Отличительной особенностью является добавление вращательного движения. Традиционный трехосный Станок с ЧПУ Перемещает режущий инструмент по прямым линиям вдоль осей X, Y и Z. Пятиосевой станок имеет две вращательные оси, которые наклоняют или вращают либо шпиндельную головку, либо заготовку, либо и то, и другое. В результате обеспечивается доступ к подрезам, сложным углам, контурным поверхностям и сложным углублениям, до которых трехосевой станок просто не может добраться без многократных настроек и приспособлений.
Именно возможность выполнения одной переналадки определяет экономическую целесообразность. Деталь, для изготовления которой на трехосном станке требуется 3 или 4 переналадки с переустановкой между ними, на пятиосном станке часто можно изготовить полностью за один цикл. Время цикла сокращается. Точность повышается, поскольку исключаются ошибки переналадки. Затраты на рабочую силу снижаются, так как операторам не приходится многократно перенастраивать одну и ту же деталь. Для цехов, работающих с небольшими объемами и сложной продукцией, это и есть основная экономическая причина для модернизации.
Пять осей: X, Y, Z, A/B и C.
В каждой пятиосевой машине три стандартные линейные оси сочетаются с двумя из трех возможных вращательных осей. Приведенная ниже схема показывает, для чего предназначена каждая ось и как они обычно комбинируются в производственных машинах.
| Ось | Тип движения | Описание | Общий В |
|---|---|---|---|
| X | Линейные приводы | Движение режущего инструмента или стола влево-вправо | Каждый станок с ЧПУ |
| Y | Линейные приводы | Движение вперед-назад | Каждый станок с ЧПУ |
| Z | Линейные приводы | Движение вверх-вниз (глубина шпинделя) | Каждый станок с ЧПУ |
| A | Вращение вокруг оси X | Наклонное движение вокруг оси X | Цапфово-столовые 5-осевые, портальные пятиосевые фрезерные станки |
| B | Вращение вокруг оси Y | Наклонное движение вокруг оси Y | 5-осевые фрезерно-токарные обрабатывающие центры с поворотной головкой |
| C | Вращение вокруг оси Z | Вращение вокруг оси Z (вращение стола) | Поворотные столы с цапфами, токарно-фрезерные станки |
Пятиосевое название описывает количество, но конкретная комбинация имеет значение. Две наиболее распространенные производственные конфигурации — это XYZAB (линейная плюс 2 поворотных механизма наклона головки) и XYZAC (линейная плюс один поворотный механизм наклона головки и один поворот стола). Третья конфигурация, XYZBC, распространена на токарно-фрезерных обрабатывающих центрах, где заготовка вращается на C, а головка наклоняется на B. Каждая компоновка имеет разные характеристики по вылету, жесткости и сложности программы.
Пятиосевая vs трехосная ЧПУ: коммерческое решение
Выбор между трехосным и пятиосным — это решение о капитальных затратах, определяемое набором компонентов, а не заявленными характеристиками. Приведенное ниже сравнение суммирует практические различия, которые покупатели должны учитывать.
| фактор | трехосный ЧПУ | пятиосевой ЧПУ |
|---|---|---|
| Настройки для каждой сложной детали | 3-5 типичных | 1 типичная конфигурация |
| Досягаемость инструмента | Только сверху вниз | Любой угол подхода |
| Качество обработки поверхности по контурам | Виден шаг через | Более плавная работа благодаря боковому доступу для резки. |
| Сложность программирования | Простой | Требуется пятиосевая САМ и пост |
| Стоимость крепления на один заказ | Высокий (несколько светильников) | Низкий (один светильник) |
| Требуются навыки оператора | Стандартный машинист | пятиосевой обученный программист/оператор |
| Цена начального уровня | 5,000 в 30,000 USD | 30,000 в 200,000 USD |
| цена промышленного производства | 50,000 в 200,000 USD | от 200,000 до 500,000+ долларов США |
| Наиболее подходящий | Призматические детали, листовой материал, 2.5D-моделирование | Аэрокосмическая промышленность, пресс-формы, медицина, многогранные сложные детали. |
Пятиосевые конфигурации: цапфовая, поворотная головка, портальная и токарно-фрезерная.
Не все пятиосевые машины одинаковы. Четыре основные конфигурации обладают разными преимуществами, и выбор между ними является одним из наиболее важных решений в процессе покупки.
Цапфовый стол
Поворотный стол, установленный на наклонном цапфе, обеспечивает оси A и C, в то время как шпиндель остается в своей стандартной трехосной конфигурации. Заготовка наклоняется и вращается под шпинделем с фиксированным положением. Это наиболее распространенный способ обработки на пятиосном станке, поскольку он сохраняет жесткость и точность стандартного обрабатывающего центра, добавляя при этом два поворотных механизма. Лучше всего подходит для деталей, которые помещаются в зону поворота цапфы.
Поворотная головка (двойная поворотная головка)
Сама шпиндельная головка наклоняется и вращается, в то время как заготовка остается неподвижной на столе. Это наиболее распространенная конфигурация для очень крупных деталей, которые не могут вращаться, включая конструктивные элементы самолетов, большие пресс-формы и крупногабаритные аэрокосмические приспособления. Компенсация RTCP в контроллере необходима, поскольку положение наконечника инструмента зависит от ориентации головки.
Портальный 5-осевой
Портальный станок с поворотной головкой, увеличенный в размерах для обработки очень крупных заготовок. Используется для изготовления корпусов лодок, аэрокосмических конструкций, больших пенопластовых форм для автомобильного прототипирования и резки каменных мостов. STYLECNC К этой категории относятся пятиосевые портальные фрезерные станки, с рабочей зоной от любительских форматов размером 4 фута на 4 фута до промышленных конфигураций с шириной обработки в несколько метров.
Токарно-обрабатывающий станок / токарно-обрабатывающий центр
Токарный станок с фрезерным шпинделем, способным к наклону (ось B), и заготовкой, вращающейся (ось C), часто сочетается с вспомогательным шпинделем и приводным инструментом. Это самые дорогие пятиосевые конфигурации, поскольку они объединяют токарную и фрезерную обработку в одном станке, но при этом полностью исключают перемещение деталей между операциями на цилиндрических заготовках.
Одновременная пятиосевая обработка против позиционной обработки 3+2
Одно из наиболее важных технических различий в пятиосевой обработке заключается в разнице между одновременным и трехпозиционным режимами работы (3+2). Покупатели часто обнаруживают эту разницу только после оформления заказа, и это различие имеет значение.
Одновременная пятиосевая обработка Во время резки все 5 осей перемещаются одновременно. Наконечник инструмента движется по непрерывной траектории, в то время как вращающиеся элементы постоянно корректируют свою ориентацию. Это необходимо для рабочих колес, лопаток турбин, поверхностей пресс-форм с рельефной формой и любой органической контурной геометрии. Для одновременной работы требуется RTCP (Rotated Tool Center Point) или TCPC (Tool Center Point Control) в контроллере. Без RTCP контроллер не сможет поддерживать запрограммированную траекторию наконечника инструмента во время движения вращающихся элементов, и деталь не будет соответствовать результатам моделирования в CAM-системе.
3+2 позиционная обработка Используется две вращательные оси для позиционирования заготовки (или головки) под фиксированным углом, после чего выполняется стандартная трехосная обработка в этой ориентации. Это позволяет обрабатывать примерно 80 процентов типичных работ в цехе пятиосной обработки и значительно упрощает программирование. Авторы статей в Practical Machinist, работающие со смешанным парком пятиосных станков, постоянно отмечают, что большая часть их ежедневной работы выполняется по схеме 3+2, а не в режиме одновременной обработки, при этом одновременная обработка используется только для обработки деталей определенной геометрии, которая этого требует.
Практические последствия для покупки весьма существенны. Станок с 5 физическими осями, но без RTCP, иногда называют станком 3+2, а не настоящим пятиосевым станком. Он может позиционировать инструмент, но не может поддерживать непрерывную траекторию движения наконечника инструмента при перемещении всех 5 осей. При оценке покупки пятиосевого станка крайне важно подтвердить поддержку RTCP/TCPC на контроллере (FANUC G43.4, Heidenhain M128, Siemens TRAORI или аналогичном). В этом разница между станком, способным обрабатывать рабочее колесо, и станком, который не может этого делать.
Пятиосевой ЧПУ Применение: Галерея промышленности
Пятиосевые станки с ЧПУ прочно закрепились в 4 основных отраслях, каждая из которых имеет специфические геометрические или материальные требования, оправдывающие капиталовложения.
ОТРАСЛЬ: Аэрокосмическая
Аэрокосмическая отрасль первой в мире внедрила пятиосевую обработку в больших масштабах. Основные области применения – кронштейны двигателей, лопатки турбин, рабочие колеса, конструкционные ребра и фитинги из титановых и никелевых суперсплавов. Геометрическая сложность (сложные кривые, внутренние каналы охлаждения, асимметричные поверхности) и стоимость материала (часто сотни долларов за килограмм) делают пятиосевую обработку за одну установку экономически необходимой.
ОТРАСЛЬ: Автомобильная промышленность и производство пресс-форм
Изготовление пресс-форм и штампов — вторая по величине область применения пятиосевых станков. Доступ к глубоким полостям, недоступным для трехосевых станков с соответствующим инструментом, особенно в литьевых формах, инструментах для литья под давлением и штамповочных штампах, обеспечивается боковыми резцами пятиосевого станка. Изготовление прототипов кузовов автомобилей, пенопластовых форм для лепки из глины и крупных штамповочных форм также в значительной степени зависит от пятиосевых фрезерных станков и обрабатывающих центров.
ОТРАСЛИ: Медицина, стоматология и ювелирное дело
Медицинские имплантаты (тазобедренные, коленные, черепные, зубные абатменты), хирургические инструменты и индивидуальные протезы — все они изготавливаются с использованием пятиосевой обработки для создания контурных поверхностей, необходимых в соответствии с анатомией. В ювелирном производстве используются малоформатные пятиосевые станки для изготовления колец, лицевых частей перстней и деталей, требующих многоугольного доступа инструмента к драгоценным металлам. Качество и стоимость материалов снова определяют экономические показатели.
ОТРАСЛЬ: Архитектура, камень и изготовление изделий на заказ.
Архитектурная каменная кладка, резьба по монументам, изготовление вывесок на заказ, реквизит и театральные декорации, прототипирование морских конструкций и изготовление мебели на заказ — все это выполняется с помощью крупноформатных пятиосевых фрезерных станков, позволяющих создавать скульптурные геометрические формы, которые невозможно экономично получить другими методами при таких масштабах. Рабочая зона может варьироваться от настольных станков до портальных машин, охватывающих несколько метров.
Диапазон цен на пятиосевые станки с ЧПУ: от хобби до промышленного производства.
Цены на пятиосевые станки с ЧПУ варьируются в 100 раз в зависимости от рынка. В таблице ниже приведены типичные ценовые диапазоны для новых станков, при этом бывшие в употреблении и восстановленные станки часто доступны по цене от 30 до 60 процентов от стоимости новых, в зависимости от количества отработанных часов, состояния и марки.
| Ярус | Ценовой диапазон (долл. США) | Типичные сценарии использования и примеры |
|---|---|---|
| Хобби / Настольный компьютер | 5,000 - 15,000 | Ювелирные изделия, стоматология, небольшие прототипы, образование. Малоформатные настольные пятиосевые машины. |
| Входной промышленный | 30,000 - 80,000 | Небольшое производство, изготовление мелких пресс-форм, изготовление мебели на заказ, ювелирное производство. Станки начального уровня с поворотным столом и небольшие портальные фрезерные станки. |
| Промышленный средний ценовой сегмент | 80,000 - 200,000 | Производство аэрокосмических кронштейнов, изготовление автомобильных прототипов, финишная обработка полостей пресс-форм. Brother Speedio U500 (~160 тыс.), Haas UMC 500 (~250 тыс.) согласно материалам Practical Machinist. |
| Высококачественное производство | 200,000 - 500,000 | Многофункциональные обрабатывающие центры, полноразмерные портальные фрезерные станки, высококачественные поворотные станки. DMG MORI DMU 50, DN Solutions DVF 5000 (~300 тыс.), Mazak VC-5A 5X. |
| Премиум / Специализированные | 500,000–2 млн+ | Фрезерно-токарные обрабатывающие центры, крупногабаритные портальные 5-осевые станки, многошпиндельные производственные линии. Моноблочные станки DMG MORI DMU 75, многофункциональные станки Mazak Integrex. |
Помимо самого станка, общая стоимость владения включает в себя пятиосевое CAM-программное обеспечение (Mastercam, NX CAM, ESPRIT, PowerMill, обычно от 5,000 до 50 000 долларов США за рабочее место), программное обеспечение для моделирования, такое как Vericut (часто от 25 000 до 50 000 долларов США за рабочее место для полной пятиосевой верификации), оснастку и приспособления, обучение операторов и установку. Планируйте, что от 20 до 40 процентов стоимости станка будет покрыто за счет сопутствующих ресурсов сверх базовой стоимости покупки.
STYLECNC пятиосевой и многозадачные машины
STYLECNC Компания производит полный спектр пятиосевых станков с ЧПУ, охватывающий весь диапазон производственных мощностей — от начального промышленного до высокотехнологичного. категория пятиосевых станков с ЧПУ Включает в себя портальные фрезерные станки, фрезерные станки, обрабатывающие центры и специализированные конфигурации для выполнения конкретных задач. пятиосевой фрезерный станок с ЧПУ и пятиосевой фрезерный станок с ЧПУ для 3D фрезерование и резьба являются наиболее распространенными отправными точками для цехов по изготовлению прототипов, формовки и архитектурного производства.
Для предприятий, специализирующихся на высокоточной металлообработке, пятиосевой фрезерный станок с ЧПУ и Малый пятиосевой обрабатывающий центр с ЧПУ Занимаемся изготовлением алюминиевых пресс-форм, прототипированием в аэрокосмической отрасли и производством медицинских изделий. В частности, это касается цехов по изготовлению пресс-форм и штампов. Категория станков для изготовления пресс-форм с ЧПУ сочетает в себе пятиосевые поверхностные характеристики с жесткостью, необходимой для обработки закаленной инструментальной стали.
▶ СМОТРЕТЬ: пятиосевой фрезерный станок с ЧПУ в действии
См. STYLECNC производство пятиосевого фрезерного станка с ЧПУ 3D Пенопласт и алюминий работают в реальных производственных условиях.
Посмотреть видео на stylecnc.com →
STYLECNC Также позволяет создавать многозадачные и многошпиндельные конфигурации для производственных сред, где важны производительность и параллельная работа. Поставка в Великобританию многофункционального фрезерного станка с ЧПУ с 3 шпинделями. Это недавний пример того, как заказчик корпоративной мебели заказывает параллельную обработку на одной кровати. Для интеграции ATC на пятиосевых или многозадачных платформах... Категория фрезерных станков с ЧПУ ATC документирует доступные варианты устройств смены инструмента. STYLECNC линии машин.
Цены на STYLECNC Пятиосевые станки охватывают весь спектр производственных возможностей — от начального промышленного до высокотехнологичного, как показано в таблице цен выше. Стоимость конфигураций рассчитывается исходя из рабочей зоны, характеристик шпинделя, выбора контроллера, мощности автоматической смены инструмента и требований к интеграции. Свяжитесь с нами. STYLECNC Отдел продаж получает комплект деталей и список материалов для составления индивидуального коммерческого предложения.
Глоссарий: Термины пятиосевой ЧПУ
Используйте этот справочник при оценке пятиосевых машин, общении с поставщиками или изучении документации по контроллерам.
| Срок | Определение |
|---|---|
| пятиосевой ЧПУ | Станок с 3 линейными осями (X, Y, Z) и 2 вращательными осями (обычно A и B, или A и C). |
| Цапфовый стол | Поворотный стол с возможностью наклона и двумя осями вращения, расположенный под шпинделем с фиксированным положением. |
| Поворотная головка | Шпиндельная головка, которая наклоняется и вращается, в то время как заготовка остается неподвижной на столе. |
| RTCP / TCPC / TCPM | Вращающаяся точка центра инструмента / Контроль точки центра инструмента / Управление точкой центра инструмента. Функция контроллера, которая поддерживает положение наконечника инструмента во время вращательного движения. |
| Одновременный 5-осевой | В процессе резки все 5 осей движутся синхронно, следуя непрерывной траектории движения кончика инструмента. |
| 3+2 (позиционный) | Две вращательные оси позиционируют деталь под фиксированным углом, после чего начинается стандартная трехосевая обработка. |
| Постпроцессор | Программное обеспечение, которое преобразует траектории движения инструмента CAM в конкретный диалект G-кода, понятный контроллеру станка. |
| Токарный станок / токарно-фрезерный станок | Станок, сочетающий токарную и фрезерную обработку, обычно с шпинделем по оси B и шпинделем по оси C. |
| Файл кинематики | Математическая модель того, как оси машины физически перемещаются относительно друг друга. |
| Многозадачный центр | Станок, объединяющий несколько операций (токарная обработка, фрезерование, сверление, иногда аддитивное производство) в одной установке. |
Часто задаваемые вопросы
В чём разница между RTCP и TCPC?
RTCP (Rotated Tool Center Point), TCPC (Tool Center Point Control), TCPM (Tool Center Point Management) и RPCP обозначают одну и ту же основную функцию контроллера: автоматическое поддержание запрограммированного положения наконечника инструмента при перемещении вращающихся осей. Термин различается в зависимости от производителя. FANUC использует G43.4 (TCPC), Heidenhain — M128 (TCPM), Siemens — TRAORI. Как обсуждалось в теме «Fanuc TCPC для пятиосевой обработки» на сайте Practical Machinist, именно эта функция делает практичным одновременное пятиосевое программирование, а не специфическое для бренда название.
Нужно ли мне одновременное пятиосевое подключение или достаточно 3+2?
Авторы статей в Practical Machinist, работающие с пятиосевыми станками, постоянно отмечают, что примерно 80 процентов их работы выполняется в режиме 3+2, а не в режиме одновременной обработки. Детали аэрокосмических конструкций, чистовая обработка полостей пресс-форм, многогранные кронштейны и большинство работ по обработке пятигранных поверхностей выполняются в режиме 3+2. Одновременная обработка становится необходимой для рабочих колес, лопаток турбин, поверхностей органического контура и любой геометрии, требующей непрерывного контроля траектории движения инструмента по нескольким осям.
Сколько стоит пятиосевой станок с ЧПУ?
Цены варьируются от 5,000 до 15,000 долларов США за настольные станки для хобби, от 30,000 до 800000 долларов США за промышленные станки начального уровня и от 80,000 до 200,000 долларов США за станки среднего уровня для промышленного производства. В обсуждениях на сайте Practical Machinist, посвященных Brother Speedio U500, упоминается цена примерно в 160 000 долларов США, Haas UMC 500 — около 250 000 долларов США, DN Solutions DVF 5000 — около 300 000 долларов США, а пятиосевые станки DMG MORI часто стоят более 500 000 долларов США. Стоимость премиальных многофункциональных фрезерно-токарных центров превышает 1 миллион долларов США.
Стоит ли покупать подержанную пятиосевую машину?
В обсуждении на форуме Practical Machinist «15-летние немецкие станки Five Osy» честно рассматривается вопрос выбора. Подержанные станки DMG, Mikron и Hermle стоимостью 100 000 долларов США могут стоить от 300 000 до 500 000 долларов США, если шпиндель, контроллер и поворотные механизмы находятся в хорошем состоянии. Риск связан с доступностью электроники и износом шпинделя. Общепринятое правило, приводимое в этих обсуждениях, — это примерно один доллар США за оборот в минуту для ремонта шпинделя, что для станка с частотой вращения от 30 000 до 50 000 об/мин является значительной суммой. Независимая техническая проверка перед покупкой — стандартная практика.
Можно ли переоборудовать 3-осевой станок в 5-осевой?
Частично. К трехосному вертикальному фрезерному станку можно добавить пятиосный поворотный стол для обеспечения вращения A и C, как обсуждалось в теме "Методы настройки для пятиосных смещений обработки" на сайте Practical Machinist. Ограничение заключается в том, что без RTCP в главном контроллере преобразование обеспечивает возможность обработки 3+2, а не полностью одновременную обработку. Стоимость добавления TCPC к контроллеру, который не имеет его изначально, может превышать 20 000 долларов США, что является одной из причин, почему многие предприятия в конечном итоге покупают специализированный пятиосный станок вместо расширения трехосного.
Какой постпроцессор мне нужен для пятиосевого станка с ЧПУ?
Пятиосевые постпроцессоры должны соответствовать контроллеру, кинематике и программному обеспечению CAM. CNCZone "пять осей" CNC-маршрутизатор В теме "RTCP" описываются сложности с корректной работой пользовательской постпроцессорной обработки: небольшие кинематические ошибки, несоответствие единиц измерения или неверные значения длины инструмента приводят к царапинам и поломкам, которые моделирование не сможет обнаружить, если модель моделирования не будет точно соответствовать станку. Большинство производственных предприятий покупают готовую постпроцессорную обработку у производителя станка или поставщика CAM-систем, вместо того чтобы пытаться разработать собственную.
