Pięć osi - wciąż za mało czy już za dużo
2011-11-02

Centra 3 i 4-osiowe zostały już na łamach Gazety Przemysłu Drzewnego opisane. Teraz pora na maszyny 5-osiowe, które przeznaczone są do wykonywania jeszcze bardziej złożonych operacji obróbczych. Ich budowa w odniesieniu do maszyn 3- i 4-osiowych zasadniczo niczym się nie różni, gdyż opiera się także na jednej z trzech podstawowych konstrukcji: konsolowej, portalowej, bramowej a zastosowane w nich stoły, systemy mocowania, pompy próżniowe są bardzo podobne. Dlatego dobór ich parametrów do obróbki również opiera się na podobnych zasadach, jak w centrach 3- i 4-osiowych. Jednak przy centrach 5-osiowych należy zwrócić głownie uwagę na możliwości obróbcze, jakie dają zastosowane elektrowrzeciona.


- Centra te przeznaczone są głównie do wykonywania różnorodnego frezowania, wiercenia i cięcia poruszając się w osi X, Y i Z. ? mówi Jerzy Sarnecki z firmy Teknika. ? Ale posiadają one jeszcze dodatkowo dwie osie, a mianowicie czwartą oś oznaczaną jako C i piątą oś B. Dzięki tym dwóm dodatkowym osiom centra bardzo dobrze sprawdzają się w przypadkach, gdy zachodzi konieczność obróbki elementów krzywoliniowych oraz brył w przestrzeni, m.in. elementów schodów, łukowych frontów meblowych, elementów krzeseł, form odlewniczych, po prostu wszystkich elementów z nieliniowością 3D.


- CNC 5-osiowe używa się więc rzadko i najlepiej tylko wtedy, gdy obrabiamy elementy mocno skomplikowane ? dodaje Maciej Klimczak właściciel firmy Sempre.
Wśród centrów 5-osiowych dostępnych na rynku istnieją jeszcze dwie zasadnicze odmiany. Są to maszyny dedykowane typowo do produkcji krzeseł i innych elementów, jak również bardziej uniwersalne konstrukcje wyposażone w pojedyncze, 5- osiowe elektrowrzeciono frezarskie i oczywiście, w zależności od potrzeb, w zespoły wiertarskie, itd.


Konstrukcja centrów 5-osiowych do produkcji krzeseł jest nieco odmienna od maszyn uniwersalnych. Centra te z reguły wyposażone są w elektrowrzeciona posiadające nawet po cztery wyjścia do mocowania narzędzi. W zależności od producenta mogą to być dwa elektrowrzeciona z dwoma wyjściami lub nawet cztery pojedyncze elektrowrzeciona ustawione na krzyż. Centra te, oprócz rozbudowanego elektrowrzeciona, mają również bardzo często duży zakres pracy w osi Z, który jest potrzebny, by umożliwić obróbkę elementów mocowanych na rozbudowanych szablonach. Natomiast maszyny o dużym stopniu uniwersalności konstruowane są na bazie ?tradycyjnych? centrów CNC i wyposażane w elektrowrzeciono umożliwiające obróbkę w pięciu osiach.


Elektrowrzeciono
- Elektrowrzeciono 5-osiowe ma bardzo złożoną budowę ze względu na konieczność wykonywania dodatkowych ruchów w osiach B i C ? informuje Jerzy Sarnecki. ? Istotną jego cechą jest zakres obrotu w osi C. Jakkolwiek dla osi B wystarczy zakres ruchu od 50 do 70 stopni. Jednak ograniczenie ruchu w osi C powoduje wydłużenie czasu obróbki. W większości przypadków ruch w osi C nie jest realizowany powyżej 280- 300 stopni. Oznacza to, że jeśli konieczny jest większy obrót osi C, to najpierw elektrowrzeciono musi wrócić do punktu wyjścia i ponownie wejść do punktu obróbki obracając się w przeciwnym kierunku. Istnieją już jednak elektrowrzeciona o bardzo zaawansowanej konstrukcji gwarantującej ciągły ruch w osi C, bez względu na to ile obrotów już ono wykonało a zastosowany w nich system sterowania zawsze w pełni kontroluje położenie narzędzia ? dodaje.
Jeśli chodzi o zakres ruchu elektrowrzeciona w osi Z, to jest on uzależniony od zastosowanej konstrukcji. Możemy wyróżnić dwa rodzaje budowy, a mianowicie mocowanie dwustronne na tak zwanym ?widelcu?, gdzie pozioma oś obrotu umożliwia obrót silnika o kąt nawet do 270 stopni. I mocowanie jednostronne na przegubie (kardanie). To rozwiązanie dzieli się również na dwie opcje: prostą i kątową. W prostej kąt pomiędzy osią C i B wynosi 90 stopni, co pozwala wychylać silnik, tak jak przy mocowaniu dwustronnym. Natomiast rozwiązanie z przegubem pod kątem 45 stopni daje mniejsze możliwości wychylania, ale bardzo często zwiększa możliwości obróbki maszyny w miejscach o ograniczonej przestrzeni.


Głowice 5-osiowe
- Na rynku wśród centrów 5-osiowych są również rozwiązania, w których piątą oś uzyskano przez głowice kątowe ? mówi Michał Piłat z firmy Homag. ? Przykładem takiego rozwiązania jest głowica Flex5, która posiada regulowaną, ale nie interpolowana piątą oś B, dlatego może ona automatycznie ustawiać 5- oś pod określonym kątem, ale już w trakcie obróbki maszyna pracuje tak jak 4-osiowa.
Typowe 5-osiowe maszyna CNC pozwalają na pełną interpolację położenia narzędzia w czasie pracy. Aby jednak mieć możliwość pełnego wykorzystania możliwości interpolacji w pięciu osiach, należy posłużyć się odpowiednim, dość kosztownym, oprogramowaniem CAD/CAM.


Sterowanie
Przy zastosowaniu standardowego oprogramowania możemy w pełni interpolować osie X, Y oraz Z i ustalić położenie narzędzia w osi C.
- Jednak w przypadku maszyn 5-osiowych zawsze potrzebny jest naprawdę profesjonalny i często wyspecjalizowany program ? informuje Maciej Klimczak.
Część producentów maszyn dostarcza takie oprogramowanie pod własną marką, inni zalecają oprogramowanie wyspecjalizowanych firm softwerowych.


Zalety i wady
Maszyny 5-osiowe charakteryzują się dużą uniwersalnością, gdyż głowica porusza się jak dłoń człowieka, we wszystkich kierunkach. Pozwala to na obróbkę bardzo skomplikowanych elementów bez potrzeby zakładania wielu narzędzi profilowych.
Ze względu na budowę wrzecion, maszyny te posiadają większe gabaryty. Jednak z powodu ilości przełożeń mechanicznych mają one zmniejszoną wytrzymałość mechaniczną. Ich operator ma większe trudności z opanowaniem i zrozumieniem obsługi maszyny.
- Nigdy nie należy stawiać operatora, który wcześniej nie miał do czynienia z przynajmniej 3-osiowym CNC do maszyny 5-osiowej ? mówi Maciej Klimczak. ? Gdyż jego szkolenie i wdrażanie trwa bardzo często pół roku, a nawet więcej.


Wnioski
Maszyny 5-osiowe należy stosować tylko tam, gdzie to koniecznie, a nie gdzie istnieje taka możliwość. Większość operacji obróbczych można wykonać również na maszynach wyposażonych w 3- i 4-osiowe elektrowrzeciona.
- Najrozsądniejszym, z technicznego punktu widzenia, jest zastosowanie dwóch elektrowrzecion ? mówi Maciej Klimczak. ? Jednego 5-osiowego i drugiego 3- lub 4-osiowego do obróbki ciężkiej. Dlaczego? Pięcioosiowym obrabiamy wszystkie trudne i skomplikowane elementy w bardzo precyzyjny sposób, dlatego wystarczy silnik o mocy 9 lub 11 kW. A 3- lub 4-osiowym elektrowrzecionem wykonamy wszystkie operacje, gdzie nie konieczne jest użycie 5-osi. Ponadto wrzeciona 3- i 4-osiowe są mocniejsze i nie ulegają tak szybkiemu zużyciu, stąd bez problemu można użyć silników o mocy 9, 11 lub 18 kW.