Mahir Pemesinan CNC 5‑Sumbu: Panduan Ahli untuk Manufaktur Presisi
Pengantar Pemesinan CNC 5-Sumbu
Saat orang berbicara tentang pemesinan CNC multi-sumbu atau banyak pemesinan, pemesinan CNC 5-sumbu selalu disebut dalam metode manufaktur canggih. Pemesinan CNC 5-sumbu penuh berarti kemampuan pemrosesan mesin untuk memindahkan alat atau benda kerja dalam lima sumbu berbeda secara bersamaan. Pemesinan CNC 5-sumbu dianggap versi yang lebih berkembang dan canggih dari proses pemesinan CNC.
Apa itu Mesin CNC 5-Sumbu?
Seperti yang kita ketahui, pemesinan CNC 5-sumbu dicapai oleh mesin CNC 5-sumbu. Banyaknya 5 sumbu CNC machines dianggap sangat luar biasa untuk menciptakan bentuk kompleks dengan finishing permukaan yang lebih baik. Orang dapat mempelajari banyak tentang pemesinan CNC 5-sumbu setelah mereka memahami cara kerja 5 sumbu CNC machines di bengkel mesin CNC.
Dalam proses pemesinan 5-sumbu, ada dua sumbu tambahan dibandingkan dengan sumbu X, Y dan Z. Dua sumbu tambahan dapat menjadi A dan B, A dan C, atau B dan C Sumbu. Mereka terlibat untuk menyelesaikan proses pemesinan bentuk yang sangat kompleks. Pertanyaan sekarang adalah bagaimana dua sumbu lainnya digunakan dalam proses pemesinan CNC 5-sumbu?
Dua sumbu ekstra digunakan oleh gerakan meja di mana material pekerja dipasang. Jadi, meja dapat berputar ke arah mana pun hingga 360 derajat di sekitar alat pemotong yang memberikan mesin akses untuk pemotongan sisi. Sementara, jika kita mempertimbangkan gerakan satu sumbu seperti baik di posisi A, B atau C putaran terbatas hingga 180 derajat. Dalam proses pemesinan 5-sumbu baik ada swilling dari kepala alat terhadap material pekerja yang diam atau ada rotasi atau gerakan meja di sudut yang memberikan meja posisi miring. Bergantung pada persyaratan fitur, meja dapat miring di sudut yang berbeda untuk mencapai bentuk kompleks. Menurut ukuran dan bobot objek yang menjadi subjek produk manufaktur yang diperlukan, pemilihan baik swiveling atau rotasi meja ditentukan. Jika pekerja lebih berat, maka itu tertakluk kepada swivel, jika tidak, pemesinan 5-sumbu berjalan dengan tilt meja untuk melakukan proses pemesinan yang diperlukan. Ada juga berbagai macam pemesinan 5-sumbu karena jenis mesin CNC 5-sumbu.
Apa Jenis Mesin CNC 5-Sumbu?
Untuk memenuhi kebutuhan pasar yang berbeda, produsen peralatan CNC menyediakan berbagai jenis mesin CNC 5-sumbu. Di antaranya, ada perbedaan dasar dalam fleksibilitas rotasi meja atau gerakan alat pemotong di arah yang berbeda. Mereka terutama disimpulkan sebagai lima jenis mesin CNC 5-sumbu berikut.
1. Tipe Kepala Spindel Dua Pivot
Dalam tipe ini, dua koordinat rotasi mengontrol arah sumbu alat secara langsung.
2. Tipe Kepala Swing Pitching
Dua sumbu koordinat di bagian atas alat, tetapi sumbu rotasi tidak tegak lurus dengan sumbu linier.
3. Tipe Meja Rotary Ganda
Mengenai tipe pemesinan 5-sumbu ini, dua koordinat rotasi secara langsung mengontrol rotasi ruang.
4. Tipe Meja Kerja Pitching
Dua sumbu koordinat di meja kerja, tetapi sumbu rotasi tidak tegak lurus dengan sumbu linier.
5. Tipe Meja Rotary + Kepala Spindel Pivoting
Dalam tipe ini, dua koordinat rotasi bertindak di tempat yang berbeda. Satu bertindak pada alat dan satu bertindak pada benda kerja.
Pemesinan CNC 5-Sumbu VS 3+2 Pemesinan VS 4+1 Pemesinan
Pemesinan 5-Sumbu = Pemesinan 5-Sisi?
Banyak orang masih tidak dapat membedakan antara pemesinan CNC 5-sumbu dan pemesinan 5-sisi meskipun mereka telah menjelajahi industri pemrosesan CNC selama bertahun-tahun. Mereka bahkan sering membingungkannya atau berpikir pemesinan CNC 5-sumbu merujuk pada pemesinan 5-sisi. Faktanya, mereka berbeda satu sama lain. Dalam bagian ini, kami akan menjelaskan perbedaan mereka secara rinci.
Pemesinan CNC 3+2 Sumbu
Pemesinan CNC 3+2 berarti tiga sumbu dari pusat pemesinan, ditambah satu rotary dan satu tilt. Pemesinan CNC 3+2 juga dikenal sebagai pemesinan lima sisi. Ini berarti Anda dapat memesin lima sisi bagian dalam satu setup.
Dalam versi proses pemesinan CNC ini, tiga sumbu digunakan secara bersamaan sementara dua sumbu lainnya digunakan untuk mengoreposisi benda kerja yang tertakluk pada manufaktur. Misalnya, jika kita mengontrol sumbu X, Y dan C pada saat yang sama maka sumbu Z dan A akan digunakan untuk tujuan pemosisian.
Pemesinan CNC 4+1 Sumbu
Pemesinan CNC 4+1 berarti ia menggunakan struktur mesin 5-sumbu tetapi memegang salah satu sumbu rotary atau tilt tetap. Pemesinan 4+1 lebih mampu daripada pemesinan CNC 3+2. Namun, itu masih bukan pemesinan CNC 5-sumbu penuh sebenarnya.
Dalam proses pemesinan ini, jelas bahwa empat sumbu akan digunakan pada saat yang sama sementara hanya satu sumbu tetap diam yang akan digunakan untuk fungsi pemosisian. Misalnya, kita dapat bersama-sama sepanjang sumbu X, Y, B dan C sementara sumbu Z akan digunakan untuk mengatur posisi material.
Pemesinan CNC 5-Sumbu Penuh
Mengenai pemesinan 5-sumbu penuh, ini merujuk pada semua lima sumbu mesin bergerak secara bersamaan (3 sumbu linier, satu rotary dan satu tilt axis). Itu mampu menghasilkan bagian yang sangat kompleks. Itu adalah pemesinan linkage 5-sumbu.
Dalam kasus ini, semua sumbu lima bekerja pada saat yang sama untuk mencapai hasil high-end. Sumbu konvensional tiga seperti X, Y dan Z sumbu digunakan untuk gerakan translasi sementara dua sumbu lainnya biasanya disebut sebagai sumbu B dan C digunakan untuk tilt atau rotasi lengkap dari alat atau benda kerja tergantung pada fitur mesin CNC.
Pemesinan CNC 5-sumbu adalah metode yang cocok untuk pemesinan permukaan hook, pemesinan bentuk tidak biasa, pemesinan hollow, lubang miring, dll. Sementara pemesinan 5-sisi mirip tetapi lebih mampu daripada pemesinan 3-sumbu. Itu hanya dapat memproses lima sisi tetapi akan gagal mencapai beberapa pemesinan khusus dalam satu setup tunggal.
Prosedur pemrograman mesin CNC 5-sumbu cukup mirip dengan mesin CNC 3-sumbu tradisional di mana pertama pengguna membuat model CAD dari produk yang diinginkan. Lalu perangkat lunak menghasilkan G-code untuk model bagian sesuai. Namun, mesin CNC 5-sumbu melibatkan nilai sudut besides nilai sumbu yang membuat G-code sedikit lebih kompleks. Sudut-sudut didefinisikan bergantung pada konfigurasi meja dan kepala mesin CNC 5-sumbu.
Alat yang digunakan dalam mesin 5-sumbu juga ditingkatkan dari segi geometri dan bentuk. Bentuk dan geometri alat pemotong yang lebih cepat memberikan hasil yang lebih baik dalam bentuk toleransi dan fits dari produk akhir. Namun, jenis material masih sama dengan metode konvensional yang tergantung pada kekuatan material pemotong.
Bonus:
- Pemesinan 5-sumbu atau pemesinan lima-sumbu terkadang disingkat dengan hanya mengatakan pemesinan CNC 5X.
- Dalam produksi order aktual, 90% pekerjaan yang dilakukan oleh mesin 5-sumbu sebenarnya hanya 5-sisi (hanya pemosisian). Apakah Anda tahu mengapa? Karena struktur dan persyaratan aktual bagian, fungsi five axis linkage belum dimanfaatkan sepenuhnya. Itulah sebabnya orang membingungkan pemesinan CNC 5-sumbu dan pemesinan 5-sisi.
Harga Mesin CNC 5-Sumbu
Harga mesin CNC 5-sumbu umumnya sangat tinggi dan bervariasi tergantung pada fitur dan jenis mesin CNC. Biaya berkisar dari $10.000 hingga $500.000 tergantung pada berbagai faktor. Namun, industri kecil dengan kapasitas manufaktur rendah dapat memperoleh layanan dari teknologi inovatif ini dengan tarif per jam. Perusahaan yang memproduksi mesin CNC 5-sumbu umumnya menyediakan solusi kustom tersebut mengenai pemesinan CNC 5-sumbu
Jenis Konfigurasi untuk Pusat Pemesinan CNC 5-Sumbu
Table-table, head-table, dan head-head adalah contoh kombinasi mesin CNC 5-sumbu umum.
Konfigurasi pertama adalah konfigurasi table-table, juga dikenal sebagai mesin trunnion table. Kedua sumbu rotary terkandung dalam trunnion table dan kepala selalu diam, memutar benda pada meja. Setup ini didasarkan pada mesin CNC 3-sumbu standar, dengan dua sumbu rotary digunakan untuk memosisikan benda kerja dalam orientasi yang diinginkan. Mesin CNC trunnion memberikan kemampuan undercut yang lebih baik, volume kerja yang lebih besar, dan kecepatan serta daya tahan yang lebih baik. Mesin swivel atau articulating head, yang tersedia dalam konfigurasi head-head atau head table, adalah konfigurasi mesin 5-sumbu kedua.
Berbeda dengan gaya trunnion, mesin head-head, di mana kepala melakukan semua rotasi, meja statis. Mesin head-table, di sisi lain, terdiri dari kepala yang miring dan meja yang berputar, yang memungkinkan penggunaan alat yang lebih pendek atau standar. Mesin swivel head dapat memindahkan kepala alat di sekitar blok untuk memasuki ruang kecil. Swiveling spindle mengatur sumbu rotary sehingga material yang lebih berat dapat diproses dan dibentuk dalam mesin CNC 5-sumbu dengan mudah.
Mengapa Memilih Pemesinan CNC 5-Sumbu?
Manfaat mesin CNC 5-sumbu luas. Mesin-mesin ini digunakan dalam berbagai kelompok manufaktur seperti instrumen medis yang memerlukan bentuk yang sangat halus dan kompleks, peralatan penerbangan yang memerlukan finishing permukaan high-end dan ujung yang halus, sektor lain yang memerlukan toleransi ketat dan memproduksi produk dalam jumlah besar.
Salah satu kebutuhan dasar dari proses pemesinan 5-sumbu adalah ketangkasan untuk melakukan proses pengurangan dan mendapatkan geometri kompleks yang cukup sulit untuk diperoleh dengan pemesinan CNC 3-sumbu konvensional. Misalnya, saat kita memerlukan operasi pemotongan, bor dan tap sekaligus pada berbagai sisi sebuah potongan material di sudut yang berbeda maka mesin CNC sederhana memerlukan banyak upaya untuk melakukannya. Pengguna harus mengubah posisi pekerja untuk membuat sudut selama proses pemotongan jika ia melanjutkan proses pemesinan CNC sederhana. Ini akan memakan banyak waktu dan upaya untuk melakukannya. Inilah tempat mesin CNC 5-sumbu menyelesaikan pekerjaan secara efisien.
Mesin CNC 5-sumbu dapat menciptakan bentuk dan sudut seperti itu dalam satu kali jalan sehingga mengurangi waktu dan upaya dengan akurasi dan kualitas finishing permukaan yang meningkat. Ketika berbagai bentuk dan geometri tercapai, dan lead time berkurang itu meningkatkan volume produksi dengan campuran produksi yang merata. Industri seperti penerbangan, otomotif, medis dan sejenisnya yang memerlukan produk mereka sangat presisi dan profil yang akurat, pemesinan 5-sumbu sangat cocok. Seiring berkurangnya keterlibatan manusia dalam proses pemesinan maka toleransi dan standar yang tinggi dicapai dengan mesin CNC 5-sumbu. Siapa pun dengan mesin yang tepat dengan pengetahuan CAD (computer-aided design) yang baik dan pemilihan material dapat menggunakan mesin CNC 5-sumbu untuk menciptakan produk mereka selain dari perusahaan manufaktur.
Keuntungan Pemesinan CNC 5-Sumbu
Ketika kita sampai sejauh ini, kami dapat menyimpulkan keuntungan mesin CNC 5-sumbu sebagai berikut:
- Mengurangi lead time dan meningkatkan kecepatan produksi
- Meningkatkan akurasi dan kualitas proses pemesinan
- Ketangkasan untuk mendapatkan geometri dan bentuk kompleks
- Memperluas kapasitas produksi
- Mengganti berbagai peralatan pemesinan dengan satu mesin CNC 5-sumbu
- Mengurangi potensi kesalahan di setiap tahap proses pemesinan
- Umur pemotongan lebih lama karena pemilihan alat otomatis dan kecepatan alat pemotong yang dioptimalkan.
- Finishing permukaan high-end karena getaran lebih sedikit dalam mesin CNC 5-sumbu
Pemrograman Mesin CNC 5-Sumbu
Prosedur membuat G-code untuk mesin CNC dimulai dari model CAD yang dirancang dalam perangkat lunak pemodelan apa pun. Lalu model CAD biasanya diubah menjadi algoritma yaitu G-code yang berisi semua informasi yang diperlukan seperti kecepatan poros, feed, dan gerak sumbu alat pemotong. Algoritma yang digunakan untuk mengontrol alat pemotong kecepatan tinggi dari mesin CNC 5-sumbu tidak terlalu berbeda dari G-Code pemesinan 3-sumbu konvensional. Namun, gerakan alat pemotong di sudut yang berbeda atau memiringkan posisi meja memerlukan informasi tentang sudut kemajuan dan jalur curvatur.
Saat pemrograman pada 5-sumbu, kita memiliki dua kemungkinan untuk mengontrol gerakan rotasi dan posisi. Kita dapat menggunakan sudut rotary atau tool vectors untuk mengeluarkan data. Tool vectors pada dasarnya adalah perintah yang digunakan di akhir sumbu X, Y dan Z yang memberikan informasi ke alat untuk berputar atau miring pada sudut tertentu. Aplikasi ini unik untuk setiap setup mesin yang berbeda karena penggunaan IJK tool vectors. Mesin diizinkan untuk menggunakan sumbu apa pun yang tersedia untuk memosisikan alat ke posisi yang diperintahkan dan sudut miring karena ia tidak memerintah pemanggilan sumbu tertentu (A, B, atau C). Fleksibilitas ini memungkinkan bagian yang sama diprogram dapat dibagikan di seluruh banyak mesin di bengkel terlepas dari konfigurasi mesin.
Ada berbagai paket perangkat lunak pemrograman CNC yang dapat digunakan untuk membuat G-code yang digunakan dalam mesin CNC 5-sumbu. Perangkat lunak seperti Autodesk, Mastercam, Siemens NX, PowerMill dan Edgecam adalah perangkat lunak yang paling banyak digunakan untuk memrogram mesin 5-sumbu.
Langkah-langkah yang Dipertimbangkan saat Melakukan Proses Pemesinan CNC 5-Sumbu
- Pastikan tingkat pemrosesan mesin CNC cukup untuk mengontrol jalur alat pemotong yang diperintahkan oleh G-code yang diunggah dalam mesin CNC.
- Untuk operasi CNC yang sepenuhnya fungsional juga pastikan fungsi look ahead yang memungkinkan mesin NC untuk menghitung lebih cepat.
- Pilih sistem pegangan alat terbaik untuk proses pemesinan CNC yang memastikan gerakan alat bebas getiran saat membuat profil pada material.
- Kontrol feed rate selama kondisi untuk mempertahankan daya tahan alat pemotong. Mengontrol kecepatan alat pemotong pada berbagai material adalah kunci dasar untuk meningkatkan umur alat pemotong.
- Faktor yang sangat penting lainnya untuk diperhatikan adalah kontrol suhu poros dengan menggunakan pendingin yang tepat. Oleh karena itu berbagai pelumas atau sistem air jet digunakan untuk menjaga suhu ujung alat pemotong tetap rendah dan membersihkan sisa dari posisi alat pemotong.
- Lalu, sebelum memasukkan benda kerja Anda langsung ke dalam pemesinan CNC 5-sumbu lebih baik untuk melakukan simulasi jalur alat yang dapat memastikan proses yang benar dilakukan dengan hasil yang benar.
Alat Pemotong untuk Proses Pemesinan CNC
Material alat pemotong yang digunakan untuk memotong atau membentuk benda kerja dalam mesin CNC 5-sumbu tidak berbeda dari mesin CNC 3-sumbu. Namun, stasiun pegangan alat cukup berbeda dan kemampuan penggantian alat dalam CNC 5-sumbu sangat ditingkatkan. Mereka juga mencakup pergantian benda kerja otomatis atau automatic pallet changer yang mengurangi interaksi manusia dengan alat pemotong dan material selama proses manufaktur. Fleksibilitas ini juga memungkinkan produksi High Mix atau Low Volume yang meningkatkan efisiensi perusahaan manufaktur apa pun. Dalam pemesinan CNC 5-sumbu ada 60 hingga 120 stasiun alat dalam magazin alat otomatis. Jumlah stasiun alat yang lebih besar menyediakan penyesuaian untuk bekerja pada desain yang cukup kompleks.
Pemilihan material alat pemotong tergantung pada berbagai faktor seperti material alat harus 40 hingga 60 persen lebih kuat dari material tempat ia bekerja. Sebagian besar, ia harus memiliki konduktivitas termal yang tinggi dengan koefisien gesekan rendah. Juga, pembuatan material alat pemotong harus mudah sehingga mereka dapat dengan mudah diakses. Beberapa material pemotong yang digunakan dalam pemesinan CNC adalah sebagai berikut:
Carbon Steel
Material ini adalah material pemotong paling populer yang digunakan dalam pemesinan CNC karena ketersediaannya dan biaya rendah. Ini mengandung sedikit manganese dan silicon dengan kandungan karbon 0,6 hingga 1,5%.
High-Speed Steel
Material ini adalah material yang paling banyak digunakan kedua dalam pemesinan CNC karena daya tahannya dan resistensi aus yang tinggi. Ini mengandung tungsten, chromium, molybdenum dengan jumlah carbon steel yang wajar.
Cemented Carbides
Material ini digunakan untuk operasi pemotongan kecepatan sangat tinggi karena material ini memiliki resistensi panas tinggi dan dapat menahan suhu seperti 1000 derajat celcius. Komposisinya terutama melibatkan tungsten, titanium dan tantalum.
Ceramics
Material ini kimiawi iners dan tidak korosi sehingga bisa bertahan lebih lama dibandingkan alat pemotong logam di lingkungan korosif. Alat ini bahkan sepuluh kali lebih cepat dari HSS. Materialnya terutama terdiri dari silicon nitride dan aluminum oxide.
Material alat pemotong lainnya termasuk ujung diamond, carbon boron nitrides atau cermet.
Geometri Alat Pemotong
Alat pemotong 5-sumbu sedikit berbeda dari konvensional karena mereka tertakluk pada pemotongan sudut jadi mereka harus lebih fleksibel dengan bentuknya untuk melakukan pekerjaan.
End Mills: Ini adalah alat pemutaran yang dapat digunakan untuk menghapus material, terutama dalam mesin CNC 5-sumbu. End mill seperti bor digunakan untuk operasi pemesinan multipurpose lebih banyak. End mills adalah alat pemotong lateral yang memotong ke arah mana pun, sebaliknya dengan bor, yang dapat memotong secara aksial ke material. Kategori berbeda end mills adalah:
Ball Nose End Mills: Tipe end mill ini memiliki aksi kontur 3-D ideal yang menghasilkan profil lengkung tingkat atas. Memiringkan sumbu alat memungkinkan flutes untuk meraih material, menariknya dari bagian daripada mendorongnya, menyebabkan ia membangun pada dirinya sendiri, pemotong, dan permukaan bagian.
V-Bits: Ini juga merupakan jenis End mills dan umumnya tersedia dalam dua varian yaitu 90o atau 60o yang sepenuhnya tergantung pada depresi yang diperlukan pada material yang sedang diproduksi.
Multi-flute End Mills: Ketika ada lebih banyak tepi dalam permainan dengan lebih banyak flutes pada alat pemotong, proses pemesinan dapat mempertahankan kecepatan dan feed yang lebih tinggi. Terlebih lagi, flutes ekstra meningkatkan permukaan pemotongan alat, menghasilkan umur alat yang lebih lama. Manfaat ini bertambah pada tingkat pengeluran logam yang jauh lebih tinggi, finishing permukaan yang lebih baik, dan kontrol biaya keseluruhan.
Twisting Drills: Alat pemotong ini memiliki dua flutes dengan dua sisi untuk menghapus material dari pekerja. Ini adalah tipe alat pemotong paling umum yang digunakan dalam NC pemesinan. Ini memiliki tiga bagian utama seperti alat pemotong lainnya, shank, body dan cutting edge.
Harga Mesin CNC 5-Sumbu
Biaya pembelian mesin CNC 5 sumbu bervariasi banyak. Bisa bervariasi dari seribu ribu dolar hingga lima ratus ribu dolar. Harga tergantung pada ukuran, fitur dan jenis mesin CNC. Beberapa faktor penting untuk variasi harga mesin CNC 5-sumbu adalah:
- Jenis material benda kerja yaitu apakah itu steel, aluminum, titanium atau lainnya
- Desain mesin CNC seperti tipe trunnion atau swivel
- Kategori sumbu seperti 3+2, 4+1 atau full 5-axis CNC machine
- Ukuran mesin dan fitur lain seperti kapasitas pegangan alat dan daya spindle
Beberapa perbandingan sederhana untuk berbagai tipe mesin CNC 5-sumbu adalah sebagai berikut:
- Mesin milling CNC 5-sumbu 3+2 dapat berkisar antara $35.000 – 200.000
- Mesin milling CNC 5 sumbu tipe trunnion berkisar sekitar $200.000 – 500.000
- Mesin milling CNC 5 sumbu tipe swivel head berkisar hampir $150.000 – 500.000
- Harga mesin milling CNC 5-sumbu mini bervariasi dari $3000 – 10.000
- Mesin milling CNC 3+2 5-sumbu kecil dapat dibeli dalam rentang $25.000 – 40.000
Umumnya, harga mesin CNC 5-sumbu cukup tinggi tetapi siapa saja yang memerlukan layanan mesin CNC 5-sumbu juga dapat mendapatkan manufaktur CNC kustom dengan tarif per jam.
Layanan Pemesinan CNC 5-Sumbu Desain Kustom
Kebutuhan akan pemesinan CNC 5-sumbu telah tumbuh di seluruh dunia karena finishing yang halus, toleransi yang akurat dan tidak memakan waktu. Namun, untuk manufaktur volume rendah, mesin CNC bisa sangat mahal untuk dibeli dan tidak mendapatkan manfaat maksimal dari mesin CNC ketika tidak ada cukup pekerjaan, atau Anda tidak membutuhkannya untuk waktu yang lama. Jadi, perusahaan atau produsen besar juga menyediakan layanan pemesinan CNC. Layanan ini dikenakan biaya per jam. Harga untuk penggunaan per jam mesin 5-sumbu mungkin bervariasi lagi pada tipe mesin CNC. Namun, pelanggan mendapatkan solusi kustom dan manufaktur bagian pribadi dengan memperoleh layanan ini. Harga layanan pemesinan CNC 5-sumbu bisa dari $50 hingga $200 yang dapat nego dan langsung ditangani oleh perusahaan penyedia layanan.
Kesimpulan
Pemesinan CNC 5-sumbu sebenarnya berbeda dari pemesinan CNC 5-sisi. Ada 5 tipe mesin CNC 5-sumbu. Dari sudut pandang profesional, pemesinan multi-sumbu seperti pemesinan 3+2 dan 4+1 adalah FULL 5-axis pemesinan yang cukup. Apa yang mereka lakukan adalah pemesinan 5-sisi. Tapi pemrosesan CNC 4+1 lebih mampu daripada pemrosesan 3+2.