Escolhendo o Centro de Usinagem CNC de 5 Eixos Ideal para Produção de Moldes

No passado, centros de usinagem CNC de 5 eixos eram construídos e comercializados para o domínio de fabricantes aeroespaciais e de geração de energia. No entanto, a adoção de centros de usinagem de 5 eixos aumentou para fabricantes de moldes nos últimos anos. Então, o que você deve procurar ao comprar um centro de usinagem CNC de 5 eixos para fabricação de moldes?

Vantagens do CNC de 5 Eixos

Existem muitas vantagens em implementar usinagem de 5 eixos para fabricação de moldes, algumas das mais comuns são:

Menos Configurações (Setups)

A usinagem de 5 eixos permite fresar formas complexas com uma configuração versus múltiplas configurações para acomodar a máquina, fuso e ferramentas. Isso aperta tolerâncias entre características, especialmente para furos ou características em ângulos compostos.

Isso também pode reduzir o tempo total de configuração. Uma reorientação rápida da máquina leva meros segundos, enquanto trocar configurações pode levar significativamente mais tempo — na ordem de horas, dependendo da complexidade e requisitos da peça. Máquinas de 5 eixos podem economizar tempo valioso, diminuindo o tempo do trabalho e conquistando mais negócios.

Acabamento com Ferramentas Mais Curtas

Capacidades completas de 5 eixos podem inclinar o eixo da ferramenta ao redor da peça, permitindo ferramentas mais curtas e menores razões L/D (comprimento para diâmetro). Isso ajuda a reduzir vibração e deflexão da ferramenta para fornecer um acabamento superficial superior.

Usinar Áreas Mais Profundas

Áreas profundas de uma peça que são difíceis de alcançar diretamente no eixo Z podem ser fresadas rotacionando o eixo da ferramenta e realizando uma operação 3+2 ou 5 eixos simultânea.

Economizar Tempo e Dinheiro

Usar ferramentas mais curtas frequentemente permite taxas de avanço mais rápidas devido à redução de deflexão e vibração. A fresagem CNC de 5 eixos de áreas profundas e nervuras pode reduzir a necessidade de operações EDM mais lentas, reduzindo o tempo de entrega. Juntos, economizam tempo e dinheiro na fabricação de moldes.

No geral, a usinagem de 5 eixos pode ajudar você a entregar peças superiores com tolerâncias mais apertadas em características-chave em menos tempo, para que seu negócio permaneça competitivo.

3+2 Versus 5 Eixos Simultâneos

Ao discutir usinagem de 5 eixos, é importante diferenciar as diferenças entre usinagem de 3+2 eixos e 5 eixos simultâneos. Geralmente, um centro de usinagem CNC de 5 eixos terá três eixos lineares: X, Y e Z. Eles também terão dois eixos rotativos, seja A&B, A&C ou B&C. O eixo rotativo corresponde ao eixo linear. Por exemplo, o eixo rotativo A gira em torno do eixo linear X. O eixo B gira em torno de Y, e o eixo C gira em torno de Z. A maioria dos centros de 5 eixos usados na fabricação de moldes são de configuração A&C ou B&C.

Usinagem de 3+2 Eixos

A máquina rotaciona para a posição, usando os dois eixos rotativos, então realiza um corte tradicional de 3 eixos. Ela rotaciona primeiro, depois corta, mas não ao mesmo tempo. Pense nisso como definir qualquer vetor de ferramenta para um plano de trabalho temporário e realizar um corte de 3 eixos a partir daí. Como você está definindo um plano de trabalho, ciclos enlatados tradicionais, como furação, geralmente podem ser usados durante a usinagem de 3+2 eixos.

A usinagem de 3+2 eixos tem a vantagem de programação mais simples. O Fusion 360 torna as operações 3+2 especialmente fáceis — há simplesmente uma caixa de seleção em cada operação de fresagem que permite reorientar a ferramenta usando uma seleção rápida de geometria, alças gráficas ou alinhar à visualização atual. Esta abordagem de programação simplificada torna fácil obter o máximo da sua máquina.

Usinagem Simultânea de 5 Eixos

Neste modo, os eixos de rotação podem ser usados ao mesmo tempo que os eixos lineares. Ou seja, todos os cinco eixos podem ser usados simultaneamente. Rotacionando e fresando ao mesmo tempo. Movimento contínuo significa que a ferramenta permanece em contato com a peça e possivelmente tem menos retrações ou áreas para mesclar.

O Fusion 360 também oferece operações simultâneas de 5 eixos para aumentar sua capacidade para peças complexas e usar suas máquinas em seu potencial máximo.

É importante notar que a maioria das máquinas de 5 eixos na verdade realiza fresagem de 3+2 eixos cerca de 80% (ou mais!) do tempo na fabricação de moldes. A usinagem simultânea é reservada para certas aplicações únicas — tipicamente quando 3+2 não funciona.

Diferenças Básicas de Máquinas

Existem muitos estilos diferentes de designs de centros de usinagem CNC de 5 eixos. Para este artigo, simplificaremos em dois grupos principais: mesa rotativa ou cabeça rotativa.

Designs de mesa rotativa são onde a peça é montada em uma mesa que rotaciona, tipicamente com movimento do eixo C. Ou a mesa realiza a outra rotação, como no caso de uma mesa rotativa (trunnion), ou o fuso tem um eixo de rotação para completar uma máquina de 5 eixos.

Designs de cabeça rotativa tipicamente usam algum tipo de junta (knuckle) onde o fuso é montado. A junta normalmente permite dois eixos de rotação, tipicamente A&C ou às vezes, mas menos comumente, B&C.

Algumas vantagens dos designs de mesa rotativa são:

• Maior rigidez que designs de cabeça rotativa
• Maior velocidade e desempenho que designs de cabeça rotativa

Algumas vantagens dos designs de cabeça rotativa são:

• Envelopes de trabalho maiores e peças mais pesadas que designs de mesa rotativa
• Mais versatilidade com fixação e múltiplas peças que designs de mesa rotativa

Não importa qual configuração você decida usar, o Fusion 360 programa cada uma da mesma forma para manter a programação direta. Nós até oferecemos uma biblioteca de pós-processadores rápidos, gratuitos e totalmente personalizáveis para que você possa adaptar seu código G às suas necessidades e fazer as peças certas.

Tamanho da Área de Trabalho

Uma das maiores considerações ao comprar um centro de usinagem CNC de 5 eixos é o tamanho do envelope de trabalho. Um erro comum é comprar uma máquina pequena demais na primeira vez.

Assim como na usinagem de 3 eixos, o curso Z da máquina é importante ao usinar cavidades. Você precisa de curso Z suficiente para acomodar a peça e ferramentas longas para retrair para fora da peça. Espaço adicional em uma máquina de 5 eixos para retrações de ferramenta é necessário ao redor de toda a peça.

Ao comprar, quando você considera uma máquina de 5 eixos, considere a maior peça que usaria na máquina, e adicione sua ferramenta mais longa às dimensões ao redor da peça. Isso ajudará a garantir que você compre uma máquina com folga suficiente.

Limitações de Eixos

Ao considerar uma máquina de 5 eixos, leve em conta quaisquer limitações nos eixos rotativos. Limites na rotação limitarão quanto de uma peça você pode fresar em 5 eixos. Se você precisa usinar peças com condições de contra-draft (backdraft), certifique-se de que seu centro de usinagem CNC de 5 eixos tem capacidade de rotação suficiente para realizar isso.

Além disso, se usando um centro de 5 eixos típico, descubra se o eixo C tem algum limite ou não. Um eixo C ilimitado permite que você gire continuamente a peça enquanto a fresa. Pense em um objeto como uma garrafa de refrigerante. Com um eixo C contínuo, você pode continuar girando a garrafa enquanto a fresa de cima a baixo, áreas de contra-draft e tudo.

Máquinas com limites na rotação do eixo C serão forçadas a retrair para longe da peça, desenrolar o eixo, reaproximar da peça e continuar fresando. Esses movimentos de desenrolar podem desperdiçar tempo valioso de usinagem com movimentos no ar simplesmente por causa de limites.

Controlador

Sem o controlador da máquina de fresagem, tudo o que você tem é um grande pedaço de metal caro. Seu trabalho é pegar dados do encoder nos eixos lineares e rotativos e controlar o que os motores fazem a seguir.

Na usinagem simultânea de 5 eixos, não apenas o controlador tem que sincronizar com precisão os movimentos lineares X, Y e Z, mas também tem que gerenciar os eixos rotativos. Isso é mais difícil à medida que as velocidades aumentam quando os componentes se movem mais longe do centro de rotação.

Nem todos os controladores de 5 eixos são criados iguais. Alguns fazem a sincronização melhor que outros — alguns desaceleram o processo de fresagem ao realizar 5 eixos simultâneos. Ao comprar um centro de usinagem CNC de 5 eixos, é importante olhar para as velocidades realistas disponíveis no modo simultâneo de 5 eixos.

Outra coisa a considerar ao comprar um centro de usinagem CNC de 5 eixos é o quão bem o controlador define planos de trabalho para usinagem de 3+2 eixos? Todos os ciclos enlatados estão disponíveis em qualquer inclinação? O que é necessário na saída pós-processada para gerenciar isso?

Outra consideração é se o controlador tem uma maneira de definir RTCP (Rotation Tool Center Point)? Este é onde o controlador conhece a origem da peça em relação ao centro de rotações e pode calcular com precisão os movimentos necessários para a peça programada. Alguma forma de RTCP (às vezes chamada TCPM) é normalmente usada na usinagem simultânea de 5 eixos para acabar peças de molde.

Fixação de Ferramenta

Ao usar fusos e ferramentas de alto desempenho, o sistema de porta-ferramentas pode afetar positiva ou negativamente a rigidez geral. Alguns sistemas de fixação de porta-ferramentas fixam do lado de fora do porta-ferramentas com pressão para dentro. Outros sistemas fixam do lado de dentro do porta-ferramentas com força para fora. Os últimos sistemas, fixando de dentro com força para fora, são auxiliados pela força centrífuga das rotações de fusos de alta velocidade.

Guias Lineares

A maioria das máquinas de fresagem CNC usa fusos de esferas, que incluem rolamentos de esferas para reduzir atrito, para controlar movimento. Alguns desenvolvimentos recentes em máquinas CNC são substituir o motor e fuso de esferas por um motor linear. Custos para máquinas equipadas com motores lineares serão tipicamente mais altos. No entanto, em média, eles podem fornecer níveis de aceleração mais altos, maior precisão e operação mais suave.

É importante notar que essas vantagens são comparadas a centros de usinagem CNC de 5 eixos de nível médio. Máquinas de 5 eixos de alta gama com encoders, escalas, fusos e motores mais robustos fornecem as mesmas velocidades e precisões disponíveis de motores lineares.

Arquivos CAD

Ao realizar usinagem de 5 eixos, você vai querer simular e verificar seus programas CNC antes de rodá-los na máquina. À medida que você começa a rotacionar a peça ou cabeça, as chances de colisão máquina-peça aumentam.

Simulações precisas começam com dados CAD 3D precisos do centro de usinagem CNC de 5 eixos. Sem uma representação precisa da máquina, a simulação é, na melhor das hipóteses, uma estimativa. Isso inclui o fuso, mesa e todas as partes que a fazem rotacionar, seja qual for o estilo.

Alguns fornecedores de máquinas fornecem arquivos CAD de suas máquinas, alguns cobram por isso, e outros não os fornecem de forma alguma. Sejam os arquivos CAD fornecidos, comprados, ou você os projete, você precisará verificar os dados 3D contra as dimensões reais da máquina para garantir que são precisos.

Adicionar fresagem de 5 eixos à fabricação de moldes tem muitas vantagens e pode melhorar acabamentos, reduzir tempo de entrega e reduzir a necessidade de operações EDM.

Ao considerar um centro de usinagem CNC de 5 eixos, considere ir um tamanho acima do que você acha que precisa. Verifique as capacidades RTCP para usinagem simultânea de 5 eixos. Verifique a simplicidade de usar diferentes planos de trabalho temporários para usinagem de 3+2 eixos. Considere componentes de maior qualidade e mais robustos para velocidades mais altas, precisão e qualidade de acabamento.

Decidido a comprar um centro de usinagem CNC de 5 eixos? Saiba mais sobre como maximizar sua máquina com o Fusion 360.