lastig zijn en het debuggen moeilijker, en de drie-as offset-functie kan op dat moment niet worden gebruikt.

Welke CNC-router is ideaal voor jou?

Hoewel deze routers wat betreft hun mogelijkheden duidelijk lijken, zijn ze zeer gevoelige en geavanceerde stukken technologie. Als je creatiever wilt zijn met je ontwerpen, wordt aanbevolen om te investeren in een 4-as of 5-as CNC-routerkit, maar 3-as of 4e-as CNC-routerkits zijn vaak betaalbaarder.

Nu je een werkende kennis hebt van hoe een router werkt, kun je de verschillen tussen de verschillende modellen beter begrijpen.

5-as CNC-machines kunnen langs twee extra assen snijden ten opzichte van 3-as CNC-machines. Deze routers hebben de mogelijkheid om aan vijf kanten van een stuk materiaal tegelijkertijd te snijden, wat de mogelijkheden en flexibiliteit van de operateur vergroot. In tegenstelling tot hun 3-as tegenhangers, worden deze machines meestal gebruikt om grote 3D-onderdelen te snijden. Bovendien hebben 5-as CNC-machines een hogere portaal en langere X-as, wat hen in staat stelt om grotere onderdelen te snijden; dit komt echter met een ernstig nadeel: hoe hoger de portaal en hoe langer de X-as, hoe minder nauwkeurig en stabiel deze machines zijn. Voor een goede kwaliteitscontrole moeten de hoogte van de portaal en de lengte van de X-as zoveel mogelijk beperkt worden.

Hoewel routers als eenvoudige machines lijken, zijn ze hoogst gesofisticeerde stukken technologie die een zeker niveau van expertise vereisen om te bedienen. 5-as CNC-machines zijn duurder dan traditionele 3-as typen, maar bieden uiteindelijk grotere flexibiliteit en stellen gebruikers in staat om creatiever te zijn met hun ontwerpen.

Hoeveel assen heb je nodig?

Je hebt misschien referenties gezien naar CNC-routers die zeven, negen of zelfs elf assen bieden. Hoewel zo veel extra assen moeilijk te verbeelden zijn, is de verklaring voor dergelijke indrukwekkende geometrieën eigenlijk heel simpel.

Als je te maken hebt met machines die, zeg maar, meer dan één draaispindel hebben, dan heb je al meer assen.

Bijvoorbeeld: we hebben machines met tweede spindels en onderste tourettes. Op die machines heb je verschillende assen: de bovenste touret heeft 4 assen en de onderste touret heeft 2, dan heb je tegenovergestelde spindels die 2 assen hebben. Die machines kunnen tot 9 assen hebben.

Een component, zoals een luchtvaartklep, kan op een 5-as CNC-machine worden gedaan. Of we kunnen dat deel doen op een multi-as CNC-router die een rotatie B-as en tweevoudige spindels heeft voor twee C-assen, plus X, Y en Z. Er is ook een onderste touret die je een tweede X en Z geeft. Dus het geeft je meer assen, maar de geometrie van het deel is hetzelfde.

Hoeveel assen heb je voor je bedrijf nodig?

Zoals vaak het geval is in de productie, hangt het antwoord op die vraag af van je specifieke toepassing. Kijk naar het volgende voorbeeld:

Een turbineschaufel is een vrijvormig oppervlak en kan vrij complex zijn. De meest efficiënte manier om zo'n schaufel af te werken is 5-as te gebruiken, het gereedschap in een spiraal rond het profiel van de schaufel te voeren. Je kunt een 3-as gebruiken om te bewerken als je de schaufel in een positie indexeert en dan drie lineaire assen gebruikt om het oppervlak te bewerken, maar dat is doorgaans niet de meest efficiënte manier.

De geometrie van het deel zal je vertellen of je een 3-, 4- of 5-as configuratie nodig hebt.

Echter, het is belangrijk te onthouden dat het aantal assen dat je nodig hebt, afhangt van meer dan slechts één deel. Het deel dicteert veel, maar er is ook wat de winkel wil bereiken.

Een klant kan me een deel brengen, zeg een titanium luchtvaartbeugel, en ik zou kunnen zeggen: Dat is een perfect deel voor een 5-as CNC-routertafel, maar ze kunnen plannen om onderdelen te maken die beter op een van onze machines werken. Die multi-functie machine is misschien niet geoptimaliseerd op dezelfde manier als een 5-as CNC-machine, maar het kan de klant kansen geven voor draaibank-, as- of futterwerk dat onderdeel is van hun langetermijnplan.

Een ander aspect om te overwegen is de werkruimte: wat is de maximale grootte van het deel dat je in de machine kunt plaatsen en nog steeds gereedschapswisselingen en deeloverdrachten kunt uitvoeren? Het is het begrijpen van de mogelijkheden van de CNC-machine en wat het wel en niet kan.