Introduzione
L'industria della lavorazione CNC innova costantemente per colmare i vuoti funzionali lasciati da una macchina. Nel processo, crea macchine che si distinguono l'una dall'altra.
Un'innovazione popolare nella lavorazione è l'aggiunta di movimenti di taglio. Come espresso nel suo "asse", più movimenti ha una macchina, più è capace e versatile.
Di seguito, confrontiamo la differenza tra una macchina CNC a 3 e a 5 assi. Ne descriviamo in dettaglio i vantaggi e gli svantaggi e le differenze sotto diversi aspetti.
Che cosa significa Asse?
Prima di illustrare le macchine utensili descritte, impariamo a conoscere il significato del termine "asse". Dopo tutto, è probabile che anche voi vi stiate chiedendo: "Che cos'è un asse in una macchina CNC?".
Come nella maggior parte delle applicazioni, il termine "asse" indica la direzione. Nella lavorazione CNC, il termine "asse" esprime il numero di movimenti o direzioni in cui l'utensile da taglio o il pezzo possono muoversi. Spesso una macchina utensile dispone di almeno tre assi lineari, denominati rispettivamente assi XYZ.
L'asse X si riferisce al movimento lineare dell'utensile da taglio da destra a sinistra o viceversa. L'asse Y esprime il movimento avanti-indietro, mentre l'asse Z indica il movimento dall'alto verso il basso. In una macchina a 3 assi, il pezzo è spesso fermo mentre l'utensile si muove.
Tuttavia, oltre a questi assi lineari, alcune macchine dispongono di assi rotanti, indicati con la sigla ABC. Il quarto asse (asse A) aggiunge un movimento di rotazione attorno all'asse X. Allo stesso tempo, l'asse B completa la rotazione con l'asse Y.
L'aggiunta di assi rotanti rende il processo di taglio più rapido e preciso. Grazie all'aggiunta di un maggiore movimento, l'utensile da taglio può lavorare su più lati e angoli. Ciò conferisce alla macchina una maggiore flessibilità e capacità aggiuntive.
Lavorazione a 3 assi
Una macchina CNC a 3 assi è uno strumento standard utilizzato nei progetti di fabbricazione di base. È dotata di un utensile in grado di muoversi lungo gli assi XY e Z per il taglio in profondità. Altre macchine CNC a 3 assi dispongono di una tavola mobile per consentire il movimento dall'alto verso il basso, mentre la fresa è specifica per gli assi XY.
Questi utensili si muovono in direzioni lineari e sono limitati a compiti non complessi. Le macchine a tre assi sono ideali per la fabbricazione di oggetti 2D o 2,5D, ma raramente per progetti complessi 3D. Le geometrie devono essere minime se si vuole che la fabbricazione in 3D sia possibile.
Le macchine CNC a tre assi sono utilizzate al meglio per funzioni di base come il taglio di bordi, la foratura o la maschiatura. Il loro movimento limitato significa anche capacità limitata e capacità di fabbricazione.
Ecco i tipi più comuni di macchine CNC a 3 assi presenti sul mercato:
- Fresatrici CNC
- Macchine per torni a controllo numerico
- Macchine di foratura CNC
Lavorazione a 5 assi
Una macchina CNC a 5 assi opera su assi "XYZ più AB". Ai movimenti lineari standard si aggiungono due movimenti rotatori. Ciò consente alla macchina di lavorare con forme complesse e intricate su un oggetto.
I movimenti aggiunti variano a seconda del tipo di utensile di lavorazione a 5 assi. Si può avere una macchina CNC a 5 assi il cui utensile da taglio si muove solo sugli assi XYZ, ma con testa e tavola girevoli tra le operazioni. È anche possibile avere una macchina che consente al pezzo e alla fresa di ruotare simultaneamente durante l'operazione. Un altro tipo utilizza un mandrino che può essere fisso o girevole nella maggior parte delle direzioni.
I due assi in più consentono capacità più precise e versatili. Con una macchina a 5 assi, è possibile creare pezzi 3D complessi con finiture ancora più uniformi.
È possibile anche la fresatura continua, poiché le frese possono seguire le curvature del progetto. È possibile avvicinarsi a un progetto con qualsiasi angolazione, eliminando la necessità di riposizionare i pezzi. Anche un pezzo 3D complesso può essere rifinito in un'unica operazione.
Le macchine a 5 assi più comuni includono
- Fresatrici CNC
- Macchina CNC continua a 5 assi
- Fresatrici CNC a 5 assi
Macchina a 3 assi vs. macchina a 5 assi
La differenza nel numero di assi di queste macchine sembra marginale. Tuttavia, questa semplice differenza separa le due macchine sotto molti aspetti comparabili. Vediamo di seguito come la macchina a 3 assi si confronta con le macchine a 5 assi.
1. Applicazione
Le macchine CNC a 3 assi sono innegabilmente limitate rispetto alla variante a 5 assi. Questo limita le prime a lavorare su progetti semplici che non necessitano di contorni o angoli aggiuntivi. Spesso le macchine a 3 assi sono utilizzate per produrre pezzi semplici basati su oggetti piatti. Sono ideali per eseguire operazioni semplici come la foratura o il taglio di bordi. Le macchine a 3 assi sono comuni nella produzione di pezzi per l'industria automobilistica, elettronica e manifatturiera.
In confronto, le macchine a 5 assi producono pezzi precisi per uso medico o aerospaziale. Queste macchine offrono una finitura più liscia e un risultato più preciso. Queste macchine sono in grado di gestire geometrie intricate e dettagli rigorosi.
2. Velocità di produzione
In questa categoria, la macchina a 5 assi supera quella a 3 assi. Il movimento XYZ limitato della macchina a 3 assi comporta tempi di produzione più lenti. Questo non solo limita la velocità, ma richiede anche il cambio degli utensili tra un'operazione e l'altra. È inoltre necessario riposizionare manualmente il pezzo da lavorare, poiché la tavola non è girevole.
Tutte queste discrepanze non rappresentano una sfida nelle macchine a 5 assi. Il movimento aggiunto non solo aumenta la velocità, ma elimina anche il cambio degli utensili. È possibile inserire il pezzo e lasciare che la macchina automatizzi la maggior parte del lavoro.
3. Manutenzione
La regola generale nella lavorazione è che più la macchina è complessa, più è difficile da mantenere. La manutenzione delle macchine a 3 assi è meno impegnativa perché si tratta di utensili più semplici. Con un minor numero di parti mobili e una struttura più piccola, i 3 assi non hanno bisogno di misure supplementari per rimanere al top.
Al contrario, la macchina a 5 assi avrà bisogno di misure di manutenzione più specifiche. La maggiore manutenzione deriva dall'aggiunta di parti mobili e da una struttura complessa. A causa del maggior numero di movimenti durante il funzionamento, le parti sono più soggette a usura.
4. Efficienza
Senza dubbio, entrambe le macchine sono efficienti. Funzionano in modo efficiente nelle rispettive applicazioni. Tuttavia, le macchine a 5 assi hanno una migliore flessibilità di funzionamento. Possono svolgere più delle funzioni di base di una macchina a 3 assi con una qualità migliore.
Il funzionamento della macchina a 5 assi consente anche di risparmiare tempo, in quanto richiede meno interventi manuali. Il cambio degli utensili è ridotto grazie ai movimenti integrati. È possibile finire un pezzo in un'unica operazione senza riposizionare gli utensili o l'oggetto.
5. Costo
Un altro fattore che determina un divario significativo tra i due è il costo complessivo. Dall'acquisto alla programmazione fino al funzionamento, il costo rappresenta una grande differenza.
Una macchina CNC standard a 3 assi può costare circa US$25.000 a US$50.000a seconda del tipo e della marca. Questo è il prezzo medio di acquisto di tali macchine, che può includere o meno i costi di programmazione.
Per acquistare una macchina CNC a 5 assi sono necessari almeno $80.000 dollari USA. Le macchine più grandi e le marche più famose possono costare oltre $500.000 dollari USA.
Oltre al prezzo di installazione iniziale, si pagheranno i costi di programmazione e di funzionamento. Le macchine CNC consumano molta elettricità. Una macchina CNC da 20 CV con una potenza di 7kw/ora può farvi guadagnare una $1,400 bolletta elettrica mensile.
La maggior parte delle macchine include un pacchetto di utensili standard. Se si necessita di utensili più specifici non inclusi nel pacchetto, si dovranno sostenere costi aggiuntivi. Infine, bisogna tenere conto anche dei costi di manutenzione. In definitiva, le macchine CNC a 5 assi avranno un costo più elevato.
6. Manipolazione
I requisiti operativi di una macchina CNC a 3 assi sono inferiori a quelli delle macchine CNC a 5 assi. Ciò si basa sulla complessità di gestione delle due macchine.
Poiché il 5 assi è più complesso, per programmarlo e farlo funzionare sono necessarie formazione e competenze specifiche. Un maggior numero di parti mobili significa anche un monitoraggio critico durante il funzionamento. Poiché la macchina a 3 assi è meno complessa, è più facile da gestire e far funzionare. Anche la risoluzione degli errori operativi è più critica e impegnativa per le macchine a 5 assi.
Conclusione
Esiste un enorme divario tra il funzionamento di una macchina CNC a 3 assi rispetto a una a 5 assi. Tra gli altri fattori, le due macchine hanno offerte distinte che si adattano a diverse applicazioni.
Quando si sceglie tra le due macchine, l'applicazione deve essere il fattore principale che determina l'opzione. Se la vostra produzione richiede pezzi semplici, una macchina a 3 assi fa al caso vostro. Pur non avendo la flessibilità di una macchina a 5 assi, è adatta a questo tipo di applicazione.
Scegliete una macchina a 5 assi solo quando dovete produrre pezzi più intricati che un 3 assi non è in grado di gestire. Anche la comprensione della scala delle vostre esigenze di produzione è fondamentale per ottenere la macchina più adatta.