Usinagem CNC de 5 eixos:o guia completo

Introdução à usinagem CNC de 5 eixos

Quando as pessoas falam sobre usinagem CNC multi-eixo ou usinagem múltipla, usinagem CNC de 5 eixos é sempre mencionado nos métodos avançados de fabricação. Usinagem CNC completa de 5 eixos significa a capacidade de processamento de uma máquina para 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. Hoje em dia as 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 entenderem como as máquinas CNC de 5 eixos funcionam em uma oficina de máquinas 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 questão 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 de trabalho é fixado. Assim, a mesa pode girar em qualquer direção a 360 graus ao redor da ferramenta de corte, dando à máquina acessibilidade ao corte lateral. Enquanto isso, se considerarmos um movimento de eixo único, como na posição A, B ou C, a rotação é limitada a 180 graus. No processo de usinagem de 5 eixos, há o movimento do cabeçote da ferramenta contra o material de trabalho ainda ou há a rotação ou movimento de uma mesa em um ângulo que dá à mesa uma posição de inclinação. Dependendo do requisito de recursos, a mesa pode se inclinar em diferentes ângulos para obter formas complexas. De acordo com o tamanho e o peso do objeto que é submetido ao produto de fabricação requerido, é decidida a seleção da rotação ou rotação da mesa. Se o trabalho for mais pesado, então é submetido a giro, caso contrário, a usinagem de 5 eixos vai com a 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, os 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 concluídos principalmente como os seguintes cinco tipos de máquinas CNC de 5 eixos.

1. Tipo de cabeça de eixo duplo pivô

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

2. Tipo de cabeça oscilante de inclinação

Os dois eixos de coordenadas estão na parte superior da ferramenta, mas o eixo de rotação não é perpendicular ao eixo linear.

3. Tipo de mesa rotativa dupla

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

4. Tipo de mesa de trabalho de lançamento

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

5. Mesa Giratória + Tipo de Cabeçote Giratório

Neste tipo, as duas coordenadas rotativas atuam em lugares diferentes. Um atua na ferramenta e o outro na peça de trabalho.

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

Usinagem de 5 Eixos =Usinagem de 5 Faces？

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 muitas vezes os confundem ou pensam que a usinagem CNC de 5 eixos se refere à usinagem de 5 lados. Na verdade, eles são diferentes um do outro. Nesta seção, explicaremos suas diferenças em detalhes.

Usinagem CNC de 3+2 eixos

Usinagem CNC 3+2 significa os três eixos de um centro de usinagem, mais um rotativo e um basculante. A usinagem CNC 3+2 também é conhecida como usinagem de cinco lados. Isso 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, os eixos Z e A serão utilizados para fins de posicionamento.

Usinagem CNC de 4+1 eixos

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

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

Usinagem CNC completa de 5 eixos

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

Nesse caso, todos os cinco eixos funcionam ao mesmo tempo para obter resultados de alto nível. Os três eixos convencionais, como os eixos X, Y e Z, são implantados para o movimento de translação, enquanto os outros dois eixos são comumente chamados de eixos B e C, são utilizados para a inclinação ou rotação completa da ferramenta ou do posto de trabalho, dependendo do as características da máquina CNC.

Usinagem CNC de 5 eixos é um método adequado para usinagem de superfície de gancho, usinagem de formato incomum, usinagem oca, furo oblíquo, etc. Enquanto a usinagem de 5 lados é semelhante, mas mais capaz do que a usinagem de 3 eixos. Ele só pode processar cinco lados, mas não conseguiria alguma usinagem especial em uma única configuração.

O procedimento de programação das máquinas CNC de 5 eixos é bastante semelhante ao das máquinas CNC de 3 eixos tradicionais em que primeiro o usuário cria o modelo CAD do produto desejado. Em seguida, o software gerou o código G para o modelo da peça de acordo. No entanto, as máquinas CNC de 5 eixos envolvem os valores angulares além dos valores axiais, o que torna o código G um pouco mais complexo. Os ângulos são definidos dependendo da configuração da mesa e da cabeça da máquina CNC de 5 eixos.

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

Bônus:

1. A usinagem de 5 eixos ou usinagem de cinco eixos às vezes é abreviada simplesmente dizendo usinagem CNC 5X.
2. Na produção real de pedidos, 90% do trabalho foi feito por máquinas de 5 eixos, na verdade apenas de 5 lados (somente posicionamento). Você sabe por quê? Devido à estrutura e aos requisitos reais das peças, a função da articulação de cinco eixos não foi posta em prática. 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 das máquinas CNC de 5 eixos são geralmente muito altos e variam muito dependendo das características e do tipo de máquina CNC. O custo varia de US $ 10.000 a US $ 500.000, dependendo de diferentes fatores. No entanto, pequenas indústrias com baixa capacidade fabril podem adquirir os serviços dessa tecnologia inovadora a taxas horárias. As empresas que fabricam máquinas CNC de 5 eixos geralmente fornecem essas soluções personalizadas em relação à usinagem CNC de 5 eixos

Tipos de configuração para centro de usinagem de 5 eixos

Mesa-mesa, mesa-cabeça e cabeça-cabeça 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 munhão. Ambos os eixos rotativos estão contidos na mesa do munhão e o cabeçote está sempre estacionário, girando a peça sobre a 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 de munhão oferece melhores recursos de rebaixo, maiores volumes de trabalho e melhor velocidade e durabilidade. A máquina de cabeçote giratório ou articulado, que está disponível na configuração de cabeçote ou mesa de cabeçote, é a segunda configuração de máquina de 5 eixos.

Ao contrário de uma máquina de cabeçote tipo munhão, onde o cabeçote executa todas as rotações, a mesa é estática. A máquina de mesa de cabeceira, mas por outro lado, é composta por uma cabeça basculante e uma mesa rotativa, o que permite a utilização de ferramentas mais curtas ou de comprimento padrão. Máquinas de cabeçote giratório podem mover o cabeçote da ferramenta ao redor do bloco para caber em pequenos espaços. Girar o fuso configura eixos rotativos para que materiais mais pesados ​​possam ser processados ​​e moldados facilmente em máquinas CNC de 5 eixos.

Por que usar 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 exigem formas muito suaves e complexas, equipamentos aeroespaciais que exigem acabamento superficial de alta qualidade e extremidades lisas, outros setores que exigem uma tolerância rígida e fabricam produtos a granel.

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 a usinagem CNC convencional de 3 eixos. Por exemplo, quando precisamos de operações de corte, furação e rosqueamento ao mesmo tempo em diferentes faces de um pedaço de material em diferentes ângulos, uma simples máquina CNC requer muito esforço para fazê-lo. O usuário deve ter que mudar as posições do trabalho para criar ângulos ao longo do processo de corte se ele for com um processo de usinagem CNC simples. Isso levará muito tempo e esforço para fazê-lo. É aqui que as máquinas CNC de 5 eixos terminam o trabalho com eficiência.

A máquina CNC de 5 eixos pode criar essas formas e ângulos de uma só vez, reduzindo o tempo e os esforços com maior precisão e qualidades de acabamento de superfície. Quando diferentes formas e geometrias são alcançadas, e o tempo de espera reduz, aumenta o volume de produção com produção de mistura uniforme. Indústrias como aeroespacial, automotiva, médica e outras similares que exigem que seus produtos tenham perfis altamente precisos e precisos, a usinagem de 5 eixos atende melhor. Como o envolvimento humano é reduzido no processo de usinagem, altas tolerâncias e padrões são alcançados com máquinas CNC de 5 eixos. Qualquer pessoa com a máquina certa com bom conhecimento de CAD (design assistido por computador) e seleção de materiais pode utilizar as máquinas CNC de 5 eixos para criar seus produtos além da fabricação da empresa.

Vantagens da usinagem CNC de 5 eixos

Quando chegamos até aqui, podemos concluir as vantagens das máquinas CNC de 5 eixos da seguinte forma:

1. Reduza o lead time e aumente a velocidade de produção
2. Melhore a precisão e a qualidade do processo de usinagem
3. Agilidade para obter geometrias e formas complexas
4. Expandir a capacidade de produção
5. Substitua os diferentes equipamentos de usinagem por uma única máquina CNC de 5 eixos
6. Reduza possíveis erros em cada etapa do processo de usinagem
7. Vida útil de corte mais longa devido à seleção automática de ferramentas e velocidade otimizada da ferramenta de corte.
8. Acabamento de superfície de alta qualidade devido a menos vibrações em máquinas CNC de 5 eixos

Programação de máquina CNC de 5 eixos

O procedimento de criação do código G para a máquina CNC começa a partir de um modelo CAD desenhado em qualquer software de modelagem. Em seguida, 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 do G-Code de usinagem convencional de 3 eixos. No entanto, o movimento da ferramenta de corte em diferentes ângulos ou inclinação da posição da mesa requer a informação de ângulos de avanço e caminhos de curvatura.



Ao programar nos 5 eixos, temos duas possibilidades para controlar os movimentos e posições de rotação. Podemos usar ângulos rotativos ou vetores de ferramentas para gerar os dados. Os vetores de ferramentas são basicamente os comandos implantados no final dos eixos X, Y e Z que fornecem as informações para a ferramenta girar ou inclinar em um ângulo específico. A aplicação é exclusiva para cada configuração de máquina diferente devido ao uso de vetores de ferramenta IJK. A máquina pode usar quaisquer eixos disponíveis para posicionar a ferramenta em sua posição comandada e ângulo de inclinação porque ela não está comandando nenhuma chamada de eixo específica (A, B ou C). Essa flexibilidade permite que a mesma peça programada seja compartilhada em várias máquinas na oficina, independentemente da configuração da máquina.

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

Etapas a serem consideradas ao fazer o processo de usinagem CNC de 5 eixos

• Certifique-se de que há taxa de processamento suficiente da máquina CNC para controlar o caminho da ferramenta de corte comandada pelo código G carregado na máquina CNC.
• Para fazer operações CNC totalmente funcionais, verifique também as funções de antecipação que permitem que a máquina NC calcule mais rapidamente.
• Escolha o melhor sistema de porta-ferramentas para o processo de usinagem CNC que garanta o movimento livre de vibração da ferramenta enquanto cria um perfil no material.
• Controle 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 útil da ferramenta de corte.
• Outro fator muito importante para ficar de olho 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 a simulação do caminho da ferramenta que pode garantir que o processo correto seja executado com resultados corretos.

Ferramentas de corte para processo de usinagem CNC

O material das ferramentas de corte usado para cortar ou moldar o trabalho submetido em máquinas CNC de 5 eixos não é diferente das máquinas CNC de 3 eixos. No entanto, as estações porta-ferramentas são bastante diferentes e a capacidade de troca de ferramentas no CNC de 5 eixos é muito melhorada. Eles também incluem trocas automáticas de peças ou trocadores automáticos de paletes que reduzem a interação humana com a ferramenta de corte e o material durante o processo de fabricação. Esta flexibilidade permite também a produção High Mix ou Low Volume, o que aumenta a eficiência de qualquer empresa fabril. Na usinagem CNC de 5 eixos existem 60 a 120 estações de ferramentas no magazine do trocador automático de ferramentas. Um maior número de estações de ferramental permite o ajuste do trabalho em projetos bastante complexos.

A seleção do material da ferramenta de corte depende de diferentes fatores, como os materiais da ferramenta que devem ser 40 a 60 por cento mais fortes do que o material no qual ela trabalha. Da mesma forma, deve ter alta condutividade térmica com baixo coeficiente de atrito. Além disso, a fabricação do material da ferramenta de corte deve ser fácil para que possa ser facilmente acessível. Alguns dos materiais de corte usados ​​na usinagem CNC são dados abaixo:

Aço carbono

Este material é o material de corte mais utilizado na usinagem CNC devido à sua disponibilidade e baixo custo. Este 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 utilizado na usinagem CNC devido à sua durabilidade e alta resistência ao desgaste. Contém tungstênio, cromo, molibdênio com uma quantidade razoável de aço carbono.

Carbetos Cimentados

Esses materiais são usados ​​para operações de material de corte de altíssima velocidade, pois esse material possui alta resistência térmica e pode suportar temperaturas como 1000 graus centígrados. Sua composição envolve principalmente tungstênio, titânio e tântalo.

Cerâmica

Este material é quimicamente inerte e não sofre corrosão, podendo durar mais do que ferramentas de corte metálicas em ambientes corrosivos. Essas ferramentas são até dez vezes mais rápidas que o HSS. Seu material é composto principalmente de nitreto de silício e óxido de alumínio.

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

Geometrias da ferramenta de corte

As ferramentas de corte de 5 eixos são um pouco diferentes das convencionais, pois são submetidas ao corte em ângulo, por isso precisam ser mais flexíveis com suas formas para realizar o trabalho.

Fresas de topo: Estas são as 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 multiuso. Fresas de topo são ferramentas de corte lateral que cortam em qualquer direção, ao contrário das brocas, que podem cortar axialmente ao material. As diferentes categorias de fresas de topo são:

Fresas de ponta de ponta esférica: Este tipo de fresa de topo possui ação de contorno 3-D ideal que gera perfis curvos de nível superior. Inclinar o eixo da ferramenta possibilita que as ranhuras agarrem o material, puxando-o para longe da peça em vez de empurrá-lo, fazendo com que ele se construa sobre si mesmo, sobre o cortador e sobre a superfície da peça.

V-Bits: Estes também são um tipo de fresas de topo e geralmente estão disponíveis em duas variantes, ou seja, 90 ^o ou 60 ^o que depende completamente da depressão exigida no material em fabricação.

Fresas de topo multicanal: Quando há mais arestas em jogo com mais canais em uma ferramenta de corte, o processo de usinagem pode manter velocidades e avanços mais altos. Além disso, os canais extras aumentam a superfície de corte da ferramenta, resultando em maior vida útil da ferramenta. Esses benefícios se somam a taxas de remoção de metal significativamente mais altas, melhor acabamento superficial e controle dos custos gerais.

Brocadores de torção: Esta ferramenta de corte possui duas ranhuras com dois lados para remover o material do trabalho. Estes são os tipos mais comuns de ferramentas de corte usadas na usinagem NC. Tem três porções principais como outras ferramentas de corte, haste, corpo e aresta de corte.

Preços de máquinas CNC de 5 eixos

O custo de aquisição da 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 a variação de preços das máquinas CNC de 5 eixos são:

• Tipo de material da peça de trabalho, ou seja, aço, alumínio, titânio ou outros
• Projeto da máquina CNC como munhão ou tipo giratório
• Categoria de eixo, como 3+2, 4+1 ou máquina CNC completa de 5 eixos
• Tamanho da máquina e outros recursos, como capacidade de retenção da ferramenta e potência do fuso

Algumas comparações simples para os diferentes tipos de máquinas CNC de 5 eixos são fornecidas abaixo:

• 3+2 fresadoras CNC de 5 eixos podem custar entre US$ 35.000 e US$ 200.000
• A fresadora CNC de 5 eixos do tipo munhão custa cerca de US$ 200.000 a US$ 500.000
• A fresadora CNC de 5 eixos tipo cabeçote giratório custa quase US$ 150.000 – 500.000
• Os preços da mini fresadora CNC de 5 eixos variam de US$ 3.000 a US$ 10.000
• 3+2 fresadoras CNC de 5 eixos pequenas podem ser compradas na faixa de US$ 25.000 a US$ 40.000

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

Serviços de usinagem CNC de 5 eixos personalizados

A necessidade de usinagem CNC de 5 eixos cresceu em todo o mundo devido ao seu acabamento suave, tolerância precisa e menor consumo de tempo. No entanto, para fabricação de baixo volume, as máquinas CNC podem ser muito caras para comprar e não obter o máximo da máquina CNC quando não há trabalho suficiente ou você não precisa dela por muito tempo. Assim, grandes empresas ou fabricantes também prestam serviços de usinagem CNC. Os serviços são cobrados por hora. Os preços por hora de uso de máquinas de 5 eixos podem variar novamente de acordo com o tipo de máquina CNC. No entanto, o cliente obtém soluções customizadas e fabricação de peças personalizadas ao obter esses serviços. O preço de um serviço de usinagem CNC de 5 eixos pode ser de $ 50 a $ 200 que podem ser negociados e tratados diretamente pela 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, a usinagem multi-eixos, como usinagem 3+2 e usinagem 4+1, é uma usinagem de 5 eixos bastante COMPLETA. O que eles podem fazer é usinagem de 5 lados. Mas o processamento 4+1CNC é mais capaz do que o processamento 3+2.