5-as CNC-machines begrijpen: Functie, voordelen en werking

Neem een moment om u voor te stellen hoe lastig het voor freeswerkers in de vroege 20e eeuw zou zijn geweest om onderdelen en structuren te fabriceren. De beste machinegereedschappen die toen beschikbaar waren, waren beitel, hamer, en handmatig bediende draaibank. Maar alles veranderde nadat Richard Kegg de eerste computer-numerieke controle (CNC) machine ontwikkelde in 1952.

En sindsdien is CNC-bewerkingstechnologie voortdurend gevorderd, geëvolueerd van een eenvoudige drie-as machine gecontroleerd met perforatiekaarten tot een meer gesofisticeerde 5-as CNC-machine.

Een 5-as CNC-machine is een bewerkingstechnologie die oneindige mogelijkheden biedt wat de onderdeelgrootte en -vormen betreft die u kunt fabriceren. Het biedt hoge nauwkeurigheid en precisie en wordt zwaar betrouwd door toonaangevende machinefabrieken om vrijwel elk ontwerp dat u bedenkt te fabriceren.

In dit artikel zullen we de basisprincipes van 5-as CNC-machines behandelen. We beginnen met het uitleggen wat een 5-as CNC-machine is en hoe het werkt voordat we de voordelen ervan bespreken ten opzichte van conventionele typen CNC-machines.

Wat is een 5-as CNC-machine?

Om te helpen begrijpen wat een 5-as machine is, laten we beginnen met het uitleggen wat een astantelling betekent in CNC-bewerking.

Bewerkingsasantelling beschrijft het aantal richtingen waarin het CNC-snijgereedschap (of werkstuk) kan bewegen om het gewenste bewerkte onderdeel te produceren. Bijvoorbeeld, conventionele CNC-machines hebben doorgaans een drie-as telling, wat betekent dat hun snijgereedschap kan bewegen over de X-, Y- en Z-as — zijdelings op de X-as, verticaal op de Y-as, en heen en weer op de Z-as (zie Figuur 1).

Een 5-as CNC-machine voegt aan deze drie lineaire assen toe door ook in staat te zijn de tafel die het werkstuk houdt te kantelen (en te roteren), zoals getoond in Figuur 1. Deze twee nieuwe rotatieassen worden doorgaans de A-as (of kantel-tafel-as) en de C-as (of tafelrotatie-as) genoemd; ze stellen u in staat om complexere geometrieën te bewerken dan 3-as CNC-machines.

Fig. 1 De vijf assen van een typische 5-as CNC-freesmachine

Hoe werkt een 5-as CNC-machine?

Net als elke andere CNC-machine, vertrouwt een 5-as CNC-machine op computerinstructies om de beweging van het snijgereedschap (en werkstuk) te controleren om het gewenste onderdeel te fabriceren.

Het 5-as CNC-bewerkingsproces begint met de ontwerper die een 3D CAD (computer-ondersteund ontwerp) model maakt van het gewenste onderdeel met CAD-tools zoals SolidWorks en Autodesk Inventor. Vervolgens exporteert de freeswerker dit CAD-model in een CAM (computer-ondersteunde fabricage) software, die de tekening omzet in een computerprogramma (ook wel G-code genoemd).

De G-code bevat sets instructies die de beweging van de snijgereedschappen langs de lineaire assen (X-, Y- en Z-as) en de beweging van de werkttafel langs de rotatieassen (A- en C-as) controleren om de gewenste onderdelen te produceren.

5-as — Waar komt het vandaan

Het komt allemaal neer op René Descartes, een Franse filosoof en wiskundige. Het verhaal is heel vergelijkbaar met Newton's appeltje. Eene dag lag Descartes in bed toen hij een vlieg opmerkte. Toen hij ernaar keek, had hij de inzicht dat hij de positie ervan in de kamer kon beschrijven met drie getallen, voorgesteld door de variabelen X, Y en Z — iets wat we nu het Cartesiaanse coördinatensysteem noemen en dat nog steeds in gebruik is ondanks dat er meer dan 300 jaar zijn verstreken sinds Descartes' overlijden.

Nu vraagt u zich misschien af waar de andere twee vandaan komen. Naast het beschrijven van de positie van de vlieg in de ruimte, is het ook mogelijk om de orientatie ervan te beschrijven. Dus, de vlieg rollend rond X zou de vierde as zijn, terwijl de vijfde as de vlieg zou zijn die rond Y roteert. Sommigen argumenteren ook dat er een zesde as is, rotatie rond de Z-as.

5-as — Mogelijke configuraties

De configuratie die u kiest voor de 5-as CNC-freesmachine bepaalt welke van de drie rotatieassen gebruikt zal worden. Er zijn twee hoofdconfiguraties — een trunnion-stijl machine en een schwenk-rotatie-stijl machine.

De trunnion-stijl 5-as CNC-freesmachine gebruikt de A-as die roteert rond de X-as en de C-as die roteert rond de Z-as, terwijl de schwenk-rotatie-stijl 5-as CNC-freesmachine de B-as gebruikt die roteert rond de Y-as en de C-as die roteert rond de Z-as.

Het hoofverschil tussen de twee is de manier waarop de rotatieassen worden uitgedrukt — in trunnion-stijl gebeurt dit door de beweging van de tafel, terwijl in de schwenk-rotatie-stijl van de 5-as CNC-freesmachine dit gedaan wordt door het schwenken van de spindel. Beiden hebben hun eigen voordelen, dus welke gebruikt wordt hangt voornamelijk af van wat er gedaan moet worden.

Wat zijn de voordelen van 5-as CNC-machines?

Meer dan de helft van de onderdelen die met CNC geproduceerd worden, vereisen vijfzijdige bewerking, weshalb steeds meer fabrikanten besluiten om het in hun diensten op te nemen. Bovendien biedt 5-as CNC-bewerking veel voordelen vergeleken met, bijvoorbeeld, 3-as bewerking, zoals:

Voordeel #1 Enkele opstelling

Vanwege de vijf assen, stellen 5-as CNC-machines u in staat om uw werkstuk één keer op te stellen; de machine behandelt vervolgens elke bewerkingsoperatie die nodig is om uw gewenste onderdeel te creëren. Dit is heel anders dan conventionele 3-as machines, waar u verschillende machine-opstellingen nodig hebt om een complexe geometrie te fabriceren.

De enkele-opstelling aard van 5-as CNC-machines stelt u in staat om complexe onderdelen snel te bewerken terwijl u kosten verlaagt en fouten die prevalent zijn in conventionele CNC-machines mitigeert.

Voordeel #2 Kortere snijgereedschappen en betere oppervlakte-afwerkingen

De vierde en vijfde as van 5-as CNC-machines stellen u in staat om het werkstuk dichter bij het snijgereedschap te brengen. Dit betekent dat u in staat bent kortere snijgereedschappen te gebruiken, die minder gevoelig zijn voor trillingen en u in staat stellen betere oppervlakte-afwerkingen te bereiken.

Voordeel #3 Betere precisie

Vanwege bewegingsflexibiliteit, zijn 5-as CNC-machines veel preciezer dan 3-as machines, weshalb ze niet alleen gladere onderdelen produceren maar ze kunnen ook onderdelen produceren die te complex zouden zijn voor een 3-as machine.

Voordeel #4 Meer business

5-as CNC-bewerking kan gebruikt worden in de productie van veel onderdelen waarvoor 3-as bewerking simpelweg niet geschikt is.

Hoewel er meer voordelen geassocieerd zijn met het gebruik van 5-as CNC-bewerking, zijn dit de belangrijkste.

Gerelateerd artikel: 9 Typen gereedschappen gebruikt in CNC-machines om kwalitatieve precisie-onderdelen te maken

5-as CNC-bewerking — Gangbare toepassingen

5-as CNC-bewerking kan gebruikt worden om onderdelen te produceren die in veel verschillende industrieën worden gebruikt vanwege hun efficiëntie en de capaciteit om complexe vormen te produceren. Hier zijn een paar voorbeelden van industrieën die het meest gebruikmaken van deze technologie:

• Luchtvaart — deze industrie vereist een zeer nauwkeurige machine, aangezien de vormen zeer ingewikkeld en uniek zijn.
• Medisch — 5-as CNC-bewerking kan fabricanten van medische apparatuur helpen bij de productie van apparaten, implantaten, alsmede andere stukken apparatuur die met extra precisie gemaakt moeten worden om te voldoen aan de gezondheidszorgstandaarden die doorgaans streng zijn (terecht).
• Militair — nog een industrie die 5-as CNC-bewerking gebruikt om de benodigde onderdelen te produceren. Sommige mogelijke toepassingen omvatten onderzeebootonderdelen, hoogprestatie-motoronderdelen, turbine- en compressorbladen, slimme wapens, sensoren, stealth-toepassingen, alsook in sommige gevallen kernwapens.
• Energieapparatuur — het produceren van onderdelen voor energieapparatuur vereist vaak het gebruik van materialen die lastig te bewerken zijn. Met 5-as CNC-bewerking kunt u het hele proces eenvoudiger en efficiënter maken.

5-as CNC-bewerking: Gensun kan helpen

Nu u ten minste iets weet over 5-as CNC-bewerking, kunt u doorgaan met het fabriceren van vrijwel elk ontwerp dat u bedenkt met 5-as CNC-machines, toch? Absoluut niet!

Zonder twijfel vereenvoudigen 5-as CNC-machines de fabricatie van complexe onderdelen. Echter, niet alle ontwerpen zijn de moeite waard om te maken met 5-as machines. Bijvoorbeeld, u kunt beter hoogprecisie gaten, uitsparingen, en kaviteiten fabriceren met 3- of 4-as CNC-machines. Daarom adviseren we altijd dat u spreekt met een CNC-bewerkingsexpert voordat u de sprong maakt met productie.

Gensun Precision Machining is een toonaangevende CNC-bewerkingsdienstverlener in Azië en over de hele wereld. Niet alleen hebben we CNC-bewerkingsexperts en ingenieurs, maar we hebben ook een breed scala aan geavanceerde CNC-bewerkingstechnologieën, waaronder 3-, 4-, en 5-as CNC-machines.

Vertel ons over uw project, zodat we u kunnen helpen bepalen welke bewerkingstechnologie het beste past bij uw behoeften.