Máy CNC 5 trục và Máy CNC 3 trục: Sự khác biệt chính về độ chính xác và hiệu quả

Sự khác biệt về độ chính xác #1: Số lượng thiết lập

Một trong những yếu tố góp phần lớn nhất vào sự thay đổi kích thước là việc thiết lập lặp đi lặp lại. Hãy xem xét một giá đỡ hàng không vũ trụ bằng nhôm có kích thước 180 mm × 120 mm × 80 mm chứa các túi bề mặt trên, các lỗ bên, bề mặt lắp góc và các khe hở phía sau. Trên máy 3 trục, người vận hành có thể thực hiện bốn cài đặt riêng biệt.

Quy trình công việc yêu cầu kẹp mặt trên, gia công các tính năng phía trên, xoay phôi,-kẹp lại mặt bên,-thiết lập lại hệ tọa độ gia công và gia công các lỗ bên. Mỗi thiết lập giới thiệu biến thể căn chỉnh. Ngay cả khi độ lặp lại của thiết bị cố định vẫn nằm trong phạm vi ±0,02 mm, sai số tích lũy có thể tăng lên qua nhiều hoạt động.

Máy 5 trục tự động quay phôi. Người vận hành kẹp chi tiết một lần và thực hiện tất cả các nguyên công gia công trong cùng một hệ tọa độ. Máy duy trì mối quan hệ hình học vì phôi vẫn cố định.

Sự khác biệt về độ chính xác #2: Độ lệch của dụng cụ

Độ lệch dụng cụ xảy ra khi lực cắt làm cong dụng cụ trong quá trình loại bỏ vật liệu. Mức độ lệch tăng khi phần nhô ra của dụng cụ tăng lên. Ví dụ, khoang có độ sâu 120 mm có thể yêu cầu máy phay đầu dài trên máy 3 trục. Dụng cụ dài uốn cong khi chịu tải, tạo ra rung động và tạo thành các bức tường côn. Khi gia công thép không gỉ 316 hoặc hợp kim titan Ti-6Al-4V, lực cắt trở nên cao hơn đáng kể so với nhôm.

Máy 5 trục quay phôi để cải thiện khả năng tiếp cận dụng cụ. Thay vì mở rộng dụng cụ 120 mm vào khoang, máy sẽ nghiêng phôi và cho phép dao cắt ngắn hơn đạt được tính năng tương tự. Dụng cụ ngắn hơn chống lại sự uốn cong và duy trì tính nhất quán về kích thước. Lợi thế về cấu trúc này tạo ra những cải tiến có thể đo lường được về độ thẳng của tường và độ chính xác của đường viền.

Sự khác biệt về độ chính xác #3: Độ đồng nhất của bề mặt hoàn thiện

Độ bóng bề mặt phụ thuộc vào góc tiếp xúc của dụng cụ và độ ổn định khi cắt. Khi gia công các bề mặt cong trên máy 3 trục, dao cắt có thể tiếp xúc với vật liệu tại các vị trí thay đổi liên tục dọc theo bán kính dao. Điều này có thể tạo ra các vết sò điệp không đều, độ gợn sóng bề mặt và các yêu cầu đánh bóng bổ sung.

Máy 5 trục liên tục điều chỉnh hướng dụng cụ để duy trì góc tiếp xúc được kiểm soát trong khi loại bỏ vật liệu. Đối với khoang khuôn có bề mặt dạng tự do, gia công 3 trục thường yêu cầu gia công tinh mũi cầu với các giá trị-bước nhỏ, trong khi gia công 5 trục cho phép công cụ nghiêng và duy trì sự tương tác tối ưu. Điều này làm giảm sự bất thường trên bề mặt và giảm các hoạt động hoàn thiện.

Sự khác biệt về độ chính xác #4: Độ chính xác hình học trên các tính năng phức tạp

Nhiều bộ phận công nghiệp có các đặc điểm giao nhau, chẳng hạn như cánh tuabin, cánh quạt, bộ phận cấy ghép y tế và các bộ phận khuôn. Các thành phần này chứa nhiều bề mặt phải duy trì mối quan hệ vị trí chính xác. Trên máy 3 trục, mỗi tính năng có thể yêu cầu các thiết lập riêng biệt, gây khó khăn cho việc duy trì mối quan hệ hình học khi số lượng thiết lập tăng lên.

Máy 5 trục duy trì một tham chiếu tọa độ duy nhất trong suốt quá trình gia công, kiểm soát tất cả các vị trí tính năng trong một hệ thống chuyển động được đồng bộ hóa. Điều này làm giảm sự thay đổi định vị tích lũy. Đối với các bộ phận có chứa các góc ghép và hình dạng cong, sự cải thiện có thể rất đáng kể.

Sự khác biệt về hiệu quả #1: Thời gian thiết lập

Hiệu quả sản xuất không chỉ được xác định bởi tốc độ trục chính; thời gian thiết lập thường chiếm một phần lớn trong tổng thời gian sản xuất. Hãy xem xét một-quy trình sản xuất hàng loạt nhỏ gồm 20 miếng đệm khuôn, trong đó mỗi miếng chèn yêu cầu bốn thiết bị cố định, ba căn chỉnh và nhiều chu kỳ thăm dò. Máy 3 trục có thể mất nhiều thời gian chuẩn bị phôi hơn là thực sự cắt kim loại. Máy 5 trục giảm thiểu thao tác thiết lập. Do máy tự động quay phôi nên người vận hành mất ít thời gian hơn để lắp đặt đồ gá, căn chỉnh phôi và thiết lập hệ tọa độ. Mức giảm này ngày càng trở nên quan trọng đối với việc sản xuất nguyên mẫu và sản xuất khối lượng lớn-hỗn hợp thấp{9}}.

Sự khác biệt về hiệu quả #2: Yêu cầu về thiết bị cố định

Đồ đạc thêm chi phí và độ phức tạp. Máy 3 trục thường yêu cầu các thiết bị cố định tùy chỉnh như thiết bị cố định bia mộ, tấm góc và hệ thống kẹp tùy chỉnh để lộ các bề mặt phôi khác nhau. Mỗi vật cố định phải hỗ trợ phôi, chống lại lực cắt và duy trì sự liên kết. Máy 5 trục giúp giảm độ phức tạp của thiết bị cố định. Trong nhiều ứng dụng, một đồ gá duy nhất hỗ trợ tất cả các nguyên công gia công. Điều này làm giảm chi phí sản xuất thiết bị cố định, yêu cầu lưu trữ và khối lượng công việc bảo trì. Các kỹ sư mua sắm nên coi việc đầu tư thiết bị cố định là một phần của tổng chi phí sở hữu máy.

Sự khác biệt về hiệu quả #3: Thời gian chu kỳ

Thời gian chu kỳ bao gồm thời gian thiết lập, thay đổi công cụ, thời gian cắt và thời gian kiểm tra. Máy 3 trục có thể hoàn thành việc loại bỏ vật liệu nhanh chóng nhưng vẫn yêu cầu các thao tác bổ sung. Ví dụ, một bộ phận có sáu lỗ góc cạnh có thể yêu cầu thay đổi vật cố định riêng biệt, định vị lại bằng tay và các hoạt động khoan bổ sung. Máy 5 trục khoan các tính năng này mà không làm gián đoạn chu trình gia công. Khi độ phức tạp của bộ phận tăng lên, sự khác biệt về thời gian chu kỳ trở nên đáng chú ý hơn, đặc biệt là trong sản xuất linh kiện hàng không vũ trụ và y tế.

Sự khác biệt về hiệu quả #4: Sử dụng công cụ

Việc sử dụng công cụ ảnh hưởng đến cả năng suất và chi phí dụng cụ. Khi gia công các khoang sâu trên máy 3 trục, dao cắt dài thường cần thiết, đòi hỏi tốc độ tiến dao giảm, độ sâu cắt thấp hơn và các đường gia công tinh bổ sung. Máy 5 trục cải thiện khả năng tiếp cận công cụ. Dụng cụ ngắn hơn có thể loại bỏ vật liệu mạnh hơn, duy trì độ ổn định khi cắt và giảm độ rung. Máy sử dụng công suất sẵn có của trục chính hiệu quả hơn vì ít năng lượng bị mất đi khi uốn dụng cụ.

Linh kiện nhôm (6061, 7075)

Cả hai loại máy đều có thể đạt được dung sai kích thước chấp nhận được. Sự khác biệt về năng suất trở nên rõ ràng khi gia công nhiều bề mặt. Giá đỡ hàng không phức tạp thường được hưởng lợi từ gia công 5 trục, trong khi các tấm và vỏ đơn giản thường tiết kiệm chi phí trên thiết bị 3 trục.

Linh kiện thép không gỉ (304, 316)

Vật liệu tạo ra lực cắt cao hơn, làm cho độ lệch của dụng cụ trở thành một yếu tố quan trọng. Khả năng của máy 5 trục giảm phần nhô ra của dụng cụ giúp cải thiện đáng kể độ ổn định kích thước.

Linh kiện Titan (Ti-6Al-4V)

Hợp kim titan tập trung nhiệt gần lưỡi cắt nên điều kiện cắt ổn định là rất quan trọng. Dụng cụ ngắn hơn nhờ định vị 5 trục giúp kiểm soát độ rung và tải cắt, giảm mài mòn dụng cụ và cải thiện tính nhất quán trong chu kỳ gia công dài.

Chọn máy 3 trục khi các bộ phận chứa:

• Bề mặt phẳng
• Tường dọc
• Lỗ tiêu chuẩn
• Gia công bên hạn chế

Ví dụ:Tấm đế, giá đỡ và vỏ tiêu chuẩn.

Chọn máy 5 trục khi các bộ phận chứa:

• Góc ghép
• Bề mặt dạng tự do
• Sâu răng
• Undercut
• Yêu cầu gia công nhiều mặt

Ví dụ:Cánh quạt hàng không vũ trụ, cánh tuabin, thiết bị cấy ghép y tế, lõi khuôn phun và các bộ phận khớp robot.