Пяти-осевая обработка в современных реалиях. За и против. Что выбрать?

Рынок металлообрабатывающего оборудования трансформируется особенно активно в последние год-полтора. В основном это вынужденная подстройка под возможности производителей и поставщиков оборудования, инструмента. Но основные тренды в запросах производственников остаются прежними: нужны станки и технологии, обеспечивающие максимальную производительность, скорость и точность, особенно при обработке сложных по форме и высокоточных деталей, необходима возможность выполнить полную обработку большинства поверхностей детали за один установ, от одной базы. Кроме того, в период острого дефицита высококвалифицированного инженерно-технического персонала заводы ищут возможность снижения влияния «человеческого фактора» на результат работы. Все эти моменты комплексно решает обработка на 5-осевых станках с ЧПУ. Поэтому спрос на такое оборудование выше с каждым годом, а предложения сегодня ограничены. Что делать в сложившейся ситуации?

Экспертным мнением по этим вопросам для журнала "ОРТ"(Оборудование.Разработки.Технологии) поделился Павел Борисов-Ведущий технолог-программист, технологического центра ООО «Пумори-инжиниринг-инвест»

Немного об истории 5-осевой обработки

Человек издавна обрабатывает металл. Прогресс неумолим и это направление развивалось всегда, но особенно бурно в 20 веке. Многие годы разработчики станков стремились к повышению их производственной эффективности и точности, за счет увеличения скоростей резания и подач. И с появлением ЧПУ наметился прорыв, хотя по началу даже рассмотрение возможности согласованно управляемых одновременных движений детали и инструмента было сродни фантастике. Но реальность такова, что сначала появились призматические детали, цапфы, поворотные столы, а позже полноценные варианты вращения вокруг каждой из осей декартовой системы координат с помощью интегрированных шпинделей, линейных двигателей, приводов станка или оснастки. Такие решения повзволили достичь очень высоких скоростей обработки. По мере развития технологий и аппаратного обеспечения 5-ти осевая технология обработки стала более доступной. Все больше машиностроителей сегодня ищут для своего производства именно 5-осевое оборудование с ЧПУ.

Что важно знать о 5-осевой обработке?

Пятиосевая обработка деталей на станках с ЧПУ имеет ряд безусловных преимуществ. К ним относят:

• наличие возможности технологической обработки деталей сложной конфигурации за один установ;

• значимое снижение временных затрат на обработку деталей, особенно в крупносерийном производстве;

• высокую производительность, качество создаваемых деталей, точность обработки;

• быструю окупаемость оборудования;

В целом существует два основных вида пяти-осевой обработки: позиционная и непрерывная.

При позиционной пяти-осевой обработке (она также известна как обработка «3+2») шпиндель или стол поворачивается в ряд дискретных положений, а обработка ведется, как комплекс операций в несколько установов. Для такой обработки могут быть использованы два различных типа станков:

• со свободной ориентацией шпинделя (все степени свободы обеспечиваются движениями шпинделя)

• с жесткой ориентацией шпинделя и поворотным механизмом, удерживающим заготовку (две дополнительные оси обеспечиваются за счет наклона и/или поворота закрепленной детали)

Несмотря на то, что в управляющей программе необходимо точно «увязать» большое количество рабочих органов станка и соотнести их взаимное движение, при позиционной 5-осевой обработке программирование является сравнительно простым. Как только для каждой операции определена рабочая плоскость, базы, то программирование обработки фактически становится аналогичным 3-осевой обработке. Схема 3+2 хороша для высокоскоростной обработки, в т.ч. и при силовом резании. Так же позиционная 5-осевая обработка позволяет оптимизировать время при сверлении отверстий. Это может показаться простой задачей по сравнению со сложностью комплексной механообработки выступов или впадин, но сверление серии отверстий под различными пространственными углами — дело чрезвычайно трудоемкое. Если применяется трех-осевой станок, то для каждого отверстия нужно использовать отдельный установ, что вроде не требует дополнительного времени, но значительно повышает риск ошибки оператора. А при пяти-осевой обработке шпиндель просто ориентируется по заданной оси и сверление выполняется очень быстро. Таким образом, если требования к деталям не являются сверх высокими, а требуется только более удобное позиционирование, то схема 3+2 будет вполне приемлемым вариантом.

При непрерывной пяти-осевой обработке может происходить одновременное движение детали и инструмента по всем пяти степеням свободы. При этом конечно увеличивается скорость обработки, появляется возможность получения сложных криволинейных поверхностей быстро и точно. Основная задача для программиста—это гарантировать отсутствие вероятности столкновения инструмента с элементами станка и детали. Один из первых методов программирования непрерывной 5-осевой обработки был основан на ориентации фрезы по нормали к обрабатываемой поверхности. Здесь есть некоторые недостатки:

1. головка станка вынужденно проходит большее расстояние, чем это необходимо при трех-осевом фрезеровании, что увеличивает время обработки

2. расположение фрезы по нормали к поверхности иногда невозможно из-за геометрии самого станка или повышается риск столкновений

3. такая ориентация фрезы использует в работе лишь часть режущей поверхности. В результате ресурс инструмента снижается, возникает риск поломки. К тому же скорость резания осевой зоны фрезы меньше, чем наружной, поэтому производительность резания будет сравнительно низкой.

И в этой ситуации важно уже не просто наличие у станка тех самых 5 степеней свободы, а искусство программирования. Чтобы максимально использовать весь потенциал прогрессивных обрабатывающих центров и режущего инструмента, как воздух необходимо эффективно разрабатывать управляющие программы. Сейчас, в связи с развитием CAM-систем, это ограничение может быть сведено к минимуму, если заказчики готовы осваивать и внедрять в работу не только оборудование, но и программные инструменты.

Мы рекомендуем. Подберите оптимальное решение для вашего производства

При всех сегодняшних ограничениях по импорту оборудования есть некоторые марки металлообрабатывающего оборудования, которые с успехом поставляют в нашу страну пяти-осевые обрабатывающие центры с ЧПУ. Наши специалисты протестировали некоторые из них, чтобы убедительно показать и рассказать нашим заказчикам о всех тонкостях работы, а также рекомендовать именно надежные и правильные решения в области пятиосевой металлообработки. Вот они:

PRIMINER

Компания PRIMINER - основана в 2001 году командой технических специалистов, имеющих 20 летний опыт в области станкостроения. Сегодня PRIMINER является одним из самых динамично развивающихся производителей обрабатывающих центров в мире, качество которого известно на 5 континентах. Штаб-квартира находится в г. Ноймюнстере, Германия. Завод расположен в провинции Гуандун (Китай).

Пятиосевые высокоскоростные портальные обрабатывающие центры с поворотным столом серии U и C подходят для высокоскоростной 5-осевой обработки, включая обработку сложных пресс форм, деталей аэрокосмической, медицинской и автомобильной промышленности. Модель U500 имеет жесткую портальную конструкцию и двойные ШВП, что обеспечивает жесткость при обработке тяжелых заготовок, С500 в свою очередь имеет компоновку колонного типа.

Пятиосевые высокоскоростные портальные обрабатывающие центры серии GT-5X –для 5-осевой обработки применяются в производстве для сверхвысокоскоростной и высокоточной обработки крупногабаритных и тяжелых деталей.

BFW

Один из крупнейших станко-производителей Индии. На текущее время занимает лидирующие позиции на мировом рынке в области производства токарного и фрезерного оборудования. История станкостроительной компании насчитывает более 50 лет. Начинался завод в 1961 году с небольшого предприятия, созданного совместно с Германией, а на сегодняшний день является флагманским предприятием индийского холдинга Kothari Group.

Вертикальные фрезерные обрабатывающие центры с ЧПУ с подвижной колонной разработаны для пятиосевой обработки(4+1). Технологии на основе такого оборудования обеспечивают наиболее прогрессивные способы получения высокоточных деталей для аэрокосмической отрасли, энергетики, приборостроения и др. Эффективное сочетание динамики и жесткости этих станков отвечает всем требованиям при обработке различных материалов, включая сложно обрабатываемые. Жесткая станина и особый инновационный конструктив обеспечивает успешные результаты эксплуатации оборудования при тяжелых режимах резания, позволяют добиться наилучших показателей качества поверхности и обеспечивают приличный ресурс оборудованию.

Станки могут быть поставлены в серийном исполнении или специально укомплектованы для индивидуальных решений. Благодаря возможности создания различных вариантов исполнений, станки идеально подходят для создания на их базе автоматизированных производственных решений (ячеек, линий, комплексов).

VISION WIDE

Vision Wide Tech основана в 1999 году в Тайвани. Продукция компании быстро заслужила признание благодаря высоким технологиям производства, хорошо организованному внедрению научных разработок, тщательному контролю качества, талантливому маркетингу, а также своевременному оказанию сервисной помощи. Политика Vision Wide основана на сочетании разумной цены и высокого качества.

NF/HF серия фрезерных обрабатывающих центров с ЧПУ для 5-тисторонней обработки. Самая широкая серия бренда по числу различных типоразмеров станков (более 50). Станки могут быть укомплектованы поворотными угловыми головками для 5-тисторонней обработки. Станки оснащены роликовыми направляющими качения по осям X и Y, по оси Z доступны как направляющие качения, так и скольжения. Опционально доступны шпиндели различной мощности и различные типы голов. Средние станки серии имеют обозначение NF, более крупные HF.