Dominando a Usinagem CNC de 5 Eixos: Guia Especializado para Fabricação de Precisão

Introdução à Usinagem CNC de 5 Eixos

Quando se fala em usinagem CNC multi-eixos ou usinagem múltipla, a usinagem CNC de 5 eixos é sempre mencionada nos métodos avançados de fabricação. A usinagem CNC de 5 eixos completa significa a capacidade de processamento de uma máquina de mover uma ferramenta ou uma peça de trabalho em cinco eixos diferentes simultaneamente. A usinagem CNC de 5 eixos é considerada uma versão mais evoluída e sofisticada do processo de usinagem CNC.

O que é Máquina CNC de 5 Eixos?

Como todos sabemos, a usinagem CNC de 5 eixos é alcançada por máquinas CNC de 5 eixos. Atualmente, máquinas CNC de 5 eixos são consideradas incrivelmente excelentes para criar formas complexas com melhor acabamento superficial. As pessoas podem aprender muito sobre usinagem CNC de 5 eixos quando entendem como máquinas CNC de 5 eixos funcionam em uma oficina de usinagem CNC.

No processo de usinagem de 5 eixos, existem dois eixos adicionais em comparação com os eixos X, Y e Z. Os dois eixos adicionais podem ser A e B, A e C, ou B e C. Eles estão envolvidos para completar o processo de usinagem de formas altamente complexas. Agora a pergunta é: como os outros dois eixos são implantados no processo de usinagem CNC de 5 eixos?

Os dois eixos extras são utilizados pelo movimento de uma mesa na qual o material do trabalho é fixado. Assim, a mesa pode girar de qualquer maneira até 360 graus em torno da ferramenta de corte, dando à máquina acessibilidade ao corte lateral. Enquanto isso, se considerarmos um movimento de eixo único, seja na posição A, B ou C, a rotação é limitada a 180 graus. No processo de usinagem de 5 eixos, ou há o giro do cabeçote da ferramenta contra o material de trabalho parado ou há a rotação ou movimento de uma mesa em um ângulo que dá à mesa uma posição de inclinação. Dependendo dos requisitos de características, a mesa pode inclinar em diferentes ângulos para alcançar formas complexas. De acordo com o tamanho e peso do objeto submetido à fabricação do produto necessário, a seleção do giro ou rotação da mesa é decidida. Se o trabalho for mais pesado, ele é submetido a giro; caso contrário, a usinagem de 5 eixos usa inclinação da mesa para realizar o processo de usinagem necessário. Existem também diferentes variedades de usinagem de 5 eixos devido aos tipos de máquinas CNC de 5 eixos.

Quais são os tipos de máquinas CNC de 5 eixos?

Para atender às diferentes necessidades do mercado, fabricantes de equipamentos CNC forneceram diferentes tipos de máquinas CNC de 5 eixos. Entre os tipos, há uma diferença básica na flexibilidade de rotação da mesa ou movimento da ferramenta de corte em diferentes direções. Eles são principalmente concluídos como os seguintes cinco tipos de máquinas CNC de 5 eixos.

1. Tipo Cabeçote de Fuso com Duplo Pivô

Neste tipo, duas coordenadas rotativas controlam diretamente a direção do eixo da ferramenta.

2. Tipo Cabeçote de Balanço de Passo

Os dois eixos de coordenadas estão no topo da ferramenta, mas o eixo de rotação não é perpendicular ao eixo linear.

3. Tipo Mesa Rotativa Dupla

Em relação a este tipo de usinagem de 5 eixos, duas coordenadas rotativas controlam diretamente a rotação do espaço.

4. Tipo Mesa de Trabalho de Passo

Os dois eixos de coordenadas estão na mesa de trabalho, mas o eixo de rotação não é perpendicular ao eixo linear.

5. Tipo Mesa Rotativa + Cabeçote de Fuso Pivotante

Neste tipo, as duas coordenadas rotativas atuam em lugares diferentes. Uma atua na ferramenta e outra atua na peça de trabalho.

Usinagem CNC de 5 Eixos VS Usinagem 3+2 VS Usinagem 4+1

Usinagem de 5 Eixos = Usinagem de 5 Lados?

Muitas pessoas ainda não conseguem distinguir entre usinagem CNC de 5 eixos e usinagem de 5 lados, embora tenham explorado a indústria de processamento CNC por muitos anos. Eles até frequentemente os confundem ou pensam que usinagem CNC de 5 eixos refere-se a usinagem de 5 lados. Na verdade, eles são diferentes um do outro. Nesta seção, explicaremos suas diferenças em detalhes.

Usinagem CNC de Eixos 3+2

Usinagem CNC 3+2 significa os três eixos de um centro de usinagem, mais um rotativo e um de inclinação. Usinagem CNC 3+2 também é conhecida como usinagem de cinco lados. Significa que você pode usinar cinco lados de uma peça em uma única configuração.

Nesta versão do processo de usinagem CNC, três eixos são usados simultaneamente enquanto os outros dois eixos são usados para reposicionar o trabalho submetido à fabricação. Por exemplo, se estivermos controlando os eixos X, Y e C ao mesmo tempo, então os eixos Z e A serão utilizados para fins de posicionamento.

Usinagem CNC de Eixos 4+1

Usinagem CNC 4+1 significa que usa uma estrutura de máquina de 5 eixos, mas mantém um dos eixos rotativos ou de inclinação fixo. Usinagem 4+1 é mais capaz que usinagem CNC 3+2. No entanto, ainda não é usinagem CNC de 5 eixos completa real.

Neste processo de usinagem, fica claro que quatro eixos serão empregados ao mesmo tempo enquanto apenas um eixo permanece parado e será implantado para a função de posicionamento. Por exemplo, podemos prosseguir com os eixos X, Y, B e C simultaneamente enquanto o eixo Z será usado para definir a posição do material.

Usinagem CNC de 5 Eixos Completa

Em relação à usinagem de 5 eixos completa, refere-se a que todos os cinco eixos da máquina estão se movendo simultaneamente (3 eixos lineares, um rotativo e um de inclinação). É capaz de produzir peças muito complexas. É usinagem de ligação de 5 eixos.

Neste caso, todos os cinco eixos funcionam ao mesmo tempo para alcançar resultados de alto nível. Os três eixos convencionais, como X, Y e Z, são implantados para movimento translacional, enquanto os outros dois eixos, comumente referidos como B e C, são utilizados para inclinação ou rotação completa da ferramenta ou da peça de trabalho, dependendo das características da máquina CNC.

A usinagem CNC de 5 eixos é um método adequado para usinagem de superfície de gancho, usinagem de forma incomum, usinagem oca, furo oblíquo, etc. Enquanto a usinagem de 5 lados é semelhante, mas mais capaz que usinagem de 3 eixos. Ela só pode processar cinco lados, mas falharia em alcançar algumas usinagens especiais em uma única configuração.

O procedimento de programação de máquinas CNC de 5 eixos é bastante semelhante às máquinas CNC tradicionais de 3 eixos, na qual primeiro o usuário cria o modelo CAD do produto desejado. Então o software gera o código G para o modelo da peça de acordo. No entanto, máquinas CNC de 5 eixos envolvem valores angulares além de valores axiais, o que torna o código G um pouco mais complexo. Os ângulos são definidos dependendo da configuração da mesa e do cabeçote da máquina CNC de 5 eixos.

As ferramentas usadas em máquinas de 5 eixos também são atualizadas em relação à sua geometria e formas. Formas e geometrias de ferramentas de corte mais ágeis dão melhores resultados na forma de tolerância e ajustes dos produtos finais. No entanto, o tipo de materiais ainda é semelhante aos métodos convencionais, que dependem da resistência do material de corte.

Bônus:

1. Usinagem de 5 eixos ou usinagem de cinco eixos é às vezes abreviada simplesmente dizendo usinagem CNC 5X.
2. Na produção real de pedidos, 90% do trabalho feito por uma máquina de 5 eixos é na verdade apenas de 5 lados (apenas posicionamento). Você sabe por quê? Devido à estrutura e requisitos reais das peças, a função de ligação de cinco eixos não foi aproveitada. É por isso que as pessoas confundem usinagem CNC de 5 eixos e usinagem de 5 lados.

Preços de Máquinas CNC de 5 Eixos

Os preços de máquinas CNC de 5 eixos são geralmente muito altos e variam muito dependendo das características e tipo de máquina CNC. O custo vai de $10.000 a $500.000 dependendo de diferentes fatores. No entanto, pequenas indústrias com baixa capacidade de fabricação podem adquirir os serviços de tal tecnologia inovadora a taxas horárias. Empresas que fabricam máquinas CNC de 5 eixos geralmente fornecem tais soluções personalizadas sobre usinagem CNC de 5 eixos.

Tipos de Configuração para Centro de Usinagem de 5 Eixos

Mesa-mesa, cabeçote-mesa e cabeçote-cabeçote são exemplos de combinações comuns de máquinas CNC de 5 eixos.

A primeira configuração é a configuração mesa-mesa, também caracterizada como máquina de mesa trunion. Ambos os eixos rotativos estão contidos na mesa trunion e o cabeçote está sempre estacionário, girando a peça na mesa. Esta configuração é baseada em uma máquina CNC padrão de 3 eixos, com os dois eixos rotativos usados para posicionar a peça de trabalho na orientação desejada. A máquina CNC trunion fornece melhores capacidades de undercut, maiores volumes de trabalho e melhor velocidade e durabilidade. A máquina de cabeçote articulado ou giratório, que está disponível em configuração cabeçote-cabeçote ou cabeçote-mesa, é a segunda configuração de máquina de 5 eixos.

Ao contrário de uma máquina cabeçote-cabeçote estilo trunion, onde o cabeçote realiza todas as rotações, a mesa é estática. A máquina cabeçote-mesa, mas do outro lado, é composta por um cabeçote inclinável e uma mesa rotativa, o que permite o uso de ferramentas mais curtas ou de comprimento mais padrão. Máquinas de cabeçote giratório podem mover o cabeçote da ferramenta ao redor do bloco para se encaixar em espaços pequenos. Girar o fuso configura eixos rotativos para que materiais mais pesados possam ser processados e moldados em máquinas CNC de 5 eixos facilmente.

Por Que Optar pela Usinagem CNC de 5 Eixos?

Os benefícios das máquinas CNC de 5 eixos são vastos. Essas máquinas são usadas em diferentes grupos de fabricação, como instrumentos médicos que requerem formas muito suaves e complexas, equipamentos aeroespaciais que requerem acabamento superficial de alto nível e extremidades suaves, outros setores que requerem tolerância apertada e fabricam produtos em volume.

Uma das necessidades básicas do processo de usinagem de 5 eixos é a agilidade para realizar processos subtrativos e obter aquelas geometrias complexas que são bastante difíceis de obter com usinagem CNC convencional de 3 eixos. Por exemplo, quando precisamos de operações de corte, furação e rosqueamento todas ao mesmo tempo em diferentes faces de uma peça de material em ângulos diferentes, uma máquina CNC simples requer muito esforço para fazer isso. O usuário deve ter que mudar as posições do trabalho para criar ângulos durante todo o processo de corte se for com um processo de usinagem CNC simples. Isso levará muito tempo e esforço. É aqui que máquinas CNC de 5 eixos finalizam o trabalho eficientemente.

Máquina CNC de 5 eixos pode criar tais formas e ângulos de uma só vez, reduzindo tempo e esforço com maior precisão e qualidades de acabamento superficial. Quando diferentes formas e geometrias são alcançadas e o tempo de espera reduz, aumenta o volume de produção com até produção mista. Indústrias como aeroespacial, automotiva, médica e similares que requerem que seus produtos sejam perfis altamente precisos e exatos, a usinagem de 5 eixos serve melhor. Como o envolvimento humano é reduzido no processo de usinagem, alta tolerância e padrões são alcançados com máquinas CNC de 5 eixos. Qualquer um com a máquina certa, bom conhecimento de CAD (desenho assistido por computador) e seleção de materiais pode utilizar máquinas CNC de 5 eixos para criar seus produtos além da fabricação da empresa.

Vantagens da Usinagem CNC de 5 Eixos

Quando chegamos a este ponto, podemos concluir as vantagens das máquinas CNC de 5 eixos da seguinte forma:

1. Reduzir tempo de espera e aumentar velocidade de produção
2. Melhorar a precisão e qualidade do processo de usinagem
3. Agilidade para obter geometrias e formas complexas
4. Expandir a capacidade de produção
5. Substituir diferentes equipamentos de usinagem por uma única máquina CNC de 5 eixos
6. Reduzir erros potenciais em cada etapa do processo de usinagem
7. Vida útil de corte mais longa devido à seleção automática de ferramenta e velocidade de corte otimizada
8. Acabamento superficial de alto nível devido a menos vibrações em máquinas CNC de 5 eixos

Programação de Máquina CNC de 5 Eixos

O procedimento de criação de código G para a máquina CNC começa a partir de um modelo CAD projetado em qualquer software de modelagem. Então, o modelo CAD é geralmente transformado em um algoritmo, ou seja, código G que contém todas as informações necessárias, como velocidade do fuso, avanço e movimentos axiais das ferramentas de corte. Os algoritmos usados para controlar a ferramenta de corte de alta velocidade de máquinas CNC de 5 eixos não são muito diferentes da usinagem convencional de 3 eixos código G. No entanto, o movimento da ferramenta de corte em diferentes ângulos ou inclinar a posição da mesa requer a informação de ângulos de avanço e caminhos de curvatura.

Ao programar no 5 eixos, temos duas possibilidades para controlar movimentos e posições rotativas. Podemos usar ângulos rotativos ou vetores de ferramenta para saída de dados. Vetores de ferramenta são basicamente os comandos que são implantados no final dos eixos X, Y e Z que dão a informação à ferramenta para rotacionar ou inclinar em um ângulo específico. A aplicação é única para cada configuração de máquina diferente devido ao uso de vetores de ferramenta IJK. A máquina é permitida a usar quaisquer eixos que tenha disponíveis para posicionar a ferramenta em sua posição e ângulo de inclinação comandados, porque não está comandando nenhuma chamada de eixo específica (A, B ou C). Essa flexibilidade permite que a mesma peça programada seja compartilhada entre várias máquinas na oficina, independentemente da configuração da máquina.

Existem diferentes pacotes de software de programação CNC que podem ser usados para criar o código G implantado em máquinas CNC de 5 eixos. Softwares como Autodesk, Mastercam, Siemens NX, PowerMill e Edgecam são os mais comumente usados para programar máquinas de 5 eixos.

Passos a Considerar ao Fazer Processo de Usinagem CNC de 5 Eixos

• Garantir que há taxa de processamento suficiente da máquina CNC para controlar o caminho da ferramenta de corte comandado pelo código G carregado na máquina CNC.
• Para tornar as operações CNC totalmente funcionais, também certifique-se das funções look-ahead que permitem à máquina NC calcular mais rápido.
• Escolha o melhor sistema de porta-ferramenta para o processo de usinagem CNC que garante movimento livre de vibração da ferramenta ao criar um perfil no material.
• Controlar a taxa de avanço durante a condição para manter a durabilidade da ferramenta de corte. Controlar a velocidade das ferramentas de corte em diferentes materiais é a chave básica para aumentar a vida da ferramenta de corte.
• Outro fator muito importante a observar é o controle de calor do fuso usando refrigerante adequado. Portanto, diferentes lubrificantes ou sistemas de jato de água são usados para manter a temperatura da ponta da ferramenta de corte baixa e limpar a sucata da posição da ferramenta de corte.
• Além disso, antes de submeter sua peça de trabalho à fabricação diretamente na máquina CNC de 5 eixos, é melhor fazer simulação de caminho de ferramenta que pode garantir que o processo correto seja realizado com resultados corretos.

Ferramentas de Corte para Processo de Usinagem CNC

Materiais de ferramentas de corte usados para cortar ou moldar o trabalho submetido em máquinas CNC de 5 eixos não são diferentes de máquinas CNC de 3 eixos. No entanto, as estações de porta-ferramenta são bastante diferentes e a capacidade de troca de ferramenta em CNC de 5 eixos é muito atualizada. Eles também incluem trocas automáticas de peça de trabalho ou trocador automático de palete que reduz a interação humana com ferramenta de corte e material durante o processo de fabricação. Essa flexibilidade também permite produção de Alta Mistura ou Baixo Volume, o que aumenta a eficiência de qualquer empresa de fabricação. Na usinagem CNC de 5 eixos, existem 60 a 120 estações de ferramentas no magazine de trocador automático de ferramentas. Um maior número de estações de ferramentas fornece o ajuste para trabalhar em designs bastante complexos.

A seleção do material da ferramenta de corte depende de diferentes fatores, como o material da ferramenta deve ser 40 a 60 por cento mais forte que o material no qual trabalha. Da mesma forma, deve ter alta condutividade térmica com baixo coeficiente de atrito. Além disso, as fabricações de material de ferramenta de corte devem ser fáceis para que possam ser facilmente acessíveis. Alguns dos materiais de corte usados em usinagem CNC são dados abaixo:

Aço Carbono

Este material é o material de corte mais popular usado em usinagem CNC devido à sua disponibilidade e baixo custo. Contém uma pequena quantidade de manganês e silício com 0,6 a 1,5% de teor de carbono.

Aço de Alta Velocidade

Este material é o segundo mais abundantemente usado em usinagem CNC devido à sua durabilidade e alta resistência ao desgaste. Contém tungstênio, cromo, molibdênio com uma quantidade razoável de aço carbono.

Carbonetos Cimentados

Estes materiais são usados para operações de material de corte de velocidade muito alta, pois este material tem alta resistência térmica e pode suportar temperatura como 1000 graus centígrados. Sua composição envolve principalmente tungstênio, titânio e tântalo.

Cerâmicas

Este material é quimicamente inerte e não sofre corrosão, então pode durar mais em comparação com ferramentas de corte metálicas em ambientes corrosivos. Estas ferramentas são até dez vezes mais rápidas que HSS. Seu material é majoritariamente composto de nitreto de silício e óxido de alumínio.

Outros materiais de ferramentas de corte incluem ponta de diamante, nitretos de boro carboneto ou cermet.

Geometrias de Ferramentas de Corte

Ferramentas de corte de 5 eixos são ligeiramente diferentes das convencionais, pois são submetidas a corte angular, então precisam ser mais flexíveis com suas formas para realizar o trabalho.

Fresas de Topo (End Mills): Estas são ferramentas de corte rotativas que podem ser usadas para remover materiais, especialmente em máquinas CNC de 5 eixos. A fresa de topo, como a broca, é usada para operações de usinagem mais multipropósito. Fresas de topo são ferramentas de corte laterais que cortam em qualquer direção, ao contrário de brocas, que podem cortar axialmente ao material. Diferentes categorias de fresas de topo são:

Fresas de Topo Esféricas (Ball Nose End Mills): Este tipo de fresa de topo tem ação de contorno 3-D ideal que gera perfis curvos de alto nível. Inclinar o eixo da ferramenta torna possível que as flautas agarrem o material, puxando-o para longe da peça em vez de empurrá-lo, fazendo com que ele se acumule sobre si mesmo, o cortador e a superfície da peça.

Fresas em V (V-Bits): Estas também são um tipo de fresas de topo e geralmente estão disponíveis em duas variantes, ou seja, 90° ou 60°, que dependem completamente da depressão requerida no material em fabricação.

Fresas de Topo Multi-flautas (Multi-flute End Mills): Quando há mais arestas em jogo com mais flautas em uma ferramenta de corte, o processo de usinagem pode manter velocidades e avanços mais altos. Além disso, as flautas extras aumentam a superfície de corte da ferramenta, resultando em vida útil mais longa da ferramenta. Esses benefícios somam taxas de remoção de metal significativamente mais altas, um melhor acabamento superficial e controle dos custos gerais.

Brocas Helicoidais (Twisting Drills): Esta ferramenta de corte tem duas flautas com dois lados para remover o material do trabalho. Estas são o tipo mais comum de ferramentas de corte usadas em usinagem CN. Tem três partes principais como outras ferramentas de corte: haste, corpo e aresta de corte.

Preços de Máquinas CNC de 5 Eixos

O custo de compra de máquina CNC de 5 eixos varia muito. Pode variar de mil dólares a quinhentos mil dólares. O preço depende do tamanho, características e tipo de máquina CNC. Alguns fatores importantes para variação de preço de máquinas CNC de 5 eixos são:

• Tipo de material da peça de trabalho, ou seja, se é aço, alumínio, titânio ou outros
• Design da máquina CNC como trunion ou tipo giratório
• Categoria de eixo como 3+2, 4+1 ou máquina CNC de 5 eixos completa
• Tamanho da máquina e outras características como capacidade de porta-ferramenta e potência do fuso

Alguma comparação simples para os diferentes tipos de máquinas CNC de 5 eixos é dada abaixo:

• Máquina de fresamento CNC de 5 eixos 3+2 pode custar entre $35.000 – 200.000
• Máquina de fresamento CNC de 5 eixos tipo trunion custa cerca de $200.000 – 500.000
• Máquina de fresamento CNC de 5 eixos tipo cabeçote giratório custa quase $150.000 – 500.000
• Preços de máquina de fresamento CNC de 5 eixos mini variam de $3.000 – 10.000
• Máquina de fresamento CNC pequena de 5 eixos 3+2 pode ser comprada na faixa de $25.000 – 40.000

Geralmente, os preços de máquinas CNC de 5 eixos são bastante altos, mas qualquer pessoa que precise de serviços de máquina CNC de 5 eixos também pode obter fabricação CNC personalizada a taxas horárias.

Serviços de Usinagem CNC de 5 Eixos com Design Personalizado

A necessidade de usinagem CNC de 5 eixos cresceu em todo o mundo devido ao seu acabamento suave, tolerância precisa e menos tempo consumido. No entanto, para fabricação de baixo volume, as máquinas CNC podem ser muito caras para compra e não obter o máximo da máquina CNC quando não há trabalho suficiente, ou você não precisa dela por muito tempo. Então, grandes empresas ou fabricantes também fornecem serviços de usinagem CNC. Os serviços são cobrados por hora. Os preços por hora de uso de máquinas de 5 eixos podem variar novamente no tipo de máquina CNC. No entanto, o cliente obtém soluções personalizadas e fabricação de peças personalizadas ao adquirir esses serviços. O preço de um serviço de usinagem CNC de 5 eixos pode ser de $50 a $200, que pode ser negociado e tratado diretamente com a empresa prestadora de serviços.

Conclusão

A usinagem CNC de 5 eixos na verdade é diferente da usinagem CNC de 5 lados. Existem 5 tipos diferentes de máquinas CNC de 5 eixos. Do ponto de vista profissional, usinagem multi-eixos como usinagem 3+2 e usinagem 4+1 são ou bastante usinagem de 5 eixos COMPLETA. O que elas podem fazer é usinagem de 5 lados. Mas o processamento CNC 4+1 é mais capaz que o processamento 3+2.