5-осевая обработка на станках с ЧПУ: подробное руководство | JS Precision

При использовании обычного станка многочисленные повторные зажимы и регулировки, необходимые для сложной детали аэрокосмической техники или фасонного медицинского имплантата, занимают несколько дней и приводят к накоплению ошибок.

Если раньше требовалось несколько зажимов, то теперь достаточно одного, чтобы универсальный станок точно выполнял всю обработку под любым углом. Это не футуристическая технология, это реальность, которую воплощает 5-осевая обработка с ЧПУ .

В этой статье, подготовленной экспертами компании JS Precision, представлен углубленный анализ того, почему 5-осевая обработка на станках с ЧПУ является необходимым выбором для решения сложных высокоточных производственных задач, а также она поможет вам понять, как использовать эту технологию для расширения возможностей ваших проектов.

Используя многолетний практический опыт компании JS Precision, мы составили это всеобъемлющее руководство, от базовых концепций до реальных примеров, чтобы дать вам полное представление о 5-осевой обработке на станках с ЧПУ.

Краткое изложение основных ответов

Чем это руководство отличается? JS Precision представляет практические методы 5-осевой обработки на станках с ЧПУ

Компания JS Precision обладает 12-летним профессиональным опытом в области 5-осевой обработки на станках с ЧПУ, предоставив услуги более чем 6000 клиентам из самых разных отраслей, включая аэрокосмическую промышленность, производство медицинских приборов, беспилотных летательных аппаратов и автомобильных деталей.

Например, мы изготавливали компонент искусственного сустава для медицинской компании. Эта деталь имеет сложную сферическую структуру и должна быть изготовлена из титанового сплава. Допуск на её изготовление составляет ±0,005 мм. Благодаря нашей технологии 5-координатной обработки с ЧПУ нам удалось добиться необходимой точности и значительно сократить производственный цикл со среднего по отрасли 15 до 8 дней.

Среди других примеров — интегрированная опора фюзеляжа для компании, производящей беспилотные летательные аппараты, где мы уменьшили вес компонента на 35%, одновременно увеличив жесткость на 50%.

Эта книга — не теоретический сборник, а, скорее, сборник практического опыта JS Precision за последние 12 лет. Она включает обзор основных методов и распространённых ошибок при обработке различных материалов и работе со сложными деталями. Вы можете быть уверены в её практичности и профессионализме.

Компания JS Precision имеет 12-летний практический опыт работы с 5-осевой обработкой на станках с ЧПУ , что позволяет эффективно решать множество сложных задач по обработке деталей. Вам достаточно отправить свои требования к деталям, и наш технический обзор и смета будут предоставлены в течение 24 часов для скорейшего продвижения вашего проекта.

Что такое 5-осевая обработка на станках с ЧПУ? Выход за рамки традиционного производства

Понимание самой сути и структуры поможет вам принять обоснованное решение относительно того, подходит ли 5-осевая обработка с ЧПУ для ваших нужд.

Что означает 5-осевое ЧПУ?

5-осевая обработка с ЧПУ представляет собой передовую технологию в производстве. Она добавляет две поворотные оси к основным трём линейным осям X, Y и Z.

Такая конструкция позволяет инструменту приближаться к заготовке в любом направлении, преодолевая ограничения традиционного трехкоординатного фиксированного направления, и, следовательно, отлично подходит для обработки очень сложных криволинейных поверхностей и обработки многоугловых элементов .

Какие 5 осей есть на станке с ЧПУ?

Каждая из пяти осей обладает различными функциями и режимами движения, которые наглядно представлены в следующей таблице:

Распространенным типом конструкции 5-координатного станка является конструкция «поворотный стол + поворотная головка». Ось B вращает заготовку на поворотном столе, а ось A осуществляет поворот головки, благодаря чему инструмент может достичь любой поверхности заготовки.

Самое главное волшебство 5-осевой обработки с ЧПУ заключается в принципе «один зажим — и все готово», что сокращает время обработки более чем на 40% и принципиально исключает накопление ошибок, возникающих из-за множественных зажимов, тем самым повышая точность деталей.

Хотите ли вы разобраться в 5-осевой обработке на станке с ЧПУ или обработать сложные детали, услуги JS Precision по 5-осевой обработке на станках с ЧПУ удовлетворят ваши потребности. Мы разработаем индивидуальный план обработки в соответствии с характеристиками детали, чтобы обеспечить наилучший результат.

Рисунок 1: В отличие от традиционных процессов обработки, которые выполняются по трем осям (X, Y и Z), 5-осевая обработка добавляет две оси вращения для повышения гибкости и точности.

Почему 5-осевая обработка с ЧПУ позволяет достичь такой удивительной точности?

Среди множества факторов многие компании выбирают 5-осевую обработку с ЧПУ. Причина этого кроется в самой сути: достижении высокой точности, которую сложно достичь с помощью традиционной обработки. Эта точность не случайна, а определяется тремя ключевыми факторами.

1. Меньше ошибок: одно закрепление устраняет накопленные ошибки

Традиционная 3-осевая обработка сложных деталей требует 3–5 зажимов. Каждый зажим вносит погрешности позиционирования, которые могут накапливаться и выходить за пределы допусков. 5-осевая обработка с ЧПУ позволяет выполнять обработку всех элементов за один установ.

Если взять в качестве примера обработку сложных форм, то традиционная 3-осевая обработка имеет совокупную погрешность ±0,1 мм, тогда как 5-осевая обработка с ЧПУ может контролировать погрешность в пределах ±0,025 мм , полностью отвечая высоким требованиям точности.

2. Преимущества короткого инструмента: снижение вибрации, повышение качества

Пятикоординатная обработка на станках с ЧПУ предполагает использование коротких инструментов. Оптимальный угол обработки достигается за счёт поворота заготовки или инструмента на станке. Это значительно снижает вибрацию при резке коротким инструментом. В результате шероховатость поверхности составляет Ra≤0,8 мкм, а срок службы инструмента увеличивается более чем на 50% , что снижает затраты на обработку.

3. Калибровка и компенсация профессионального уровня: поддержание точности на уровне микронов

Высококачественные 5-осевые обрабатывающие центры поддерживают свою точность благодаря таким технологиям, как динамическая компенсация точности, исправление мельчайших ошибок в реальном времени и компенсация термической деформации, противодействующая температурной деформации.

Компания JS Precision предъявляет строгие требования к 5-осевым обрабатывающим центрам с ЧПУ. Шпиндели и направляющие калибруются каждые шесть месяцев, при этом температура в цехе поддерживается на уровне 20±2°C, а влажность — 40–60%. Это, в сочетании со 100% полным контролем на координатно-измерительной машине, обеспечивает стабильную точность деталей.

Рисунок 2: При 5-осевой обработке с ЧПУ расширенные возможности перемещения инструмента и доступа к заготовке достигаются благодаря двум дополнительным осям вращения. Эта возможность критически важна для сокращения числа настроек и повышения точности.

Какие материалы лучше всего обрабатываются на 5-координатном обрабатывающем центре?

Одним из главных преимуществ 5-координатного обрабатывающего центра является его высокая адаптивность. Практически все виды материалов, поддающиеся обработке, демонстрируют на нём отличную производительность. Характеристики обработки и области применения различных материалов приведены в таблице ниже:

Имея в своем распоряжении библиотеку из более чем 200 технологий обработки материалов, начиная от низкотемпературной резки и заканчивая контролем температуры материалов из титановых сплавов и регулировкой шпинделей для предотвращения деформации пластика PEEK, компания JS Precision обработала более 50 типов материалов, удовлетворяя потребности многих отраслей промышленности.

Будь то титановый сплав, ПЭЭК-пластик или композитные материалы из углеродного волокна, наш 5-координатный обрабатывающий центр JS Precision способен эффективно обрабатывать эти труднообрабатываемые материалы. Мы оптимизируем весь процесс обработки в соответствии с характеристиками материала, чтобы гарантировать качество деталей и оперативность поставок.

Как выбрать оптимальную конфигурацию 5-осевого обрабатывающего центра для вашего проекта?

Правильная конфигурация 5-осевого обрабатывающего центра обеспечит оптимальный баланс между эффективностью обработки и стоимостью. Ниже приведены шаги, которые необходимо выполнить:

Определите ваши потребности

Основными параметрами идентифицируемой детали являются:

• Размеры: максимальная длина, ширина и высота.
• Сложность: каждая имеет непрерывные криволинейные поверхности или наклонные отверстия.
• Размер партии: малая партия 10 шт., большая партия 1000 шт.
• Точность цели: ±0,025 мм или ±0,05 мм.
• Материал: металл или пластик. Эти параметры определяются в прямой зависимости от конфигурации машины.

Ключевые аспекты конфигурации

Ход и размер стола: Ход определяет максимальный размер обрабатываемой детали . Например, станок с ходом 600×500×400 мм соответствует размеру детали до 500×400×300 мм. Размер стола должен соответствовать весу детали и требованиям к креплению. Для тяжёлых деталей требуется стол с большой грузоподъёмностью.

Конструкция с поворотной осью: конструкция с поворотным столом подходит для обработки тяжёлых деталей. Конструкция с поворотной головкой подходит для обработки деталей со сложными криволинейными поверхностями. Гибридная конструкция (поворотный стол + поворотная головка) обеспечивает гибкость.

Ёмкость инструментального магазина и скорость смены инструмента: 24 инструмента для мелко- и среднесерийного производства, более 48 инструментов для крупносерийного производства и производства сложных деталей. Высокая скорость смены инструмента сокращает время ожидания.

Система ЧПУ: Только высокопроизводительные системы, такие как FANUC 31i и SIEMENS 840D, могут обеспечить сложное одновременное программирование по 5 осям.

Анализ инвестиций и доходности

Цена 5-осевого станка с ЧПУ обычно варьируется от 100 000 до 500 000 долларов США, при этом более расширенная конфигурация приводит к повышению цены. Однако станки с высокой конфигурацией позволяют сэкономить до 30% времени поставки и увеличить производительность на 20%, что в конечном итоге приводит к снижению общих затрат. Большинству компаний не требуется приобретать их отдельно.

Им просто нужно выбрать услуги поставщика, например JS Precision, чтобы получить доступ к конфигурациям 5-осевых обрабатывающих центров высшего уровня без необходимости самостоятельно приобретать оборудование.

Раскрыта цена 5-осевого станка с ЧПУ: куда идут ваши инвестиции?

Цены на 5-осевые станки с ЧПУ варьируются от 100 000 до 500 000 долларов США. Основные расходы включают:

1. Стоимость основных компонентов

Основными факторами, влияющими на стоимость, являются высокоточные двухосевые поворотные станки, жёсткие механические конструкции, мощные электрошпиндели и передовые системы ЧПУ. Например, высокоточный двухосевой поворотный станок стоит от 20 000 до 50 000 долларов США, электрошпиндель мощностью 15 кВт — от 10 000 до 30 000 долларов США, а высокопроизводительные системы ЧПУ от FANUC и SIEMENS — от 20 000 до 40 000 долларов США.

Эти компоненты напрямую определяют точность и стабильность станка.

2. Технологическая добавленная стоимость

«Невидимые» технологии, такие как программное обеспечение динамической компенсации (исправление ошибок в реальном времени), технология контроля вибрации и технология термостабилизации (снижение влияния температуры), увеличивают стоимость станков.

Например, программное обеспечение для динамической компенсации может стоить от 5000 до 10 000 долларов, а технология термостабилизации — от 4000 до 9000 долларов. Такие технологии позволяют станку поддерживать высокую точность в течение длительного времени.

3. Бренд и надежность

Бренды первого уровня, представленные DMG MORI и FANUC, примерно на 20–30 % дороже брендов второго уровня, но зато их стабильность, точность и послепродажное обслуживание более гарантированы.

Например, средний ресурс работы станков первой марки составляет более 8000 часов, тогда как у станков второй марки он составляет всего около 5000 часов, а послепродажное обслуживание у них происходит быстрее.

Для большинства клиентов покупка отдельного 5-осевого обрабатывающего центра сопряжена с высокими расходами на приобретение, обслуживание и персонал. Сотрудничество с JS Precision позволяет избежать этих расходов и получить все преимущества услуг 5-осевой обработки с ЧПУ по более экономичной и эффективной цене.

Сомневаетесь в цене 5-осевого станка с ЧПУ? Воспользуйтесь услугами JS Precision по экономичной 5-осевой обработке с ЧПУ уже сегодня, чтобы сэкономить на покупке и обслуживании оборудования. Отправьте нам ваши требования к деталям, и мы предоставим вам прозрачное ценообразование и эффективные услуги по обработке.

Рисунок 4: На рисунке показан высококлассный пятиосевой горизонтальный станок с ЧПУ, цена которого может легко превысить 250 000 долларов США.

Каковы ключевые моменты для обеспечения успешного использования услуг 5-осевой обработки с ЧПУ?

Сосредоточившись на следующих четырех ключевых аспектах, вы сможете по-настоящему использовать услуги 5-осевой обработки с ЧПУ для своего проекта:

1. Анализ технологичности на этапе проектирования

На ранних этапах проектирования обсудите с поставщиком услуг оптимизацию конструкции с точки зрения обработки. Например, убедитесь, что толщина стенки детали не менее 1 мм , а глубина полости не превышает 10 диаметров инструмента. Это снизит сложность и стоимость обработки.

Профессиональные консультации инженеров JS Precision способствуют снижению затрат на обработку в среднем на 30%.

2. Профессиональное программирование и моделирование

По сравнению с 3-осевой обработкой, программирование 5-осевой обработки значительно сложнее и требует более мощного программного обеспечения (например, UG и Mastercam) и опытных программистов. Моделирование траектории инструмента очень важно, чтобы риски столкновений могли проявиться как можно раньше.

Благодаря моделированию траектории движения инструмента с помощью RoboDK на протяжении более 10 лет наша команда программистов достигла показателя успешности в 100% без столкновений.

3. Искусство проектирования приспособлений

Пятикоординатные оснастки для обработки должны надёжно удерживать заготовку с усилием зажима не менее 500 Н и не мешать инструменту. Специально разработанные оснастки лучше адаптируются к форме детали, обеспечивая точность.

В компании JS Precision работает профессиональная команда проектировщиков приспособлений, которые изготавливают приспособления в соответствии с характеристиками деталей, чтобы обеспечить стабильную обработку на станках.

4. Комплексный контроль качества

Контроль качества осуществляется на каждом этапе: при проверке сырья — спектральный анализ для подтверждения состава металлов, при онлайн-измерениях — с помощью станочных зондов, определяющих критические размеры в режиме реального времени, а при выходном контроле — комплексный контроль с использованием координатно-измерительной машины.

Компания JS Precision предоставит полный отчет о проверке качества каждой детали, чтобы гарантировать соблюдение требований.

Компания JS Precision предоставляет услуги 5-осевой обработки на станках с ЧПУ, от оптимизации конструкции до контроля качества. Вам нужно только предоставить чертеж и требования к детали, а мы позаботимся обо всем остальном, обладая профессиональными навыками и обеспечивая вам качественную обработку и спокойствие.

Пример: Как JS Precision преодолела сложность деталей дронов/моделей самолетов с помощью 5-осевого ЧПУ

Требования к лёгкости и точности деталей дронов/авиамоделей очень высоки. Компания JS Precision решила задачу по обработке интегрированной опоры фюзеляжа для высококлассной команды по гонкам на дронах. Процесс выглядит следующим образом:

Задача клиента

Интегрированная опора фюзеляжа, изготовленная из алюминиевого сплава 7075, имеет вес менее 100 г. Деталь имела сложные аэродинамические поверхности с погрешностями поверхности ≤0,03 мм, при этом также требовалось установить три монтажных кронштейна под разными углами с позиционным допуском ≤0,02 мм.

Обычная сборка весила на 150 г больше, чем требовалось по спецификации, прочность на разрыв оказалась всего 200 МПа, что также не могло соответствовать гоночным требованиям.

Решение JS Precision

1. Оптимизация конструкции: совместно с заказчиком была дополнительно оптимизирована конструкция облегченной топологии путем удаления избыточных материалов. Толщина стенки была изменена с 2 мм до 1,2 мм, что позволило сохранить все ключевые точки напряжения. Точная настройка углов крепления кронштейнов повысила удобство обработки.

2. Планирование процесса: был внедрен 5-осевой обрабатывающий центр DMG MORI со стратегией, сочетающей черновую обработку по фиксированным осям «3+2», что повысило эффективность на 40%, и одновременную чистовую обработку по 5 осям.

3. Точность исполнения: вся обработка выполнялась за один установ. Для измерения и коррекции погрешностей в режиме реального времени использовались измерительные головки станка. Точность позиционирования достигала ±0,025 мм, а шероховатость поверхности Ra составляла 0,4 мкм.

Результаты и ценность

Вес готового кронштейна составил всего 92 г ( снижение на 38,7% ), прочность на разрыв увеличилась до 280 МПа (на 40%), а сопротивление воздуха снизилось на 15%. Эта деталь принесла команде второе место на Национальном конкурсе скоростной обработки.

До этого клиент решал все проблемы проектирования и производства в одном месте, в компании JS Precision, что позволило сократить цикл НИОКР с 45 до 20 дней.

Рисунок 4: высокоточная рама дрона из алюминиевого сплава

Как эффективно работать с поставщиком услуг по 5-осевой обработке на станках с ЧПУ?

Эффективное сотрудничество с поставщиком услуг 5-осевой обработки с ЧПУ позволит вам сократить циклы проекта, существенно повысив качество обработки. Этого можно добиться, в частности, следующими способами:

1. Подготовка вашего пакета данных

Пожалуйста, предоставьте полную 3D-модель CAD в формате STEP для лучшей совместимости. Также предоставьте 2D-чертежи. Основные допуски размеров, обработка поверхности и спецификации материалов должны быть четко указаны на 2D-чертежах. Полный пакет данных позволит поставщику услуг быстро понять ваши потребности, что снизит расходы на коммуникацию.

2. Четко определите технические требования

Предоставьте поставщику услуг точные характеристики материалов, например, алюминиевого сплава 7075-T6 или PEEK 450G, способов обработки поверхности, например, анодирования или покраски, критических допусков размеров, включая ±0,02 мм, а также информацию о том, в какой среде будут эксплуатироваться детали, например, должны ли они быть термостойкими или коррозионно-стойкими, чтобы помочь поставщику услуг разработать точное решение.

3. Сообщите ожидания и бюджет

Чётко укажите цели проекта, будь то проверка прототипа или массовое производство , количество (например, 50 или 500 единиц) и бюджет (например, 10 000 или 50 000 долларов США). В этом случае поставщик услуг соответствующим образом скорректирует процесс, предложит экономически эффективное решение и избежит необходимости корректировки из-за расхождений в бюджете.

Процесс сотрудничества с JS Precision проходит гладко: вы отправляете пакет данных → подтверждение от инженеров в течение 24 часов → решение по обработке, составлению сметы и графику поставки → ваше подтверждение заказа → производство и поставка с отчётом о проверке качества. Весь процесс открыт и эффективен, вы можете отслеживать его в любое время.

Часто задаваемые вопросы

В1: 5-осевая обработка на станках с ЧПУ предназначена только для массового производства?

Нет. Хотя он подходит для массового производства, большое преимущество будет заключаться в быстром создании прототипов и изготовлении небольших партий сложных деталей за счет экономии затрат на инструменты и приспособления, а также времени на настройку.

В2: Каковы типичные минимальные допуски при 5-осевой обработке?

Как правило, он достигает ±0,025 мм в зависимости от материала и размера детали. Для некоторых прецизионных деталей он достигает ±0,005 мм. Для определённого допуска он должен быть определён инженером.

В3: Может ли 5-осевая обработка полностью заменить 3+2-осевую обработку?

Нет, он не может полностью заменить его. В данном случае 5-осевая одновременная обработка используется для обработки непрерывных сложных поверхностей, а для создания многоугловых элементов используется 3+2 оси. Высококлассные 5-осевые станки могут работать в обоих режимах, что обеспечивает значительную свободу действий.

В4: Каковы преимущества 5-осевой обработки труднообрабатываемых материалов, таких как титановые сплавы?

Процесс 5-координатной обработки позволяет поддерживать оптимальные углы резания и постоянную скорость резания, что позволяет эффективно контролировать тепло, выделяемое при резании, продлевает срок службы инструментов, а также повышает качество и эффективность обработки деталей из титанового сплава.

В5: Является ли программирование 5-осевой обработки чрезвычайно сложным и дорогостоящим?

Это действительно сложнее, чем трёхосевая обработка, и требует специального программного обеспечения и опыта. Однако JS Precision располагает профессиональной командой программистов и собственным программным обеспечением, а также оптимизировала стоимость обслуживания, поэтому клиенты могут не беспокоиться об этом.

В6: Моя деталь требует обработки с пяти сторон, но без большого количества криволинейных поверхностей. Нужна ли мне 5-осевая обработка?

Да. В этом случае особенно эффективен режим обработки с фиксированными осями «3+2» — одна из функций 5-координатного станка, помогающая избежать ошибок, возникающих при многократном зажиме.

В7: Какова общая цена 5-осевого обрабатывающего центра?

Диапазон цен очень широкий: от 100 000 до 500 000 долларов США, в зависимости от характеристик, марки и конфигурации. Большинству компаний разумнее выбрать профессиональные услуги 5-координатной обработки.

В8: Какие размеры 5-осевых деталей может обрабатывать JS Precision?

Оборудование JS Precision позволяет обрабатывать детали диаметром от мельчайших, например, 2 мм, до крупных структурных компонентов, например, 1000×800×600 мм. Необходимы ресурсы для точного соответствия размеров.

Краткое содержание

5-осевая обработка с ЧПУ выводит обрабатывающую промышленность из категории «производства» на более высокий уровень «интеллектуального производства». Это гораздо больше, чем просто пять движущихся осей, а философия преодоления геометрических ограничений, интеграции этапов производства и раскрытия потенциала дизайна.

Если обработка сложных деталей вызывает у вас серьёзные трудности, не беспокойтесь о конфигурации оборудования и цене. Компания JS Precision, специализирующаяся на решении самых сложных задач благодаря 12-летнему опыту работы и передовым 5-осевым обрабатывающим центрам, предлагает услуги, охватывающие весь спектр услуг: от оптимизации конструкции до окончательной поставки, решая производственные проблемы клиентов и ускоряя реализацию проектов.

Отправьте нам свои CAD-файлы прямо сейчас и оцените высочайшую точность, эффективность и ценность услуг 5-осевой обработки с ЧПУ от команды экспертов JS Precision. Мы предоставим вам профессиональный анализ производственной возможности и конкурентоспособное коммерческое предложение в течение 6 часов.