De juiste 5-as CNC-freesmachine kiezen voor vormproductie

In het verleden werden 5-as CNC-freesmachines gebouwd en vermarkt voor het domein van luchtvaart- en energieopwekfabrikanten. Echter, de adoptie van 5-as bewerkingscentra is in de laatste jaren toegenomen voor vormmakers. Wat moet je zoeken als je winkelt voor een 5-as CNC-freesmachine voor vormbouw?

Voordelen van 5-as CNC

Er zijn veel voordelen aan het implementeren van 5-asbewerking voor vormbouw, een paar van de meer voorkomende zijn:

Minder opstellingen gebruiken

5-asbewerking stelt in staat om complexe vormen met één opstelling te frezen versus meerdere opstellingen om de machine, spindel en tooling te accommoderen. Dit strakt toleranties tussen kenmerken, vooral voor gaten of kenmerken die onder samengestelde hoeken staan.

Dit kan ook de totale opstellingstijd verminderen. Een snelle heroriëntatie van de machine neemt slechts seconden in beslag, terwijl het wisselen van opstellingen aanzienlijk langer kan duren – in de orde van uren, afhankelijk van complexiteit en deelvereisten. 5-asmachines kunnen waardevolle tijd besparen, jobtijd verkorten en je meer business winnen.

Afwerken met kortere frezen

Volledige 5-asmogelijkheden kunnen de toolas rond het onderdeel kantelen, wat kortere frezen en kleinere L/D (lengte-tot-diameter) verhoudingen toestaat. Dit helpt tooltrilling en afbuiging te verminderen om een superieure oppervlakte-afwerking te bieden.

Diepere gebieden frezen

Vaak kunnen diepe gebieden van een onderdeel die moeilijk te bereiken zijn vanaf recht in de Z-as, gefreest worden door de toolas te roteren en een 3+2 of gelijktijdige 5-asbewerking uit te voeren.

Tijd en geld besparen

Het gebruik van kortere frezen stelt vaak snellere voedsnelheden toe door verminderde afbuiging en trilling. 5-as CNC-frezen van diepe gebieden en ribben kan de behoefte aan langzamere EDM-bewerkingen verminderen, wat de levertermijn verkort. Samen besparen ze tijd en geld in vormbouw.

Over het algemeen kan 5-asbewerking je helpen superieure onderdelen te leveren met strakkere toleranties op sleutelkenmerken in minder tijd, zodat je bedrijf competitief kan blijven.

3+2 versus Gelijktijdige 5-as

Bij het bespreken van 5-asbewerking is het belangrijk om het verschil tussen 3+2-as en gelijktijdige 5-asbewerking te differentiëren. Over het algemeen zal een 5-as CNC-freesmachine drie lineaire assen hebben: X, Y en Z. Ze zullen ook twee rotatieassen hebben, ofwel A&B, A&C, of B&C. De rotatieas correspondeert met de lineaire as. Bijvoorbeeld, de rotatie A-as roteert om de lineaire X-as. De B-as roteert om Y, en de C-as roteert om Z. De meeste 5-asmachines die in vormbouw gebruikt worden, zijn ofwel A&C of B&C in configuratie.

3+2-asbewerking

De machine roteert in positie, gebruikmakend van de twee rotatieassen, en voert vervolgens een traditionele 3-assnede uit. Het roteert eerst, dan freest het, maar niet tegelijkertijd. See dit als het instellen van een willekeurige toolvector voor een tijdelijk werkvlak en het uitvoeren van een 3-assnede daaruit. Aangezien je een werkvlak instelt, kunnen traditionele gefixte cycli, zoals boren, meestal gebruikt worden tijdens 3+2-asbewerking.

3+2-asbewerking heeft het voordeel van eenvoudigere programmering. Fusion 360 maakt 3+2-bewerkingen bijzonder eenvoudig – er is simpelweg een checkbox in elke freesbewerking die je toestaat om de tool te heroriënteren met een snelle geometrieselectie, grafische handvatten, of uitlijning aan de huidige weergave. Deze gestroomlijnde programmeerbenadering maakt het gemakkelijk om het meest uit je machine te halen.

5-as Gelijktijdige Bewerking

In deze modus kunnen de rotatieassen tegelijkertijd met de lineaire assen worden gebruikt. Dat wil zeggen, alle vijf assen kunnen gelijktijdig worden gebruikt. Roteren en frezen op hetzelfde moment. Continue beweging betekent dat het tool in contact blijft met het onderdeel en mogelijk minder ingetrokken gebieden of te mengen gebieden heeft.

Fusion 360 biedt ook gelijktijdige 5-asbewerkingen om je capaciteit voor complexe onderdelen te vergroten en je machines tot hun uiterste potentieel te benutten.

Het is belangrijk om te noteren dat de meeste 5-asmachines in de vormbouw eigenlijk ongeveer 80 procent (of meer!) van de tijd 3+2-asfrezen uitvoeren. Gelijktijdig frezen is gereserveerd voor bepaalde unieke toepassingen – typisch wanneer 3+2 het niet kan.

Fundamentele machineverschillen

Er zijn veel verschillende stijlen van 5-as CNC-freesmachine-ontwerpen. Voor dit artikel vereenvoudigen we het in twee hoofdcategorieën: draaiende tafel of draaiende kop.

Draaiende tafel ontwerpen zijn waar het onderdeel op een tafel gemonteerd is die roteert, typisch met een C-asbeweging. Of de tafel voert de andere rotatie uit, zoals in het geval van een trunnion, of de spindel heeft één as van rotatie om een 5-asmachine te completeren.

Draaiende kop ontwerpen gebruiken typisch een soort knokkel waar de spindel in gemonteerd is. De knokkel stelt normaliter twee assen van rotatie toe, typisch A&C of soms, maar minder algemeen, B&C.

Enkele voordelen van draaiende tafel ontwerpen zijn:

• Hogere stevigheid dan draaiende kop ontwerpen
• Grotere snelheid en prestaties dan draaiende kop ontwerpen

Enkele voordelen van draaiende kop ontwerpen zijn:

• Grotere werkbereiken en zwaardere onderdelen dan draaiende tafel ontwerpen
• Meer veelzijdigheid met spannen en meerdere onderdelen dan draaiende tafel ontwerpen

Ongeacht welke configuratie je kiest, programmeert Fusion 360 elk op dezelfde manier om programmeren eenvoudig te houden. We bieden zelfs een bibliotheek van snelle, gratis en volledig aanpasbare postprocessors zodat je je G-code kunt afstemmen op je behoeften en onderdelen goed kunt maken.

Werkterrein grootte

Een van de grootste overwegingen bij het kopen van een 5-as CNC-freesmachine is de grootte van het werkomhulsel. Een veelgemaakte fout is het kopen van een te kleine freesmachine de eerste keer.

Net als bij 3-asbewerking is de Z-reis van de machine belangrijk bij het frezen van kaviteiten. Je hebt voldoende Z-reis nodig om het onderdeel en lange tools te passen om uit het onderdeel te retacteren. Additionele clearance in een 5-asmachine voor toolretracties is noodzakelijk rondom je onderdeel.

Bij het winkelen, wanneer je een 5-asmachine overweegt, overweeg het grootste onderdeel dat je op de machine zou gebruiken, en voeg je langste tool toe aan de afmetingen rondom het onderdeel. Dit helpt ervoor te zorgen dat je een freesmachine koopt met voldoende clearance.

Asbeperkingen

Bij het overwegen van een 5-asmachine, neem eventuele beperkingen op de rotatieassen in overweging. Limieten in de rotatie zullen beperken hoeveel van een onderdeel je in 5-as kunt frezen. Als je onderdelen met achteruitgaande hellingen (backdraft) moet frezen, zorg er dan voor dat je 5-as CNC-freesmachine voldoende rotatiemogelijkheden heeft om dit te bereiken.

Ook, als je een typische 5-asmachine gebruikt, zoek uit of de C-as enige limieten heeft of niet. Een onbeperkte C-as stelt je in staat om het onderdeel continu te laten draaien terwijl je het freest. Denk aan een object als een frisdrankfles. Met een continue C-as kun je de fles blijven laten draaien terwijl je het van boven naar beneden freest, achteruitgaande hellingen en alles.

Machines met limieten aan de C-asrotatie zullen gedwongen worden om van het onderdeel af te retracteren, de as ontwinden, het onderdeel weer benaderen, en doorgaan met frezen. Ontwinningsbewegingen kunnen waardevolle freestijd verspillen met bewegingen in de lucht puur vanwege limieten.

Controller

Zonder de besturing van de freesmachine heb je alleen een groot brok duur metaal. Zijn taak is om data van de encoder op de lineaire en rotatieassen te nemen en te controleren wat de motoren daarna doen.

Bij gelijktijdige 5-assen moet de controller niet alleen de X-, Y- en Z-lineaire bewegingen nauwkeurig synchroniseren, maar moet hij ook de rotatieassen managen. Dit is moeilijker naarmate snelheden toenemen wanneer componenten verder van het rotatiecentrum weg bewegen.

Niet alle 5-ascontrollers zijn gelijk gemaakt. Sommige synchroniseren beter dan andere – sommige vertragen het freesproces bij het uitvoeren van gelijktijdige 5-as. Bij het winkelen voor een 5-as CNC-freesmachine is het belangrijk om te kijken naar de realistische snelheden die beschikbaar zijn in gelijktijdige 5-asmodus.

Eén ander ding om te overwegen bij het kopen van een 5-as CNC-freesmachine is hoe goed de controller werkvlakken instelt voor 3+2-asbewerking? Zijn alle gefixte cycli beschikbaar bij elke helling? Wat is vereist in post-geproceseerde output om dit te managen?

Een andere overweging is of de controller een manier heeft om RTCP in te stellen, Rotation Tool Center Point? Dit is waar de controller de oorsprong van het onderdeel ten opzichte van het rotatiecentrum kent en de benodigde bewegingen voor het geprogrammeerde onderdeel nauwkeurig kan berekenen. Een vorm van RTCP (soms TCPM genoemd) wordt normaal gebruikt bij gelijktijdige 5-as om vormonderdelen af te werken.

Toolspanning

Bij het gebruik van hoge-prestatiespindels en tooling, kan het toolhouder-systeem de algehele stevigheid positief of negatief beïnvloeden. Sommige toolhouder-spannsystemen spannen van de buitenkant van de houder met inwaartse druk. Andere systemen spannen van de binnenkant van de houder met uitwaartse kracht. De laatstgenoemde systemen, die van binnen naar buiten spannen met uitwaartse kracht, worden geholpen door de centrumpetende kracht van de rotaties van hoge-snelheidsspindels.

Lineaire geleiders

De meeste CNC-freesmachines gebruiken moerschroeven, die kogellagers omvatten om wrijving te verminderen, om beweging te controleren. Enkele recente ontwikkelingen in CNC-machines zijn om de motor en moerschroef te vervangen door een lineaire motor. Kosten voor machines uitgerust met lineaire motors zullen typisch hoger zijn. Echter, gemiddeld genomen kunnen ze hogere versnellingsniveaus, hogere precisie en gladde werking bieden.

Het is belangrijk om te noteren dat die voordelen vergeleken worden met mid-level 5-as CNC-freesmachines. High-end 5-asmachines met robuustere encoders, schalen, schroeven en motoren bieden dezelfde snelheden en precisies beschikbaar van lineaire motors.

CAD-bestanden

Bij het uitvoeren van 5-asbewerking wil je je CNC-programma's simuleren en verifiëren voordat je ze op de freesmachine runt. Naarmate je begint met het roteren van het onderdeel of de kop, neemt de kans op een machine-aan-onderdeel-botsing toe.

Accurate simulaties beginnen met accurate 3D CAD-data van de 5-as CNC-freesmachine. Zonder een accurate representatie van de machine is de simulatie, op zijn best, een schatting. Dit omvat de spindel, tafel en alle onderdelen die het laten roteren, welke stijl het ook is.

Sommige machineleveranciers leveren CAD-bestanden van hun freesmachines, sommigen vragen er geld voor, en anderen leveren ze helemaal niet. Of de CAD-bestanden geleverd, gekocht, of zelf ontworpen worden, je zult de 3D-data moeten verifiëren tegen de echte machine-afmetingen om er zeker van te zijn dat ze accuraat zijn.

Het toevoegen van 5-asfrezen aan vormbouw heeft veel voordelen en kan afwerkingen verbeteren, levertermijnen verminderen en de behoefte aan EDM-bewerkingen verminderen.

Bij het overwegen van een 5-as CNC-freesmachine, overweeg om een maat groter te gaan dan je denkt dat je nodig hebt. Verifieer de RTCP-mogelijkheden voor gelijktijdige 5-asbewerking. Controleer de eenvoud van het gebruik van verschillende tijdelijke werkvlakken voor 3+2-asbewerking. Overweeg hogere kwaliteit, robuustere componenten voor hogere snelheden, nauwkeurigheid en afwerkingskwaliteit.

Vastbesloten om een 5-as CNC-freesmachine te kopen? Leer meer over hoe je je machine kunt maximaliseren met Fusion 360.