Diferențe între prelucrarea cu 3, 4 și 5 axe

Înțelegerea tipurilor de prelucrare pe axe și a capacităților lor principale

prelucrarea pe 3, 4 și 5 axe – Când să folosiți fiecare

1. Prelucrarea pe 3 axe: Fundamentul fabricației simple și eficiente din punct de vedere al costurilor

Un sistem de prelucrare pe 3 axe funcționează prin deplasarea sculei de tăiere de-a lungul a trei axe liniare— X (stânga/dreapta) , Y (înainte/înapoi) și Z (sus/jos) —într-un spațiu 3D. Această mișcare doar liniară îl face ideal pentru modelarea pieselor simple, plate sau ușor tridimensionale, cum ar fi suporturi, plăci sau matrițe de bază.

Avantajul său principal constă în eficienţă în ceea ce priveşte costurile : mașinile au o complexitate mai redusă, necesită un timp minim de configurare și reduc sarcina operațională — toate acestea crescând marjele de profit pentru producția în volum mare a componentelor simple. De exemplu, fabricarea plăcilor de montaj din aluminiu pentru echipamente electronice se bazează în mare măsură pe prelucrarea cu 3 axe, deoarece piesa necesită doar trei procese de bază: frezarea feței (netezirea suprafeței superioare), profilarea marginilor (formarea perimetrului plăcii) și găurirea (adăugarea de orificii pentru elemente de fixare) — toate realizabile ușor prin mișcări liniare ale axelor.

2. Prelucrarea cu 4 axe: rotație pentru caracteristici cilindrice și curbe

prelucrarea cu 4 axe se bazează pe configurația cu 3 axe, adăugând una axă de rotație (în mod tipic axa A, care se rotește în jurul axei X). Această axă suplimentară permite rotirea semifabricatului în timp ce scula se deplasează liniar, eliminând necesitatea re-poziționării manuale și deblocând posibilități pentru piese cu caracteristici curbate sau înfășurate.

Se remarcă la componente unde caracteristicile urmează o formă cilindrică—cum ar fi canalele de pe tija unei supape, găuri înclinate de-a lungul unei suprafețe curbe sau crestături de pe o roată de transmisie. Un raport de fabricație din 2023 a subliniat un beneficiu esențial: atelierele care folosesc prelucrarea cu 4 axe pentru piese cilindrice au înregistrat o reducere de 28% a timpului de pregătire în comparație cu sistemele cu 3 axe (care necesită re-poziționări multiple). Evitând întoarcerea manuală sau re-fixarea semifabricatului, prelucrarea cu 4 axe îmbunătățește și precizia și consistența, reducând erorile provocate de om.

3. Prelucrarea cu 5 axe: Versatilitate pentru precizie complexă, multi-fațetată

prelucrarea cu 5 axe este standardul de aur pentru piese puternic conturate și cu mai multe fețe. Adaugă două axe de rotație (de obicei axa A, care se rotește în jurul axei X, și axa C, care se rotește în jurul axei Z) celor trei axe liniare, permițând sculei de tăiere să abordeze semifabricatul din aproape orice unghi.

Această versatilitate este indispensabilă în industrii precum aerospace și medical, unde piesele necesită geometrii complexe și toleranțe extrem de strânse. Exemple includ palete de turbină din titan (cu profile curbe și canale interne de răcire), implanturi de șold (adaptate anatomiei umane) și componente structurale pentru aeronave. Spre deosebire de sistemele cu 3 sau 4 axe, prelucrarea cu 5 axe finalizează piese complexe într-o configurare unică : de exemplu, o paletă de turbină poate fi prelucrată complet fără reașezare, obținând toleranțe de până la ±0,005 mm și o finisare superioară a suprafeței.

prelucrare cu 3 axe vs. 4 axe: Eficiență și limite de aplicație

Tabelul de mai jos compară caracteristicile principale ale prelucrării cu 3 și 4 axe pentru a clarifica cazurile lor specifice de utilizare:

Caracteristică	măchinarie pe 3 axe	măchinarie pe 4 axe
Configurație axe	X, Y, Z (doar liniare)	X, Y, Z (liniare) + 1 rotație (A/C)
Cel Mai Bine Pentru	Piese simple plane/3D (suporturi, plăci)	Piese cilindrice cu elemente înfășurate (tije de supapă, roți de curea)
Timp de instalare	Scurt (10–30 minute pentru piese standard)	Moderat (20–45 minute, o singură configurare)
Versatilitatea materialului	Funcționează cu majoritatea metalelor/plasticilor; limitat de forma piesei	Aceleași materiale; optimizat pentru piese curbe/cilindrice
Interval de toleranță	±0,01–0,05 mm	±0,008–0,03 mm

Limitări și avantaje principale

• prelucrarea cu 3 axe întâmpină dificultăți la piesele care au subcote, găuri înclinate pe suprafețe curbe sau caracteristici înfășurate — acestea necesită mai multe setări, crescând timpul și riscul de eroare.
• prelucrarea cu 4 axe rezolvă această problemă pentru piese cilindrice: de exemplu, realizarea unor găuri la intervale de 45° pe un arbore din oțel este 3x mai repede posibilă cu 4 axe (arborele se rotește pentru a alinia fiecare gaură) față de 3 axe (rearanjare manuală).
• Totuși, 4 axe nu face față pieselor necilindrice, cu mai multe fețe (de exemplu, un cub cu găuri înclinate pe trei fețe) — reorientarea piesei anulează eficiența sa.

prelucrarea cu 4 vs. 5 axe: Compromisul între precizie și complexitate

prelucrarea cu 4 axe acționează ca un „compromis” în ceea ce privește complexitatea, dar nu poate egala capacitatea prelucrării cu 5 axe de a gestiona piese asimetrice, cu multiple fețe. Iată cum se compară cele două:

1. Gestionarea complexității pieselor

cele două axe de rotație ale sistemului cu 5 axe permit sculei să „înfășoare” piesa — esențial pentru componente precum nervurile din fibră de carbon ale aripilor avioanelor (cu muchii curbe, găuri interne de ușurare și puncte de fixare înclinate pe toate cele șase fețe). Un producător aerospațial important a raportat:

• timp de producție cu 42% mai rapid cu 5 axe față de 4 axe.
• Rata rebuturilor a scăzut de la 8% la 2% (montajul unic elimină erorile de aliniere).

2. Precizie și calitatea suprafeței

sistemele cu 5 axe utilizează indexare dinamică pentru a menține scula perpendiculară pe suprafața de așchiere, reducând uzura sculei și îmbunătățind calitatea suprafeței. Pentru implante medicale (de exemplu, proteze de genunchi, unde biocompatibilitatea depinde de netezime):

• 5 axe realizează Ra 0.4μm finisări de suprafață.
• 4 axe ajunge doar la Ra 0.8μm .

3. Cost și programare

5 axe necesită:

• Software CAM avansat (cu instrumente de simulare) pentru a evita coliziunile.
• Investiție inițială mai mare.

 

• Acest lucru îl face mai puțin rentabil pentru piese simple sau de volum redus, dar de o valoare inestimabilă pentru componente complexe și de înaltă precizie.

Potrivirea prelucrării pe axe cu materialul, geometria și nevoile industriale

1. Selectarea axelor în funcție de materialul și duritatea semifabricatului

Duritatea materialului influențează direct alegerea axei, deoarece materialele mai dure generează mai multă căldură și riscul de deformare termică:

Tip de material	Tipul recomandat de axă	Rationalizare
Materiale moi (aluminiu 6061-T6, plastic ABS)	3 axe	Ușor de prelucrat; mișcările liniare asigură finisajul dorit.
Materiale dure (oțel inoxidabil 316L, titan Ti-6Al-4V)	4/5 Axe	Reduce frecvența reglajelor (4 Axe) sau minimizează acumularea de căldură (5 Axe).

Conform ghiduri de prelucrare ASM International 2022 :

• Pentru materiale cu duritate >30 HRC (de exemplu, oțel călit), prelucrarea pe 5 axe extinde durata sculei prin 35%față de 3 axe.
• Exemplu: Prelucrarea unui semifabricat de roată din oțel călit cu 5 axe folosește o traiectorie spirală a sculei (distribuie forța/căldura), prelungind durata de viață a plăcuțelor din carbide cu 50% față de tăieturile rectilinii cu forță mare ale prelucrării pe 3 axe.

2. Cerințe privind axele specifice industriei

Diferite sectoare au cerințe unice care determină alegerea numărului de axe:

Industrie	aplicații cu 3 axe	aplicații cu 4 axe	aplicații cu 5 axe
Automotive	Suporturi pentru motor, carcase senzori	Arbori de transmisie, injectoare de combustibil	Chiulase de înaltă performanță pentru mașini de curse
Aerospațial	Suporturi structurale simple	Componente cilindrice de bază	Pale de turbină, structuri de aeronave, sateliți (91% dintre producătorii de pale de turbină folosesc 5 axe, conform raportului din 2023)
Medical	Carcase plastice pentru scule	Tijele instrumentelor chirurgicale	Implante de șold din titan, tije spinale
Produse de Consum	Cămăși plastice pentru telefoane, articole de bucătărie din aluminiu	Capace de sticle (gâturi filetate)	Carcase de ceasuri de lux (rar)

Evitarea erorilor comune în prelucrarea pe axe

1. Erori în alegerea axelor în funcție de volumul producției

• Utilizare excesivă a 5 axe : Pentru piese simple, de volum mic (de exemplu, 50 de suporturi din aluminiu), prelucrarea pe 3 axe costă cu 60% mai puțin (tarifele orare pentru 5 axe: 150–300 USD; pentru 3 axe: 50–100 USD).
• Subutilizare a 5 axe : Pentru piese complexe, în volume mari (de exemplu, 1.000 de pale de turbină), prelucrarea pe 4 axe necesită de 3 ori mai mult timp de configurare decât pe 5 axe—ceea ce crește costurile cu forța de muncă și provoacă întârzieri.
• Ignorarea geometriei : Piesele cu degajări interioare (de exemplu, crestături încorporate în carcase plastice) necesită 5 axe; pe 3 axe apare nealinierea, iar 4 axe nu poate accesa degajările non-cilindrice. Un studiu din 2023 a arătat că 68% dintre piesele rebutate la prelucrarea pe 3/4 axe provin din această eroare.

2. Practici recomandate pentru programare și configurare

3 axe

• Utilizați cod G simplu pentru mișcări liniare.
• Utilizați plăci de fixare rapidă pentru a reduce timpul de configurare (10–15 minute per schimbare de piesă).
• Efectuați întotdeauna un test fără material pentru a evita coliziunile între sculă și dispozitiv (sculele la 3 axe sunt mai mari și mai predispuși la impacturi).

4 axe

• Utilizați un software CAM cu simulare pe 4 axe pentru a vizualiza rotația.
• Centrați semifabricatul pe axa A/C (o abatere de 0,1 mm provoacă erori dimensionale).
• Fixați piesele cilindrice cu menghine/bucșe pentru concentricitate — un furnizor auto a redus erorile cu 40% prin centrare corectă.

5 axis

• Investiți într-un software CAM avansat (de exemplu, Mastercam, SolidWorks CAM) cu detecție a coliziunilor.
• Utilizați o masă trunnion pe 5 axe pentru a fixa semifabricatul (permite rotație completă fără repoziționare).
• Instruiți programatorii despre „controlul unghiului de atac” (ajustați unghiul sculei pentru a îmbunătăți finisarea și durata acesteia) — atelierele din industria aerospațială care aplică această metodă obțin randamente de 95% la prima trecere.

Proces pas cu pas de selecție a axelor de prelucrare

Urmăriți această structură pentru a alege tipul potrivit de axe pentru aplicații industriale:

1. Începeți cu piesa: geometrie, toleranță, material

• Geometrie : Suprafețe plane = 3 axe; caracteristici cilindrice/înfășurate = 4 axe; forme multiple/conturate = 5 axe.
  • Exemplu: Placă plată din aluminiu (3 axe); arbore din oțel cu canale elicoidale (4 axe); paletă de turbină din titan (5 axe).
• Toleranță : ±0,005 mm sau mai strâns = 5 axe; ±0,05 mm = 3/4 axe.
• Material : Material moale = 3 axe; material dur = 4/5 axe.

Un raport din 2023 privind prelucrarea precisă a materialelor a constatat că atelierele care analizează piesele în prealabil reduc erorile de selecție a axelor cu 55%.

2. Aliniați-vă cu volumul de producție și obiectivele de cost

Volumul de producție	Piese simple	Piese complexe
Ridicat (>1.000 bucăți)	3 axe (costuri reduse)	4/5 axe (setare mai rapidă)
Scăzut (1–100 unități)	3 axe (economic)	5 axe (evită timpul suplimentar de configurare)

Conform Ghidului Industrial de Prelucrare din 2024, „analiza cost-volum” (corelarea axei cu cantitatea) reduce costurile totale cu 22%.

3. Evaluați Resursele Atelierului

• Disponibilitatea mașinii : Utilizați 3 axe pentru piese simple dacă nu există mașini cu 4/5 axe; subtrageți lucrările complexe pentru volume mici.
• Expertiză Programator : Începeți cu 4 axe pentru complexitate medie dacă echipa nu are experiență în utilizarea a 5 axe.
• Dispozitive/Unelte : Asigurați-vă accesul la unelte specializate (de exemplu, mese turnante pentru 5 axe) înainte de a alege tipul de axă.