Четвертая ось на ЧПУ станке. Зачем нужна и как ее использовать.

Четвертая ось. Введение.

Обработка на 4-й оси — интересная и важная часть мира фрезерования с ЧПУ. На самом деле компания Haas приступила к созданию 4-й оси еще до того, как выпустила полноценные станки с ЧПУ. Эта серия статей поможет новичкам понять, как и почему четвертая ось используется на фрезерных станках с ЧПУ. Для начала давайте рассмотрим, для чего используется 4-я ось.

Если вы новичок в ЧПУ, вам может показаться, что 4-я ось используется так же, как поворотный стол для ручной обработки. Действительно, есть много проектов, в которых кто-то преобразовал ручное вращение в 4-ю ось. В этой идее есть доля истины, но в основном это не так.

Большая часть обработки по 4-й оси связана с резкой элементов по дуге, что трудно сделать на ручном станке. С ЧПУ резать по дуге очень просто — для этого и предназначены коды G02 и G03. Бывают случаи, когда мы выполняем непрерывную обработку с 4-й осью. Другими словами, чтобы фреза обрабатывает, когда четвертая ось поворачивается. Но есть и много других задач. Давайте рассмотрим три основные из них.

Шаговое перемещение 4-й оси для доступа

В первую очередь следует поговорить об этом термине «шаговое перемещение». Четвертая ось обычно используется либо в режиме «шагового перемещения», либо в «непрерывном» режиме. При первом резка не происходит до тех пор, пока 4-я ось не будет остановлена ​​(и часто заблокирована каким-либо тормозом). Фактически в этом режиме она используется только для поворота с фиксированными приращениями в градусах, а не для непрерывного вращения в любое желаемое положение. В то время как «непрерывный» означает, что обработка происходит во время вращения детали. Например, для изготовления кулачка.

Вы можете задаться вопросом: «Зачем вообще использовать что-то, кроме непрерывной обработки?» Будьте уверены — есть множество полезных способов воспользоваться преимуществами коррекции. Кроме того, для программирования непрерывной обработки вам понадобится гораздо более совершенное программное обеспечение CAM. Зачастую, огромная часть работы (возможно, даже бОльшая часть работы по 4-й оси) выполняется просто с помощью шагового перемещения.

Самый очевидный случай — это улучшить доступ к детали. Предположим, вы делаете что-то сложное, например шестеренку:

Четвертая ось перемещает каждый зуб в нужное положение, останавливается, а затем фреза делает проход взад и вперед, пока зуб не будет готов.

Шестерни — это своего рода крайний случай, потому что было бы трудно представить, как их сделать, если бы мы не могли использовать шаговое перемещение. Но есть и более простые случаи, когда такой режим также чрезвычайно полезен. Предположим, у вас есть деталь вроде корпуса дроссельной заслонки, в которой со всех сторон есть отверстия. Вы можете построить приспособления и выполнить кучу установов, по одному для каждой стороны. Или вы также можете использовать 4-ю ось для обработки сторон, чтобы за один установ можно было обработать более одной плоскости.

Использование 4-й оси для большего количества деталей

Многие говорят, что горизонтальные обрабатывающие центры могут быть намного более производительными, чем вертикальные. Одна из причин этого заключается в том, что заготовки легче держать на горизонтальной плоскости, поскольку сила тяжести помогает. Но еще одна причина в том, что почти любой горизонтальный ЧПУ станок имеет опцию 4-й оси.

На фото показан отличный пример продуктивности работы со горизонтальными ЧПУ. Снаряжается плита, представляющая собой большой вертикальный кусок чугуна, на котором детали держатся во время обработки. В это время станок занят резкой новых деталей на другой плите в станке. Можно даже изготавливать несколько деталей на одной плите. Это мощный метод повышения производительности цеха, но он не ограничивается строго горизонтальными станками.

Вы также можете прикрепить поддон на вертикальный ЧПУ. Там просто меньше свободного пространства, поэтому вам понадобятся относительно «плоские» детали, чтобы использовать его.

4-я осевая непрерывная обработка

А теперь самое интересное: непрерывная обработка 4-й оси. В этом видеоролике обрабатываемой лопатки турбины разница между непрерывной обработкой и шаговым перемещением довольно очевидна:

У непрерывной обработки есть несколько преимуществ. Во-первых, вы можете обрабатывать детали, которые в противном случае были бы невозможны. Самое близкое, что возможно без непрерывной обработки — это сделать большое количество фиксированных шагов и использовать траектории 3D-контурной обработки. Это может быть удивительно эффективным, но редко заменяет, полноценную непрерывную обработку.

Второе преимущество проявляется при профилировании с помощью фрезы с шаровой головкой. У нее есть недостаток: чем ближе вы подходите к кончику, тем медленнее вращаются зубцы. Это звучит нелогично, но просто представьте этот наконечник как серию концентрических кругов на разной высоте. Те, что у кончика, представляют собой меньшие круги, их окружность короче, но они вращаются с той же скоростью, что и большие круги вверху. Следовательно, наконечник движется медленнее. Идеально точный наконечник на самом деле вообще не движется, поскольку это круг с нулевым радиусом.

Это наблюдение приводит к типу обработки под названием «Sturz Milling». В этом методе вы используете 4-ю ось, чтобы позволить шаровой головке подноситься к заготовке под углом, поэтому сторона шара используется больше, чем острие:

Это не только обеспечивает более быстрое фрезерование (возможны более высокие скорости подачи), но и улучшает качество поверхности и даже увеличивает срок службы инструмента.

Четвертая ось. Обработка «намоткой»

Особый случай непрерывной обработки по 4-й оси, который называется обертыванием. Представьте, что вы хотите выгравировать текст на боковой стороне цилиндра. Вы могли бы сделать гравировку 2D на плоской поверхности, и если бы у вас был способ «обернуть» эту гравировку вокруг цилиндра, все получилось бы идеально. Оказывается, есть способы сделать это. Например от программные утилиты и опции в вашем программном обеспечении CAM. Или подключение оси Y к вашей 4-й оси, что позволит оборудованию думать, что оно обрабатывает плоскую поверхность.

Четвертая ось своими руками

Заключение

Четвертая ось может стать мощным дополнением к вашему арсеналу ЧПУ. Она позволяет выполнять все новые виды обработки, ускоряет выполнение существующих заданий и требует меньших затрат на настройку.