5-as CNC-Bewerking Beheersen: Expert Gids voor Precisieproductie

Inleiding tot 5-as CNC-bewerking

Wanneer mensen over multi-as CNC-bewerking of meervoudige bewerking spreken, wordt 5-as CNC-bewerking altijd genoemd als geavanceerde productiemethode. Volledige 5-as CNC-bewerking betekent de verwerkingscapaciteit van een machine om een gereedschap of werkstuk in vijf verschillende assen tegelijkertijd te bewegen. 5-as CNC-bewerking wordt beschouwd als een meer geëvolueerde en gesofisticeerde versie van het CNC-bewerkingsproces.

Wat is een 5-as CNC-machine?

Zoals we allemaal weten, wordt 5-as CNC-bewerking bereikt door 5-as CNC-machines. Tegenwoordig worden 5-as CNC-machines als uiterst uitstekend beschouwd voor het creëren van complexe vormen met betere oppervlakteafwerking. Mensen kunnen veel leren over 5-as CNC-bewerking zodra ze begrijpen hoe 5-as CNC-machines in een CNC-machinewerkplaats werken.

In het 5-as bewerkingsproces zijn er twee extra assen vergeleken met de X-, Y- en Z-as. De twee extra assen kunnen A en B, A en C, of B en C-as zijn. Ze zijn betrokken om het bewerkingsproces van hoogst complexe vormen te voltooien. Nu is de vraag hoe de andere twee assen in het 5-as CNC-bewerkingsproces worden ingezet?

De extra twee assen worden benut door de beweging van een tafel waarop het werkstuk vastgemaakt is. Zo kan de tafel in beide richtingen 360 graden rond het snijgereedschap draaien, wat de machine toegang geeft tot zijkantbewerking. Terwijl, als we een enkele asbeweging overwegen, zoals in A, B of C positie, is de rotatie beperkt tot 180 graden. In het 5-as bewerkingsproces is er ofwel een zwenkende beweging van het gereedschapshoofd tegen het stilstaande werkstuk, ofwel een rotatie of beweging van een tafel onder een hoek die de tafel een kantelpositie geeft. Afhankelijk van de vereiste kenmerken, kan de tafel in verschillende hoeken kantelen om de complexe vormen te bereiken. Volgens de grootte en het gewicht van het object dat aan het vereiste productieproces onderworpen is, wordt de selectie van ofwel het zwenken of de rotatie van de tafel besloten. Als de taak zwaarder is, dan wordt deze onderworpen aan zwenken, anders gaat 5-as bewerking met tafelkanteling om het vereiste bewerkingsproces uit te voeren. Er zijn ook verschillende varianten van 5-as bewerking vanwege typen 5-as CNC-machines.

Wat zijn de typen 5-as CNC-machines?

Om aan de verschillende marktbehoeftes te voldoen, leverden CNC-apparaatfabrikanten verschillende typen 5-as CNC-machines. Tussen de typen zit een basisverschil in de flexibiliteit van tafelrotatie of snijgereedschapsbeweging in verschillende richtingen. Ze worden hoofdzakelijk geconcludeerd als de volgende vijf typen 5-as CNC-machines.

1. Dubbele Draaiende Spindelkop Type

In dit type controleren twee roterende coördinaten de richting van de gereedschapsas direct.

2. Kantelende Zwaaikop Type

De twee coördinatenassen liggen boven aan het gereedschap, maar de rotatieas is niet loodrecht op de lineaire as.

3. Dubbele Draaitafel Type

Wat betreft dit type 5-as bewerking, controleren twee roterende coördinaten direct de rotatie van de ruimte.

4. Kantelende Werktafel Type

De twee coördinatenassen liggen op de werkttafel, maar de rotatieas is niet loodrecht op de lineaire as.

5. Draaitafel + Kantelende Spindelkop Type

In dit type werken de twee roterende coördinaten op verschillende plekken. Eén werkt op het gereedschap en één op het werkstuk.

5-as CNC-bewerking VS 3+2 bewerking VS 4+1 bewerking

5-as Machining = 5-zijdig Machining?

Vele mensen kunnen nog steeds niet onderscheiden tussen 5-as CNC-bewerking en 5-zijdige bewerking, hoewel ze al jaren in de CNC-verwerkingsindustrie werken. Ze verwarren ze vaak of denken dat 5-as CNC-bewerking verwijst naar 5-zijdige bewerking. In feite zijn ze verschillend van elkaar. In deze sectie leggen we hun verschillen gedetailleerd uit.

3+2 as CNC-bewerking

3+2 CNC-bewerking betekent de drie assen van een bewerkingscentrum, plus één draai- en één kantelas. 3+2 CNC-bewerking is ook bekend als vijfzijdige bewerking. Het betekent dat u vijf zijden van een onderdeel in één opstelling kunt bewerken.

In deze versie van het CNC-bewerkingsproces worden drie assen tegelijkertijd gebruikt terwijl de andere twee assen gebruikt worden om het te bewerken werkstuk te herpositioneren. Bijvoorbeeld, als we de X-, Y- en C-as tegelijkertijd besturen, dan worden de Z- en A-as gebruikt voor positioneringsdoeleinden.

4+1 as CNC-bewerking

4+1 CNC-bewerking betekent dat het een 5-as machinestructuur gebruikt maar één van de draai- of kantelassen vast houdt. 4+1 bewerking is capabeler dan 3+2 CNC-bewerking. Het is echter nog steeds geen echte volledige 5-as CNC-bewerking.

In dit bewerkingsproces is het duidelijk dat de vier assen tegelijkertijd worden ingezet terwijl slechts één as stil blijft die gebruikt wordt voor de positioneringsfunctie. Bijvoorbeeld, we kunnen tegelijkertijd met de X-, Y-, B- en C-as gaan terwijl de Z-as gebruikt wordt voor het instellen van de positie van het materiaal.

Volledige 5-as CNC-bewerking

Wat volledige 5-as bewerking betreft, verwijst dit naar het feit dat alle vijf assen van de machine tegelijkertijd bewegen (3 lineaire assen, één draai- en één kantelas). Het is in staat om zeer complexe onderdelen te produceren. Het is 5-as koppeling bewerking.

In dit geval werken alle vijf assen tegelijkertijd om high-end resultaten te bereiken. De conventionele drie assen zoals X, Y en Z-as worden ingezet voor de translatiemotie terwijl de andere twee assen doorgaans aangeduid als B- en C-as worden gebruikt voor de kanteling of volledige rotatie van het gereedschap of het werkstuk, afhankelijk van de kenmerken van de CNC-machine.

5-as CNC-bewerking is een geschikte methode voor haakoppervlaktebewerking, ongewone vorm bewerking, holle bewerking, schuine gaten, etc. Terwijl 5-zijdige bewerking vergelijkbaar is met maar capabeler dan 3-as bewerking. Het kan slechts vijf zijden verwerken maar zou falen om sommige speciale bewerkingen in één enkele opstelling te bereiken.

De programmeringsprocedure van 5-as CNC-machines is redelijk vergelijkbaar met traditionele 3-as CNC-machines waarbij de gebruiker eerst het CAD-model van het gewenste product creëert. Vervolgens genereert de software de G-code voor het deelmodel. Echter, 5-as CNC-machines omvatten hoekwaarden naast assenwaarden wat de G-code iets complexer maakt. De hoeken worden gedefinieerd afhankelijk van de configuratie van de tafel en het hoofd van de 5-as CNC-machine.

De gereedschappen die in 5-as machines gebruikt worden, zijn ook geüpgraded wat betreft hun geometrie en vormen. Meer stroomlijnde vormen en geometrieën van snijgereedschappen geven betere resultaten in de vorm van toleranties en passingen van eindproducten. Echter, het type materialen is nog steeds vergelijkbaar met conventionele methoden, afhankelijk van de sterkte van het snijmateriaal.

Bonus:

1. 5-as bewerking of vijf-as bewerking wordt soms afgekort door simpelweg 5X CNC-bewerking te zeggen.
2. In de werkelijke productie werd 90% van het werk dat door een 5-as machine werd gedaan, eigenlijk alleen 5-zijdig (positionering). Weet u waarom? Vanwege de structuur en de werkelijke eisen van onderdelen, is de functie van vijf-as koppeling niet tot uitdrukking gekomen. Daarom verwarren mensen 5-as CNC-bewerking en 5-zijdige bewerking.

Prijzen van 5-as CNC-machines

Prijzen van 5-as CNC-machines zijn doorgaans zeer hoog en variëren sterk afhankelijk van de kenmerken en het type CNC-machine. De kosten lopen van $10.000 tot $500.000 afhankelijk van verschillende factoren. Echter, kleine industrieën met lage productiecapaciteit kunnen de diensten van dergelijke innovatieve technologie tegen uurtarieven verkrijgen. Bedrijven die 5-as CNC-machines fabriceren, bieden dergelijke aangepaste oplossingen met betrekking tot 5-as CNC-bewerking aan.

Configuratietypen voor 5-as Bewerkingscentrum

Tafel-tafel, kop-tafel, en kop-kop zijn voorbeelden van veelvoorkomende 5-as CNC-machinecombinaties.

De eerste configuratie is de tafel-tafel configuratie, ook gekenmerkt als een trunnion-tafelmachine. Beide draaiassen zijn in de trunnion-tafel opgenomen en het hoofd is altijd stationair, het stuk op de tafel roterend. Deze opstelling is gebaseerd op een standaard 3-as CNC-machine, met de twee draaiassen die gebruikt worden om het werkstuk in de gewenste oriëntatie te positioneren. De trunnion CNC-machine biedt betere onderkantmogelijkheden, grotere werkvolumes, en betere snelheid en duurzaamheid. De zwenk- of articulatiekopmachine, die beschikbaar is in kop-kop of kop-tafel configuratie, is de tweede 5-as machineconfiguratie.

In tegenstelling tot een trunnion-stijl, kop-kop machine, waar het hoofd alle rotaties uitvoert, is de tafel statisch. De kop-tafel machine, maar dan vanaf de andere kant, bestaat uit een kantelend hoofd en een draaiende tafel, wat het gebruik van kortere of meer standaardlengte gereedschappen toestaat. Zwenkkopmachines kunnen het gereedschapshoofd rond het blok bewegen om in kleine ruimtes te passen. Het zwenken van de spindel stelt draaiassen in zodat zwaardere materialen eenvoudig in 5-as CNC-machines verwerkt en gevormd kunnen worden.

Waarom Kiezen voor 5-as CNC-bewerking?

De voordelen van 5-as CNC-machines zijn enorm. Deze machines worden gebruikt in verschillende productiegroepen zoals medische instrumenten die zeer gladde en complexe vormen vereisen, luchtvaartapparatuur die high-end oppervlakteafwerking en gladde eindes vereist, andere sectoren die een strakke tolerantie vereisen en producten in bulk produceren.

Een van de basisbehoeftes van het 5-as bewerkingsproces is de beweglijkheid om subtractieve processen uit te voeren en die complexe geometrieën te verkrijgen die moeilijk te bereiken zijn met conventionele 3-as CNC-bewerking. Bijvoorbeeld, wanneer we snijden, boren en tappen operaties allemaal tegelijkertijd op verschillende vlakken van een stuk materiaal op verschillende hoeken nodig hebben, vereist een eenvoudige CNC-machine veel inspanning om dit te doen. De gebruiker moet de posities van het werkstuk veranderen om hoeken te creëren tijdens het snijproces als hij voor een eenvoudige CNC-bewerking kiest. Dit kost veel tijd en inspanning. Hier is waar 5-as CNC-machines de klus efficiënt klaren.

5-as CNC-machine kan dergelijke vormen en hoeken in één keer creëren, wat tijd en inspanning reduceert met verhoogde nauwkeurigheid en oppervlakteafwerkingskwaliteiten. Wanneer verschillende vormen en geometrieën bereikt worden en de levertijd afneemt, neemt het productievolume toe met zelfs gemengde productie. Industrieën als luchtvaart, auto, medische en vergelijkbare anderen die vereisen dat hun producten hoogprecies en nauwkeurige profielen zijn, worden het beste bediend door 5-as bewerking. Omdat menselijke betrokkenheid in het bewerkingsproces wordt verminderd, worden hoge toleranties en standaarden bereikt met 5-as CNC-machines. Iedereen met de juiste machine met goede CAD (computer-ondersteund ontwerp) kennis en materialenselectie kan 5-as CNC-machines benutten om hun producten te creëren naast de bedrijfsproductie.

Voordelen van 5-as CNC-bewerking

Nu we zover zijn gekomen, kunnen we de voordelen van 5-as CNC-machines als volgt samenvatten:

1. Levertijd verminderen en productiesnelheid verhogen
2. Nauwkeurigheid en kwaliteit van het bewerkingsproces verbeteren
3. Beweglijkheid om complexe geometrieën en vormen te verkrijgen
4. Productiecapaciteit uitbreiden
5. Verschillende bewerkingsapparatuur vervangen door één enkele 5-as CNC-machine
6. Potentiële fouten in elke fase van het bewerkingsproces verminderen
7. Langere snijlevensduur door automatische gereedschapsselectie en geoptimaliseerde snijgereedschapsnelheid.
8. High-end oppervlakteafwerking door minder trillingen in 5-as CNC-machines

Programmeren van 5-as CNC-machine

De procedure voor het maken van G-code voor de CNC-machine begint met een CAD-model ontworpen in een willekeurige modelsoftware. Vervolgens wordt het CAD-model doorgaans omgezet in een algoritme, d.w.z. G-code die alle benodigde informatie bevat zoals spindelsnelheid, voeding, en assenbewegingen van de snijgereedschappen. De algoritmen die gebruikt worden om de hoge-snelheid snijgereedschappen van 5-as CNC-machines te besturen, verschillen niet veel van de conventionele 3-as bewerkings G-code. Echter, de beweging van het snijgereedschap op verschillende hoeken of het kantelen van de positie van de tafel vereist de informatie van vooruitlopende hoeken en kromme paden.

Bij programmeren op de 5-as hebben we twee mogelijkheden voor het besturen van rotatiebewegingen en posities. We kunnen draaihoeken of gereedschapsvectoren gebruiken om de data uit te geven. Gereedschapsvectoren zijn basis de commando's die aan het einde van de X-, Y- en Z-as worden ingezet die de informatie aan het gereedschap geven om te draaien of kantelen op een specifieke hoek. De toepassing is uniek voor elke verschillende machineopstelling door het gebruik van IJK gereedschapsvectoren. De machine mag welke assen het ook heeft beschikbaar gebruiken om het gereedschap te positioneren op de gecommandeerde positie en kantelhoek omdat het geen specifieke as-aanroep (A, B, of C) commandeeert. Deze flexibiliteit stelt hetzelfde geprogrammeerde deel in staat om gedeeld te worden over meerdere machines in de werkplaats ongeacht machineconfiguratie.

Er zijn verschillende CNC-programmeersoftwarepakketten die gebruikt kunnen worden om de G-code te maken die in 5-as CNC-machines wordt ingezet. Software zoals Autodesk, Mastercam, Siemens NX, PowerMill en Edgecam zijn de meest gebruikte software om 5-as machines te programmeren.

Stappen om te Overwegen bij 5-as CNC-bewerkingsproces

• Zorg ervoor dat er voldoende verwerkingssnelheid van de CNC-machine is om het pad van het snijgereedschap te besturen dat door de G-code in de CNC-machine is geüpload.
• Voor volledig functionele CNC-operaties, zorg ook dat de look-ahead functies die de NC-machine toestaan sneller te berekenen.
• Kies het beste gereedschapshoudersysteem voor het CNC-bewerkingsproces dat trillingsvrije beweging van het gereedschap garandeert tijdens het creëren van een profiel op het materiaal.
• Controleer de voedsnelheid tijdens de conditie om de duurzaamheid van het snijgereedschap te behouden. Het controleren van de snelheid van snijgereedschappen op verschillende materialen is de basis sleutel om de levensduur van het snijgereedschap te vergroten.
• Een ander zeer belangrijk factor om in de gaten te houden is de spindelwarmtecontrole door gebruik te maken van de juiste koelvloeistof. Verschillende smeermiddelen of waterjetsystemen worden gebruikt om de temperatuur van de snijgereedschappunt laag te houden en de afvalstoffen van de snijgereedschapspositie te wissen.
• Ook, voordat u uw werkstuk direct aan de productie in de 5-as CNC-machine onderwerpt, is het beter om een gereedschapspadsimulatie te doen die kan garanderen dat het juiste proces met correcte resultaten wordt uitgevoerd.

Snijgereedschappen voor CNC-bewerkingsproces

Snijgereedschapsmateriaal dat gebruikt wordt voor het snijden of vormen van het werkstuk in 5-as CNC-machines verschilt niet van 3-as CNC-machines. Echter, de gereedschapshoudstations zijn heel anders en de gereedschapswisselmogelijkheid in 5-as CNC is veel geüpgraded. Ze omvatten ook automatische werkstukwissels of automatische palletwisselaars die de menselijke interactie met snijgereedschap en materiaal tijdens het productieproces verminderen. Deze flexibiliteit stelt ook High Mix of Low Volume productie in staat wat de efficiëntie van elk productiebedrijf verhoogt. In 5-as CNC-bewerking zijn er 60 tot 120 gereedschapsstations in de automatische gereedschapswisselmagazijn. Een groter aantal gereedschapsstations biedt de aanpassing om aan redelijk complexe ontwerpen te werken.

De selectie van snijgereedschapsmateriaal hangt af van verschillende factoren zoals het gereedschapsmateriaal 40 tot 60 procent sterker moet zijn dan het materiaal waarop het werkt. Evenzo moet het een hoge thermische geleiding hebben met een lage wrijvingscoëfficiënt. Ook moet de fabricatie van snijgereedschapsmateriaal eenvoudig zijn zodat ze gemakkelijk toegankelijk zijn. Enkele van de snijmateriaal gebruikt in CNC-bewerking zijn hieronder gegeven:

Koolstofstaal

Dit materiaal is het populairste snijmateriaal gebruikt in CNC-bewerking vanwege de beschikbaarheid en lage kosten. Dit bevat een kleine hoeveelheid mangaan en silicium met 0,6 tot 1,5% koolstofgehalte.

Hoge-Snelheid Staal (HSS)

Dit materiaal is het tweede meest abundante gebruikt in CNC-bewerking vanwege de duurzaamheid en hoge slijtvasteheid. Het bevat wolfram, chroom, molybdeen met een redelijke hoeveelheid koolstofstaal.

Gecementeerde Carbiden

Deze materialen worden gebruikt voor zeer hoge-snelheid snijoperaties aangezien dit materiaal hoge thermische weerstand heeft en temperaturen als 1000 graden Celsius kan weerstaan. De samenstelling betreft voornamelijk wolfram, titanium en tantalum.

Keramieken

Dit materiaal is chemisch inert en krijgt geen corrosie, zodat het langer kan duren vergeleken met metalen snijgereedschappen in corrosieve omgevingen. Deze gereedschappen zijn zelfs tien keer sneller dan HSS. Hun materiaal bestaat voornamelijk uit siliciumnitride en aluminiumoxide.

Andere snijgereedschapsmaterialen omvatten diamantpunt, koolstofboornitriden of cermet.

Snijgereedschapsgeometrieën

5-as snijgereedschappen zijn iets anders dan conventionele omdat ze aan hoeksnijden onderworpen zijn, dus moeten ze flexibeler zijn met hun vormen voor het uitvoeren van de klus.

Eindfrezen: Dit zijn de draaiende snijgereedschappen die gebruikt kunnen worden om materialen te verwijderen, vooral in 5-as CNC-machines. De eindfrees zoals de boorbit wordt gebruikt voor meer veelzijdige bewerkingsoperaties. Eindfrezen zijn laterale snijgereedschappen die in elke richting snijden, in tegenstelling boorbits, die assiaal aan het materiaal kunnen snijden. Verschillende categorieën van eindfrezen zijn:

Bolneus Eindfrezen: Dit type eindfrees heeft ideale 3-D contouractie die top-niveau gekromde profielen genereert. Het kantelen van de gereedschapsas maakt het mogelijk voor de fluiten om het materiaal te grijpen, het weg te trekken van het deel in plaats van het te duwen, waardoor het op zichzelf, de snijder en het deeloppervlak opbouwt.

V-Bits: Deze zijn ook een soort eindfrezen en zijn doorgaans beschikbaar in twee varianten, d.w.z. 90° of 60°, wat volledig afhangt van de depressie die op het materiaal onder productie vereist is.

Meervoudige Fluit Eindfrezen: Wanneer er meer snijden in spel zijn met meer fluiten op een snijgereedschap, kan het bewerkingsproces hogere snelheden en voedingen handhaven. Bovendien verhogen de extra fluiten het snijoppervlak van het gereedschap, wat resulteert in langere gereedschapslevensduur. Deze voordelen tellen op tot aanzienlijk hogere metaalverwijderingssnelheden, een betere oppervlakteafwerking en controle van de algehele kosten.

Draaiende Boren: Dit snijgereedschap heeft twee fluiten met twee zijden om materiaal van de opdracht te verwijderen. Dit is het meest voorkomende type snijgereedschap dat in NC-bewerking wordt gebruikt. Het heeft drie hoofdgedeeltes zoals andere snijgereedschappen: steel, lichaam en snijrand.

Prijzen van 5-as CNC-machines

De aankoopkost van 5-as CNC-machine varieert enorm. Het kan variëren van duizend dollar tot vijfhonderdduizend dollar. De prijs hangt af van de grootte, kenmerken en type CNC-machine. Enkele belangrijke factoren voor prijsvariatie van 5-as CNC-machines zijn:

• Werkstuk materiaaltype, d.w.z. of het staal, aluminium, titanium of anderen is
• Ontwerp van de CNC-machine zoals trunnion of zwenk type
• Categorie van as zoals 3+2, 4+1 of volledige 5-as CNC-machine
• Grootte van de machine en andere kenmerken zoals gereedschaphoudcapaciteit en spindelvermogen

Enkele eenvoudige vergelijkingen voor de verschillende typen 5-as CNC-machines zijn hieronder gegeven:

• 3+2 5-as CNC freesmachine kan kosten tussen $35.000 – 200.000
• Trunnion type 5-as CNC freesmachine kost rond $200.000 – 500.000
• Zwenkkop type 5-as CNC freesmachine kost bijna $150.000 – 500.000
• Mini 5-as CNC freesmachine prijzen variëren van $3.000 – 10.000
• 3+2 5-as kleine CNC freesmachine kan gekocht worden in een bereik van $25.000 – 40.000

Over het algemeen zijn de prijzen van 5-as CNC-machines vrij hoog, maar iedereen die 5-as CNC-machinediensten vereist, kan ook aangepaste CNC-fabricatie tegen uurtarieven krijgen.

Aangepaste 5-as CNC-bewerkingsdiensten

De behoefte aan 5-as CNC-bewerking is over de hele wereld gegroeid vanwege de gladde afwerking, nauwkeurige tolerantie en minder tijdrovend. Echter, voor lage-volume productie kunnen CNC-machines erg duur zijn voor aankoop en niet het maximum uit de CNC-machine halen wanneer er niet genoeg werk is, of u het niet lang nodig hebt. Dus grote bedrijven of fabrikanten bieden ook CNC-bewerkingsdiensten aan. De diensten worden op uurbasis gefactureerd. De prijzen voor per uur gebruik van 5-as machines kunnen weer variëren op het type CNC-machine. Echter, de klant krijgt aangepaste oplossingen en gepersonaliseerde onderdeelfabricatie door deze diensten te verkrijgen. De prijs van een 5-as CNC-bewerkingsdienst kan van $50 tot $200 zijn wat onderhandeld en direct kan worden afgehandeld door het dienstverlenende bedrijf.

Conclusie

5-as CNC-bewerking is eigenlijk anders dan 5-zijdige CNC-bewerking. Er zijn 5 verschillende typen 5-as CNC-machines. Van professioneel oogpunt zijn multi-as bewerkingen zoals 3+2 bewerking en 4+1 bewerking ofwel VOLLEDIGE 5-as bewerking. Wat ze kunnen doen is 5-zijdige bewerking. Maar 4+1 CNC-verwerking is capabeler dan 3+2 verwerking.