Domine a Usinagem CNC de 5 Eixos: Guia Completo e Benefícios para a Indústria

Deseja saber mais sobre usinagem CNC de 5 eixos? Tem curiosidade em conhecer como uma máquina-ferramenta CNC de 5 eixos pode ajudar a impulsionar sua capacidade de fabricação?

Você precisa ler este guia essencial sobre máquinas CNC de 5 eixos para descobrir como elas funcionam, quais são suas vantagens, bem como os tipos de máquinas-ferramenta disponíveis.

Desenvolvidas para melhor atender às necessidades cada vez mais sofisticadas de indústrias avançadas como engenharia aeroespacial, médica, defesa, robótica e fabricação automotiva, as máquinas-ferramenta CNC multi-eixos revolucionaram a manufatura.

Um marco importante é o desenvolvimento de máquinas-ferramenta CNC de 5 eixos. Também conhecidas como Centros de Usinagem de 5 Eixos, a capacidade e flexibilidade de tais máquinas são muito superiores aos Centros de Usinagem de 3 Eixos padrão.

Para ajudá-lo a decidir se máquinas CNC de 5 eixos são relevantes para sua produção, este artigo abordará as seguintes perguntas comuns sobre esta tecnologia:

• O que é usinagem CNC de 5 eixos?
• Quando você precisa de uma máquina-ferramenta CNC de 5 eixos?
• Quais são as vantagens da usinagem CNC de 5 eixos?
• O que procurar em uma máquina-ferramenta CNC de 5 eixos?
• Tipos de máquinas-ferramenta CNC de 5 eixos disponíveis da Hwacheon

#1 O que é Usinagem CNC de 5 Eixos?

Técnicas de usinagem CNC de 5 eixos empregam um centro de usinagem com Controle Numérico Computadorizado (CNC) para posicionar ou sincronizar uma peça em 5 eixos diferentes para fácil alcance das ferramentas de corte. Isso permite que a peça seja usinada com três eixos primários – X, Y e Z – bem como dois eixos rotacionais adicionais (A e C ou B e C).

Veja o diagrama abaixo para entender como funciona.

Controlar o movimento de uma peça através de múltiplos eixos dá à ferramenta de corte a flexibilidade de ser multidirecional. Ela pode assim alcançar a maioria dos ângulos, até mesmo negativos, e fazer uso mais completo de ferramentas de corte padrão em uma gama mais ampla de formas e dimensões.

Versões 3+2 Eixos

Na versão 3+2 eixos, quaisquer 3 dos eixos podem ser controlados simultaneamente enquanto os 2 eixos restantes são usados para posicionar a peça.

Veja como funciona:

• Você pode usar X, Z e C juntos, enquanto os eixos Y e A são usados para posicionamento.
• Você pode usar Y, Z e A juntos, enquanto os eixos X e C são então usados para posicionamento.

Versões 4+1 Eixos

Para as versões 4+1 eixos, quaisquer 4 dos eixos podem ser controlados simultaneamente enquanto o 1 eixo restante é usado para posicionamento.

Veja como funciona:

• Você pode usar X, Z, A e C juntos, enquanto Y é usado para posicionamento.
• Você pode usar X, Y, Z e A juntos, enquanto C é usado para posicionamento.

Versões Completas de 5 Eixos

Finalmente, existem as versões completas de 5 eixos onde todos os 3 eixos (lineares) e 2 eixos (rotacionais) podem ser controlados simultaneamente.

Nesta versão, os eixos são configurados em 3 eixos lineares (normalmente chamados X, Y e Z), e dois eixos rotacionais (normalmente chamados A e C). O eixo A é o eixo de inclinação enquanto o eixo C é o eixo de rotação. Em tal configuração, geralmente haverá uma superfície de mesa onde a peça de trabalho é montada.

Eixo Rotacional

Para máquinas-ferramenta CNC de 5 eixos com mesa Trunnion, a mesa fornece à ferramenta dois eixos rotacionais:

• Eixo A – Inclinação (basculamento) da superfície da mesa em direção ao operador ou para longe do operador (ex: M2-5AX, M3-5AX, M4-5AX da Hwacheon. No D2-5AX, a superfície da mesa inclina para a esquerda ou direita do ponto de vista do operador).

Dependendo do modelo, uma ampla gama de ângulos de inclinação pode ser alcançada. De modo geral, máquinas com uma faixa de inclinação mais ampla de +/- 120° (como M3-5AX e M4-5AX) são excepcionais. Tais designs de mesa e faixas disponíveis podem inclinar a peça de trabalho para fornecer acesso a ângulos ainda mais complexos.

No caso de modelos como o D2-5AX, a mesa é montada longitudinalmente na visão do operador, e fornece uma faixa de inclinação de +30° para a direita e -110° ao inclinar para a esquerda.

• Eixo C – A superfície superior da mesa (onde a peça é montada) gira para a esquerda (horário) ou para a direita (anti-horário). A rotação pode ser de no máximo 360°, proporcionando um círculo completo sem a necessidade de voltar à posição zero novamente. Isso permite que a peça seja posicionada em qualquer posição rotacional necessária. Os 3 eixos lineares fornecem a possibilidade de posicionar movimento linear na posição necessária. O eixo de inclinação fornece os ângulos para a posição inclinada necessária.

Junto com os 3 eixos lineares (X, Y e Z) e os eixos rotacionais A e C das máquinas de 5 eixos, a peça a ser usinada pode ser manobrada e movida para os ângulos e posições mais ideais para corte.

#2 Quando Você Precisa de uma Máquina-Ferramenta CNC de 5 Eixos?

Dada sua maior flexibilidade e adaptabilidade, máquinas-ferramenta de 5 eixos são úteis para uma ampla gama de operações de usinagem em múltiplas indústrias para necessidades específicas de usinagem.

Aqui estão 7 das aplicações mais comuns.

1) Quando Operações de Corte, Furação ou Rosqueamento são Necessárias em Todas as 5 Faces com Ângulos Específicos

A usinagem de 5 eixos é mais prevalente nas indústrias aeroespacial, médica, automotiva, de peças gerais, moldes e matrizes, ou petróleo e gás, apenas para citar algumas. Essas peças tendem a ter formas incomuns, contornos e superfícies complexas, ou superfícies, localizações e posições com ângulos específicos. Incluem turbinas de aeronaves ou navios, impulsores, e peças como fusos de direção que requerem operações em todas as 5 faces e ângulos específicos adicionais.

2) Quando Você Precisa de Soluções de Engenharia Mais Flexíveis

Operações de usinagem simultânea de 5 eixos são comuns nas indústrias de moldes e matrizes, bem como na fabricação de peças aeroespaciais. Com a capacidade de posicionar ou mover a peça em vários eixos, máquinas-ferramenta de 5 eixos fornecem aos engenheiros de design maior liberdade para projetar até as formas e formatos mais difíceis. Portanto, as peças a serem trabalhadas podem ser mais complexas, resultando em melhores soluções de engenharia em praticamente todas as indústrias.

3) Quando Você Precisa de Produção de Alto Volume-Baixa Variedade

Peças fabricadas em volumes menores, mas repetitivos, estão aumentando. As indústrias hoje tendem a evitar grandes pedidos de volume, preferindo lotes menores que podem ser repetidos just-in-time se necessário. Os fabricantes devem ser altamente flexíveis para atender a rápidas trocas de sua produção. Ao fazer isso, os fabricantes podem evitar estoque desnecessário caro e ser mais flexíveis no preço.

4) Quando Você Recebe Pedidos para Peças de Formas Complexas

A usinagem de 5 eixos é ideal para empresas que requerem peças de trabalho altamente complexas e precisas como as indústrias aeroespacial, médica, automotiva, petróleo & gás, semicondutor e eletrônica. Fabricantes nestes setores precisam tanto do know-how certo quanto do equipamento certo para apoiá-los na produção de peças com precisão e desempenho constante duradouro.

Com a máquina certa, bom CAD/CAM, ferramentas e operador/programador treinado, tais fabricantes podem tornar sua produção lucrativa enquanto se destacam de empresas de manufatura padrão.

5) Quando Você Quer Reduzir Tempo de Entrega e Aumentar Eficiência

Com fixadores padrão e menos necessários para fabricar até as peças mais complexas, máquinas-ferramenta CNC de 5 eixos substituem a necessidade de mover sua peça para múltiplas máquinas-ferramenta com apenas uma máquina. A capacidade de fazer usinagem em configuração única oferece vantagens de negócios significativas, especialmente à medida que os tamanhos de lote encolhem enquanto as peças se tornam mais complexas.

6) Quando Você Quer Melhorar a Qualidade e Precisão da Sua Peça

Ao eliminar a necessidade de múltiplas configurações de várias máquinas-ferramenta, erros humanos e de máquina são reduzidos. Isso melhora a precisão da sua peça usinada quando você usa os recursos de usinagem de 5 faces e 5 eixos em uma única configuração. Tais máquinas também permitem o uso de ferramentas padrão. Isso pode se traduzir claramente em economia de custos, pois nenhuma ferramenta especial é necessária (ex: ferramentas muito longas ou ferramentas de forma).

7) Quando Você Quer Maior Flexibilidade, Velocidade de Produção e Precisão

Enquanto uma máquina-ferramenta configurada com 3+2 eixos é uma melhoria sobre máquinas padrão de 3 e 4 eixos, uma máquina projetada com 4+1 fornece flexibilidade ainda melhor – estima-se que máquinas 4+1 possam produzir 85% de todas as peças necessárias por qualquer indústria. Isso é uma benção para fabricantes de peças que têm que atender a todos os tipos de trabalho e não podem ser muito seletivos. Uma máquina de 3+2 eixos (geralmente um centro de usinagem padrão de 3 eixos com uma mesa opcional de 2 eixos adicionada) requer cada nova ferramenta na posição inicial, e são limitadas em tamanho de peça e complexidade de usinagem. Uma máquina simultânea completa de 5 eixos é necessária para formas muito complexas como rodas de turbina, seções de molde de pneus, peças de reposição humanas, etc. Estima-se que cubram a faixa restante de 15% de todas as peças necessárias, ou seja, pode cobrir 100% das necessidades de usinagem padrão a complexas.

#3 Quais são as Vantagens das Máquinas-Ferramenta CNC de 5 Eixos?

Com usinagem simultânea de 5 eixos, sua máquina-ferramenta CNC pode trabalhar em superfícies de contorno extremamente complexas que são desafiadoras ou até impossíveis de produzir com máquinas-ferramenta mais simples. Usinar ao redor dos 5 lados de uma peça em uma única configuração significa que você pode realizar operações em todos os 5 lados de uma peça em uma única configuração, economizando tempo de preparação, re-fixação e esforço.

Além disso, a usinagem de 5 eixos aumenta sua flexibilidade e precisão, pois você pode eliminar a necessidade de mover peças de trabalho entre múltiplas máquinas. Isso reduz ainda mais a necessidade de vários fixadores e configurações.

Aqui estão algumas das vantagens que você pode desfrutar com um centro de usinagem de 5 eixos.

1) Configuração de Máquina Minimizada

Com um processo de configuração única (também conhecido como "Done-in-One"), você pode reduzir significativamente o tempo de preparação e aumentar a eficiência tanto humana quanto da máquina. Isso também reduz erros humanos e de máquina que resultam de trabalhar em múltiplas configurações para cada estágio de usinagem. O equipamento de fixação mais simples usado para colocar a peça na posição necessária na máquina também economiza tempo, custo e reduz erros potenciais.

2) Capacidade de Gerenciar Designs Complexos

Com usinagem de 5 eixos, formas e designs complexos podem ser facilmente manejados. Isso pode incluir: peças de sistemas hidráulicos, carcaça de bomba d'água, carcaça de caixa de engrenagens, rodas dentadas, moldes de injeção, equipamentos de petróleo & gás, equipamentos médicos ou de transfusão de sangue e muitos outros.

3) Maior Precisão de Usinagem

Ao reduzir a quantidade de configurações manuais necessárias, a usinagem multi-eixos ajudará a melhorar a precisão geral da peça produzida.

4) Melhor Acabamento Superficial

Máquinas de 5 eixos construídas com maior qualidade mecânica, como os centros de usinagem Hwacheon M2-5AX, M3-5AX, M4-5AX e D2-5AX, fornecem a base para alcançar vibrações reduzidas, superfícies lisas de alta qualidade e precisão constante. Seu operador de máquina não precisa re-fixar a peça, pois ela permanece fixada durante todo o ciclo de usinagem. Isso melhora muito a qualidade dos acabamentos.

5) Remoção de Material Mais Rápida

Projetadas especificamente para remover até os materiais mais difíceis de forma rápida e eficiente, um centro de usinagem CNC de 4+1 ou 5 eixos completos reduzirá significativamente qualquer esforço manual. Isso leva a maior eficiência e estabilidade na usinagem.

6) Economia Significativa de Tempo

Está se tornando cada vez mais importante analisar custo de operação e mão de obra, dado o aumento dos custos de mão de obra, a falta de mão de obra treinada e a necessidade de aumentar a produtividade da fábrica. Graças à configuração tudo-em-um em tais máquinas-ferramenta, operadores não precisam re-fixar e mover as peças para outras máquinas para a próxima operação. Em vez disso, eles podem se concentrar em gerenciar máquinas adicionais, aumentando assim sua produtividade.

7) Expansão da Capacidade da Fábrica e Flexibilidade de Produção

Para fabricantes de peças e fabricantes por contrato, investir em um centro de usinagem de 5 eixos melhora a flexibilidade e agilidade de suas produções. Com suas múltiplas aplicações, tais máquinas-ferramenta permitem que você maximize suas máquinas para pedidos de fabricação tanto grandes quanto pequenos. Tais capacidades podem não estar presentes em máquinas padrão de menor custo que têm capacidades claramente limitadas.

Em resumo, a máquina-ferramenta CNC de 5 eixos pode melhorar significativamente tanto sua produtividade quanto lucratividade. Além disso, elas diferenciam sua capacidade de fabricação da dos seus concorrentes.

#4 O que Considerar em uma Ferramenta de Usinagem CNC de 5 Eixos?

Agora que você aprendeu sobre as vantagens de uma ferramenta de usinagem de 5 eixos, a próxima pergunta é: Como escolher a máquina-ferramenta CNC de 5 eixos certa?

Para ajudá-lo a fazer isso, fornecemos uma lista de verificação útil para você considerar.

1) Poder de Processamento CNC Adequado

Garanta que o poder de processamento do controle CNC seja alto o suficiente para computar, calcular e controlar o número de eixos usados ao mesmo tempo.

2) Função Look Ahead Compatível com o Tipo de Máquina

A função look ahead para uma máquina de 4+1 eixos deve ser de no mínimo 200 blocos. Para sequências de usinagem de 4 eixos mais complexas, 400 blocos seriam melhores. Para uma operação simultânea completa de 5 eixos, um controle CNC de cálculo mais rápido é necessário. Poderia ser o Fanuc 31i B5 com HAI 600 blocos padrão, ou função look ahead opcional de 1000 blocos, fornecendo velocidade de cálculo muito alta.

3) Potência e Rigidez Suficientes do Fuso da Máquina

Potência e rigidez suficientes do fuso da máquina são um fator importante e frequentemente negligenciado. No entanto, um fuso potente requer o suporte de um projeto mecânico ainda mais rígido. Para garantir corte suave e sem erros, o coração do centro de usinagem de 5 eixos – o fuso da máquina – precisa não apenas ser potente o suficiente para lidar com os esforços e cargas impostas a ele, mas ter reservas suficientes até o limite. Sujeito ao material a ser usinado, um fuso menos potente de 11-15Kw com torque máximo inferior a 100Nm pode limitar as capacidades da sua máquina. Tais máquinas podem ser mais baratas a curto prazo, mas não com uma visão de longo prazo.

(O novo centro de usinagem 4+1 ou 5 eixos D2-5AX da Hwacheon é especialmente projetado mecanicamente desde o início para lidar com um fuso de 37Kw e 310Nm de torque. Embora isso possa levar a um custo inicial de máquina mais alto, sua ampla gama de aplicações e economia a longo prazo provarão ser mais custo-efetivo. Todos os fusos Hwacheon são sistemas de acionamento direto sem correia, e são projetados e fabricados internamente.)

4) Sistema de Porta-Ferramentas Adequado

Verifique se os sistemas de porta-ferramentas usados são BBT ou HSK para eliminar vibração. Eles devem fornecer a melhor conexão entre o fuso e o porta-ferramentas a qualquer momento e sob qualquer condição de usinagem.

5) Capacidade de Adaptar Avanço de Corte e Condições

Dependendo das suas necessidades de usinagem, você pode desejar manter uma velocidade de avanço de corte constante ou variá-la para várias condições de corte. Neste contexto, você precisará de uma máquina que possa controlar melhor cada situação para otimizar o avanço de corte.

(Para fazer isso, a Hwacheon desenvolveu seus sistemas HECC (Controle de Contorno de Eficiência Hwacheon), HTLD (Detecção de Carga de Ferramenta Hwacheon) ou OPTIMA (Sistema de Otimização de Avanço de Corte Hwacheon). Este pacote de software de usinagem é entregue como padrão para cada centro de usinagem Hwacheon.)

6) Alto Grau de Tolerância e Durabilidade da Máquina

Para garantir que sua máquina-ferramenta forneça altos graus de tolerância e durabilidade, você deve considerar como ela é construída e projetada.

Geralmente existem dois estágios aqui:

• O projeto mecânico e a construção/construção mecânica da máquina
• O uso de sistemas eletrônicos para otimização e calibração. Cuidado com fabricantes de ferramentas de baixo custo que economizam nos aspectos mecânicos do projeto e usam sistemas eletrônicos para compensar suas fraquezas.

(A Hwacheon investe em projetos e métodos de construção mecânicos rígidos. Fundimos mais peças para garantir superioridade mecânica em nossas máquinas, assegurando que tenham maior longevidade e tolerância.)

7) Controle de Calor do Fuso e Gestão de Resfriamento

Como o coração de qualquer máquina CNC – particularmente para uma máquina-ferramenta CNC de 5 eixos – é importante gerenciar o controle de calor no fuso e na estrutura. Fazer isso não apenas ajuda a prolongar a longevidade deste mecanismo vital; também proporcionará melhor qualidade e precisão para suas peças. Para evitar superaquecimento do fuso, é crítico que a carcaça do fuso, bem como o nariz do fuso, sejam efetivamente resfriados. A prevenção de calor é necessária durante trabalho de usinagem intensivo, para reduzir e controlar o calor gerado pelo motor e pelos rolamentos durante velocidades mais altas e ciclos de usinagem mais longos.

Lembre-se de que um fuso embutido tem o motor operando dentro da carcaça do fuso. Assim, é essencial que a carcaça do fuso, incluindo o nariz do fuso, sejam efetivamente resfriados em segmentos. O sistema de resfriamento da Hwacheon é definido em segmentos – assim, o meio de resfriamento nunca se torna "quente". Isso garante uma temperatura controlada a qualquer momento. Em segundo lugar, e o mais importante, a Hwacheon usa um sistema de lubrificação e resfriamento de rolamentos por jato de óleo.

Isso não apenas impede que nossos rolamentos superaqueçam, mas garante que óleo fresco seja introduzido no sistema a qualquer momento. Contraste isso com o que alguns fabricantes usam: graxa ou fusos lubrificados a ar-óleo. Estes não fornecerão uma condição de temperatura segura para os rolamentos.

#5 Quais são os Tipos de Máquinas-Ferramenta CNC de 5 Eixos Disponíveis da Hwacheon

Como você pode ver, há muitos fatores a considerar na usinagem de 5 eixos. Das técnicas usadas aos tipos de ferramenta disponíveis, as escolhas podem ser desconcertantes para compradores de primeira viagem. De nossos quase 70 anos de experiência como pioneiros na fabricação de máquinas-ferramenta CNC na Coreia do Sul, focamos nossos pontos fortes no projeto, teste e refinamento das melhores máquinas-ferramenta CNC de 5 eixos do mercado.

VESTA-1000+ Centro de Usinagem Vertical – 3+1 Eixos ou 4+1 Eixos

Modular e flexível, o Centro de Usinagem Vertical VESTA-1000+ pode ser instalado com uma Mesa Rotativa NC para permitir operações controladas simultaneamente de 3+1 Eixos. Se uma mesa de 2 eixos for adicionada, o VESTA-1000+ permite produção de 4+1 Eixos.

Capaz de produzir peças complexas menores de forma eficaz (sujeito à mesa usada e outras opções), o VESTA-1000+ ajuda fábricas com seus trabalhos de usinagem 4+1. No entanto, não é um substituto para um centro de usinagem 4+1 projetado e construído, ou um centro de usinagem simultâneo de 5 eixos.

D2-5AX – Centro de Usinagem de 5 Eixos

Compactamente projetado, o D2-5AX é um centro de usinagem de 5 eixos de médio porte facilmente automatizado, ideal para produção "High Mix - Low Volume".

Principais vantagens do D2-5AX:

• Seu eixo B gira para a direita e esquerda (visto do operador na frente da máquina)
• Verdadeiro 0° é alcançado quando a superfície da mesa está posicionada horizontalmente.
• A mesa pode mover-se através de uma faixa de -30° (superfície da mesa aponta para a direita) a +110° (superfície da mesa aponta para a esquerda)
• Eixo C rotativo tem movimento circular completo de 360° ao redor.

M2-5AX / M3-5AX / M4-5AX – Centros de Usinagem de 5 Eixos

A série de centros de usinagem completos de 5 eixos da Hwacheon são feitos para produzir até as formas e designs mais complexos. Projetados para atender aos altos padrões de fabricação de moldes & matrizes ou para atender demandas por formas e contornos muito complexos e para produzir peças usadas nas indústrias aeroespacial ou naval.

Nosso modelo topo de linha M4-5AX é projetado para aplicações especiais – é construído para usinagem eficaz de materiais extremos como Inconel, titânio ou aço inoxidável resistente ao calor. Com um fuso embutido com até 55Kw de potência, fornece até 1009Nm de torque e 8.000rpm, com opção para fuso de 12.000rpm com 420Nm.

O eixo Z da máquina é projetado com guias de caixa sólidas para garantir que a potência do fuso seja mantida sob controle mesmo sob as condições de corte mais críticas. Projetado e construído pela Hwacheon, a mesa Trunnion de 2 eixos usa acionamentos de engrenagem de roletes de grandes dimensões para seus eixos A + C. Com peso total de até 28.500Kg, o M4-5AX é uma potência de usinagem que não é facilmente encontrada no mercado.

SIRIUS 2500-5AX – Centro de Usinagem de Coluna Dupla de 5 Eixos

Neste modelo, a peça usinada é fixada na mesa (eixo X) enquanto o cabeçote da máquina fornece Y e Z mais eixos A e B. Como um centro de usinagem de coluna dupla, o Hwacheon SIRIUS 2500-5AX é usado principalmente para peças ou moldes maiores. Para tais aplicações, uma máquina com mesa Trunnion se tornaria muito grande e cara para construir.

Se você deseja usinar peças maiores de certo tamanho e peso, é recomendado que você use um cabeçote de fresamento de 2 eixos.

Conclusão

Esperamos que este artigo abrangente sobre usinagem de 5 eixos e as máquinas-ferramenta disponíveis para tais trabalhos seja útil.

Uma máquina-ferramenta CNC de 5 eixos oferece às fábricas a oportunidade de assumir trabalhos que anteriormente eram incapazes de realizar. Para fabricantes que atualmente usam usinagem de 3 eixos, a progressão para uma máquina de 4+1 ou até mesmo de 5 eixos completos pode ser o próximo passo lógico em seu planejamento de produção e investimento.

Devido ao custo de tais máquinas, no entanto, é aconselhável que você compreenda totalmente quais processos melhor atendem às suas necessidades de produção específicas. Você também precisa escolher a máquina-ferramenta CNC certa para realizar totalmente a eficiência e lucratividade de sua produção.

Se você deseja saber mais sobre usinagem de 5 eixos, entre em contato conosco para uma discussão. Teremos prazer em aconselhá-lo sobre qual tecnologia melhor atende às suas necessidades e metas de produção.