Пятиосевое производство по отраслям: индивидуальные решения для аэрокосмической, медицинской, автомобильной и энергетической отраслей.

В отраслях, использующих 5-осевую обработку, существуют основные проблемы, связанные с ограничением вдохновения при проектировании традиционными методами работы, сложностью обработки материалов, что увеличивает стоимость инструмента, а также трудностями в достижении баланса между легкостью и прочностью конструкции .

Технология пятиосевой обработки на станках с ЧПУ станет решающим фактором в преодолении вышеупомянутых барьеров. Это, безусловно, больше, чем просто модернизация инструмента, это инженерная философия, предлагающая индивидуальные решения для таких отраслей , как аэрокосмическая, медицинская и энергетическая .

В этой статье мы рассмотрим, как четыре основные отрасли промышленности могут извлечь выгоду из услуг 5-осевой обработки на станках с ЧПУ для достижения прорывных результатов, а также как выбрать партнера, способного безупречно воплотить ваши проекты в реальность.

Обзор ключевых ответов

Основные выводы:

• Ключевое значение имеет индивидуальная настройка под конкретные отрасли:

Универсальная пятиосевая стратегия нецелесообразна, поскольку аэрокосмическая, медицинская и другие отрасли предъявляют уникальные требования к точности, материалам и сертификации, что требует глубоких отраслевых знаний.

• Материалы являются основным фактором при выборе технологического процесса:

Обработка титановых сплавов должна производиться при очень низких линейных скоростях ( 60-90 м/мин ), тогда как алюминиевые сплавы можно обрабатывать при высоких скоростях ( более 1000 м/мин ). Это означает, что в этих случаях необходимо применять совершенно разные стратегии.

• Ценность создается благодаря командной работе в области проектирования и производства:

Сегодня, используя метод проектирования с учетом технологичности производства (DFM), дизайнеры и производители могут тесно сотрудничать. Оптимизация конструкции детали на ранних этапах DFM-анализа позволяет сократить затраты и сроки выполнения на 10-25% .

• Постобработка и автоматизация — это будущее:

Одной из ведущих тенденций для достижения высокой стабильности и снижения трудозатрат является внедрение 5-осевого роботизированного манипулятора для удаления заусенцев и полировки.

Почему этому руководству можно доверять? Индивидуальные решения от JS Precision 5-Axis Industries.

Главным экспертом в этой области является компания JS Precision, имеющая 15-летний опыт работы в сфере 5-осевой обработки на станках с ЧПУ. Мы специализируемся на 5-осевой обработке для аэрокосмической, медицинской и энергетической отраслей. Мы поставили более 100 000 высокоточных деталей. Наша основная линейка оборудования сертифицирована по стандартам ISO 13485 и AS9100 .

В области обработки титана на станках с ЧПУ нам удалось увеличить срок службы инструмента для деталей из титановых сплавов на 35% за счет использования оптимизированных углов осей инструмента, что значительно превосходит средние показатели по отрасли. В области 5-осевой обработки медицинских изделий мы способны получать поверхности с шероховатостью Ra < 0,2 мкм , обеспечивая тем самым соответствие требованиям биосовместимости имплантатов.

Наше преимущество заключается не только в наличии первоклассного оборудования от производителей 5-осевых обрабатывающих центров, но и в нашей способности создавать комплексные технологические решения, включающие «проектирование, обработку и постобработку» .

Возьмем, к примеру, обработку аэрокосмических компонентов. Мы можем предоставить клиенту полный комплекс услуг: от анализа DFM и планирования процесса до проверки качества обработки на основе 3D-модели заказчика, что позволяет снизить затраты за счет устранения недостатков конструкции. Многочисленные примеры успешных проектов наших клиентов показывают, что наши индивидуальные решения помогли сократить время выхода продукции на рынок более чем на 20%.

Хотите проверить целесообразность вашего решения для 5-осевой обработки на станках с ЧПУ? Свяжитесь с инженерами-технологами компании JS Precision прямо сейчас, отправьте свою 3D-модель детали и получите бесплатную индивидуальную оценку процесса и расчет стоимости, чтобы получить технологическое преимущество.

Почему 5-осевая технология незаменима для прецизионной обработки в аэрокосмической отрасли?

Аэрокосмическая отрасль предъявляет очень жесткие требования к интегрированным, легким и изготовленным из специфических материалов компонентам. Стандартная 3-осевая обработка не способна удовлетворить эти требования , поэтому 5-осевая обработка на станках с ЧПУ является не только незаменимым решением, но и ключевой технологической основой для 5-осевой промышленности.

Преодоление труднообрабатываемых материалов

Титановые сплавы (например, Ti-6Al-4V) и никелевые суперсплавы (например, Inconel 718) являются наиболее часто используемыми материалами в аэрокосмической отрасли, и они создают условия для упрочнения при обработке, низкой теплопроводности и быстрого износа инструмента.

Соответствуя стандарту AS9100, 5-осевое непрерывное управление инструментом распределяет нагрузку по боковой поверхности и при резке, что позволяет увеличить срок службы инструмента более чем на 30% и одновременно сохранить целостность поверхности детали, предотвращая образование вредных переплавленных слоев и микротрещин.

От облегченного каркаса до сложных внутренних каналов потока

Пятиосевая обработка позволяет обрабатывать сложные алюминиевые детали (например, из сплава 7075-T6) за одну операцию, включая нервюры крыла и крепления двигателя, что обеспечивает снижение веса на 40% за счет интегрированного снижения веса, уменьшения диаметра полостей и обработки сложных криволинейных поверхностей.

В то же время, он способен обрабатывать детали со сложным профилем лопаток или каналами охлаждения, например, топливные форсунки двигателей и корпуса турбин, что позволяет получать цельные отливки, недоступные при использовании традиционных методов.

Хотите решить сложную задачу обработки материалов при механической обработке в аэрокосмической отрасли? Запросите у компании JS Precision аналитический отчет по обработке титановых сплавов, чтобы узнать, как увеличить срок службы инструмента более чем на 30% и снизить производственные затраты.

Как 5-осевая обработка медицинских изделий позволяет получать идеально сложные поверхности для имплантатов?

К медицинским имплантатам предъявляются очень строгие требования к биосовместимости, качеству поверхности и индивидуальной настройке . Пятиосевая обработка медицинских изделий является одним из основных способов удовлетворения этих требований и важной областью применения пятиосевой обработки.

Решение проблем, связанных с медицинскими титановыми сплавами и сплавами кобальта и хрома.

Обработка на станках с ЧПУ медицинского титана (например, Ti-6Al-4V ELI) и кобальт-хромовых сплавов (CoCrMo) требует принятия мер для обеспечения отсутствия загрязнения и микротрещин.

Пятиосевая технология позволяет очень точно микромоделировать трабекулярные костные структуры и создавать поверхность исключительно высокого качества с шероховатостью Ra < 0,2 мкм для последующей пескоструйной обработки и электрополировки, обеспечивая тем самым биосовместимость имплантата.

От технических до медицинских и хирургических аспектов.

Пятиосевая обработка, используя данные компьютерной томографии пациента, позволяет создавать траектории движения инструмента за очень короткий промежуток времени с помощью специализированного программного обеспечения CAM, и, как следствие, обеспечивать очень точное изготовление персонализированных накладок на коленный сустав или черепно-лицевых протезов.

Это не только сокращает традиционный недельный цикл ручной шлифовки и литья до нескольких дней , но и значительно улучшает планирование хирургической операции как с точки зрения эффективности, так и с точки зрения точности.

Требуется индивидуальное решение для 5-осевой обработки медицинских изделий? Сообщите нам размеры имплантатов и требования к материалам, и компания JS Precision оперативно предоставит вам коммерческое предложение и сроки поставки в соответствии со стандартами ISO 13485 .

Рисунок 1: Крупный план лопатки турбины авиационного двигателя, изготовленной из титанового сплава и обработанной с высокой точностью, демонстрирующий сложную аэродинамику, достигаемую благодаря передовой 5-осевой обработке.

Как осуществляется точное изготовление сложных каналов охлаждения при 5-осевой обработке лопаток турбин?

Лопатки турбин — это сердце энергетических и авиационных двигателей. Их сложные внутренние каналы охлаждения напрямую влияют на их эффективность. Пятиосевая обработка лопаток турбин — единственный метод , позволяющий обрабатывать такую ​​конструкцию, и представляет собой технологическую вершину пятиосевой обработки.

Многоосевой механизм для глубокой гравировки пор неправильной формы

Пятиосевые станки способны использовать тонкие концевые фрезы диаметром 3 мм и соотношением длины к диаметру 15:1 для обработки конформно изогнутых каналов охлаждения под заданными углами и вдоль криволинейных траекторий с помощью пятиосевого механизма XYZAC. Они обеспечивают допуски по диаметру в пределах ±0,05 мм , что совершенно недостижимо для трехосевых станков.

Обеспечение качества и однородности поверхности канала.

Внутренние стенки каналов охлаждения в лопатках из высокотемпературных сплавов должны иметь шероховатость поверхности Ra < 0,8 мкм. Пятиосевая технология оптимизирует стратегии спиральной интерполяции и циклоидального фрезерования , чтобы избежать вибрации инструмента, обеспечить гладкие внутренние стенки воздуховода и гарантировать стабильный и эффективный поток охлаждающего воздуха.

Параметры точности пятиосевой обработки каналов охлаждения лопаток турбины

Хотите добиться высокоточной обработки каналов охлаждения для 5-осевой обработки лопаток турбин ? Ознакомьтесь с примерами работ JS Precision по изготовлению компонентов турбин, чтобы узнать, как контролировать допуски в пределах ±0,05 мм.

Рисунок 2: Лопатка турбины, подвергающаяся 5-осевой обработке, с видимым режущим инструментом, демонстрирующая процесс высокоточной обработки в промышленных условиях.

Как оптимизировать 5-осевые стратегии для разных материалов, например, титана и алюминия?

Свойства материала напрямую определяют стратегии 5-осевой обработки. Параметры обработки значительно различаются для разных материалов, поэтому правильная корректировка стратегии является ключом к повышению эффективности.

Сравнение основных параметров пятиосевой обработки различных материалов.

Высокоточная обработка титановых сплавов: стратегии работы при высоких температурах и высокой прочности.

Для обработки титана на станках с ЧПУ необходима непрерывная низкая линейная скорость всего 70 м/мин , радиальная глубина резания ≤30% от диаметра инструмента и внутреннее охлаждение под высоким давлением >70 бар для обеспечения удаления стружки и охлаждения. Вектор оси инструмента должен изменяться очень плавно, чтобы резкое изменение угла резания не вызывало вибрации.

Высокоскоростная и высокоэффективная обработка алюминиевых сплавов

Для чистовой обработки алюминиевых деталей пятиосевое динамическое фрезерование может стать решением, обеспечивающим очень высокие скорости (>18000 об/мин) и большие подачи, которые можно комбинировать с циклоидальными или спиральными траекториями движения инструмента для поддержания стабильных сил резания и одновременно достижения высокой скорости съема материала.

В то же время, поэтапная обработка и оптимизированное зажимание позволяют сохранять размеры тонкостенных элементов с толщиной стенки <1 мм .

Могут ли профессиональные услуги по обработке на 5-осевых станках с ЧПУ оптимизировать мой проект для снижения затрат?

Профессиональная 5-осевая обработка на станках с ЧПУ может значительно снизить стоимость обработки деталей, если внести изменения в конструкцию на раннем этапе, что является одним из основных способов повышения экономической эффективности проекта.

Раннее сотрудничество: секрет снижения затрат.

Инженеры компании JS Precision могут предложить изменения даже на концептуальной стадии проектирования, например, увеличить радиус очень крутых внутренних углов с R0,5 до R2 для использования стандартных инструментов или превратить одну сверхсложную деталь в два сборочных компонента, которые можно оптимизировать по отдельности, тем самым сократив общее время обработки на 35%.

Интеграция процессов: меньше простоев и больше операций.

Благодаря многогранным возможностям обработки на 5-осевых станках, можно изменить базовую точку обработки и последовательность технологических операций для деталей, объединив в одну-две операции то, что раньше занимало 4-5 операций, и получить ту же или более высокую точность при меньших трудозатратах и ​​снижении стоимости производственного процесса.

Пример из практики: снижение затрат на 28%, европейские компании, производящие дроны, преодолевают узкое место благодаря интегрированной пятиосевой обработке.

Испытание

Основная несущая конструкция рамы (материал: алюминиевый сплав 7075) европейского производителя высокопроизводительных дронов изначально задумывалась как сборка из 12 заклёпанных деталей. Это привело к чрезмерному общему весу, сложным нагрузкам при сборке и производственному циклу до 6 недель , что ограничило конкурентоспособность продукта.

Решение

Компания JS Precision предлагает полный спектр услуг по 5-осевой обработке на станках с ЧПУ :

1. Реконструкция методом DFM:

Первоначальная конструкция, состоявшая из 12 клепаных частей, была преобразована в 3 крупные алюминиевые детали (материал 7075-T6) путем интеграции сетчатой ​​легкой ребристой пластины, изготовленной методом ацетального литья.

Толщина ребер жесткости точно поддерживается в пределах 1,2-1,5 мм , что обеспечивает снижение отходов материала на 18% по сравнению с первоначальным проектом. Для устранения отклонений при сборке также предусмотрены чрезвычайно точные позиционирующие отверстия (допуск 0,02 мм).

2. Инновации в процессах:

Благодаря сочетанию крупного 5-осевого станка с диапазоном перемещения 1200×800×600 мм и высокоскоростного шпинделя со скоростью вращения 18000 об/мин, все важные элементы детали (стыки нерегулярных форм, поверхности крепления, вес, углубления) обрабатываются за одну установку.

Плоскостность строго контролируется в пределах 0,05 мм , а геометрические допуски составляют ≤0,03 мм , что исключает ошибки позиционирования, возникающие при многократной настройке.

3. Интеграция постобработки:

Представляем высокоточный 5-осевой роботизированный манипулятор с грузоподъемностью 5 кг, оснащенный отдельным инструментом для снятия заусенцев толщиной 0,8 мм . Оптимизированные маршруты создаются с помощью автономного программирования, что позволяет автоматизировать снятие заусенцев и чистовую обработку сложных внутренних полостей и кромок.

Эффективность удаления заусенцев повышается на 70%, а шероховатость поверхности деталей постоянно поддерживается на уровне Ra≤0,8 мкм с точностью более 99,5%.

Результат

• Количество деталей уменьшено на 75%, общая конструкция упрощена на 15%, а жесткость увеличена на 20%.
• Общие производственные затраты на единицу продукции снизились на 28%, что означает экономию около 120 долларов на единицу продукции.
• Срок от разработки до проверки первого образца сократился вдвое — с 6 недель до 3 недель, что позволило продукту быстро занять свою нишу на рынке.

Хотите повторить пример снижения затрат на изготовление рамы для дрона? Позвоните на горячую линию JS Precision прямо сейчас, упомяните «проект с дроном», и вы получите индивидуальное решение для снижения производственных затрат более чем на 20%.

Рисунок 4: Крупный план центральной рамы квадрокоптера, демонстрирующий его конструкцию из углеродного волокна и алюминия, встроенную камеру и четыре бесколлекторных двигателя, предназначенных для аэрофотосъемки.

Как 5-осевой роботизированный манипулятор оптимизирует траектории удаления заусенцев со сложных деталей?

Пятиосевой роботизированный манипулятор является основным оборудованием для постобработки в пятиосевой обработке. Он решает проблемы неэффективности и непоследовательности при ручной зачистке сложных деталей и, следовательно, является основным путем к автоматизации пятиосевой обработки в промышленности.

Работа со сложной геометрией

В отличие от ручного обучения традиционных роботов, программное обеспечение для автономного программирования, основанное на CAD-моделях, может автоматически генерировать оптимизированные траектории для 5-осевого роботизированного манипулятора, которые охватывают все грани, такие как глубокие полости и узкие щели. В результате эффективность программирования повышается на 80%.

Датчики управления усилием и адаптивная обработка

Высокоточный 5-осевой роботизированный манипулятор, оснащенный датчиками управления усилием, подобно человеческой руке, способен ощущать и поддерживать постоянное контактное давление и, следовательно, без проблем справляться с отклонениями кромок, вызванными допусками обработки, для получения равномерного эффекта снятия фаски или полировки , избегая перерезания или пропусков.

Как выбрать производителя 5-осевых обрабатывающих центров для изготовления деталей на заказ?

При выборе производителя 5-осевых обрабатывающих центров решение не должно основываться исключительно на модели оборудования. На самом деле, для успеха вашего проекта очень важно проверить общие возможности производителя в области сервисного обслуживания.

Оценка всей технологической экосистемы

Помимо выбора марки оборудования, необходимо также определить, располагает ли производитель специализированной базой данных технологических процессов, сертифицированной библиотекой материалов и производственной средой, соответствующей стандартам 5-осевой промышленности.

Например, медицинская промышленность должна соответствовать стандарту ISO 13485, а аэрокосмическая отрасль — стандарту AS9100. Также обратите внимание на их возможности в области CAM-программирования, моделирования и контроля качества с помощью лазерного сканирования.

Задавайте правильные вопросы, чтобы найти экспертов.

Поставщикам можно задавать вопросы, например: «Как вы управляете деформацией при механической обработке и гарантируете толщину стенки конструкционного элемента из титанового сплава не менее 0,02 мм?» или «Есть ли у вас протоколы испытаний на усталость для энергетических компонентов?». Исчерпывающий характер их ответов может служить показателем их технических навыков.

Часто задаваемые вопросы

В1: В чем главное преимущество 5-осевой обработки по сравнению с 3-осевой?

Главное преимущество заключается в возможности обработки сложных многогранных деталей за одну установку , что позволяет избежать ошибок, связанных с многократным перепозиционированием. Кроме того, 5-осевая обработка позволяет создавать глубокие полости, подрезы и плавные сложные поверхности, недоступные для 3-осевых станков.

В2: Какого размера может быть деталь для обработки на 5-осевом станке?

Это зависит от хода конкретного станка. Пятиосевые станки JS Precision могут производить компоненты от мельчайших микромедицинских деталей ( диаметр 20 мм ) до крупных аэрокосмических каркасов ( 1200 x 800 x 600 мм ).

В3: Какие режущие инструменты обычно используются для обработки титановых сплавов?

Большинство режущих инструментов, которые мы используем для этой цели, представляют собой твердосплавные инструменты с PVD-покрытием . Мы используем такие небольшие концевые фрезы со спиральным лезвием, которые также имеют внутреннее охлаждение с помощью каналов высокого давления для улучшения отвода и охлаждения стружки, что делает процесс более эффективным.

Вопрос 4: Насколько точна обычно пятиосевая обработка?

Точность позиционирования прецизионных деталей может достигать ±0,01 мм , а точность контура — ±0,015 мм . Дальнейшая оптимизация процесса позволяет достичь еще более высоких показателей в случаях, требующих сверхвысокой точности.

В5: Сколько времени проходит от предоставления 3D-модели до получения коммерческого предложения?

Если 3D-модели и технические требования ясны, компания JS Precision, как правило, предоставляет предварительное коммерческое предложение и соответствующие технические решения, включая рекомендации по DFM (проектированию с учетом технологичности производства), в течение 24-48 часов .

В6: Вы поддерживаете как мелкосерийное прототипирование, так и массовое производство?

Безусловно. Компания JS Precision может производить продукцию в любом количестве, от одного прототипа до полномасштабного производства тысяч единиц, что позволяет использовать одну и ту же производственную линию и поддерживать стабильное качество от прототипа до массового производства.

В7: Как вы справляетесь с остаточными напряжениями во время механической обработки?

Остаточные напряжения снижаются очень чистым и систематическим способом за счет оптимизации траекторий резания , например, путем использования симметричной обработки, корректировки параметров резания и планирования термообработки для снятия напряжений между основными процессами.

В8: Как обеспечить стабильность массового производства?

Стабильность массового производства гарантируется соблюдением стандартизированных рабочих процессов, периодической калибровкой точности станков, применением статистического контроля процессов (SPC) и проведением тщательной проверки первой детали, контрольного осмотра и окончательной детали.

Краткое содержание

Технология пятиосевой обработки перестала быть «предметом роскоши» и стала «базовой необходимостью» , лежащей в основе инноваций в пятиосевой промышленности. Она предоставляет инженерам невероятную свободу проектирования, и многие сложные изделия, которые существовали только на бумаге, теперь могут быть реализованы.

Однако раскрытие технологического потенциала невозможно без глубоких знаний технологических процессов и отраслевого опыта . Компания JS Precision, эксперт в области комплексных решений для всех технологических процессов, готова помочь вам устранить все препятствия на всех этапах — от проектирования до массового производства.

Свяжитесь с нами немедленно и предоставьте чертежи или концепции ваших деталей . Наши инженеры-технологи совместно с вами изучат оптимальный путь производства и помогут вам одержать победу в конкурсе.