La guía esencial para el mecanizado CNC de 5 ejes

¿Desea obtener más información sobre el mecanizado CNC de 5 ejes? ¿Tiene curiosidad por saber cómo una máquina herramienta CNC de 5 ejes puede ayudarlo a aumentar su capacidad de fabricación?

Necesitas leer esta guía esencial de máquinas CNC de 5 ejes para descubrir cómo funcionan, cuáles son sus ventajas, así como los tipos de máquinas herramienta disponibles.

Desarrolladas para satisfacer mejor las necesidades cada vez más sofisticadas de industrias avanzadas como la ingeniería aeroespacial, la medicina, la defensa, la robótica y la fabricación de automóviles, las máquinas-herramienta CNC multieje han revolucionado la fabricación.

Un hito importante es el desarrollo de máquinas herramienta CNC de 5 ejes . También conocidos como centros de mecanizado de 5 ejes, la capacidad y flexibilidad de estas máquinas son muy superiores a las de los centros de mecanizado de 3 ejes estándar.

Para ayudarlo a decidir si las máquinas CNC de 5 ejes son relevantes para su producción, este artículo cubrirá las siguientes preguntas frecuentes sobre esta tecnología:

• ¿Qué es el mecanizado CNC de 5 ejes?
• ¿Cuándo necesita una máquina herramienta CNC de 5 ejes?
• ¿Cuáles son las ventajas del mecanizado CNC de 5 ejes?
• ¿Qué debe buscar en una máquina herramienta CNC de 5 ejes?
• Tipos de máquinas herramienta CNC de 5 ejes disponibles en Hwacheon

#1 ¿Qué es el mecanizado CNC de 5 ejes?

Las técnicas de mecanizado CNC de 5 ejes emplean un centro de mecanizado de control numérico por computadora (CNC) para posicionar o sincronizar una pieza en 5 ejes diferentes para facilitar el acceso a las herramientas de corte. Esto permite mecanizar la pieza con tres ejes principales (X, Y y Z), así como con dos ejes de rotación adicionales (A y C o B y C).

Consulte el siguiente diagrama para ver cómo funciona.

El control del movimiento de una pieza en múltiples ejes le da a la herramienta de corte la flexibilidad de ser multidireccional. Por lo tanto, puede abarcar la mayoría de los ángulos, incluso los negativos, y hacer un uso más completo de las herramientas de corte estándar en una gama más amplia de formas y dimensiones.

Versiones de 3+2 ejes

En la versión de 3+2 ejes , cualquiera de los 3 ejes se puede controlar simultáneamente mientras que los 2 ejes restantes se utilizan para posicionar la pieza.

Así es como funciona:

• Puede usar X, Z y C juntos, mientras que los ejes Y y A se usan para el posicionamiento.
• Puede usar Y, Z y A juntos, mientras que X y C se usan para posicionar.

Versiones de 4+1 ejes

Para las versiones de 4+1 ejes , cualquiera de los 4 ejes se puede controlar simultáneamente mientras que el 1 eje restante se utiliza para el posicionamiento.

Así es como funciona:

• Puede usar X, Z, A y C juntos, mientras que Y se usa para posicionamiento.
• Puede usar X, Y, Z y A juntos, mientras que C se usa para el posicionamiento.

Versiones completas de 5 ejes

Por último, están las versiones completas de 5 ejes donde todos los 3 ejes (lineal) y 2 ejes (rotacional) se pueden controlar simultáneamente.

En esta versión, los ejes están configurados en 3 ejes lineales (normalmente llamados X, Y y Z), y dos ejes de rotación (normalmente llamados A y C). El eje A es el eje de inclinación, mientras que el eje C es el eje de rotación. En tal configuración, generalmente habrá una superficie de mesa donde se monta la pieza de trabajo.

Eje giratorio

Para máquinas herramienta CNC de 5 ejes con una mesa Trunnion, la mesa proporciona a la herramienta dos ejes de rotación:

• Eje A – La superficie de la mesa gira (inclinación) hacia el operador o lejos del operador (por ejemplo, M2-5AX, M3-5AX, M4-5AX de Hwacheon. En el D2-5AX, la superficie de la mesa se inclina hacia el lado izquierdo o derecho desde el punto del operador de vista).

Dependiendo del modelo, se puede lograr una amplia gama de ángulos de inclinación. En términos generales, las máquinas con un rango de inclinación más amplio de +/- 120° (como la M3-5AX y la M4-5AX) son excepcionales. Dichos diseños de mesa y rangos disponibles pueden inclinar la pieza de trabajo para brindar acceso a ángulos aún más complejos.

En el caso de modelos como el D2-5AX, la mesa está montada longitudinalmente a la vista del operador y proporciona un rango de inclinación de +30° hacia la derecha y -110° cuando se inclina hacia la izquierda.

• Eje C – La superficie superior de la mesa (la pieza está montada sobre ella) gire hacia la izquierda (en el sentido de las agujas del reloj) o hacia la derecha (en el sentido contrario a las agujas del reloj). La rotación puede ser de un máximo de 360° proporcionando un círculo completo sin necesidad de volver a la posición cero. Esto permite colocar la pieza en cualquier posición rotacional requerida. Los 3 ejes lineales brindan la posibilidad de posicionar el movimiento lineal en la posición requerida. El eje de inclinación proporciona los ángulos a la posición inclinada requerida.

Junto con los 3 ejes lineales (X, Y y Z) y los ejes A y C giratorios de las máquinas de 5 ejes, la pieza a mecanizar se puede maniobrar y mover a los ángulos y posiciones más ideales para el corte.

#2 ¿Cuándo necesita una máquina herramienta CNC de 5 ejes?

Dada su mayor flexibilidad y adaptabilidad, las máquinas herramienta de 5 ejes son útiles para una amplia gama de operaciones de mecanizado en múltiples industrias para necesidades de mecanizado específicas.

Estas son 7 de las aplicaciones más comunes.

1) Cuando se necesitan operaciones de corte, taladrado o roscado en las 5 caras con ángulos específicos

El mecanizado de 5 ejes es más frecuente en las industrias aeroespacial, médica, automotriz, de piezas en general, de moldes y matrices, o de petróleo y gas, solo por nombrar algunas. Estas partes tienden a tener una forma inusual, tienen contornos y superficies complejos, o tienen superficies, ubicaciones y posiciones con ángulos específicos. Incluyen turbinas de aviones o barcos, impulsores y partes como manguetas de dirección que requieren operaciones en las 5 caras y ángulos específicos adicionales.

2) Cuando necesite soluciones de ingeniería más flexibles

Las operaciones de mecanizado simultáneo de 5 ejes son comunes en las industrias de moldes y matrices, así como en las industrias de fabricación de piezas aeroespaciales. Con la capacidad de posicionar o mover la pieza en varios ejes, las máquinas herramienta de 5 ejes brindan a los ingenieros de diseño una mayor libertad para diseñar incluso las formas y formas más difíciles. Por lo tanto, las piezas en las que se va a trabajar pueden ser más complejas, lo que da como resultado mejores soluciones generales de ingeniería en prácticamente todas las industrias.

3) Cuando necesite una producción de alto volumen y mezclas bajas

Las piezas de trabajo fabricadas en volúmenes más pequeños pero repetitivos están aumentando. Las industrias en estos días tienden a rehuir los pedidos de gran volumen, prefiriendo lotes más pequeños que pueden repetirse justo a tiempo si es necesario. Los fabricantes deben ser muy flexibles para adaptarse a los cambios rápidos de su producción. Al hacerlo, los fabricantes pueden evitar costosas existencias innecesarias y ser más flexibles en los precios.

4) Cuando recibe pedidos de piezas de trabajo de formas complejas

El mecanizado de 5 ejes es ideal para empresas que requieren piezas de trabajo altamente complejas y precisas, como las industrias aeroespacial, médica, automotriz, de petróleo y gas, de semiconductores y electrónica. Los fabricantes de estos sectores necesitan tanto los conocimientos técnicos adecuados como el equipo adecuado para ayudarles a producir piezas con precisión y un rendimiento constante y duradero.

Con la máquina adecuada, un buen CAD/CAM, herramientas y un operador/programador capacitado, estos fabricantes pueden hacer que su producción sea rentable y, al mismo tiempo, diferenciarse de las empresas de fabricación estándar.

5) Cuando desee reducir el tiempo de entrega y aumentar la eficiencia

Con accesorios de sujeción estándar y menos necesarios para fabricar incluso las piezas más complejas, las máquinas herramienta CNC de 5 ejes reemplazan la necesidad de mover su pieza a varias máquinas herramienta con una sola máquina. La capacidad de realizar un mecanizado de configuración única ofrece importantes ventajas comerciales, especialmente porque los tamaños de lote se reducen mientras que las piezas se vuelven más complejas.

6) Cuando desee mejorar la calidad y la precisión de su pieza

Al eliminar la necesidad de múltiples configuraciones de varias máquinas herramienta, se reducen los errores humanos y de máquina. Esto mejora la precisión de su pieza mecanizada cuando utiliza las funciones de mecanizado de 5 caras y 5 ejes en una sola configuración. Tales máquinas también permiten el uso de herramientas estándar. Esto puede traducirse claramente en un ahorro de costos, ya que no se requieren herramientas especiales (p. ej., herramientas muy largas o herramientas de forma).

7) Cuando desee mayor flexibilidad, velocidad de producción y precisión

Mientras que una máquina herramienta configurada con 3+2 ejes es una mejora con respecto a las máquinas estándar de 3 y 4 ejes, una máquina diseñada con 4+1 proporciona una flexibilidad aún mayor:se estima que las máquinas 4+1 pueden producir el 85 % de todas las piezas requeridas por cualquier industria. . Esta es una gran ayuda para los fabricantes de piezas que tienen que atender todo tipo de trabajo y no pueden ser demasiado selectivos. Una máquina de 3+2 ejes (generalmente un centro de mecanizado de 3 ejes estándar con una mesa de 2 ejes opcional añadida) requiere cada nueva herramienta en la posición inicial y está limitada en tamaño de pieza y complejidad de mecanizado. Se necesita una máquina simultánea completa de 5 ejes para formas muy complejas como ruedas de turbina, secciones de moldes de neumáticos, repuestos humanos, etc. Se estima que estos cubren el rango restante del 15% de todas las piezas necesarias, es decir, puede cubrir el 100% de necesidades de mecanizado estándar a complejas.

#3 ¿Cuáles son las ventajas de las máquinas herramienta CNC de 5 ejes?

Con el mecanizado simultáneo de 5 ejes, su máquina herramienta CNC puede trabajar en superficies de contorno extremadamente complejas que son desafiantes o incluso imposibles de producir con máquinas herramienta más simples. Mecanizar alrededor de los 5 lados de una pieza en una sola configuración significa que puede realizar operaciones en los 5 lados de una pieza en una sola configuración, lo que le ahorra tiempo de preparación, sujeción y esfuerzo.

Más allá de eso, el mecanizado de 5 ejes aumenta su flexibilidad y precisión, ya que puede eliminar la necesidad de mover piezas de trabajo entre varias máquinas. Esto reduce aún más la necesidad de varios dispositivos de sujeción y configuraciones.

Estas son algunas de las ventajas que puede disfrutar con un centro de mecanizado de 5 ejes.

1) Configuración de máquina minimizada

Con un solo proceso de configuración (también conocido como "Hecho en uno"), puede reducir significativamente el tiempo de preparación y aumentar la eficiencia humana y de la máquina. Esto también reduce los errores humanos y de máquina que resultan de trabajar en múltiples configuraciones para cada etapa del mecanizado. El equipo de sujeción más simple que se usa para colocar la pieza en la posición requerida en la máquina también ahorra tiempo, costos y reduce los posibles errores.

2) Capacidad para gestionar diseños complejos

Con el mecanizado de 5 ejes, se pueden manejar fácilmente formas y diseños complejos. Esto puede incluir lo siguiente:piezas de sistemas hidráulicos, carcasas de bombas de agua, carcasas de cajas de engranajes, ruedas dentadas, moldes de inyección, equipos de petróleo y gas, equipos médicos o de transfusión de sangre y muchos otros.

3) Mayor precisión de mecanizado

Al reducir la cantidad de configuraciones manuales requeridas, el mecanizado multieje ayudará a mejorar la precisión general de la pieza producida.

4) Mejor acabado superficial

Las máquinas de 5 ejes construidas con una calidad mecánica superior, como los centros de mecanizado Hwacheon M2-5AX, M3-5AX, M4-5AX y D2-5AX, proporcionan la base para lograr vibraciones reducidas, superficies más suaves de alta calidad y precisión constante. El operador de su máquina no necesita volver a sujetar la pieza, ya que permanece sujeta durante todo el ciclo de mecanizado. Esto mejora mucho la calidad de los acabados.

5) Eliminación de material más rápida

Específicamente diseñado para eliminar incluso los materiales más duros de manera rápida y eficiente, un centro de mecanizado CNC de 4+1 o 5 ejes completos reducirá significativamente cualquier esfuerzo manual. Esto conduce a una mayor eficiencia y estabilidad en el mecanizado.

6) Ahorro de tiempo significativo

Cada vez es más importante analizar los costos de operación y mano de obra, dado el aumento de los costos de mano de obra, la falta de mano de obra capacitada y la necesidad de aumentar la productividad de la fábrica. Gracias al ajuste todo en uno de estas máquinas herramienta, los operadores no tienen que volver a sujetar y mover las piezas a otras máquinas para la siguiente operación. En cambio, pueden concentrarse en administrar máquinas adicionales y, por lo tanto, aumentar su productividad.

7) Ampliar la capacidad de la fábrica y la flexibilidad de producción

Para los fabricantes de piezas y los fabricantes por contrato, invertir en un centro de mecanizado de 5 ejes mejora la flexibilidad y agilidad de sus producciones. Con sus múltiples aplicaciones, estas máquinas herramienta le permiten maximizar sus máquinas para pedidos de fabricación grandes y pequeños. Tales capacidades pueden no estar presentes con máquinas estándar de menor costo que tienen capacidades claramente limitadas.

En resumen, la máquina herramienta CNC de 5 ejes puede mejorar significativamente tanto su productividad como su rentabilidad. Además, diferencian su capacidad de fabricación de la de sus competidores.

#4 ¿Qué considerar en una herramienta de mecanizado CNC de 5 ejes?

Ahora que conoce las ventajas de una herramienta de mecanizado de 5 ejes, la siguiente pregunta es:¿Cómo elegir la máquina herramienta CNC de 5 ejes adecuada?

Para ayudarlo a hacerlo, le proporcionamos una práctica lista de verificación para que la tenga en cuenta.

1) Potencia de procesamiento CNC adecuada

Asegúrese de que la potencia de procesamiento del control CNC sea lo suficientemente alta como para computar, calcular y controlar la cantidad de ejes utilizados al mismo tiempo.

2) Hacer coincidir la función de anticipación con el tipo de máquina

La función anticipada para una máquina de 4+1 ejes debe tener un mínimo de 200 bloques. Para secuencias de mecanizado de 4 ejes más complejas, 400 bloques serían mejores. Para una operación simultánea completa de 5 ejes, se requiere un control CNC de cálculo más rápido. Este podría ser el Fanuc 31i B5 con el estándar de bloque HAI 600, o la función de anticipación de 1000 bloques opcional, que proporciona una velocidad de cálculo muy alta.

3) Potencia y rigidez suficientes del husillo de la máquina

La potencia y la rigidez suficientes del husillo de la máquina son factores importantes y, a menudo, se pasan por alto. Sin embargo, un husillo potente requiere el apoyo de un diseño mecánico aún más rígido. Para garantizar un corte suave y sin errores, el corazón del centro de mecanizado de 5 ejes, el husillo de la máquina, no solo debe ser lo suficientemente potente para manejar las tensiones y cargas que se le imponen, sino que debe tener suficientes reservas hasta el límite. Dependiendo del material a mecanizar, un husillo menos potente de 11-15 Kw con un par máximo de menos de 100 Nm puede limitar las capacidades de su máquina. Tales máquinas pueden ser más baratas a corto plazo, pero no a más largo plazo.

(El nuevo centro de mecanizado de 4+1 o 5 ejes D2-5AX de Hwacheon está especialmente diseñado mecánicamente desde el principio para manejar un husillo de 37 Kw y 310 Nm de par. Si bien esto puede conducir a un mayor costo inicial de la máquina, su amplia gama de aplicaciones y largo plazo los ahorros a largo plazo demostrarán ser más rentables. Todos los husillos de Hwacheon son sistemas de transmisión directa sin correa, y están diseñados y fabricados internamente).

4) Sistema portaherramientas adecuado

Verifique que los sistemas de portaherramientas utilizados sean BBT o HSK para eliminar la vibración. Deben proporcionar la mejor conexión entre el husillo y el portaherramientas en cualquier momento y bajo cualquier condición de mecanizado.

5) Capacidad para adaptar la tasa de avance de corte y las condiciones

Dependiendo de sus necesidades de mecanizado, es posible que desee mantener una velocidad de avance de corte constante o variarla para diversas condiciones de corte. En este contexto, necesitará una máquina que pueda controlar mejor cada situación para optimizar la velocidad de avance de corte.

(Para hacerlo, Hwacheon ha desarrollado sus sistemas HECC (Hwacheon Efficiency Contouring Control), HTLD (Hwacheon Tool Load Detect) u OPTIMA (Hwacheon Cutting Feed Optimization System). Este paquete de software de mecanizado se entrega como estándar para cada centro de mecanizado de Hwacheon. .)

6) Alto grado de tolerancia y durabilidad de la máquina

Para asegurarse de que su máquina herramienta ofrezca altos grados de tolerancia y durabilidad, debe considerar cómo está construida y diseñada.

Por lo general, hay dos etapas aquí:

• El diseño mecánico y construcción/construcción mecánica de la máquina
• El uso de sistemas electrónicos para la optimización y calibración Tenga cuidado con los fabricantes de herramientas de bajo costo que escatiman y ahorran en los aspectos mecánicos del diseño y usan sistemas electrónicos para compensar sus debilidades.

(Hwacheon invierte en diseños mecánicos y métodos de construcción rígidos. Fundimos más piezas para garantizar la superioridad mecánica de nuestras máquinas, asegurando que tengan una mayor longevidad y tolerancia).

7) Control de calor del husillo y gestión de refrigeración

Como el corazón de cualquier máquina CNC, particularmente para una máquina herramienta CNC de 5 ejes, es importante administrar el control de calor en el husillo y el marco. Hacerlo no solo ayuda a prolongar la longevidad de este mecanismo vital; también proporcionará una mejor calidad y precisión para sus piezas. Para evitar el sobrecalentamiento del husillo, es fundamental que la carcasa del husillo y la punta del husillo se enfríen de manera efectiva. La prevención del calor es necesaria durante el trabajo de mecanizado intensivo, para reducir y controlar el calor generado por el motor y los cojinetes durante velocidades más altas y ciclos de mecanizado más largos.

Recuerde que un husillo incorporado tiene el motor funcionando dentro de la carcasa del husillo. Por lo tanto, es esencial que la carcasa del husillo, incluida la punta del husillo, se enfríe de manera efectiva en secciones. El sistema de enfriamiento de Hwacheon se define en segmentos; por lo tanto, el medio de enfriamiento nunca se “calienta”. Esto asegura una temperatura controlada en cualquier momento. En segundo lugar, y lo más importante, Hwacheon utiliza un sistema de refrigeración y lubricación de rodamientos Oil-Jet.

Esto no solo evita que nuestros cojinetes se sobrecalienten, sino que también garantiza que el sistema ingrese aceite nuevo en cualquier momento. Compare esto con lo que usan algunos fabricantes:paquete de grasa o husillos lubricados con aire y aceite. Estos no proporcionarán una condición de temperatura segura para los rodamientos.

#5 ¿Cuáles son los tipos de máquinas herramienta CNC de 5 ejes disponibles en Hwacheon

Como puede ver, hay muchos factores a considerar en el mecanizado de 5 ejes. Desde las técnicas utilizadas hasta los tipos de herramientas disponibles, las opciones pueden ser desconcertantes para los compradores primerizos. Desde nuestros casi 70 años de experiencia como pioneros en la fabricación de máquinas herramienta CNC en Corea del Sur, hemos centrado nuestras fortalezas en diseñar, probar y perfeccionar las mejores máquinas herramienta CNC de 5 ejes del sector.

Centro de Mecanizado Vertical VESTA-1000+ – 3+1 Ejes o 4+1 Ejes

Modular y flexible, el centro de mecanizado vertical VESTA-1000+ se puede instalar con una mesa giratoria NC para permitir operaciones controladas simultáneamente por 3+1 ejes. Si se agrega una mesa de 2 ejes, VESTA-1000+ permite la producción de 4+1 ejes.

Capaz de producir piezas complejas más pequeñas de manera efectiva (sujeto a la mesa utilizada y otras opciones), el VESTA-1000+ ayuda a las fábricas con sus trabajos de mecanizado 4+1. Sin embargo, no es un sustituto de un 4+1 diseñado y construido, o un centro de mecanizado de 5 ejes simultáneos.

D2-5AX:centro de mecanizado de 5 ejes

Con un diseño compacto, el D2-5AX es un centro de mecanizado de 5 ejes de tamaño mediano y fácil de automatizar, ideal para la producción de "alta mezcla y bajo volumen".

Ventajas clave de D2-5AX:

• Su eje B gira hacia el lado derecho e izquierdo (visto desde el operador frente a la máquina)
• El verdadero 0° se logra cuando la superficie de la mesa está en posición horizontal.
• La mesa puede moverse en un rango de -30° (la superficie de la mesa apunta hacia la derecha) a +110° (la superficie de la mesa apunta hacia la izquierda)
• El eje C giratorio tiene un movimiento circular completo de 360° alrededor.

M2-5AX / M3-5AX / M4-5AX – Centros de Mecanizado de 5 Ejes

La serie de centros de mecanizado completos de 5 ejes de Hwacheon está hecha para producir incluso las formas y diseños más complejos. Diseñado para cumplir con los altos estándares de fabricación de moldes y matrices o para cumplir con las demandas de formas y contornos muy complejos y para producir las piezas utilizadas en las industrias aeroespacial o marina.

Nuestro modelo de gama superior M4-5AX está diseñado para aplicaciones especiales:está construido para el mecanizado efectivo de materiales extremos como Inconel, titanio o acero inoxidable resistente al calor. Con un eje incorporado con una potencia de hasta 55 Kw, proporciona un par de hasta 1009 Nm y 8000 rpm, con una opción para un eje de 12 000 rpm con 420 Nm.

El eje Z de la máquina está diseñado con guías de caja sólidas para garantizar que la potencia del husillo se mantenga bajo control incluso en las condiciones de corte más críticas. Diseñada y construida por Hwacheon, la mesa de muñón de 2 ejes utiliza transmisiones de engranajes de rodillos de gran tamaño para su eje A + C. Con un peso total de hasta 28 500 kg, la M4-5AX es una potencia de mecanizado que no está fácilmente disponible en el mercado.

SIRIUS 2500-5AX – Centro de mecanizado de doble columna de 5 ejes

En este modelo, la pieza mecanizada se sujeta a la mesa (eje X) mientras que el cabezal de la máquina proporciona los ejes Y y Z más A y B. Como centro de mecanizado de doble columna, el Hwacheon SIRIUS 2500-5AX se utiliza principalmente para piezas o moldes más grandes. Para tales aplicaciones, una máquina con una mesa giratoria sería demasiado grande y costosa de construir.

Si desea mecanizar piezas más grandes de un determinado tamaño y peso, se recomienda utilizar un cabezal de fresado de 2 ejes.

Conclusión

Esperamos que este completo artículo sobre el mecanizado de 5 ejes y las máquinas herramienta disponibles para este tipo de trabajos sea de utilidad.

Una máquina herramienta CNC de 5 ejes ofrece a las fábricas la oportunidad de realizar trabajos que antes no podían realizar. Para los fabricantes que actualmente utilizan el mecanizado de 3 ejes, la progresión a una máquina de 4+1 o incluso de 5 ejes completos puede ser el siguiente paso lógico en su planificación de producción e inversión.

Sin embargo, debido al costo de tales máquinas, se recomienda que comprenda completamente qué procesos se adaptan mejor a sus necesidades específicas de producción. También debe elegir la máquina herramienta CNC adecuada para aprovechar al máximo la eficiencia y la rentabilidad de su producción.

Si desea saber más sobre el mecanizado de 5 ejes, contáctenos para una discusión. Estaremos encantados de asesorarle sobre qué tecnología se adapta mejor a sus necesidades y objetivos de producción.