Razlike između 3, 4 i 5-osnog strojenja

Razumijevanje vrsta obrade po osima i njihovih ključnih mogućnosti

3, 4 i 5 osi obrade – Kada koristiti svaku

1. Obrada na 3 osi: Temelj jednostavne i ekonomične izrade

Sustav obrade na 3 osi funkcionira tako da pomiče alat za rezanje duž tri linearne osi – X (lijevo/desno) , Y (naprijed/nazad) , i Z (gore/dolje) —unutar 3D prostora. Ovo isključivo linearno kretanje čini ga idealnim za oblikovanje jednostavnih, ravnih ili plitkih 3D dijelova, poput nosača, ploča ili osnovnih kalupa.

Njegova ključna prednost leži u troškovna učinkovitost : strojevi imaju nižu složenost, zahtijevaju minimalno vrijeme postavljanja i smanjuju operativne troškove — sve što povećava maržu profita kod proizvodnje velikih količina jednostavnih komponenti. Na primjer, proizvodnja aluminijskih montažnih ploča za elektroniku uvelike ovisi o 3-osnom obradnom sustavu, jer se dio može obraditi kroz tri osnovne procese: brušenje površine (izravnavanje gornje strane), profiliranje rubova (oblikovanje perimetra ploče) i bušenje (dodavanje rupa za pričvrsne elemente) — sve što se lako izvodi linearnim pokretima osi.

2. 4-osni obradni sustav: Rotacija za cilindrične i zakrivljene detalje

4-osni obradni sustav nadograđuje 3-osnu konfiguraciju dodavanjem jedne rotacijske osi (obično A-os, koja rotira oko X-osi). Dodatna os omogućuje okretanje obratka dok se alat linearno pomiče, eliminirajući potrebu za ručnim prepozicioniranjem i omogućujući izradu dijelova s zakrivljenim ili zaobljenim oblicima.

Ističe se kod komponenti kod kojih značajke slijede cilindrični oblik — poput žljebova na ventilskom vratilu, koso bušenih rupa uz zakrivljenu površinu ili utora na remenici. Izvješće o proizvodnji iz 2023. godine istaknulo je ključnu prednost: tvornice koje koriste 4-osno obradu za cilindrične dijelove ostvarile su 28% smanjenje vremena postavljanja u usporedbi s 3-osnim sustavima (koji zahtijevaju višestruko prepozicioniranje). Kako se izbjegava ručno okretanje ili ponovno pričvršćivanje obratka, 4-osna obrada također poboljšava točnost i dosljednost, smanjujući pogreške uzrokovane ljudskim faktorom.

3. 5-osna obrada: univerzalnost za složene, precizne dijelove s više strana

5-osna obrada je zlatni standard za izrazito profilirane, višestrane dijelove. Dodaje dvije rotacijske osi (obično A-os, rotacija oko X, i C-os, rotacija oko Z) uz tri linearne osi, omogućujući alatu da pristupi radnom predmetu skoro iz bilo kojeg kuta.

Ova univerzalnost je neophodna u industrijama poput zrakoplovne i medicinske, gdje dijelovi zahtijevaju složene geometrije i izuzetno male tolerancije. Primjeri uključuju titanove lopatice turbine (s zakrivljenim profilima i unutarnjim kanalima za hlađenje), proteze kukova (prilagođene ljudskoj anatomiji) i strukturne komponente zrakoplova. Za razliku od 3 ili 4-osnih sustava, 5-osno obrada obavlja složene dijelove u jednom jedno Postavljanje : na primjer, lopatica turbine može se potpuno obraditi bez ponovnog pozicioniranja, postižući tolerancije čak i ±0,005 mm i izvrsnu obradu površine.

3 osi naspram 4-osne obrade: učinkovitost i granice primjene

Donja tablica uspoređuje osnovne značajke 3 i 4-osne obrade kako bi pojasnila njihove odnosne slučajeve upotrebe:

Značajka	3-osi obrada	4-osi obrada
Konfiguracija osi	X, Y, Z (samo linearno)	X, Y, Z (linearno) + 1 rotacijska (A/C)
Najbolje za	Jednostavni ravni/3D dijelovi (nosači, ploče)	Cilindrični dijelovi s obuhvaćenim značajkama (ventilski priključci, remenice)
Vrijeme montiranja	Kratko (10–30 minuta za standardne dijelove)	Umjereno (20–45 minuta, jedna postavka)
Materijalna svestranost	Radi s većinom metala/plastike; ograničeno oblikom dijela	Ista materijala; optimizirano za zakrivljene/cilindrične radne komade
Raspon tolerancije	±0,01–0,05 mm	±0,008–0,03 mm

Ključna ograničenja i prednosti

• obrada na 3 osi ima poteškoća s dijelovima koji imaju udubljenja, koso bušene rupe na zakrivljenim površinama ili obuhvaćene značajke — ovo zahtijeva više postavki, što povećava vrijeme i rizik pogrešaka.
• obrada na 4 osi rješava ovaj problem kod cilindričnih dijelova: primjerice, bušenje rupa u intervalu od 45° na čeličnom vratilu je 3x brže s 4 osi (vreteno se okreće kako bi poravnalo svaki otvor) nasuprot 3 osi (ručno premještanje).
• Međutim, 4 os ne uspijeva kod necilindričnih, višestranih dijelova (npr. kocka s koso postavljenim rupama na tri strane) — ponovno usmjeravanje dijela poništava njegovu učinkovitost.

obrada 4 vs. 5 osi: kompromis između preciznosti i složenosti

obrada na 4 osi djeluje kao „zlatna sredina“ za složenost, ali ne može nadmašiti sposobnost obrade na 5 osi za rad s asimetričnim, višestranim dijelovima. Evo usporedbe:

1. Rukovanje složenošću dijelova

dvostruki rotacijski osi na 5 osi omogućuju alatu da se 'omota oko' radnog predmeta — ključno za dijelove poput rebri ojačanja krila aviona od ugljičnih vlakana (s zakrivljenim rubovima, unutarnjim olakšanim rupama i koso postavljenim točkama pričvršćivanja na sve šest strana). Vodeći proizvođač zrakoplova izvijestio je:

• 42% brže vrijeme proizvodnje s 5 osi u odnosu na 4 osi.
• Stopa otpada smanjena s 8% na 2% (jedinstvena postavka eliminira pogreške poravnanja).

2. Preciznost i kvaliteta površine

sustavi s 5 osi koriste dinamičko indeksiranje kako bi alat ostao okomit na površinu rezanja, smanjujući habanje alata i poboljšavajući kvalitetu površine. Za medicinske implante (npr. zamjenu koljena, gdje ovisi biokompatibilnost o glatkoći):

• 5 osi postiže Ra 0,4 μm završne obrade površina.
• 4 osi doseže samo Ra 0.8μm .

3. Trošak i programiranje

5 osi zahtijeva:

• Napredan CAM softver (s alatima za simulaciju) kako bi se izbjegli sudari.
• Veća početna ulaganja.

 

• To ga čini manje ekonomičnim za jednostavne ili male serije dijelova — ali neizmjerno vrijednim za složene, visoko precizne komponente.

Usklađivanje osi obrade s materijalom, geometrijom i potrebama industrije

1. Odabir ose na temelju materijala i tvrdoće obratka

Tvrdoća materijala izravno utječe na odabir ose, jer tvrđi materijali proizvode više topline i povećavaju rizik toplinskog izobličenja:

Vrsta materijala	Preporučeni tip ose	Razlog
Meki materijali (aluminij 6061-T6, ABS plastika)	3 osi	Lako se obrađuju; linearni pomaci postižu željenu površinsku obradu.
Tvrđi materijali (nerđajući čelik 316L, titan Ti-6Al-4V)	4/5 osi	Smanjuje učestalost podešavanja (4 osi) ili minimizira nagomilavanje topline (5 osi).

Prema smjernice za obradu ASM International 2022. :

• Za materijale s tvrdoćom >30 HRC (npr. kaljeni čelik), 5-osno obrada produžuje vijek trajanja alata za 35%u odnosu na 3-osnu.
• Primjer: Obrada zagona od kaljenog čelika pomoću 5-osne tehnike koristi spiralnu stazu alata (raspodjela sile/topline), čime se vijek trajanja karbidnih pločica produljuje za 50% u odnosu na 3-osne rezove visoke sile.

2. Zahtjevi za osima specifični za pojedine industrije

Različiti sektori imaju jedinstvene zahtjeve koji utječu na odabir osi:

Industrija	primjene 3-osne obrade	primjene 4-osne obrade	primjene 5-osne obrade
Automobilski	Motorni nosači, kućišta senzora	Vodilice vratila, dizne za gorivo	Visokoučinkoviti cilindri glave za trkačke motore
Zrakoplovstvo	Jednostavni strukturni nosači	Osnovni cilindrični dijelovi	Lopatice turbine, okviri zrakoplova, sateliti (91% proizvođača lopatica turbine koristi 5 osi, prema izvješću iz 2023.)
Medicinski	Plastični kućišta alata	Drške kirurških instrumenata	Titanijevi kukovi za implantate, kralježnične šipke
Potrošačkih roba	Plastične kućišta telefona, aluminijasto posuđe	Kapice za boce (navojni vratovi)	Lukrativna kućišta satova (rijetka)

Izbjegavanje uobičajenih pogrešaka pri obradi na osima

1. Pogreške u odabiru osi za volumen proizvodnje

• Prekomjerno korištenje 5 osi : Za male serije i jednostavne dijelove (npr. 50 aluminijastih nosača), obrada na 3 osi košta 60% manje (satnica za 5 osi: 150–300 USD; za 3 osi: 50–100 USD).
• Nedovoljno korištenje 5 osi : Za velike serije složenih dijelova (npr. 1.000 lopatica turbine), obrada na 4 osi zahtijeva trostruko više vremena postavljanja nego na 5 osi — što povećava troškove rada i uzrokuje kašnjenja.
• Zanemarivanje geometrije : Dijelovi s urezima (npr. udubljeni utori na plastičnim kućištima) zahtijevaju 5 osi; obrada na 3 osi uzrokuje neusklađenost, dok 4 osi ne može doseći ne-cilindrične ureze. Istraživanje iz 2023. godine pokazalo je da 68% otpada kod obrade na 3/4 osi nastaje zbog ove pogreške.

2. Najbolje prakse programiranja i postavljanja

3 osi

• Koristite osnovni G-kod za linearne pokrete.
• Koristite brzozamjenske pričvrsne ploče kako biste smanjili vrijeme postavljanja (10–15 minuta po zamjeni dijela).
• Uvijek provodite suhu probu (bez materijala) kako biste izbjegli sudare alata i steznog uređaja (alati za 3 osi su veći i skloniji udarcima).

4 osi

• Koristite CAM softver s simulacijom 4 osi kako biste vizualizirali rotaciju.
• Centrirajte radni komad na A/C os (pomak od 0,1 mm uzrokuje dimenzionalne pogreške).
• Čvrsto učvrstite cilindrične dijelove stezaljkama/naprtnjačama radi koncentričnosti — jedan dobavljač za autoindustriju smanjio je pogreške za 40% pravilnim centriranjem.

5 osi

• Uložite u napredni CAM softver (npr. Mastercam, SolidWorks CAM) s detekcijom sudara.
• Koristite 5-osni stol s krakom kako biste učvrstili radni komad (omogućuje potpunu rotaciju bez ponovnog pozicioniranja).
• Obučite programere o „kontroli vodećeg kuta“ (prilagodba kuta alata za poboljšanje obrade/trajanja alata) — tvornice u zrakoplovnoj industriji koje koriste ovu metodu ostvaruju 95% uspjeha u prvom ciklusu.

Postupak odabira obrade po osima korak po korak

Slijedite ovaj okvir za odabir odgovarajuće vrste osi za industrijske primjene:

1. Počnite s dijelom: geometrija, tolerancija, materijal

• Geometrija : Ravne površine = 3 osi; cilindrični/obavijeni elementi = 4 osi; višestranični/oblikovani oblici = 5 osi.
  • Primjer: ravna aluminijska ploča (3 osi); čelični vratilo s helikoidnim žljebovima (4 osi); titanovo lopatice turbine (5 osi).
• S obzirom na to : ±0,005 mm ili manje = 5 osi; ±0,05 mm = 3/4 osi.
• Materijal : mekano = 3 osi; tvrdo = 4/5 osi.

Izvješće o preciznom obradivanju iz 2023. godine pokazalo je da tvrtke koje prvo analiziraju dio smanjuju pogreške u odabiru osi za 55%.

2. Uskladite s volumenom proizvodnje i ciljevima troškova

Volumen proizvodnje	Jednostavni dijelovi	Složeni dijelovi
Visok (>1.000 komada)	3 osi (niska cijena)	4/5 osi (brža postava)
Niska (1–100 jedinica)	3 osi (ekonomično)	5 osi (izbjegava nepotrebno vrijeme postave)

Prema Vodiču za industrijsku obradu iz 2024., „analiza troškova i količine“ (povezivanje osi i količine) smanjuje ukupne troškove za 22%.

3. Procijenite resurse radionice

• Dostupnost strojeva : Koristite 3-osi za jednostavne dijelove ako nemate 4/5-osi strojeve; kompleksan posao izdajte van ako su količine niske.
• Stručnost programera : Počnite s 4 osi za umjereno složene zadatke ako tim nema iskustva s 5 osi.
• Pribor/alati : Osigurajte pristup specijaliziranim alatima (npr. trunnion stolovi za 5 osi) prije odabira tipa osi.