3-Обработка на оси: Разбиране на технологията, Приложения и ползи

3-механичната обработка на оста премества режещ инструмент по X, Y, и Z линейни оси. Това е една от най-широко използваните конфигурации за фрезоване с ЦПУ, и подхожда на призматични части, джобове, слотове, дупки, и достъпни 3D повърхности. Това ръководство описва как работи, неговите ползи, и когато 4-ос или 5-ос е по-подходящ.

Какво е 3-осна обработка?

3-осевата обработка е CNC фрезоване, което контролира три линейни оси: X, Y, и З.

Инструментът или масата се движат по тези оси, докато ориентацията на шпиндела остава фиксирана. Вертикалните обработващи центри са най-често срещаният тип. Хоризонталните машини използват същите три оси с хоризонтален шпиндел.

Тъй като оста на инструмента остава фиксирана, всяка настройка може да обработва функции, достъпни от тази посока на инструмента. Характеристики в други ориентации може да изискват препозициониране, допълнителни приспособления, или множество настройки.

Как работи 3-осната обработка?

Контролерът следва CNC програма, която движи инструмента по траектория на инструмента.

1. CAD моделът и чертежът определят геометрията и допуските.
2. Програмистът избира подходящи фрези, и CAM софтуерът генерира траектории на инструменти въз основа на геометрията, стратегия за обработка, и параметри на рязане.
3. Постпроцесорът извежда специфичен за машината G-код.
4. Работното захващане локализира частта в машината.
5. Инструментът реже по X, Y, и Z към програмираната пътека.
6. Инспекцията проверява критичните размери.

Хранене, скорост, ангажиране на инструмента, и работната твърдост определят резултата. Вижте нашето ръководство за какво е CNC фрезоване за по-широкия процес.

Общи машинни конфигурации за 3-осна обработка

Няколко вида машини работят с три линейни оси.

Тези категории машини може да се предлагат и с допълнителни въртящи се оси. Таблицата описва конфигурации, работещи в три линейни оси на обработка.

Тип машина	Шпиндел	Типична употреба
Вертикален обработващ център	Вертикална	Общо смилане, плесени, скоби
Хоризонтален обработващ център	Хоризонтална	Производствена механична обработка, части тип кутия, Евакуация на чип
Леглова мелница	Вертикална	Големи и тежки части
Портална мелница	Вертикална	Много големи табели и рамки
Център за пробиване и резбоване	Вертикална	Дупки и резби на скорост
CNC рутер	Вертикална	Лист, панели, и по-меки материали

Сравнете стилове в вертикални срещу хоризонтални фрезови машини и 12 видове CNC машини.

Ключови компоненти

Всеки компонент влияе върху точността, повторяемост, и животът на инструмента.

• Шпиндел: държи и върти инструмента с необходимата скорост.
• Линейни оси и направляващи: позиционирайте инструмента или масата.
• Сферични винтове и серво: преобразувайте командите на контролера в движение.
• Контролер: чете програмата и управлява движението, компенсации, и промени в инструментите.
• Система за обратна връзка или енкодери: осигуряване на обратна информация за позицията на машини със затворен цикъл.
• Автоматична смяна на инструменти: сменя ножовете между операциите.
• Охлаждаща система: контролира топлината и почиства стърготини.
• Работно държане: се появяват, патронници, скоби, и персонализирани тела.

Твърдост на машината, биене на шпиндела, и термичната стабилност ограничават практическата точност на всяка 3-осна машина.

2.5D срещу 3D обработка

2.5D машинната обработка основно обработва характеристики на дискретни Z нива, докато 3D машинната обработка използва координиран X, Y, и Z движение за следване на контурни повърхности.

В 2.5D работа, геометрията на рязане се определя от XY движение на всяка дълбочина. Типичните характеристики включват джобове, слотове, дупки, шефове, и равнинни контури.

3D обработката на повърхността обикновено използва фрези със сферичен връх или ъглов радиус, с геометрия на ножа и стъпало, избрани според изискванията за повърхностна форма и покритие. Stepover контролира видимата височина на скалпа, така че по-финото покритие струва повече време за цикъл.

3-Ос срещу 4-ос срещу 5-ос

Повече оси добавят достъп и могат да намалят настройките, но те също добавят разходи и сложност.

Фактор	3-ос	4-ос	5-ос
Оси	X, Y, З	Добавя една ротационна ос	Добавя две въртящи се оси
Достъп	Функции, достъпни от една фиксирана ориентация на инструмента	Функции около една ос на въртене	Множество ориентации и сложни контури
Настройки	Още за многостранни части	Често по-малко	Често по-малко
Програмиране	Най-просто	Умерен	Най-сложни
Типични разходи за машина и програмиране	По-ниска	Умерен	По-високо
Най -доброто за	Призматични и 2.5D части	Валове и обвити елементи	Сложни контури и многостранни връзки

Вижте 4-ОСС ОБРАЗОВАНЕ НА CNC и какво е 5-осна обработка за алтернативите.

Какво е 3+2-осова обработка?

3+2 обработката е позиционна обработка с пет оси. Две въртящи се оси позиционират детайла или инструмента под фиксиран ъгъл, след това машината реже с помощта на три линейни оси.

Може да намали настройките на многостранни части, без да изисква непрекъснато едновременно движение по 5 оси. Ротационните оси се настройват еднократно, тогава рязането протича подобно на 3-осна операция. Това прави 3+2 практична средна стъпка между 3-осна и напълно едновременна 5-осна работа.

Предимства на 3-осовата обработка

3-обработката на оста е рентабилна, широко достъпни, и надежден за призматични части.

• Често по-ниски разходи за машина и програмиране, отколкото многоосна обработка за подходящи части.
• Лесно програмиране и настройка за 2.5D функции.
• Проста кинематика на машината и къса, твърдите инструменти могат да поддържат ефективно отстраняване на материал.
• Добър контрол на размерите, плоскост, и повторяемостта са постижими при подходящи характеристики с подходящи машини, инструментална екипировка, работно държане, и контрол на процеса.
• Богат избор от фрези, включително челни фрези и фрези.
• Лесно захващане с менгемета, скоби, и плочи.
• Широката наличност на машината може да направи 3-осната обработка практична за прототипи и производство.

За геометрии, които не се възползват от достъп с ротационна ос, 3-осовата обработка може да осигури необходимата точност с по-ниско програмиране и сложност на машината.

Ограничения на 3-осовата обработка

Фиксираната ориентация на шпиндела ограничава какво може да достигне една настройка.

• Подрязванията, които са недостъпни от посоката на фиксирания инструмент, може да се нуждаят от специални инструменти за подрязване, допълнителни настройки, или мултиосна обработка.
• Многостранните части се нуждаят от допълнителни настройки, което добавя разходи и грешка при настройка.
• Точността на кръстосаната настройка зависи от базовите точки, приспособления, и качество на захващане.
• Дълбоките кухини се нуждаят от дълги инструменти, които отклоняват и бърборят.
• Сложните извити повърхности изискват много преминавания с малки стъпки.
• Ъгловите лица може да се нуждаят от специални приспособления или различна машина.

Тези ограничения се отнасят до броя на достъпа и настройките, не точността на самите оси.

Кога да изберете 3-осна обработка

Изберете 3-ос, когато функциите са достъпни от достъпни ориентации и цената има значение.

• Плоски чинии, скоби, и корпуси с характеристики на две или три лица.
• Джобове, слотове, и отвори със стандартни допуски.
• Отливки и матрици, където кухината е отворена в една посока.
• Приспособления, Джиги, и инструментални плочи.
• Прототипи и части с малък до среден обем.
• Части, при които е трудно да се оправдае скоростта на много оси.

Изберете 4-ос, когато ротационното индексиране или обработката около една ротационна ос може да намали настройките или да подобри достъпа до инструмента. Изберете 5-ос, когато сложната геометрия или многостранните позиционни връзки се възползват от по-малко настройки.

Предимството на 5-осите не е присъщата точност. По-малкото настройки могат да намалят грешките при прехвърляне на данни и повторно позициониране. Вижте 3-сравняване на оси с 12-осови възможности.

Указания за проектиране на 3-осни части

Дизайн за достъп до инструмента и за броя на настройките.

• Запазете чертите на лицата, до които инструментът може да достигне.
• Избягвайте дълбоко, тесни джобове, които се нуждаят от дълги инструменти.
• Използвайте най-големите практически вътрешни радиуси.
• Осигурете свободно място за влизане на инструмента, облекчение, или достъпна геометрия на подхода, когато се изисква.
• Определете ясна точка за всяка настройка.
• Ограничете строги толеранси към функционалните характеристики.
• Оставете достатъчно запас за финалния пас.

Намаляването на броя на настройките може да намали разходите за обработка и фиксиране и да намали грешката при прехвърляне на данни между свързани функции.

Допустими отклонения и повърхностно покритие

Няма универсален толеранс за 3-осна обработка. Възможността зависи от размера на функцията, материал, геометрия, състояние на машината, работно държане, инструментална екипировка, термична стабилност, брой настройки, и проверка.

Като квалифицирана обща справка, много машинно обработени елементи падат около ±0,01 до ±0,05 mm. По-строгите толеранси се нуждаят от инженерен преглед, специфичен за характеристиките. TOPS Precision може да оцени избрани критични характеристики до приблизително ±0,005 mm, където геометрията, материал, настройка, и разрешение за проверка.

Повърхностното покритие зависи от геометрията на ножа, захранване на зъб, скорост на шпиндела, изтичане на инструмента, материал, твърдост, и довършителна стратегия. На 3D контури, stepover също контролира видимата височина на скалпа. Посочете Ra само когато грапавостта на повърхността е функционално важна. Вижте Допустими отклонения при CNC обработка.

Материали

3-обработката на оси обработва повечето обработваеми метали и пластмаси.

• Алуминият и много видове месинг се обработват ефективно, докато обработваемостта на медта варира в зависимост от сплавта и температурата.
• Стоманата и неръждаемата стомана се нуждаят от подходящи инструменти и охлаждаща течност.
• Титанът се нуждае от твърди настройки и контролирано рязане.
• Инженерни пластмаси като POM, PEEK, и акрил се нуждаят от грижи при топлина и стрес.

Сравнете опциите в нашия Материали за CNC обработка Ръководство.

Фактори на разходите

3-разходите за обработка на оста зависят от настройките, машинно време, материал, и толерантност.

• Настройки: всяка допълнителна настройка добавя разходи за труд и приспособление.
• Машинно време: скорост на отнемане на материал и дължина на траекторията на инструмента.
• Материал: тип сплав и размер на запаса.
• Толерантност: по-строгите граници се нуждаят от повече грижи и проверка.
• Повърхностно покритие: по-фините 3D покрития се нуждаят от по-малки стъпки.
• Количество: разходите за настройка се разпределят в партидата.
• инспекция: критичните характеристики изискват време за измерване.

Скоростта на машината има значение, но броят на настройките, Време за цикъл, приспособяване, и проверката може да има по-голям ефект върху общата цена на части за някои геометрии. Вижте CNC фрезови разходи.

Приложения по отрасли

Индустрия	Типични 3-осни части
Индустриално оборудване	Скоби, чинии, корпуси, приспособления
електроника	Заграждения, радиатори, панели
Медицинско оборудване	Корпуси на устройства, инструментални компоненти
Автомобилна	Скоби, прототипни компоненти, инструментална екипировка
Аерокосмическо производство	Приспособления, инструментална екипировка, скоби, корпуси, прототипни компоненти
Потребителски продукти	Прототипи, плесени, персонализиран хардуер

често задавани въпроси

Какво е 3-осна обработка?

Това е CNC фрезоване, което движи инструмента по X, Y, и Z линейни оси.

Каква е разликата между 3-осна и 5-осна обработка?

3-използва три линейни оси. 5-axis добавя две въртящи се оси за сложни ориентации и често по-малко настройки.

Може ли 3-осна обработка да изрязва извити повърхности?

да. Координиран X, Y, и Z движението следва контурни повърхности. Той е по-бавен от 5-осния за сложни повърхности.

Може ли 3-осна обработка да изрязва подрязвания?

Някои подрязвания могат да бъдат обработени на 3-осна фреза със специализирани фрези, ако има достъп до инструмента. Недостъпните подрязвания може да изискват друга настройка, специално закрепване, EDM, или мултиосна обработка.

Колко точна е 3-осната обработка?

Няма един толеранс за всички 3-осни обработки. Точността зависи от възможностите на машината, размер на функцията, геометрия, материал, инструментална екипировка, работно държане, термична стабилност, брой настройки, и проверка. Стегнатите характеристики трябва да се преглеждат индивидуално.

3-осовият е по-евтин от 5-осовият?

За прости части, 3-обработката на оста често е по-икономична, тъй като сложността на машината и програмирането е по-ниска. За многостранни части, 5-обработката на оста може да намали приспособленията, настройки, боравене, и време на цикъл. Сравнете общата цена на частта, не само скоростта на машината.

Кога трябва да използвам 3-ос вместо 5-ос?

Когато функциите са достъпни от достъпни ориентации и частта не се нуждае от сложни ориентации или многостранни връзки.

Получете оферта за вашия 3-осно обработен детайл

Изпратете своя 3D модел, 2D рисунка, материал, количество, и изисквания за толерантност. Нашите инженери ще прегледат геометрията, пребройте настройките, и препоръчвам 3-ос, 4-ос, или 5-осна обработка преди оферта.

Свържете се с нас за оферта