Introduction to five-axis machining and its application in parts manufacturing

Abstract

Five-axis machining has traditionally been considered as a special manufacturing method which is not suitable for the average machine shop. However, during the last decade the prices of five-axis machines have dropped and they have been employed in many new applications.

The theory part of this thesis presents the different mechanical configurations of five-axis machining centres and their typical applications. The goal is to give the Finnish manufacturing industry a broad overview of the potential savings that can be achieved with five-axis machining. This thesis presents the most common machine configurations because selecting the right type of machine for the company's parts is critical. In this work five-axis machining is divided into two categories: simultaneous machining, where all the machine axis are controlled simultaneously, and indexing, where the part is first indexed to the right position with the rotary axis and then milled with the three linear axis. Both of these methods are presented in this work.

In addition this thesis evaluates the potential savings that can be achieved in the production process of Saloteam Oy, which is the client for this work. The evaluation showed that major reductions in setup times could be achieved. Also the possibility of adding a rotary table to one of the company's existing machine tools was evaluated with digital 3D-models. Finally a new fixture system based on zero-point pallets which allows machining of the work piece on five sides was designed and built in the course of this work. The experiences gained with the built system are also presented.

Viisiakselista työstöä on viime vuosiin asti pidetty pääasiassa erikoismenetelmänä, joka ei sovellu tyypillisen konepajan käyttöön. Viimeisen vuosikymmenen aikana viisiakselisten työstökoneiden hinnat ovat selvästi laskeneet ja niille on löydetty yhä useampia käyttökohteita.

Tämän työn teoriaosuudessa esitellään viisiakselisten työstökoneiden rakenneratkaisuja sekä tyypillisimpiä sovelluskohteita. Tavoitteena on antaa suomalaisille konepajateollisuuden yrityksille kattava katsaus nykyaikaisten työstökoneiden ominaisuuksista ja niillä saavutettavissa olevista säästöistä. Työstökoneiden tyypillisimmät rakenteet käydään läpi, sillä yrityksen tuotteiden kannalta oikeanlaisen rakenteen valinta on kriittistä.

Viisiakselinen työstö on tässä työssä jaettu kahteen kategoriaan: simultaanityöstöön, jossa kaikkia liikeakseleita ohjataan samanaikaisesta, sekä indeksoivaan työstöön, jossa kappale asemoidaan oikeaan asentoon ja sen jälkeen työstetään kolmiakselisilla radoilla. Molempien menetelmien edut ja käyttökohteet on esitelty työssä.

Lisäksi työssä on tehty selvitys viisiakselisella työstöllä saavutettavissa olevista säästöistä Saloteam Oy:ssä, joka on tämän työn toimeksiantaja. Selvityksen perusteella todettiin, että viisiakselisella työstöllä voidaan merkittävästi pienentää asetusaikoja ja näin nopeuttaa läpäisyaikoja. Lisäksi 3D-mallin avulla selvitettiin lisäpöydän asentamisen mahdollisuuksia yrityksen nykyiseen työstökoneeseen. Lopuksi työssä suunniteltiin ja rakennettiin nollapistekiinnitin, jonka avulla kappaletta voidaan työstää viideltä sivulta.