Wieloosiowa obróbka CNC – różnice między obróbką 3-, 4- i 5-osiową.

Wielu profesjonalistów z branży obróbki skrawaniem coraz częściej stawia na wybór maszyn CNC wieloosiowych. Obróbka CNC przy ich wykorzystaniu oferuje wysokiej jakości produkty, które spełniają precyzyjne wytyczne klientów. Wieloosiowa obróbka CNC umożliwia ruch narzędzia tnącego w trzech lub więcej różnych kierunkach. Im większa liczba osi maszyny CNC, tym wyższa precyzja i złożoność programowania. Najnowocześniejsze maszyny posiadają nawet 12 osi.

Główne rodzaje maszyn wieloosiowych i ich charakterystyka

Maszyny 3-osiowe, to najprostszy typ maszyn wieloosiowych. Wrzeciono porusza się wzdłuż trzech osi: X, Y i Z, a tym samym obrabia detal z sześciu stron w trakcie jednego procesu. Obróbka CNC przy użyciu takich maszyn odbywa się w jednej osi liniowej i dwóch niezależnych osiach obrotowych. Oś X jest równoległa do narzędzia tnącego, a głowica frezująca porusza się wzdłuż i w poprzek długości przedmiotu obrabianego. Oś Y utrzymuje prostopadłą pozycję do narzędzia tnącego, co pozwala głowicy frezującej dotrzeć do każdego końca przedmiotu obrabianego. Podobnie oś Z jest prostopadła do narzędzia tnącego podczas regulacji posuwu Z, co pozwala narzędziu tnącemu ciąć wzdłuż powierzchni przedmiotu obrabianego.

Maszyny 4-osiowe to z reguły frezarki z czterema osiami do produkcji trójwymiarowych elementów. Obróbka CNC polega na tym, że narzędzia tnące przesuwają się w czterech kierunkach. Maszyny te są mocniejsze i oferują większą dokładność niż maszyny 3-osiowe, gdyż obrabiają cztery strony przedmiotu jednocześnie bez konieczności zmiany jego położenia. Dokładność ta wynika z ruchów czwartej osi, która umożliwia obroty wokół osi pionowej, dając maszynom 360-stopniowy zakres ruchu bez żadnych specjalnych przyrządów. Dzięki temu można uniknąć prawdopodobnych błędów ludzkich, które mogłyby zdarzyć się przy zmianie narzędzi lub umocowania przedmiotu.

Maszyny 5-osiowe wykorzystują pięć osi do cięcia materiału wyjściowego, aby osiągnąć pożądany kształt. Warto zauważyć, że liczba osi w maszynie często określa kierunek narzędzia i stołu podczas obróbki. Dzięki pięciu osiom maszyna ma znacznie więcej możliwości niż chociażby maszyna 3-osiowa. Umożliwia obrót w dwóch płaszczyznach w połączeniu ze zdolnością narzędzi skrawających do poruszania się w trzech kierunkach. Maszyna 5-osiowa wykorzystuje trzy osie liniowe i dwie dodatkowe osie – A i B. Oś A oznacza oś obrotową wokół osi X, podczas gdy oś B oznacza obrót wokół osi Y. Jednak zdarzają się przypadki, w których maszyna przesuwa się do osi C zamiast do osi B. Oś C oznacza obrót wzdłuż osi Z.

Wieloosiowa obróbka CNC – jakie ma zalety?

Obróbka CNC na maszynach wieloosiowych zapewnia szeroką gamę korzyści, co czyni ją idealnym procesem dla wielu zastosowań. Do najważniejszych zalet można więc zaliczyć:

• Niższe koszty pracy i krótszy czas produkcji ze względu na zautomatyzowany proces obróbki, w którym operator maszyny CNC jest zaangażowany w proces w niewielkim stopniu. Obróbka CNC wieloosiowa nie wymaga pracy ręcznej, takiej jak choćby ponowne mocowanie. Dzięki temu czas obróbki również znacznie się skraca, bez ciągłej zmiany ustawień. Umożliwia to szybsze wytworzenie części o skomplikowanych wzorach i optymalizację czasu wprowadzenia produktu na rynek.
• Wysokiej jakości wykończenie powierzchni, które jest możliwe dzięki temu, że narzędzia tnące maszyn wieloosiowych są zwykle krótkie. To powoduje, że mają wysoką zwrotność i uzyskują większą bliskość do ciętej powierzchni. W efekcie zmniejszają się wibracje i drgania nawet przy tak dużej prędkości, z jaką poruszają się narzędzia tnące maszyny CNC.
• Większa dokładność części, która jest możliwa do uzyskania ze względu na duży zakres ruchu frezarki. To pomaga stworzyć złożone części lub ciąć dowolną powierzchnię w jednym ustawieniu. Zmniejsza się również liczba procesów i sprzętu wymagana do wytworzenia części, zapewniając jednocześnie zwiększoną dokładność geometryczną i mniejsze ryzyko błędu ludzkiego.
• Zwiększona żywotność narzędzi. Nie zużywają się zbyt szybko ze względu na stałe przechylanie narzędzia lub stołu obrabiarki CNC w celu uzyskania idealnego kąta cięcia. Maszyny wieloosiowe można zaprogramować tak, aby ciąć różnymi stronami każdego ostrza, co również dodatkowo wydłuża żywotność narzędzia tnącego.
• Produkcja złożonych kształtów, skomplikowanych kątów czy łuków, dzięki dodatkowym ruchom/osiom jest szybsza i bardziej ekonomiczna.

Jakie są różnice pomiędzy obróbką CNC 3-, 4- i 5-osiową?

Obróbka CNC na maszynach 5-osiowych nie zawsze jest odpowiednia dla wszystkich produktów, mimo że jest skuteczniejsza i bardziej precyzyjna niż obróbka 4- lub 3-osiowa. Produkt może być obrabiany na maszynie 3-osiowej, a przeniesienie go na maszynę 5-osiową podniesie koszty niewspółmiernie do efektu. Przy prostszych projektach obróbka na skomplikowanych maszynach jest zwyczajnie nieopłacalna. Zrozumienie różnic między procesami obróbki jest więc niezwykle istotne, gdyż tylko wtedy możliwe jest wybranie odpowiedniej pod dany projekt maszyny CNC. Warto więc zauważyć różnice między wieloosiowymi obrabiarkami:

Dokładność i precyzja

Wysoka dokładność i niskie tolerancje, to jedne z głównych właściwości obróbki CNC. Mimo, że obróbka na maszynie 3-osiowej jest w miarę precyzyjna, to istnieje prawdopodobieństwo wystąpienia błędów z powodu ciągłego repozycjonowania przedmiotu obrabianego. Ten margines błędu jest nieistotny dla większości zastosowań. Niemniej jednak najmniejsze odchylenie może prowadzić do komplikacji w przypadku branż wymagających wysokiej precyzji wykonania, jak choćby branża lotnicza czy medyczna. Tymczasem maszyny 4- i 5-osiowe nie wymagają repozycjonowania i dlatego zwykle nie mają błędów odchylenia, jak w przypadku obróbki CNC 3-osiowej.

Wieloosiowa obróbka CNC – zasady działania

Cała obróbka CNC ma taką samą zasadę działania. Narzędzie tnące sterowane komputerowo obraca się wokół materiału obrabianego przedmiotu, aby wykonać pożądane cięcia. Ponadto kody G lub M sterują ruchem narzędzia tnącego maszyn CNC względem przedmiotu obrabianego. Różnica pojawia się w możliwościach obracania się wokół różnych płaszczyzn i w zależności od liczby osi każda z maszyn będzie mogła wykonywać mniej lub bardziej skomplikowane kształty i geometrie. Wymagania te są określone w projekcie i to on wskazuje, jakiej maszyny CNC najlepiej do niego użyć lub przed jakimi potencjalnymi błędami się zabezpieczyć, jeśli wykonawca nie dysponuje maszyną z odpowiednią ilością osi.

Obróbka CNC na maszynie 5-osiowej

Maszyna CNC 5-osiowa oferuje trzy osie liniowe i dwie osie obrotowe pracujące w tandemie, aby produkować części o wysokiej złożoności. Umożliwiło to obróbkę do pięciu powierzchni przedmiotu obrabianego w jednej operacji. Maszyna pracuje automatycznie z minimalną ingerencją człowieka. Używa obrotowych narzędzi tnących do kształtowania materiałów umieszczonych na płycie maszyny. Dodatkowa oś ułatwia obróbkę skomplikowanych i złożonych projektów bez użycia wielu przyrządów, których wymaga obróbka na trzech osiach. Jak widać 5-osiowa obróbka CNC ma wiele zalet, ale posiada również wady. Przede wszystkim wysoki koszt zakupu maszyny oraz jej późniejszej konserwacji, przewyższający znacznie koszt maszyny 3-osiowej. Również zakup wymaganego oprogramowania wiąże się z wysokim kosztem, który wynika z dodania dwóch ruchów obrotowych, co komplikuje trajektorię utworzonego ruchu. Powinien on przewidywać możliwe kolizje i interferencje, a do tego jest konieczny dużo bardziej skomplikowany program. Z tym wiąże się kolejny koszt, jakim jest zatrudnienie wysoko wykwalifikowanego operatora, aby w pełni wykorzystać możliwości 5-osiowej maszyny CNC.