Como máquinas CNC de 4 e 5 eixos podem produzir peças complexas

A usinagem CNC mudou o mundo da manufatura. Enquanto as fresadoras – dispositivos que usam cortadores rotativos para cortar o material de uma “peça” sem forma – existem desde o século XIX, o surgimento da tecnologia CNC (controle numérico computadorizado) em meados do século XX tornou a usinagem muito mais rápida e mais eficiente. exato.

As máquinas CNC de hoje, que usam computadores para controlar o movimento do cortador e/ou mesa, são equipamentos altamente avançados que permitem aos fabricantes criar peças complexas com tolerâncias extremamente baixas.

No entanto, com todas as diferentes opções de usinagem CNC disponíveis, pode ser difícil saber por onde começar. Diferentes peças requerem diferentes processos de usinagem, dependendo de sua forma, tamanho, quantidade e finalidade final, portanto, escolher o processo CNC correto raramente é uma tarefa simples.

Uma das maiores dúvidas das empresas que utilizam máquinas CNC diz respeito ao número de eixos oferecidos pela máquina. Máquinas de 3 eixos, 4 eixos e 5 eixos são frequentemente usadas, mas qual é a diferença prática entre elas? E mais importante, qual você deve usar para sua parte?

Quais são os “eixos” da máquina CNC?

Entender os múltiplos “eixos” de usinagem pode ser confuso – e por boas razões.

O conceito é confuso porque, intuitivamente, parece que três eixos poderiam abranger todas as formas possíveis. Por ter um cortador que pode se mover ao longo dos eixos X, Y e Z (lado a lado, para frente e para trás, para cima e para baixo), uma máquina deve ser capaz de cortar uma peça de trabalho em qualquer ponto de sua superfície. Ao reorientar manualmente a peça de trabalho na mesa em determinados intervalos (criando um novo “set-up”), o operador da máquina também pode permitir que a ferramenta de corte acesse qualquer lado da peça de trabalho.

Mas enquanto muitas máquinas CNC usam apenas três eixos, e enquanto o tipo de usinagem CNC de três eixos descrito acima pode ser suficiente para muitos projetos, existem outros eixos a serem explorados também.

Esses eixos extras são o resultado da rotação ao redor um ou dois dos eixos X, Y e Z, levando em consideração não apenas a posição, mas também a orientação. Em termos práticos, esses eixos podem ser explorados girando a ferramenta de corte ou inclinando a mesa que segura a peça.

Por que as máquinas CNC de 4 e 5 eixos são úteis?

Ter uma máquina CNC com esses eixos extras apresenta muitas vantagens. Como podem cortar a peça de trabalho de diferentes ângulos, as máquinas de 4 e 5 eixos podem concluir uma peça em um prazo menor, com menos necessidade de várias configurações. Isso tem o benefício imediato de eliminar o alinhamento incorreto — um risco toda vez que a peça de trabalho precisa ser reorientada manualmente para uma nova configuração.

Outro benefício relacionado à usinagem multieixo é como ela elimina a necessidade de acessórios complexos, geralmente necessários para manter as peças no lugar em máquinas de 3 eixos.

Do ponto de vista do cliente, no entanto, a maior vantagem da usinagem CNC de 4 e 5 eixos é como ela pode produzir formas extremamente complexas com um padrão muito alto. Com os eixos extras, a máquina pode se mover em novos arcos e ângulos com maior alcance e flexibilidade. Em última análise, isso resulta na capacidade de criar uma ampla gama de geometrias incomuns.

Além disso, por ter uma máquina que pode orientar sua fresa em qualquer ângulo, o trabalho pode ser programado para cortar a peça da maneira mais eficiente - chegando em um ângulo que fornecerá velocidade de corte e remoção de cavacos ideais, resultando em uma maior qualidade de a parte acabada.

O arranjo também é ideal para produzir superfícies com contornos. Com uma máquina de 3 eixos, uma borda curva requer vários pequenos cortes que podem levar muito tempo para serem realizados e que raramente deixam o acabamento perfeito. Mas com uma máquina multieixo, a rotação gradual – ajuste do quarto ou quinto eixo – pode produzir contornos quase perfeitos com um acabamento suave.

Usinagem de 5 eixos ou 3+2?:Um pequeno guia para encontrar o ajuste certo

Quando se trata de ferramentas de corte, uma das principais considerações que você deve fazer é escolher quantos eixos são apropriados para o seu fluxo de trabalho. Você pode se contentar com um sistema de 3 eixos para trabalhos relativamente simples, mas para peças mais complexas você pode precisar de uma atualização. É aí que entram as máquinas de 5 eixos e 3+2 eixos.

Embora a usinagem de 5 eixos seja uma das favoritas perenes, 3+2 também tem seu próprio lugar e oferece algumas vantagens distintas. 3+2 ou 5 eixos indexados (ou qualquer um de seus vários títulos alternativos) é uma forma de usinagem que encontrou popularidade entre as oficinas de moldes e empresas com requisitos de impressão menos complexos.

Então vamos dar uma olhada mais de perto:

Diferenças do fluxo de trabalho

As principais diferenças entre as duas tecnologias se resumem à angulação e à usinagem contínua versus indexada. Isso significa que a usinagem 3+2 ou a usinagem “indexada” de 5 eixos não mantém contato contínuo da ferramenta de corte e da peça de trabalho em todos os eixos de rotação. Ao contrário deste modo de usinagem, a usinagem de 5 eixos simultânea ou verdadeira utiliza os três eixos lineares da máquina-ferramenta (X, Y e Z) e dois eixos de rotação (A e B) ao mesmo tempo, resultando em uma usinagem de superfície de contorno mais complexa.

Em termos de código, a usinagem 3+2 geralmente também usa códigos G menos complexos. Muitos fornecedores de software de usinagem de 5 eixos incluem provisões para usinagem 3+2. No entanto, a usinagem 3 + 2 simplifica os movimentos da ferramenta porque efetivamente é uma máquina de três eixos sem as “torções e voltas” do cabeçote do fuso para manobrar a ferramenta de corte.

O que os usuários podem querer ter em mente é que eles devem avaliar os recursos de prevenção de colisões e simulação de programa do software CAM. Ainda assim, uma das razões pelas quais o 3+2 conseguiu se tornar tão popular são os extensos utilitários de programação disponíveis que surgiram, então não deve ser um grande obstáculo.

Semelhanças

Em termos de vantagens comuns, ambos trazem estabilidade dimensional devido a menos set-ups e melhor acabamento superficial usando ferramentas mais curtas. O processo 3+2 usa o mesmo controle de 3 eixos para o processo de fresagem, mas a mesa de usinagem pode reorientar e girar em duas direções adicionais. Como resultado, o objeto usinado pode ser processado por todos os lados, diminuindo a necessidade de ajustes e reduzindo o custo total. Os tempos de ciclo mais baixos também reduzem os custos durante a operação para ambas as tecnologias.

Como qualquer um pode adivinhar, o processamento de peças de todos os cinco lados usando uma única configuração requer menos preparação e se beneficia de prazos de entrega muito mais curtos enquanto opera com melhor precisão e elimina a necessidade de deslocar seus objetos de um equipamento para outro.

Aplicativos particulares

A usinagem de 5 eixos pode fornecer produtos finais mais complexos em geral, mas existem certas maneiras pelas quais o eixo 3+2 se destaca. A usinagem de 3+2 eixos é ótima para peças sem exigir controles de contorno extremos, como gabaritos, acessórios, caixas e outros componentes. Se você precisar fabricar um projeto com recursos extremamente finos, a verdadeira usinagem de 5 eixos pode ser a melhor para você.

A usinagem de 5 eixos é particularmente útil para peças automotivas, aeroespaciais ou médicas devido à melhor qualidade e acabamento que proporciona. Simplificando, tolerâncias mais apertadas e geometrias mais complexas são mais apropriadas para usinagem de 5 eixos. No entanto, este não é o fim da discussão. Como mencionado anteriormente, existem alguns benefícios distintos na usinagem de 3+2 eixos que podem torná-la mais desejável.

Por um lado, é mais barato do que a usinagem de 5 eixos. As aplicações comuns para 3 + 2 operações incluem desbaste e outras técnicas agressivas de usinagem de alta velocidade. O comprimento mais curto da ferramenta também permite rebaixos em cavidades e paredes íngremes, uma capacidade adequada para fabricação de moldes e outras aplicações de peças de trabalho envolvendo curvas ou formas tubulares angulares. Em comparação com a usinagem convencional de 3 eixos, a usinagem 3+2 utiliza uma ferramenta de corte mais curta e rígida que pode ser inclinada em direção à superfície de trabalho para avanços e velocidades mais rápidos. . Ele também incorpora muitas das vantagens da usinagem de 5 eixos sem os preços mais altos, embora as máquinas de 5 eixos tenham percorrido um longo caminho em termos de preço nos últimos anos.

Em certos casos, ambas as tecnologias podem ser usadas em conjunto. Por exemplo, a usinagem 3 + 2 pode ser aplicada para operações de desbaste e seguida de usinagem simultânea de cinco eixos para operações de acabamento. Devido ao menor comprimento de ferramenta permitido por 3 + 2, ele se presta a técnicas de usinagem de alta velocidade mais agressivas como esta. Máquinas de 3+2 eixos também podem realizar usinagem em repouso em muitos casos.

Ao mesmo tempo, os sistemas e ajustes 3+2 não devem ser pensados ​​como substitutos para a usinagem simultânea de cinco eixos. Existem certas geometrias que exigem absolutamente sistemas de 5 eixos, como fresas de topo de ponta chata para produzir cantos vivos em cavidades. Como a usinagem 3+2 geralmente usa uma fresa de topo de ponta esférica semelhante às da usinagem de 3 eixos, essa configuração pode ser um downgrade. Vários outros modos de corte usando ferramentas de corte com geometrias cônicas, pirulito ou outras especiais podem exigir movimento completo de cinco eixos para obter resultados precisos.

Tanto a usinagem de 5 eixos quanto a de 3+2 eixos têm um lugar na fabricação. É apenas uma questão de escolher o que é mais adequado ao seu próprio fluxo de trabalho, nível de investimento e produto final.

Qual ​​é o processo certo para mim?

Como as máquinas de 4 e 5 eixos podem produzir peças altamente complexas, elas geralmente são preferidas por clientes em setores de alto orçamento e alto risco, como o setor aeroespacial. No entanto, uma configuração de vários eixos não é necessária para todos os trabalhos.

Se o custo é a prioridade número um, a usinagem de 3 eixos é provavelmente a melhor opção. Máquinas de 3 eixos são mais baratas de comprar e requerem menos habilidade para operar, então a usinagem de uma peça em 3 eixos tende a ser mais barata do que um dos processos mais avançados. E mesmo que o custo não seja uma preocupação, às vezes é melhor deixar formas extremamente simples para máquinas de 3 eixos também.

Quando nenhum desses critérios se aplica, a decisão se torna mais complicada. E é por isso que muitas vezes é melhor consultar um especialista em usinagem CNC para obter conselhos sobre que tipo de máquina é adequada para um determinado trabalho.

A especialista em prototipagem 3ERP é uma das principais empresas de usinagem CNC e uma de um número selecionado que pode oferecer usinagem de 4 eixos e 5 eixos, além da variedade mais comum de 3 eixos. Nossos serviços de fresagem CNC HAAS são alguns dos melhores disponíveis, e os engenheiros da empresa têm muitos anos de experiência no campo. A 3ERP também oferece uma ampla gama de materiais, incluindo plásticos como ABS, Teflon e PEEK, e metais como Alumínio, Aço e Titânio.

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