3-assige, 4-assige en 5-assige CNC-bewerking:de belangrijkste verschillen uitgelegd

“De complexiteit van onderdelen, bewerkingssnelheid, nauwkeurigheid en algehele productieflexibiliteit zijn sterk afhankelijk van het aantal assen waarlangs het snijgereedschap kan bewegen ?”        

In de productie worden CNC-machines geleverd met verschillende assenmogelijkheden:2-assig, 3-assig, 5-assig, 9-assig of zelfs 12-assig. Machines tot 5-assen zijn echter de meest voorkomende. Dit kan u in verwarring brengen over welke u moet gebruiken voor de beste resultaten, terwijl u de kosten binnen uw budget houdt. U heeft dus een diepgaand inzicht nodig in de verschillen tussen 3-, 4- en 5-assig frezen .

Laten we de voor-, nadelen en industriële toepassingen van 3-, 4- en 5-assige bewerking doornemen.

Wat betekent het met 3-, 4- en 5-assig bewerken? 

CNC-machines worden geleverd met verschillende mogelijkheden voor bewerkingsassen; 3,4 en 5 assen zijn de meest voorkomende. Elke as definieert de mogelijkheid om snijgereedschappen in een bepaalde richting te verplaatsen. 

Bewerken met 3 assen betekent dat het gereedschap in 3 lineaire richtingen beweegt, X, Y en Z.  

• X-as: Horizontale richting van links naar rechts  
• Y-as: Richting van voor naar achter
• Z-as: Omhoog en omlaag (verticaal) Richting 

In principe bestrijkt een 3-assige freesmachine 3-dimensionale richtingen ten opzichte van het stationaire werk. Het creëert minder ingewikkelde vormen, en als je verschillende kanten van het onderdeel wilt bewerken, is herpositionering nodig.

Bij 4-assige freesmachines gaat het om één extra bewegingscapaciteit:A-as , waar het werk rond de x-as kan draaien. Bijgevolg kunnen 5-assige machines het werk in twee richtingen roteren (A &B of C ):Rond de X-as en Y- (of Z-) assen, waardoor meer complexiteit mogelijk is zonder extra instellingen of herpositionering.   

Een 4- of 5-assige CNC-freesmachine kan vlak, diepte en contour bewerken in één enkele opstelling, waardoor deze ideaal is voor complexe ontwerpen met extreme details. Het kan bewerkingen aan meerdere zijden uitvoeren, schuine elementen maken en complexe profielen maken. 

Belangrijkste verschillen tussen bewerking met 3 assen, 4 assen en 5 assen

Allereerst zijn er verschillende soorten CNC-machines, en frezen is daar één van. Onder deze categorie wordt frezen verder gecategoriseerd op basis van de mogelijkheden van de assen, zoals frezen met 3, 4 en 5 assen.  Ieder heeft verschillende mogelijkheden. 

Hun installatiecomplexiteit, bewerkingsmogelijkheden, CNC-programmering, bediening, kosten, tijdsefficiëntie, nauwkeurigheid en onderhoudsvereisten zijn ook verschillend. Het begrijpen van deze verschillen is van cruciaal belang voordat u beslist welke het beste past bij de productie van uw onderdelen en producten. 

Machine instellen en programmeren 

Omdat de bewerkingsassen hoger zijn bij 4- en 5-assige freesmachines, zijn ze complexer in te stellen. Ze vereisen een nauwkeurige werkstukopspanning en uitlijning van het midden van het werkstuk met de rotatie-as. Aan de andere kant heeft een CNC 3-assig frezen een veel eenvoudiger opzet. Bij meervlaksfrezen is echter opnieuw opspannen vereist. 

In 3 assen zijn basis G &M-codes voor lineaire bewegingen voldoende. Maar voor hogere assen heb je complexe en lange codes nodig, zoals het toevoegen van een nieuwe vaste rotatiehoek na lineair snijden via indexering of continue beweging voor gelijktijdig snijden en roteren. 

Operationele complexiteit

Omdat CNC-bewerkingscentra en -frezen met 5 assen complexe programma's omvatten, is het een grotere uitdaging om machines te bedienen dan machines met 3 assen. Kleine fouten in de installatie of code kunnen resulteren in nauwkeurigheid en mislukking. Bovendien is er meer risico op gereedschapsbotsingen vanwege het complexe bewerkingspad. 

Daarom vereist het bedienen van een 5- of 4-assige CNC-frees deskundige technici en ingenieurs met uitgebreide ervaring. 

Productiesnelheid

Omdat machines met 4 en 5 assen het werkstuk kunnen roteren en materiaal vanuit meerdere hoeken kunnen verwijderen, zijn ze sneller en nauwkeuriger. Eén enkele machinerun kan met veel verschillende gereedschappen werken en het werk van meerdere kanten tegelijk snijden. Dit continue proces elimineert de meerdere opstellingen en uitlijningen, verschillende gereedschappen bewegen over vooraf bepaalde paden en verwijderen het materiaal van het werk; Ondertussen roteert het werk zelf in meerdere kanten, totdat de uiteindelijke vorm is bereikt. Als u echter slechts één kant van het werk hoeft te bewerken, bieden 3-assige freesmachines nog steeds een goede productiesnelheid.

Kostenefficiëntie

4-assige en 5-assige bewerking is duurder dan 3-assige CNC-bewerking, maar het is de moeite waard om te kiezen voor toepassingen die een hoge mate van nauwkeurigheid en precisie vereisen voor functionaliteit. Bijvoorbeeld complexe nokkenlobben, spiraalvormig gefreesde profielen, enz. Ondertussen zijn eenvoudige vormen en profielen kosteneffectief en beter te vervaardigen met 3-assige machines. 

Precisie en nauwkeurigheid

Bewerkingen met 4 en 5 assen leveren preciezere en nauwkeurigere resultaten op voor zowel prototyping als productie op volledige schaal. Het tolerantieverschil tussen 3-, 4- en 5-assig CNC-frezen bedraagt ​​ongeveer ±0,001″, ±0,001″/±0,01° en ±0,0005″/±0,008° tegelijkertijd. Er is vooral een grotere kans op fouten als u 3-assige machines gebruikt voor meerzijdige taken, omdat ze herhaaldelijk moeten klemmen.

Onderdelen/producten met complexe ontwerpen 

Zoals eerder vermeld, hebben freesmachines met 4 en 5 assen sterk de voorkeur voor het bewerken van zeer complexe ontwerpen met detaillering. Frezen met 3 assen werken slechts aan één kant van het werkstuk tegelijk (2,5 D), of moeten opnieuw worden ingesteld om een ​​andere kant te vormen. Ondertussen maken 3+1 of 3+2 assen werkrotatie en continu frezen mogelijk. 

• 3-assig: Eenvoudige ontwerpen met kenmerken zoals platte profielen, zakken en sleuven, verticale gaten, nokken, afschuiningen, getrapte oppervlakken, enz. 
• 4- As: Ontwerpen met radiale patronen, spiraalvormige of spiraalvormige groeven, zijgaten, schuine sneden, enz. 
• 5- As: Complexe ontwerpen met ingewikkelde kenmerken zoals vrijevormoppervlakken, ondersnijdingen, schuine gaten in meerdere assen, enz. 

Oppervlakteafwerkingskwaliteit

5- of 4-assige CNC-bewerkingen kunnen een fijne en spiegelachtige afwerking bereiken, Ra-waarde tot 0,4 µm. Dit komt door optimale gereedschapshoeken, kortere gereedschappen en continu snijden. Aan de andere kant kan 3-assig frezen oppervlakken produceren met een minimale ruwheidswaarde van 1,6 µm. 

Toepassingen van 3 versus 4 versus 5-assig frezen 

Het CNC-bewerkingsproces zelf heeft toepassingen in verschillende industrieën, ongeacht de ascapaciteiten. Het enige verschil is dat machines met hogere assen worden gebruikt om complexe en kritische CNC-gefreesde onderdelen te produceren, terwijl machines met lagere assen (zoals 3) voornamelijk worden gebruikt om items minder kritisch te maken voor de precisie en eenvoudige geometrische kenmerken te hebben.  Eenvoudige platen en behuizingen voor elektronica zijn bijvoorbeeld kosteneffectief te maken met 3-assige CNC, terwijl items zoals op maat gemaakte medische implantaten of vliegtuigmotoronderdelen worden vervaardigd met 5 of zelfs hogere assen CNC vanwege de behoefte aan hoge nauwkeurigheid.

De volgende tabel illustreert met voorbeelden het toepassingsverschil tussen 3-, 4- en 5-assig CNC-frezen in veel voorkomende industrieën;

Industrie 3-assige freestoepassingen 4-assige freestoepassingen 5-assige freestoepassingen AutomobielRemklauwbeugels, motormontageplaten, wielnaafonderdelen. Nokkenassen, cilinderkoppen, tandwielhuisCilinderkoppoorten, prototypen van lichtmetalen velgen, motorinlaatspruitstukken, ruimtevaartbeugels, armaturen, etc. turbinebladwortels, windbalkeindfittingen en op maat gemaakte beugels. Brandstofsproeiers, landingsgestelonderdelen en rompsecties Medisch Medisch meubilair, bakken en eenvoudig gereedschap. turbinebladwortels, windbalkeindfittingen en op maat gemaakte beugels.Cilinderkoppen, mallen, testprototypes, transmissiecomponenten.ElektronicaPCB's, koellichamen, behuizingen, connectoren, behuizingenOp maat gemaakte implantaten (heup/knie/dentaal), chirurgische robots, protheses, onderdelen voor diagnostische apparatenOp maat gemaakte koellichamen met dichte vinnen, microconnectorenMold &Die ToolingMolds met schuine kenmerken, koelkanalen, uitwerppenopeningenComplexe spuitgietmatrijzen, diepe matrijsholten, ondersnijdingen, matrijs met spiegelafwerking profielen,Downhole-gereedschappen, turbinebladen, compressoronderdelen, complexe kleppenEnergyStandard onderdelen, beugels, eenvoudige kleppen,cilinderblokkenKleplichamen, rotoren, waaiers.Turbinebladen, compressoronderdelen, complexe kleppen

Voor- en nadelen van 3-assig frezen 

Voordelen 

• 3-assige CNC is eenvoudig en kosteneffectief; er zijn geen hoogopgeleide operators en complexe programmering nodig. 
• Het doet uitstekend werk bij het bewerken van vlakke oppervlakken, zoals boren, afvlakken, gleufsteken, enz.
• Het instellen van het gereedschap is veel eenvoudiger en sneller dan machines met hogere assen. 
• Het kan worden gebruikt voor meerzijdige bewerking door het werkstuk opnieuw op te spannen en het gereedschap aan te passen.

Nadelen 

• Het is een uitdaging om complexe geometrische kenmerken te vormen met 3-assig frezen, zoals diepe holtes, onregelmatige contouren, schuine kenmerken en ondersnijdingen. 
• Het heeft een langere cyclustijd en een relatief lage maatnauwkeurigheid 

Voor- en nadelen van 4- en 5-assig frezen

Voordelen 

• Vier assen maken rotatie van werk rond de x-as mogelijk, en vijf assen maken rotatie rond X- en Y-assen mogelijk. Dus meer flexibiliteit in het maalproces.
• Hogere nauwkeurigheid en consistentie, zelfs voor complexe ontwerpen. 
• U kunt alle zijden van het werkstuk bewerken zonder de oriëntatie te veranderen, waardoor de cyclustijd wordt verkort en de nauwkeurigheid toeneemt.
•  Het is eenvoudig om schuine bewerkingen en complexe contourbewerkingen uit te voeren. 
• Het verlaagt de instel- en opspankosten omdat u het werkstuk continu kunt roteren en frezen. 
• Vooral frezen behouden een optimale contacthoek, wat helpt om een superieure kwaliteit van de oppervlakteafwerking te bereiken.

Nadelen 

• Er zijn zeer deskundige operators en complexe CAM-modellering vereist om 4- en 5-assige freesmachines te laten draaien. 
• Ze kunnen duur zijn voor eenvoudigere prototypes en producten vanwege de hoge machine- en initiële installatiekosten. 
• Productiekosten zijn alleen gerechtvaardigd voor industriële onderdelen en CNC-bewerkingstoepassingen die een hoge nauwkeurigheid voor functionaliteit vereisen. 

Hoe kiest u tussen frezen met 3, 4 en 5 assen?

Er kan niet direct worden beantwoord welke de beste is tussen 3-, 4- en 5-assig frezen. De juiste optie hangt af van de vereisten en de complexiteit van de taak die u wilt bewerken. 

Enkele kritische overwegingen zijn als volgt; 

Complexiteit van ontwerp

Bedenk eerst wat voor soort geometrische kenmerken uw ontwerp heeft:eenvoudige 2,5D- en platte kenmerken of complexe kenmerken zoals ondersnijdingen en onregelmatige contouren? Als het complex is, moet u uw onderdeel bewerken met frezen met hogere assen (4 of 5). Bijvoorbeeld turbinebladen en kunststofvormgereedschappen.

Tolerantie en herhaalbaarheid 

 Heeft u zeer nauwe toleranties nodig, zoals 0,0005″ voor prestaties en functionaliteit, of zijn alleen algemene toleranties voldoende? Zo ja, dan kunnen 4- en 5-assige machines dit alleen leveren met een uitstekende consistentie. Kies anders voor 3-assig frezen. 

Toepassingsindustrie

Het is ook van cruciaal belang om rekening te houden met de sector waarvoor u produceert. Als het onderdelen/prototypes betreft voor precisiegevoelige industrieën zoals de lucht- en ruimtevaart, de medische sector of defensie, moet u mogelijk hogere assen kiezen. Anders kunt u kiezen voor machines met 3 assen. 

Productievolume en kosten 

Productievolume en kosten zijn aan elkaar gerelateerd. Vooral bij het bewerken van hogere assen zorgen grote volumes voor een aanzienlijke verlaging van de productiekosten per onderdeel. Omdat de programmeer-, stap- en toolingkosten over meerdere batches worden verdeeld. Voor kleine series kunt u nog steeds 3-assige freesmachines gebruiken door de opstelling aan te passen, zelfs voor ontwerpen met een gematigde complexiteit. 

Meerassige bewerkingsdiensten bij RapidDirect 

Heeft u uw ontwerp klaar en weet u niet zeker welke freesmachine de gewenste resultaten kan leveren tegen de beste prijzen? U kunt vergelijkende offertes krijgen door uw ontwerp hier te uploaden . Bij RapiDirect bieden we niet alleen CNC-bewerkingsdiensten, maar helpen we u ook bij het kiezen van de juiste bewerkingsmethode en het optimaliseren van uw projectbudget. 

Bovendien beschikken we over een eigen bewerkingsfaciliteit met freesmachines met 3, 4, 5, 6 en zelfs hogere assen, die complexe 3D-modellen met uiterste precisie tot werkelijkheid kunnen maken. Onze ingenieurs en operators hebben meer dan tien jaar ervaring in meerassige bewerking, die u kunt inzetten voor het succes van uw CNC-bewerkingsprojecten.