Vergelijking van 3-assige, 4-assige en 5-assige CNC-routers

Inhoudsopgave
Inzicht in 3-assige, 4e-assige, 4-assige en 5-assige CNC-freesmachinekits
Welke CNC-freesmachine is de juiste voor u?
Hoeveel assen heb je eigenlijk nodig?

Het kopen van een CNC-routerkit lijkt misschien verbijsterend met zoveel verschillende modellen op de markt. Hoe weet u of u een 3-assige, 4-assige of 5-assige CNC-router nodig hebt? Wat is het verschil? U bent niet de enige! Het is een veelvoorkomend dilemma voor elke koper van een CNC-router die voor het eerst een CNC-router koopt. Lees deze eenvoudige gids om te begrijpen wat het allemaal betekent en welk model het beste bij u en uw behoeften past.

Inzicht in 3-assige, 4e-assige, 4-assige en 5-assige CNC-freesmachinekits

Dit zijn enkele van de verschillende soorten die u momenteel op de markt kunt vinden:

5-assig: XYZAB, XYZAC, XYZBC (de spindel kan 180° naar links en rechts worden gedraaid).

4-assig: XYZA, XYZB, XYZC (4-assige koppeling).

4e as: YZA, XZA (3-assige koppeling).

3-assig: XYZ (3-assige koppeling).

De A-, B- of C-assen komen overeen met de X-, Y- en Z-rotatieassen.

3-assige CNC-freesmachines

3-assige CNC-freesmachines zijn het eenvoudigste type machine en kunnen drie verschillende assen tegelijkertijd bedienen, vandaar de naam.

X-as: van links naar rechts

Y-as: van voor naar achter

Z-as: omhoog en omlaag

3-assig CNC-routermachines kan langs drie assen tegelijk bewegen; de X-as, Y-as en Z-as. Snijden langs de X-as beweegt de frees van links naar rechts, snijden langs de Y-as beweegt hem van voor naar achter en snijden over de Z-as beweegt hem omhoog en omlaag. Deze machines worden voornamelijk gebruikt voor het snijden van vlakke, 2D- en 2.5D-onderdelen. Of het nu gaat om vlak of rond snijwerk, het is gemakkelijker om het gewoon als vlak snijwerk te beschouwen. 

4e-assige CNC-freesmachines

Over het algemeen wordt een 3-assige CNC-routerkit, ook wel de A-as genoemd, een 4e roterende as als er een rotatie-as aan wordt toegevoegd. Dit is een goedkopere manier om ingewikkeldere taken uit te voeren, maar het is niet zo veelzijdig of efficiënt als een echte 4-assige machine. 

Hoe kun je een echte 4-assige CNC-freesset onderscheiden van een 4e-assige? Een veelvoorkomend voorbeeld van een 4-assige CNC-frees is het snijden van een Boeddhabeeld uit een korte, ronde houten stok. Hierbij worden 4 assen gebruikt, omdat het een 3D-cilindrische frees is. Een 4e-assige frees kan dit niet, omdat deze alleen kan worden gebruikt om te snijden op een cilindrisch vlak, niet op een 3D-cilinder. Daarom zijn 4-assige machines duurder.

4-assige CNC-freesmachines

4-assig versus 4e-as

Een 4-assige CNC-freestafel maakt werk aan beide kanten mogelijk, wat een 3-assige CNC-freestafel niet kan. 4-assige CNC-bewerkingsmachines hebben X-, Y-, Z- en A- (of B- of C-) assen die allemaal bewegen. De extra as kan worden aangeduid als XYZA, XYZB of XYZC. De 4 assen zijn gekoppeld, ze kunnen tegelijkertijd bewegen en samenwerken. Dit maakt regelmatig, onregelmatig, symmetrisch en asymmetrisch snijden mogelijk.

4-assig betekent dat de machinetool tegelijkertijd langs de X-, Y-, Z- en A-assen kan bewegen, dus in vier verschillende richtingen, allemaal tegelijk. Slim, hè? Meestal is de X-as de richting van links naar rechts, de Y-as de richting van voor naar achter en de Z-as de richting van boven naar beneden. De A-as is de positieve en negatieve richting van de rotatie-as. 

Drie assen kunnen uiteraard niet vier assen tegelijk verbinden. 4e-assige CNC-freesmachines zijn een soort middenweg tussen 3- en 4-assige freesmachines. Ze kunnen grofweg worden onderverdeeld in twee typen, 4e-assige flat-plane freesmachines en 4e-assige 3D CNC-freesmachines. Zoals de naam al doet vermoeden, snijden of snijden 4e-assige flat-plane freesmachines alleen aan één kant van het materiaal.

4e-as 3D-bewerking betekent dat de machine in zekere mate 3D-rotatiecarving of -snijden kan uitvoeren, maar een van de X-, Y- of Z-assen wordt omgezet in een A-as voor het frezen. Laten we het verschil tussen deze twee typen 3D CNC-machines vanuit verschillende hoeken uitleggen:

1. Conceptueel gezien is het verschil tussen 4-assige en 4-assige machines of de vierassige koppeling van X, Y, Z en A gelijktijdig kan worden uitgevoerd.

2. Als we kijken naar de besturingssystemen van de machines, zien we dat de 4-assige CNC-machine gebruikmaakt van een vierassig koppelingssysteem, terwijl de 4e as gebruikmaakt van een drieassig koppelingssysteem.

3. Het 4-assige koppelingssysteem maakt gebruik van vierassige signaaloverdracht op basis van de bewegingssignalen en pulsen van de machine. Bij een 3-assige koppeling wordt alleen gebruikgemaakt van drieassige signaaloverdracht, één minder dan bij een 4-assige koppeling.

4. Volgens het routingeffect hebben 4-assige machines meer verwerkingskracht dan 4e-assige machines, is de verwerking uniformer, is de dode hoek kleiner en is het eindproduct ingewikkelder, schoner en aantrekkelijker. U kunt de mooiste patronen snijden.

5. Andere verschillen zijn dat de vierassige tooltip-punten op elk moment kunnen worden gewijzigd. De tooltip van de 4e as wijst altijd naar het midden van het werkstuk. 4-assige routers zijn geavanceerder en betrouwbaarder dan de 4e-assige routers. 4-assige routers zijn een ontwikkeling op 3D CNC-freesmachines. Het is belangrijk om te beseffen dat meer dan 60% van de 3D CNC-freesmachines op de markt 4e-assig zijn. Let bij het kiezen van een 4-assige 3D CNC-machine niet alleen op het onderscheid tussen 4-assige en 4e-assige modellen, maar analyseer ook de bewerkingsomstandigheden, zoals de grootte, het gewicht, de hardheid en de bewerkingsmethoden van uw werkstuk. Zorg ervoor dat u weet wat u voor uw geld krijgt.

5-assige CNC-freesmachine

Nu komen we bij de crème de la crème van CNC-routers. Deze routers lijken op de 3- en 4-assige CNC-machinekits, maar ze hebben twee extra assen waarlangs ze kunnen bewegen. Deze extra assen maken het snijden of kerven veel sneller, omdat ze vijf randen van het materiaal tegelijkertijd kunnen snijden. Omdat deze machines echter een langere X-as hebben, zijn ze minder stabiel en vereisen ze mogelijk meer aandacht dan een 3- of 4-assige CNC-routerkit.

Laten we eens kijken naar de technische details van 5-assig machines nauwer

5-assige CNC-machines hebben een hoge efficiëntie en hoge precisie, en het pentaëder kan worden verwerkt in één klemming van het werkstuk. Als ze zijn uitgerust met een high-end numeriek besturingssysteem met vijf assen, kunnen ze ook zeer nauwkeurige verwerking van complexe ruimtelijke oppervlakken uitvoeren en zijn ze perfect voor het verwerken van moderne mallen zoals auto- en vliegtuigonderdelen. Er zijn twee instellingen voor de roterende as van het vijfassige verticale bewerkingscentrum. Eén is een roterende tafelas. De tafel, geplaatst op het bed, kan rond de X-as draaien, die wordt gedefinieerd als de A-as. Het gebruikelijke werkbereik van de A-as is +30 graden tot -120 graden. In het midden van de werktafel bevindt zich nog een draaitafel, die rond de Z-as draait op de positie die in de afbeelding wordt weergegeven. Dit staat bekend als de C-as en draait 360 graden. Daarom kunnen door de combinatie van de A-as en de C-as, behalve het vijfassige bewerkingscentrum op het onderste oppervlak van het werkstuk, de andere vijf oppervlakken worden bewerkt door de verticale spindel. De minimale schaalverdeling van de A-as en de C-as bedraagt ​​doorgaans 0.001 graden, zodat het werkstuk in elke gewenste hoek kan worden verdeeld en schuine oppervlakken, schuine gaten, enz. kunnen worden bewerkt. 

Complexe ruimtelijke oppervlakken kunnen worden bewerkt als de A-as en C-as worden gekoppeld aan de lineaire X-, Y- en Z-assen. Hiervoor is uiteraard ondersteuning nodig van geavanceerde CNC-systemen, servosystemen en software. Het voordeel van deze opstelling is dat de spindelstructuur relatief eenvoudig is, de spindelstijfheid bijzonder goed is en de productiekosten relatief laag zijn. 

De algemene werktafel kan echter niet te groot worden ontworpen en het draagvermogen is ook relatief klein, vooral wanneer de A-asrotatie groter is dan of gelijk is aan 90°. Als het te groot is, zal het werkstuk een groot draagmoment op de werktafel veroorzaken bij het snijden. 

Het andere type is afhankelijk van de rotatie van de verticale spindelkop. Het voorste uiteinde van de hoofdas is een draaiende kop, die de Z-as volledig 360 graden kan omcirkelen om de C-as te worden. De draaiende kop heeft ook een A-as die rond de X-as kan draaien, wat over het algemeen meer dan ±90 graden kan bereiken. Het voordeel van deze instelmethode is dat de spindelbewerking zeer flexibel is, de werktafel ook veel groter kan zijn en enorme objecten zoals vliegtuigrompen en motorbehuizingen op dit type bewerkingscentrum kunnen worden verwerkt. 

Dit ontwerp heeft nog een groot voordeel: wanneer bolvormige freesmachines worden gebruikt om gebogen oppervlakken te bewerken en de middellijn van het gereedschap loodrecht op het bewerkte oppervlak staat, zal de oppervlaktekwaliteit van het werkstuk dat door de top wordt gesneden slecht zijn, omdat de lineaire snelheid van de bolvormige freestop nul is. De spindelrotatie wordt gebruikt om de spindel onder een hoek ten opzichte van het werkstuk te laten draaien, wat een bepaalde lineaire snelheid garandeert en de oppervlaktebewerkingskwaliteit verbetert. 

Deze structuur is extreem populair voor de zeer nauwkeurige oppervlaktebewerking van mallen, wat moeilijk te bereiken is voor draaitafelbewerkingscentra. Om een ​​hoge rotatieprecisie te bereiken, is de high-end rotatieas ook uitgerust met circulaire roosterfeedback en is de indexeringsnauwkeurigheid binnen enkele seconden. Uiteraard is de rotatiestructuur van dit type spindel ingewikkelder en zijn de productiekosten ook behoorlijk hoog.

Echte 5-assige vs. nep 5-assige

Echte 5-assige machines beschikken over een RTCP-functie (Rotation Tool Center Point). Dit betekent dat de machine automatisch kan worden omgezet op basis van de spindellengte en de mechanische coördinaten van de draaitafel. 

Bij het compileren van het programma hoeven alleen de werkstukcoördinaten in acht te worden genomen, niet de spindelpendellengte of de positie van de roterende tafel. Zowel echte 5-assige als nep-5-assige machines kunnen een vijfassige koppeling hebben. Als de spindel het RTCP echte 5-assige algoritme heeft, is het om indexeringsverwerking uit te voeren. De echte 5-assige met RTCP-functie hoeft slechts één coördinatensysteem in te stellen en de gereedschapscoördinaten hoeven slechts één keer te worden ingesteld. De nep-vijfassige is enigszins problematisch en moet worden vermeden.

CNC-systemen met de RTCP-functie kunnen de tooltip-programmering direct gebruiken zonder rekening te houden met de roterende as-middenafstand. Na het toepassen van de RTCP-modus kan de programmering van 5-assige CNC-bewerking direct gericht zijn op de tooltip in plaats van het roterende spindelkop-midden, dus programmeren wordt gelukkig veel eenvoudiger en efficiënter.

Voor de pseudo 5-assige dubbele draaitafel moeten meerdere coördinaten worden ingesteld om indexverwerking te bereiken. Als het echter een 5-assige swingkop is, kan indexverwerking hoe dan ook niet worden voltooid, omdat de swingkop geen enkele Z-beweging is bij het verwerken naar beneden, maar Z samen met X of Y beweegt. Bijgevolg zal nep 5-assige programmering erg lastig zijn, zal het debuggen moeilijker zijn en kan de drie-assige offsetfunctie op dit moment niet worden gebruikt. 

. 

Welke CNC-freesmachine is de juiste voor u?

Hoewel deze routers er vrij eenvoudig uitzien in termen van wat ze kunnen bereiken, zijn het zeer delicate en geavanceerde stukjes technologie. Als u creatiever wilt zijn met uw ontwerpen en u hebt het budget, wordt aanbevolen om te investeren in een 4-assige of 5-assige CNC-routerkit. Echter, 3-assige of 4e-assige CNC-routerkits zijn vaak betaalbaarder.

Nu u weet hoe een router werkt, begrijpt u beter wat de verschillen zijn tussen de verschillende modellen. Hopelijk kunt u zo beter beslissen welke u wilt kopen. 

Samenvattend. 5-assige CNC-machines kunnen langs twee assen meer snijden dan 3-assige CNC-machines. Deze routers kunnen tegelijkertijd aan vijf zijden van een object snijden, wat de mogelijkheden en flexibiliteit van de operator vergroot. In tegenstelling tot hun 3-assige tegenhangers, worden deze machines meestal gebruikt om grote 3D-onderdelen te snijden. Bovendien hebben 5-assige CNC-machines een hogere gantry en langere X-as, waardoor ze grotere onderdelen kunnen snijden; dit brengt echter serieuze kosten met zich mee; hoe hoger de gantry en hoe langer de X-as, hoe minder nauwkeurig en stabiel deze machines zijn. Voor een goede kwaliteitscontrole moeten de gantry en X-as zoveel mogelijk worden beperkt.

Hoewel routers relatief eenvoudige machines lijken, zijn het zeer geavanceerde stukjes technologie die een bepaald niveau van expertise vereisen om te bedienen. Het is ten zeerste aan te raden om de handleiding grondig te lezen of training te volgen van een expert. 5-assige CNC-machines zijn doorgaans een stuk duurder dan traditionele 3-assige typen, maar bieden uiteindelijk meer flexibiliteit en stellen gebruikers in staat om creatiever te zijn met hun ontwerpen. 

Hoeveel assen heb je eigenlijk nodig?

U hebt misschien CNC-routers gezien die zeven, negen of zelfs elf assen bieden. Hoewel zoveel extra assen misschien moeilijk voor te stellen lijken, is de verklaring voor zulke duizelingwekkende geometrieën eigenlijk vrij eenvoudig.

Wanneer u met machines werkt die over meer dan één draaispindel beschikken, dan beschikt u al over meer assen.

Bijvoorbeeld, de machines met tweede spindels en onderste torentjes hebben meerdere assen: de bovenste toren heeft 4 assen en de onderste toren 2, dan heb je tegenoverliggende spindels die ook 2 assen hebben. Die machines kunnen er in totaal 9 hebben.

Een component, zoals een lucht- en ruimtevaartklep, kan worden gemaakt op een 5-assige CNC-machine. Of het kan worden gemaakt op een multi-assige CNC-router met een roterende B-as en dubbele spindels voor twee C-assen, plus X, Y en Z. Er is ook een lagere turret die u een tweede X en Z geeft, waardoor u meer assen krijgt, maar het onderdeel zelf heeft dezelfde geometrie.

Hoeveel assen heeft uw bedrijf nodig?

Zoals vaak het geval is in de productie, hangt het antwoord op die vraag af van uw specifieke toepassingen. Het volgende voorbeeld zou moeten helpen:

Een turbineblad is een vrij gevormd oppervlak dat behoorlijk complex kan zijn. De meest efficiënte manier om een ​​blad als dat te bewerken is door een 5-assige machine te gebruiken, waarbij het gereedschap in een spiraal rond het bladvleugelprofiel wordt geplaatst. U kunt een 3-assig model gebruiken om te bewerken als u het blad indexeert op een positie en vervolgens drie lineaire assen gebruikt om het oppervlak te bewerken, maar dat is niet de meest efficiënte manier.

De geometrie van het onderdeel vertelt u of u een 3-, 4- of 5-assige configuratie nodig hebt.

Het is echter belangrijk om te onthouden dat het aantal assen dat u nodig hebt, afhankelijk is van meer dan één onderdeel. Het onderdeel is natuurlijk belangrijk, maar het zal beperken wat uw winkel wil bereiken.

Een klant kan een onderdeel meenemen, bijvoorbeeld een titanium aerospace bracket, en u denkt misschien dat dat een perfect onderdeel is voor een 5-assige CNC-freestafel. Die multifunctionele machine is misschien niet op dezelfde manier geoptimaliseerd als een 5-assige CNC-machine, maar het kan de klant wel mogelijkheden bieden om draai-, as- of klauwwerk te doen dat deel uitmaakt van hun langetermijnplan.

Een ander ding om te overwegen is de werkomvang. Wat is de maximale grootte van het onderdeel dat u in de machine kunt plaatsen en nog steeds gereedschapswisselingen en onderdeeloverdrachten kunt uitvoeren? Het begrijpen van de mogelijkheden van de CNC-machine en wat deze wel en niet kan, is erg belangrijk voor uw bedrijf.

Bron van Stijlcnc

Disclaimer: De hierboven vermelde informatie wordt door Stylecnc onafhankelijk van Chovm.com verstrekt. Chovm.com geeft geen verklaringen en garanties met betrekking tot de kwaliteit en betrouwbaarheid van de verkoper en producten.