Immaginate una macchina così precisa da poter scolpire i dettagli più intricati di un pezzo di un motore a reazione. Questa è la potenza della macchina CNC a cinque assi. A differenza delle macchine tradizionali a tre assi, si muove in cinque direzioni, consentendo una precisione e un'efficienza senza pari. In questo articolo scoprirete come queste macchine rivoluzionano la produzione, perché sono essenziali per le geometrie complesse e come aumentano la produttività in vari settori. Preparatevi a scoprire come le macchine CNC a cinque assi stanno ridisegnando il futuro della produzione high-tech.
Le macchine utensili simboleggiano il livello di competenza manifatturiera di una nazione. L'apice della produzione di macchine utensili è rappresentato dal sistema di macchine utensili a controllo numerico collegato a cinque assi.
Per certi versi, riflette lo stato di sviluppo industriale di una nazione. Per molto tempo, i Paesi occidentali industrializzati, guidati dagli Stati Uniti, hanno trattato il sistema di macchine utensili a controllo numerico collegato a cinque assi come una risorsa strategica vitale, implementando un sistema di licenze di esportazione.
Soprattutto durante la Guerra Fredda, hanno imposto blocchi ed embarghi a nazioni del blocco socialista come la Cina e l'ex Unione Sovietica. Alla fine del secolo scorso si verificò l'"incidente Toshiba", quando la giapponese Toshiba Corporation vendette all'ex Unione Sovietica diverse fresatrici a controllo numerico a cinque assi.
Il risultato è stato un miglioramento nella produzione di eliche per sottomarini, rendendole non rilevabili dai sonar delle navi spia americane. Pertanto, gli Stati Uniti hanno sanzionato la Toshiba Corporation per aver violato l'embargo sui materiali strategici.
I centri di lavoro hanno forti capacità di lavorazione integrata. Dopo che un pezzo è stato bloccato una volta, può completare una quantità significativa di lavorazioni, con un'elevata precisione.
Per i lotti di media difficoltà, la sua efficienza è da cinque a dieci volte superiore a quella delle macchine utensili normali, soprattutto perché è in grado di svolgere molti compiti che le macchine utensili normali non possono svolgere. È particolarmente adatta alla produzione di forme complesse e unità di alta precisione, oppure una produzione su piccola scala e multivariata.
Nella produzione moderna, la lavorazione di precisione è sempre più diffusa. Le macchine CNC e gli stampi di alta gamma, che consentono una lavorazione di precisione, sono all'avanguardia nella catena dell'industria manifatturiera. La qualità dei prodotti stampati dipende in larga misura dalle attrezzature CNC.
In un contesto di intensa concorrenza di mercato, l'industria manifatturiera richiede cicli di produzione più brevi, una qualità di lavorazione più elevata, capacità di riattrezzamento dei prodotti più rapide e una tecnologia di produzione inferiore.
Per far fronte a queste condizioni, sempre più aziende manifatturiere stanno adottando sistemi di produzione di fascia alta. Macchina CNC macchine di lavorazione a quattro e cinque assi.
Sappiamo che una macchina utensile a tre assi ha solo tre assi di movimento ortogonali (comunemente definiti come assi X, Y e Z) e può raggiungere solo tre direzioni di libertà di movimento lineare.
Pertanto, può elaborare strutture lungo la direzione dell'asse dell'utensile di lavorazione. Non è possibile lavorare le strutture laterali. (La macchina utensile a tre assi deve progettare più serie di attrezzature, installare, localizzare e bloccare più volte, scomporre la lavorazione complessiva, allungando così il ciclo di lavorazione e riducendo notevolmente la qualità).
Gli utensili (o pezzi) non limitati hanno sei gradi di libertà nello spazio. La realtà è che durante taglio del metallo, si generano enormi forze di taglio e di attrito tra il pezzo e l'utensile.
Per evitare che la posizione del pezzo si sposti, è necessario bloccarlo e fissarlo. Per lavorazione CNC a cinque assi si intende la presenza di almeno cinque assi di coordinate (tre coordinate lineari e due coordinate rotanti) su un'unica macchina utensile, che possono essere coordinati e lavorati simultaneamente sotto il controllo numerico del computer.
Il sistema di macchine utensili CNC a cinque assi collegate è l'unico mezzo per la lavorazione di giranti, pale, eliche di navi, rotori di generatori per impieghi gravosi, rotori di turbine, grandi alberi a gomito di motori diesel e altro ancora.
Si tratta di una macchina utensile ad alta tecnologia e ad alta precisione, progettata specificamente per la lavorazione di superfici complesse, che esercita un'influenza significativa sui settori dell'aviazione, dell'aerospaziale, del militare, della ricerca, degli strumenti di precisione e delle apparecchiature mediche di alta precisione di un paese.
Per girante si intende sia una ruota dotata di pale mobili, che fa parte del rotore delle turbine a vapore a impulso, sia l'insieme della ruota e delle pale rotanti montate su di essa.
Per generatore a turbina a vapore si intende un generatore azionato da una turbina a vapore. Il vapore surriscaldato prodotto dalla caldaia entra nella turbina, si espande per compiere lavoro e fa girare le pale, che a loro volta azionano il generatore per produrre elettricità.
Il vapore esausto dopo il lavoro viene restituito alla caldaia per essere riciclato attraverso il condensatore, la pompa dell'acqua di circolazione, la pompa della condensa, il dispositivo di riscaldamento dell'acqua di alimentazione e altri componenti.
Il sistema di coordinate standard è un sistema cartesiano destrorso. Gli assi delle coordinate di base sono tre assi lineari: X, Y e Z. Gli assi di rotazione corrispondenti a ciascuno di questi assi lineari sono indicati rispettivamente come A, B e C.
La lavorazione CNC a cinque assi si riferisce a una macchina utensile con almeno cinque assi di coordinate (tre coordinate lineari e due coordinate rotazionali) in grado di eseguire movimenti coordinati per la lavorazione sotto il controllo di un sistema di controllo numerico computerizzato.
L'"asse" in a CNC macchina utensile indica un asse di movimento, che può essere considerato anche come un asse di coordinate spaziali, come l'asse XY in coordinate, con ogni asse di movimento dotato di un controllore e di un sistema di azionamento del motore indipendenti.
In altre parole, la macchina utensile CNC dispone di cinque servoassi (escluso l'asse principale) che possono interpolare simultaneamente (tutti e cinque i servoassi possono muoversi contemporaneamente per lavorare un singolo pezzo).
Cinque assi Macchine utensili CNC Le macchine sono disponibili in varie forme strutturali, principalmente suddivise in tre categorie principali: il tipo di inclinazione della tavola di lavoro, il tipo di inclinazione del mandrino e la combinazione di utensili di lavorazione a cinque assi con inclinazione della tavola di lavoro e del mandrino.
Macchina utensile CNC a 5 assi:
Tipo di banco da lavoro inclinato
Si tratta del tipo di banco di lavoro inclinato. Il banco di lavoro posizionato sul basamento della macchina può ruotare attorno all'asse X, definito come asse A, operando tipicamente in un intervallo compreso tra +30 e -120 gradi.
Al centro del banco di lavoro è installato anche un tavolo rotante che può ruotare intorno all'asse Z nella posizione raffigurata, definita asse C, consentendo una rotazione completa di 360 gradi.
La combinazione dell'asse A e dell'asse C consente di lavorare tutte e cinque le facce del pezzo fissato sul banco di lavoro, esclusa la faccia inferiore, con il mandrino verticale.
I valori minimi di indicizzazione per l'asse A e l'asse C sono in genere di 0,001 gradi, il che consente di suddividere il pezzo in qualsiasi angolo, lavorando così superfici inclinate e fori.
Quando l'asse A e l'asse C sono coordinati con gli assi lineari XYZ, è possibile lavorare superfici spaziali complesse, il che ovviamente richiede il supporto di sistemi di controllo numerico, servosistemi e software di alto livello.
Il vantaggio di questa configurazione è che ha una struttura del mandrino relativamente semplice, con un'eccellente rigidità e costi di produzione inferiori.
Tuttavia, in genere il banco di lavoro non può essere progettato troppo grande e la sua capacità di carico è piuttosto limitata, soprattutto quando la rotazione dell'asse A è maggiore o uguale a 90 gradi, poiché il taglio del pezzo eserciterà una coppia di carico significativa sul banco di lavoro.
Il tipo di mandrino inclinato è caratterizzato da una testa rotante all'estremità anteriore del mandrino principale, che può ruotare in modo indipendente intorno all'asse Z di 360 gradi, diventando così l'asse C.
La testa rotante comprende anche un asse A che può ruotare intorno all'asse X, raggiungendo in genere oltre ±90 gradi, realizzando le stesse funzionalità sopra menzionate.
Il vantaggio di questa configurazione è la flessibilità che offre nella lavorazione del mandrino; la tavola di lavoro può essere progettata su scala sostanziale, consentendo la lavorazione di corpi di aerei massicci e carcasse di motori su tali centri di lavoro.
Un altro vantaggio significativo riguarda l'uso di una fresa a candela per la lavorazione di superfici. Quando l'asse dell'utensile è perpendicolare alla superficie di lavorazione, la velocità della linea sulla punta della fresa a candela è pari a zero, con conseguente scarsa qualità della finitura superficiale dovuta al taglio della punta.
Tuttavia, utilizzando un mandrino rotante che ruota il mandrino ad angolo rispetto al pezzo, la fresa a sfere evita il taglio di punta, garantendo una certa velocità di linea e migliorando la qualità della lavorazione della superficie.
Questa struttura è molto richiesta per la lavorazione superficiale ad alta precisione degli stampi, cosa difficile da ottenere con un centro di lavoro a tavola rotante.
Per ottenere un'elevata precisione di rotazione, gli assi rotanti di fascia alta sono dotati di sistemi di retroazione a griglia circolare, che consentono una precisione di indicizzazione in pochi secondi.
Naturalmente, questo tipo di struttura di rotazione del mandrino è più complessa e i costi di produzione sono di conseguenza più elevati.
Un asse di rotazione si trova sul lato utensile della testa del mandrino e l'altro sul lato del piano di lavoro. Questo tipo di macchina utensile ha la disposizione più flessibile delle strutture degli assi di rotazione, che possono essere una qualsiasi combinazione di assi A, B e C.
La maggior parte delle macchine utensili di tipo inclinazione tavola da lavoro/mandrino sono configurate con un asse B combinato con un piano di lavoro che ruota attorno all'asse C. Questa disposizione strutturale è semplice e flessibile e condivide i vantaggi sia delle macchine di tipo inclinazione mandrino che di quelle di tipo inclinazione tavola da lavoro. Questa disposizione strutturale è semplice, flessibile e condivide i vantaggi delle macchine con inclinazione del mandrino e del piano di lavoro.
Il mandrino di queste macchine può ruotare in posizione orizzontale o verticale e il piano di lavoro deve solo essere indicizzato per il posizionamento, rendendolo facilmente configurabile come centro di lavorazione a tre assi in grado di effettuare conversioni verticali e orizzontali.
Convertendo l'orientamento del mandrino e combinandolo con l'indicizzazione della tavola di lavoro, è possibile eseguire una lavorazione a pentaedro sul pezzo. Ciò si traduce in costi di produzione ridotti e utilità pratica.
Il centro di lavoro collegato a cinque assi è ideale per la lavorazione di componenti complessi che richiedono una moltitudine di operazioni.
Questi componenti richiedono l'uso di vari tipi di macchine utensili convenzionali, numerose utensili da taglio e attrezzature, e spesso richiedono più configurazioni e regolazioni per essere completati con successo.
1. Componenti di tipo "enclosure
I componenti di tipo "enclosure" richiedono generalmente la lavorazione di fori e piani a più stazioni, con elevati requisiti di tolleranza.
In particolare, le tolleranze di forma e di posizione sono piuttosto rigorose.
Questi componenti vengono solitamente sottoposti a fresatura, perforazioneAlesatura, alesaggio, brocciatura e filettatura, che richiedono numerosi utensili. Il processo è impegnativo sulle macchine utensili standard a causa dei molteplici serraggi e allineamenti, che rendono difficile garantire la precisione della lavorazione.
Quando si lavora su pezzi di tipo chiuso, il piano di lavoro deve ruotare più volte per la lavorazione su quattro facce orizzontali, rendendo appropriato l'uso di un centro di lavoro orizzontale.
2. Superfici complesse
Le superfici complesse rivestono un ruolo importante nella produzione meccanica, in particolare nell'industria aerospaziale. È difficile, se non impossibile, fabbricare superfici complesse con i metodi di lavorazione convenzionali.
Tali componenti dalle superfici complesse includono una varietà di giranti, forme sferiche, varie smerigliature di superfici curve, eliche, eliche di veicoli subacquei e altre superfici a forma libera. La lavorazione di questi componenti è più efficace su un centro di lavoro a cinque assi.
La fresa funge da superficie di inviluppo per approssimare le superfici sferiche. Quando si lavorano superfici complesse con un centro di lavoro, il carico di lavoro della programmazione è notevole e la maggior parte dei compiti richiede una tecnologia di programmazione automatizzata.
3. Parti irregolari
I pezzi irregolari, caratterizzati da forme atipiche, richiedono spesso una lavorazione multistazione e mista di punti, linee e superfici. Questi pezzi presentano tipicamente una scarsa rigidità, rendendo difficile il controllo serraggio deformazione e per garantire la precisione della lavorazione.
Infatti, alcuni pezzi presentano aree difficili da lavorare con le macchine utensili convenzionali. Quando si lavora con i centri di lavoro, è prudente adottare misure tecnologiche adeguate, come il bloccaggio singolo o doppio.
L'utilizzo delle capacità di lavorazione mista e multistazione dei centri di lavoro, che comprendono punti, linee e superfici, consente di completare più procedure di lavorazione o tutte.
4. Parti flangiate
Parti flangiate, componenti con chiavette, fori radiali o superfici terminali con una serie di fori distribuiti, componenti curvi di piastre o alberi, come le boccole flangiate, componenti di alberi con chiavette o estremità quadrate e componenti di piastre con una vasta gamma di fori, come vari coperchi di motori.
I centri di lavoro verticali sono adatti per i pezzi a disco con fori distribuiti sulla superficie finale e superfici curve, mentre i centri di lavoro orizzontali possono essere scelti per quelli con fori radiali.
5. Elaborazione specializzata
Dopo aver acquisito la padronanza delle funzionalità del centro di lavoro, una combinazione di dime appropriate e di utensili specializzati consente di svolgere alcuni compiti tecnici unici.
Tra queste, l'incisione di testi, linee e modelli su superfici metalliche. Montando un alimentatore a scintilla ad alta frequenza sul mandrino principale del centro di lavoro, è possibile eseguire una scansione lineare. indurimento superficiale sulle superfici metalliche.
Inoltre, l'equipaggiamento del centro di lavoro con una testa di rettifica ad alta velocità consente la rettifica di ingranaggi conici involuti di piccolo modulo e di varie curve e superfici.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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