Usinagem CNC de 3 eixos, 4 eixos e 5 eixos:principais diferenças explicadas

“A complexidade das peças, a velocidade de usinagem, a precisão e a flexibilidade geral de produção dependem fortemente de quantos eixos a ferramenta de corte pode se mover ?”        

Na fabricação, as máquinas CNC vêm com capacidades variadas de eixos:2 eixos, 3 eixos, 5 eixos, 9 eixos ou mesmo 12 eixos. No entanto, máquinas de até 5 eixos são as mais comuns. Isso pode confundi-lo sobre qual deles você deve usar para obter os melhores resultados, mantendo o custo dentro do seu orçamento. Portanto, você precisa de um conhecimento profundo das diferenças entre fresamento de 3, 4 e 5 eixos .

Vejamos os prós, contras e aplicações industriais da usinagem de 3, 4 e 5 eixos.

O que significa usinagem de 3, 4 e 5 eixos? 

As máquinas CNC vêm com diferentes capacidades de eixos de usinagem, sendo os eixos 3,4 e 5 os mais comuns. Cada eixo define a capacidade de mover ferramentas de corte em uma direção específica. 

Usinagem de 3 eixos significa que a ferramenta se move em 3 direções lineares, X, Y e Z.  

• Eixo X: Direção horizontal da esquerda para a direita  
• Eixo Y: Direção da frente para trás
• Eixo Z: Direção para cima e para baixo (vertical) 

Basicamente, uma fresadora de 3 eixos cobre direções tridimensionais relativas ao trabalho estacionário. Ele cria formas menos complicadas e, se você deseja usinar diferentes lados da peça, é necessário reposicionar.

Nas fresadoras de 4 eixos envolve uma capacidade de movimento adicional além desta:eixo A , onde o trabalho pode girar em torno do eixo x. Consequentemente, as máquinas de 5 eixos podem girar o trabalho em duas direções (A e B ou C ):Em torno dos eixos X e Y (ou Z), permitindo mais complexidade sem configuração ou reposicionamento adicional.   

Uma fresadora CNC de 4 ou 5 eixos pode usinar planos, profundidades e contornos em uma única configuração, tornando-a ideal para projetos complexos com detalhes extremos. Ele pode realizar usinagem multifacetada, criar recursos angulares e perfis complexos. 

Principais diferenças entre usinagem de 3, 4 e 5 eixos

Em primeiro lugar, existem diferentes tipos de máquinas CNC e a fresagem é uma delas. Nesta categoria, o fresamento é ainda categorizado com base na capacidade dos eixos, como fresamento de 3, 4 e 5 eixos.  Cada um tem capacidades diferentes. 

Sua complexidade de configuração, capacidade de usinagem, programação CNC, operação, custo, eficiência de tempo, precisão e requisitos de manutenção também são diferentes. Compreender essas diferenças é crucial antes de decidir qual delas é mais adequada para fabricar suas peças e produtos. 

Configuração e programação da máquina 

Como os eixos de usinagem são mais altos nas fresadoras de 4 e 5 eixos, eles são mais complexos de configurar. Eles exigem fixação precisa e alinhamento do centro da peça com o eixo de rotação. Por outro lado, uma fresagem CNC de 3 eixos tem uma configuração muito mais simples. No entanto, requer nova fixação para fresamento multifacetado. 

Em 3 eixos, os códigos G&M básicos para movimentos lineares são suficientes. Mas você precisa de códigos complexos e longos para eixos superiores, como adicionar um novo ângulo de rotação fixo após o corte linear por meio de indexação ou movimento contínuo para corte e rotação simultâneos. 

Complexidade Operacional

Como o centro de usinagem CNC de 5 eixos e as fresadoras envolvem programas complexos, é mais desafiador operar do que máquinas de 3 eixos. Pequenos erros na configuração ou no código podem resultar em precisão e falhas. Além disso, há maior risco de colisão da ferramenta devido ao complexo percurso de usinagem. 

Portanto, operar uma fresadora CNC de 5 ou 4 eixos requer técnicos especializados e engenheiros com vasta experiência. 

Velocidade de produção 

Como as máquinas de 4 e 5 eixos são capazes de girar a peça e remover material de vários ângulos, elas são mais rápidas e precisas. Uma única operação de máquina pode trabalhar com muitas ferramentas diferentes e cortar o trabalho de vários lados simultaneamente. Este processo contínuo elimina múltiplas configurações e alinhamentos, diferentes ferramentas se movem por caminhos pré-determinados e removem o material do trabalho; enquanto isso, o próprio trabalho gira em vários lados, até que a forma final seja alcançada. No entanto, se você precisar usinar apenas um lado do trabalho, as fresadoras de 3 eixos ainda proporcionam boa velocidade de produção.

Eficiência de custos

A usinagem de 4 e 5 eixos é mais cara do que a usinagem CNC de 3 eixos, mas vale a pena escolher para aplicações que exigem altos níveis de exatidão e precisão para funcionalidade. Por exemplo, lóbulos de came complexos, perfis fresados ​​helicoidais, etc. Enquanto isso, formas e perfis simples são econômicos e melhores para fabricar com máquinas de 3 eixos. 

Precisão e exatidão

As operações de usinagem de 4 e 5 eixos fornecem resultados mais precisos e precisos tanto para prototipagem quanto para fabricação em escala real. A diferença de tolerância entre o fresamento CNC de 3, 4 e 5 eixos é de aproximadamente ±0,001″, ±0,001″/±0,01° e ±0,0005″/±0,008° simultaneamente. Especialmente, há uma maior chance de erro se você estiver usando máquinas de 3 eixos para tarefas multifacetadas, pois elas precisam ser fixadas repetidamente.

Peças/Produtos com designs complexos 

Conforme mencionado anteriormente, as fresas de 4 e 5 eixos são altamente preferidas para usinar projetos altamente complexos com detalhamento. As fresas de 3 eixos funcionam apenas em um lado do trabalho por vez (2,5 D) ou requerem reconfiguração para moldar outro lado. Enquanto isso, os eixos 3+1 ou 3+2 permitem rotação de trabalho e fresamento contínuo. 

• 3 eixos: Projetos simples com recursos como perfis planos, bolsões e ranhuras, furos verticais, ressaltos, chanfros, superfícies escalonadas etc. 
• 4- Eixo: Projetos com padrões radiais, ranhuras espirais ou helicoidais, furos laterais, cortes angulares, etc. 
• 5- Eixo: Projetos complexos com recursos complexos, como superfícies de forma livre, cortes inferiores, furos angulares em vários eixos etc. 

Qualidade do acabamento superficial

As operações CNC de 5 ou 4 eixos podem obter acabamento fino e espelhado, valor Ra de até 0,4 µm. Isso se deve aos ângulos ideais da ferramenta, ferramentas mais curtas e corte contínuo. Por outro lado, o fresamento de 3 eixos pode produzir superfícies com um valor mínimo de rugosidade de 1,6 µm. 

Aplicações de fresamento 3 x 4 x 5 eixos 

O próprio processo de usinagem CNC tem aplicações em diversos setores, independentemente da capacidade do eixo. A única diferença é que as máquinas de eixos superiores são usadas para produzir peças usinadas CNC complexas e críticas, enquanto os eixos inferiores (como 3) são usados ​​principalmente para tornar itens menos críticos para a precisão e possuem características geométricas simples.  Por exemplo, placas e invólucros simples para componentes eletrônicos são econômicos para serem fabricados com CNC de 3 eixos, enquanto itens como implantes médicos personalizados ou componentes de motores de aeronaves são fabricados com CNC de 5 eixos ou até mais, devido à necessidade de alta precisão.

A tabela a seguir ilustra a diferença de aplicação entre fresamento CNC de 3, 4 e 5 eixos em indústrias comuns com exemplos;
Indústria Aplicações de fresamento de 3 eixos Aplicações de fresamento de 4 eixos Aplicações de fresamento de 5 eixos AutomotivoSuportes de pinça de freio, placas de montagem de motor, peças de cubo de roda.Eixos de comando, cabeçotes de cilindro, carcaça de engrenagemPortas de cabeça de cilindro, protótipos de rodas de liga leve, coletores de admissão de motor,AeroespacialSuportes, acessórios, etc.raízes de lâmina de turbina, acessórios de extremidade de longarina e suportes personalizados. suportes.Cabeças de cilindro, moldes, protótipos de teste, componentes de transmissão.EletrônicosPCBs, dissipadores de calor, caixas, conectores, invólucrosImplantes personalizados (quadril/joelho/dental), robôs cirúrgicos, próteses, peças de dispositivos de diagnósticoDissipadores de calor personalizados com aletas densas, microconectoresFerramentas de molde e matrizMoldes com recursos angulares, canais de resfriamento, aberturas de pino ejetorMoldes de injeção complexos, cavidades profundas, cortes inferiores, acabamento espelhado perfis de molde, ferramentas de fundo de poço, pás de turbina, peças de compressores, válvulas complexas Energia Peças padrão, suportes, válvulas simples, blocos de cilindros Corpos de válvulas, rotores, impulsores.

Vantagens e desvantagens do fresamento de 3 eixos 

Vantagens 

• O CNC de 3 eixos é simples e econômico; não necessita de operadores altamente qualificados e de programação complexa. 
• Ele faz um excelente trabalho com usinagem de superfícies planas, como furação, achatamento, abertura de canais, etc.
• A configuração da ferramenta é muito mais simples e rápida do que máquinas com eixos superiores. 
• Ele pode ser usado para usinagem multifacetada, reapertando a peça e ajustando a ferramenta.

Desvantagens 

• É um desafio formar recursos geométricos complexos com fresamento de 3 eixos, como cavidades profundas, contornos irregulares, recursos angulares e rebaixos. 
• Tem um tempo de ciclo mais longo e precisão dimensional comparativamente baixa 

Vantagens e desvantagens do fresamento de 4 e 5 eixos

Vantagens 

• Quatro eixos permitem a rotação do trabalho em torno do eixo x e cinco eixos permitem a rotação em torno dos eixos X e Y. Assim, maior flexibilidade no processo de fresagem.
• Maior precisão e consistência, mesmo para projetos complexos. 
• Você pode usinar todos os lados da peça sem alterar suas orientações, reduzindo o tempo de ciclo e aumentando a precisão.
•  É fácil realizar operações de usinagem em ângulo e contornos complexos. 
• Isso reduz os custos de configuração e fixação, pois você pode girar a peça e fresar continuamente. 
• Especialmente, as fresas mantêm um ângulo de contato ideal que ajuda a alcançar uma qualidade de acabamento superficial superior.

Desvantagens 

• Operadores altamente especializados e modelagem CAM complexa são necessários para operar fresas de 4 e 5 eixos. 
• Eles podem ser caros para protótipos e produtos mais simples devido aos altos custos de maquinário e configuração inicial. 
• O custo de produção só é justificado para peças de nível industrial e aplicações de usinagem CNC que exigem um alto nível de precisão para funcionalidade. 

Como escolher entre fresamento de 3, 4 e 5 eixos?

Não é possível responder diretamente qual é o melhor entre o fresamento de 3, 4 e 5 eixos. A opção certa depende dos requisitos e da complexidade do trabalho que você deseja usinar. 

Algumas considerações críticas são as seguintes; 

Complexidade do design

Primeiro, considere que tipo de recursos geométricos seu projeto possui:recursos simples 2,5D e planos ou recursos complexos como recortes e contornos irregulares? Se for complexo, você precisará usinar sua peça com fresamento de eixos superiores (4 ou 5). Por exemplo, pás de turbinas e ferramentas de moldagem de plástico.

Tolerância e repetibilidade 

 Você precisa de tolerâncias muito restritas, como 0,0005″ para desempenho e funcionalidade, ou apenas tolerâncias gerais são suficientes? Se sim, as máquinas de 4 e 5 eixos só podem oferecer isso com excelente consistência. Caso contrário, escolha fresamento de 3 eixos. 

Setor de aplicativos 

Também é fundamental levar em consideração o setor para o qual você está fabricando. Se forem peças/protótipos para indústrias sensíveis à precisão, como aeroespacial, médica ou de defesa, talvez seja necessário escolher eixos mais altos. Caso contrário, pode optar por máquinas com 3 eixos. 

Volume e custo de produção 

O volume de produção e o custo estão relacionados entre si. Especialmente na usinagem de eixos mais altos, grandes volumes reduzem significativamente o custo de produção por peça. Porque os custos de programação, etapas e ferramentas são distribuídos por vários lotes. Para lotes pequenos, você ainda pode usar fresas de 3 eixos ajustando a configuração, mesmo para projetos com nível moderado de complexidade. 

Serviços de usinagem multieixos na RapidDirect 

Se você tem seu projeto pronto e não tem certeza de qual fresadora pode entregar os resultados desejados com os melhores preços. Você pode obter orçamentos comparativos enviando seu design aqui . Na RapiDirect, não apenas fornecemos serviços de usinagem CNC, mas também ajudamos você a escolher o método de usinagem correto e a otimizar o orçamento do seu projeto. 

Além disso, temos instalações de usinagem internas com fresadoras de eixos 3, 4, 5, 6 e até mesmo superiores que podem transformar modelos 3D complexos em realidade com a máxima precisão. Nossos engenheiros e operadores têm mais de uma década de experiência em usinagem multieixos que você pode aproveitar para o sucesso de seus projetos de usinagem CNC.