Пятиосевой фрезерный станок с ЧПУ: устройство, виды, плюсы и минусы

Для создания некоторых деталей не достаточно иметь три оси: процесс будет либо очень долог, либо невозможен. В таких случаях используется 5-осевой фрезерный станок с ЧПУ, который дает возможность перемещать заготовку или шпиндель по более сложным траекториям, так как помимо классических X, Y, Z осей у него есть еще две поворотные.
Сегодня мы расскажем про виды этих станков, плюсы и минусы и выясним, в каких сферах и кому он необходим.

Виды 5-осевых фрезерных станков

Они могут отличаться по тому, что именно вращается больше всего: шпиндель, материал или и то, и другое.

В первом случае голова может вращаться на все 360 градусов. Станки с такими головами часто имеют открытое строение, то есть, выглядят схоже с трехосевым фрезером. Подобные часто применяются для работы с деревом, пенопластом и композитными материалами.

Во втором — используется подвижный стол или зажимной механизм, который позволяет подводить материал к инструменту почти под любым углом. Подобные станки обычно имеют вид закрытой кабины, внутри которой происходит вся работа. Связано это с тем, что они используются чаще всего для работы с металлами.

Еще второй вид 5-осевых фрезерных станков с ЧПУ делится на горизонтальные и вертикальные. Здесь подразумевается то, где именно установлен шпиндель: сверху или сбоку.

В третьем случае у нас совмещены подвижный стол и шпиндель, и такие станки имеют самую большую гибкость в производстве, так как открывают доступ к самым разным углам подхода инструмента к заготовке.

Как устроен пятиосевой ЧПУ-станок

• Станина и корпус
  

Основа станка — массивная металлическая станина, обеспечивающая жесткость и стабильность. При этом важную роль играет то, из чего она сделана: наилучшим выбором считается стальное литье или чугун. Последний лучше гасит вибрации и устойчив к деформациям.

• Оси движения

Три отвечают за прямолинейные перемещения, а две дополнительные — за повороты. Например, A отвечает за вращение по горизонтали, C — по вертикали. Управление всеми осями синхронизировано.

• Сервоприводы и ЧПУ-система

Каждой осью управляет сервомотор, который точно отслеживает ее положение. Все команды подаются с ЧПУ-контроллера. Он интерпретирует управляющую программу (G-код) и направляет движения по нужной траектории.

• Шпиндель

Это устройство, которое задает вращение инструменту. Он может быть поворотным, чтобы обрабатывать под углом. В современном станочном оборудовании часто есть автоматическая смена инструмента.

• Система охлаждения и смазки

Для увеличения срока службы рабочих узлов используется система смазки. Она также необходима для бесперебойной работы всех движущихся частей и направляющих. Может быть ручной, полуавтоматической или автоматической.

• Удаление стружки и пыли

В процессе работы образуется много отходов. В конструкции предусмотрены лотки, конвейеры или аспирационные системы, чтобы автоматически удалять стружку и поддерживать чистоту зоны реза.

• Вспомогательные компоненты

Это измерительные щупы, панели управления, вакуумные столы для фиксации конструкций и многое другое. Они повышают удобство выполнения операций и точность обработки.

Деталь за одну операцию

Думаю, вы видели залипательные видео, где на 5-осевом фрезерном станке с ЧПУ делают из цельного куска материала готовую деталь, составляющую примерно 20% от изначальной массы. Для этого чаще всего и покупаются подобные станки.

Преимущества и недостатки

Плюсы

• Сложные макеты

Наличие 5 траекторий движения позволяет создавать самые разнообразные формы, от корпуса миниатюрной машины для коллекционеров и до турбин или дизайнерской мебели.

• Уменьшенный износ фрез

5-осевой фрезерный станок с ЧПУ увеличивает срок службы режущих инструментов, так как они работают под оптимальными для себя углами и траекториями.

• Высокая точность

За счет того, что шпиндель и заготовка двигаются по пяти осям, можно добиваться полного соответствия готовой детали макету. По этой причине 5-осевые фрезерные станки  используются в аэрокосмической, автомобильной промышленности и для электроники.

• Сокращение времени производства

Благодаря тому, что заготовку не нужно переворачивать, и инструменты менять вручную, время, необходимое для изготовления детали, уменьшается, а общая производительность — повышается.

• Минимальные отходы и брак

Использование пяти осей передвижения и точность работы уменьшают шанс появления искривлений и ошибок., что в итоге экономит затрачиваемые материалы за отсутствием брака.

Минусы

•  Стоимость

Подобное оборудование имеет большую цену не только само по себе: для работы с ним нужен опытный персонал, либо нужно будет вложиться в его обучение. Впрочем, за счет заказов может получиться относительно быстро возместить убытки.

• Программирование

Работа с пяти осями и создание макетов — дело непростое, которое требует определенных навыков от оператора.

• Дорогой ремонт

Если в подобной машине что-то сломается, то затраты на починку могут оказаться внушительными. Сюда же можно добавить и обслуживание.

• Размеры изделий

Зависит от типы и модели центра, конечно, на у закрытых часто имеется ограничение по максимальному размеру детали, которую они могут сделать. Поэтому еще на этапе выбора оборудования обязательно посмотрите на этот показатель.

Сферы применения

1. Аэрокосмическая промышленность: в этом деле часто нужны изделия сложных и изогнутых форм, например для двигателей или корпусов.
2. Автомобили: двигатели, диски, компоненты внутренних панелей и салона.
3. Медицина: компоненты для оборудования и протезов, а также изготовление инструментов, в особенности из нержавеющей, хирургической стали или титана.
4. Электроника и бытовая техника: что корпуса и компоненты для оптических систем, что для холодильников или стиральных машин.
5. Производство мебели: добиваться необычных форм, особенно в заказной дизайнерской мебели, куда проще с пятью осями.

Нужен ли вам 5-осевой фрезерный станок с ЧПУ

Возможно, вы решили, что такой станок подойдет вам лучше всего для работы. Но стоит еще раз все рассмотреть, ведь есть риск переплатить и по итогу ни разу не использовать весь потенциал машины.

Бывают случаи, когда покупается сложный, современный станок, а по итогу используется словно 3-осевой. Для того, чтобы избежать этого, обращайтесь в проверенные компании, где вас смогут грамотно проконсультировать и подобрать машину именно под ваши задачи.

Как выбрать пятиосевой фрезерный станок

• Размеры рабочего поля
  

Определите максимальные габариты изделий, с которыми вы планируете работать.

Например, для прототипов достаточно рабочей зоны 300×300×300 мм, а для лопастей — может потребоваться поле свыше 1500×600×500 мм.

• Тип конструкции и кинематика
  

Для мелких металлических заготовок (до 5 кг) подойдут вертикальные модели с рабочей платформой до 500 мм.

Если вы работаете с длинномерными заготовками (длина свыше 1 метра) — лучше выбирать портальную схему. Комбинированная же кинематика обеспечивает оптимальный доступ к сложной геометрии.

• Мощность шпинделя и обороты

Для стали, титана и других твердых металлов требуется мощность шпинделя 7–15 кВт с оборотами 8000–12000 об/мин.

Для дерева и пластика более актуальны шпиндели мощностью 3–7 кВт с частотой вращения до 24000 об/мин.

• Точность и повторяемость
  

Надежный пятиосевой станок должен обеспечивать точность позиционирования до ±0,01 мм и повторяемость в пределах ±0,005 мм.

• Система ЧПУ и софт

Выбирайте системы управления от производителей с долей рынка не менее 15% — Siemens, Heidenhain, Fanuc, Syntec. Система должна поддерживать синхронное 5-осевое управление, симуляцию траектории (до 0,001 мм) и защиту от столкновений в реальном времени.

• Дополнительные опции

Обратите внимание на наличие автоматической смены инструмента (время смены ≤8 сек), СОЖ (подача от 5 до 15 бар), вакуумного стола (с усилием прижима >350 кг), щупа для измерений (погрешность ≤2 мкм) и интерфейсов подключения (Ethernet, USB, CAN).

• Производительность

Средняя скорость перемещения по осям должна составлять от 10 до 50 м/мин, рабочие подачи — 1–20 м/мин. Допустимые усилия резания — не менее 400 Н.

• Надежность и сервис
  

Узнайте у продавца, есть ли запасные части на складе, проводится ли обучение для операторов станков, предоставляется ли услуга по запуску оборудования.

Частые вопросы

• Можно ли модернизировать 3-осевой станок до 5-осевого?

Возможно, но экономически нецелесообразно. Конструкция 5-ти осевого требует изначальной интеграции поворотных осей, усиленной станины, мощного контроллера и сложной кинематики. Модернизация 3-осевого оборудования требует практически полной переделки машины, что часто дороже покупки готового.

• Подходит ли 5-осевой ЧПУ станок для серийного производства?

Да, при условии стабильных партий сложных деталей. Он сокращает количество установок, снижает трудозатраты и может работать в автоматическом режиме. Однако для простой геометрии и массовых деталей иногда эффективнее использовать менее сложное оборудование, например трехосные станки.

• Какие CAM-системы лучше использовать для 5 осей?

Для полноценной работы требуется CAM-система с поддержкой 5-осевой интерполяции. Популярные решения: Fusion 360 Ultimate, NX CAM, SolidCAM, PowerMill, hyperMILL, Mastercam Multiaxis. Важно, чтобы система поддерживала верификацию траектории, автоматическую генерацию пятиосевых проходов и предотвращение коллизий.

• Нужно ли подключение сжатого воздуха к 5-осевому станку?

Да, в большинстве случаев нужно. Сжатый воздух используется для работы пневматических систем, удержания инструмента в шпинделе, очистки зоны резания и работы системы автоматической смены инструмента. Требования по давлению и расходу указываются в технической документации к конкретной модели.

• Можно ли на 5-осевом станке фрезеровать вручную, как на обычном?

Нет, это полностью автоматизированное оборудование. Работа осуществляется строго по управляющей программе. Ручное фрезерование или перемещение возможно только в режиме наладки (JOG-режим), и то с ограничениями.