Inleiding
De CNC-bewerkingsindustrie innoveert voortdurend om de functionele leemtes op te vullen die een machine achterlaat. Zo ontstaan machines die zich van elkaar onderscheiden.
Een populaire innovatie in verspaning is de toevoeging van snijbewegingen. Zoals uitgedrukt in de "as", hoe meer bewegingen een machine heeft, hoe beter en veelzijdiger hij is.
Hieronder vergelijken we het verschil tussen een 3-assige en een 5-assige CNC machine. We beschrijven hun voor- en nadelen en hoe ze verschillen in verschillende aspecten.
Wat betekent as?
Voordat we de belangrijkste bewerkingsmachines uitleggen, moeten we eerst leren wat de term "as" betekent. U vraagt zich waarschijnlijk ook af: "Wat is een as in een CNC machine?".
Zoals in de meeste toepassingen geeft het woord "as" richting aan. Bij CNC-verspaning geeft de term "as" het aantal bewegingen of richtingen aan waarin het snijgereedschap of werkstuk kan bewegen. Vaak heeft een bewerkingsmachine minstens drie lineaire assen, die respectievelijk XYZ-assen worden genoemd.
De X-as verwijst naar de lineaire beweging van het snijgereedschap van rechts naar links of omgekeerd. De Y-as drukt de voor-achterbeweging uit, terwijl de Z-as de boven-onderbeweging aangeeft. Bij een 3-assige machine staat het werkstuk vaak stil terwijl het snijgereedschap beweegt.
Maar naast deze lineaire assen hebben sommige machines ook roterende assen, aangeduid als ABC. De vierde as (A-as) voegt roterende beweging rond de X-as toe. Tegelijkertijd vult de B-as de rotatie aan met de Y-as.
Het toevoegen van roterende assen zorgt voor een sneller en nauwkeuriger snijproces. Omdat er meer beweging wordt toegevoegd, kan het snijgereedschap meer kanten en hoeken bewerken. Dit geeft de machine meer flexibiliteit en extra mogelijkheden.
3-assig verspanen
Een 3-assige CNC machine is een standaard gereedschap dat gebruikt wordt bij basis fabricageprojecten. Het heeft een gereedschap dat kan bewegen langs de XY en Z-as voor dieptesnijden. Andere 3-assige CNC machines hebben een bewegende tafel voor de top-down beweging, terwijl de frees specifiek is voor de XY assen.
Deze gereedschappen bewegen in lineaire richtingen en zijn beperkt tot niet-complexe taken. Drieassige machines zijn ideaal voor het vervaardigen van 2D of 2,5D objecten, maar zelden voor complexe 3D ontwerpen. De geometrieën moeten minimaal zijn als ze geschikt zijn voor 3D-fabricage.
Drie-assige CNC machines worden het best gebruikt voor basisfuncties zoals kanten snijden, gaten boren of tappen. Hun beperkte beweging betekent ook een beperkte capaciteit en fabricagecapaciteit.
Dit zijn de meest voorkomende types van 3-assige CNC machines op de markt:
- CNC freesmachines
- CNC-draaibanken
- CNC boormachines
5-assig verspanen
Een 5-assige CNC machine werkt op "XYZ plus AB" assen. Naast de standaard lineaire bewegingen worden twee roterende bewegingen toegevoegd. Hierdoor kan de machine werken met complexe en ingewikkelde vormen op een object.
De toegevoegde bewegingen variëren afhankelijk van het type 5-assig bewerkingsgereedschap. Je kunt een 5-assige CNC machine hebben waarvan het snijgereedschap alleen in XYZ-assen beweegt, maar met een zwenkbare gereedschapskop en tafel tussen bewerkingen in. Je kunt ook een machine hebben waarbij het werkstuk en de frees tegelijkertijd draaien tijdens de bewerking. Een ander type gebruikt een spindel die stationair kan zijn of in de meeste richtingen kan draaien.
De twee extra assen zorgen voor nauwkeurigere en veelzijdigere mogelijkheden. Met een 5-assige machine kun je complexe 3D-werkstukken maken met een nog gladdere afwerking.
Continu frezen is ook mogelijk omdat de frezen de krommingen van het ontwerp kunnen volgen. Je kunt een ontwerp onder elke hoek benaderen en hoeft de werkstukken niet opnieuw te positioneren. Zelfs een complex 3D werkstuk kan in één bewerking worden afgewerkt.
Gangbare 5-assige machines zijn onder andere:
- CNC bovenfrezen
- Continue 5-assige CNC machine
- 5-assige CNC frezen
3-assige machine vs. 5-assige machine
Het verschil in het aantal assen in deze machines lijkt marginaal. Maar dit simpele verschil scheidt de twee in veel opzichten vergelijkbaar. Laten we eens kijken hoe de 3-assige machines zich verhouden tot de 5-assige machines hieronder.
1. Toepassing
De 3-assige CNC machines zijn ontegensprekelijk beperkt in vergelijking met de 5-assige variant. Dit beperkt de eerste tot het bewerken van eenvoudige ontwerpen die geen extra contouren of hoeken nodig hebben. Vaak worden 3-assige machines gebruikt voor het produceren van eenvoudige onderdelen op basis van vlakke voorwerpen. Ze zijn ideaal voor eenvoudige taken zoals gaten boren of randen snijden. 3-assige machines worden vaak gebruikt voor het maken van onderdelen voor de auto-industrie, elektronica en fabricage.
Ter vergelijking: 5-assige machines maken precieze onderdelen voor medische of ruimtevaarttoepassingen. Dergelijke machines zorgen voor een gladdere afwerking en een nauwkeuriger resultaat. Deze machines zijn geschikt voor complexe geometrieën en rigoureuze details.
2. Productiesnelheid
In deze categorie is de 5-assige machine sneller dan de 3-assige machine. De beperkte XYZ-beweging in de 3-as zorgt voor een langzamere productietijd. Dit beperkt niet alleen de snelheid, maar vereist ook gereedschapswissels tussen de bewerkingen. Je moet het werkstuk ook handmatig herpositioneren, omdat de tafel niet zwenkt.
Al deze afwijkingen zijn geen uitdaging bij 5-assige machines. De extra beweging voegt niet alleen snelheid toe, maar maakt ook het wisselen van gereedschap overbodig. Je kunt het werkstuk plaatsen en de machine het meeste werk laten automatiseren.
3. Onderhoud
De vuistregel bij verspanen is dat hoe complexer de machine wordt, hoe moeilijker deze te onderhouden is. Het onderhoud van 3-assige machines is minder veeleisend omdat het eenvoudigere gereedschappen zijn. Met minder bewegende delen en een kleinere bouw heeft de 3-as geen extra maatregelen nodig om tiptop in orde te blijven.
De 5-assige machine heeft daarentegen meer specifieke onderhoudsmaatregelen nodig. Het grotere onderhoud komt door de extra bewegende onderdelen en een complexe structuur. Door meer bewegingen tijdens het gebruik zijn onderdelen gevoeliger voor slijtage.
4. Efficiëntie
Zonder twijfel zijn beide machines efficiënte apparaten. Ze werken efficiënt voor hun respectieve toepassingen. Maar 5-assige machines zijn flexibeler. Ze kunnen meer dan de basisfuncties van een 3-assige machine met een betere kwaliteit.
De 5-assige machine bespaart ook tijd omdat er minder handmatige interventie nodig is. Gereedschap wisselen is minder vaak nodig dankzij de geïntegreerde bewegingen. Je kunt een werkstuk in één bewerking afwerken zonder de gereedschappen of het object te verplaatsen.
5. Kosten
Een andere factor die voor een aanzienlijk verschil tussen de twee zorgt, zijn de totale kosten. Van aankoop tot programmering tot gebruik, de kosten zijn een groot verschil.
Een standaard 3-assige CNC machine kan ongeveer US$25.000 naar US$50.000afhankelijk van het type en merk. Dit is de gemiddelde aankoopprijs van dergelijke machines, al dan niet inclusief programmeerkosten.
Voor de aanschaf van een 5-assige CNC machine is minstens US$80.000 nodig. Grotere machines en populairdere merken kunnen meer dan US$500,000 kosten.
Naast de initiële instelprijs betaal je voor programmeer- en gebruikskosten. CNC machines verbruiken veel elektriciteit. Een CNC machine van 20 pk die 7 kW per uur verbruikt, kan je een $1,400 maandelijkse elektriciteitsrekening.
De meeste machines bevatten een standaard gereedschapspakket. Er komen extra kosten bij als je specifiekere gereedschappen nodig hebt die niet in het pakket zitten. Tot slot moet je ook rekening houden met onderhoudskosten. Uiteindelijk zijn 5-assige CNC machines duurder.
6. Omgaan met
De operationele vereisten voor een 3-assige CNC machine zijn lager dan die voor 5-assige CNC machines. Dit is gebaseerd op de complexiteit van het uitvoeren van de twee.
Omdat de 5-assige complexer is, zijn er speciale training en expertise nodig om hem te programmeren en te bedienen. Meer bewegende delen betekent ook kritisch toezicht tijdens het gebruik. Omdat de 3-assige machine minder complex is, is deze eenvoudiger te bedienen. Het opsporen van operationele fouten is ook kritischer en uitdagender voor 5-assige machines.
Conclusie
Er is een groot verschil tussen de werking van een 3-assige CNC machine en een 5-assige. De twee hebben onder andere hun eigen aanbod dat geschikt is voor verschillende toepassingen.
Bij de keuze tussen de twee moet de toepassing de belangrijkste factor zijn. Als je eenvoudige onderdelen wilt maken, dan is een 3-assige machine de juiste keuze. Deze machine heeft niet de flexibiliteit van een 5-assige, maar is wel geschikt voor een dergelijke toepassing.
Kies alleen voor een 5-assige machine als je meer ingewikkelde stukken gaat produceren die een 3-assige niet aankan. Inzicht in de schaal van je productiebehoeften is ook de sleutel tot het verkrijgen van de meest geschikte machine.