Cómo las máquinas CNC de 4 y 5 ejes pueden producir piezas complejas

El mecanizado CNC ha cambiado el mundo de la fabricación. Si bien las máquinas fresadoras (dispositivos que utilizan cortadores giratorios para cortar material de una "pieza de trabajo" sin forma) existen desde el siglo XIX, la aparición de la tecnología CNC (control numérico por computadora) a mediados del siglo XX ha hecho que el mecanizado sea mucho más rápido y más eficiente. precisa.

Las máquinas CNC de hoy en día, que usan computadoras para controlar el movimiento del cortador y/o la mesa, son equipos muy avanzados que permiten a los fabricantes crear piezas complejas con tolerancias extremadamente bajas.

Sin embargo, con todas las diferentes opciones de mecanizado CNC que existen, puede ser difícil saber por dónde empezar. Diferentes partes requieren diferentes procesos de maquinado dependiendo de su forma, tamaño, cantidad y propósito final, por lo que elegir el proceso CNC correcto rara vez es una tarea sencilla.

Una de las preguntas más importantes para las empresas que utilizan máquinas CNC se refiere a la cantidad de ejes que ofrece la máquina. Las máquinas de 3, 4 y 5 ejes se utilizan con frecuencia, pero ¿cuál es la diferencia práctica entre ellas? Y lo que es más importante, ¿cuál debería usar para su parte?

¿Qué son los “ejes” de las máquinas CNC?

Entender los múltiples "ejes" del mecanizado puede ser confuso, y por una buena razón.

El concepto es confuso porque, intuitivamente, parece que tres ejes podrían cubrir todas las formas posibles. Al tener un cortador que se puede mover a lo largo de los ejes X, Y y Z (de lado a lado, de adelante hacia atrás, hacia arriba y hacia abajo), una máquina debería poder cortar una pieza de trabajo en cualquier punto de su superficie. Al reorientar manualmente la pieza de trabajo en la mesa a ciertos intervalos (creando una nueva "configuración"), el operador de la máquina también puede permitir que la herramienta de corte acceda a cualquier lado de la pieza de trabajo.

Pero aunque muchas máquinas CNC utilizan solo tres ejes, y aunque el tipo de mecanizado CNC de tres ejes descrito anteriormente puede ser suficiente para muchos proyectos, también hay otros ejes que se pueden explotar.

Estos ejes adicionales son el resultado de la rotación alrededor de uno o dos de los ejes X, Y y Z, teniendo en cuenta no solo la posición, sino también la orientación. En términos prácticos, estos ejes se pueden aprovechar girando la herramienta de corte o inclinando la mesa que sujeta la pieza de trabajo.

 

¿Por qué son útiles las máquinas CNC de 4 y 5 ejes?

Tener una máquina CNC con estos ejes adicionales presenta muchas ventajas. Dado que pueden cortar la pieza de trabajo desde diferentes ángulos, las máquinas de 4 y 5 ejes pueden completar una pieza en un período de tiempo más corto, con menos necesidad de configuraciones múltiples. Esto tiene el beneficio adicional de eliminar la alineación incorrecta, un riesgo cada vez que la pieza de trabajo debe reorientarse manualmente para una nueva configuración.

Otro beneficio relacionado del mecanizado multieje es cómo elimina la necesidad de accesorios complejos, generalmente necesarios para mantener las piezas en su lugar en máquinas de 3 ejes.

Sin embargo, desde la perspectiva del cliente, la mayor ventaja del mecanizado CNC de 4 y 5 ejes es que puede producir formas extremadamente complejas con un estándar muy alto. Con los ejes adicionales, la máquina puede moverse en nuevos arcos y ángulos con mayor alcance y flexibilidad. En última instancia, esto da como resultado la capacidad de crear una amplia gama de geometrías inusuales.

Además, al tener una máquina que puede orientar su cortador en cualquier ángulo, el trabajo se puede programar para cortar la pieza de trabajo de la manera más eficiente, con un ángulo que proporcionará una velocidad de corte y eliminación de viruta óptimas, lo que resultará en una mejor calidad de corte. la pieza terminada.

La disposición también es ideal para producir superficies contorneadas. Con una máquina de 3 ejes, un canto curvo requiere múltiples cortes pequeños que pueden tardar mucho en realizarse y que rara vez dejan un acabado perfecto. Pero con una máquina multieje, la rotación gradual (el ajuste del cuarto o quinto eje) puede producir contornos casi perfectos con un acabado uniforme.

¿Mecanizado en 5 ejes o 3+2?:una breve guía para encontrar el ajuste adecuado

Cuando se trata de herramientas de corte, una de las principales consideraciones que debe tener es elegir cuántos ejes son apropiados para su flujo de trabajo. Puede conformarse con un sistema de 3 ejes para trabajos relativamente simples, pero para piezas más complejas es posible que necesite una actualización. Ahí es donde entran las máquinas de 5 ejes y de 3+2 ejes.

Si bien el mecanizado de 5 ejes es algo así como un favorito perenne, 3+2 también tiene su propio lugar particular y ofrece algunas ventajas distintas. El indexado de 3+2 o 5 ejes (o cualquiera de sus diversos títulos alternativos) es una forma de mecanizado que ha ganado popularidad entre los talleres de moldes y las empresas con requisitos de impresión menos complejos.

Así que echemos un vistazo más de cerca:

Diferencias de flujo de trabajo

Las principales diferencias entre las dos tecnologías se reducen al ángulo y al mecanizado continuo versus indexado. Esto significa que el mecanizado 3+2 o el mecanizado "indexado" de 5 ejes no mantiene un contacto continuo entre la herramienta de corte y la pieza de trabajo en todos los ejes de rotación. A diferencia de este modo de mecanizado, el mecanizado de 5 ejes simultáneo o real utiliza los tres ejes lineales (X, Y y Z) y los dos ejes de rotación (A y B) de la máquina herramienta al mismo tiempo, lo que da como resultado un mecanizado de superficies de contorno más complejo.

En términos de código, el mecanizado 3+2 generalmente también usa códigos G menos complejos. Muchos proveedores de software de mecanizado de 5 ejes incluyen disposiciones para el mecanizado de 3+2. Sin embargo, el mecanizado 3 + 2 simplifica los movimientos de la herramienta porque efectivamente es una máquina de tres ejes sin los "giros y giros" del cabezal del husillo para maniobrar la herramienta de corte.

Lo que los usuarios pueden querer tener en cuenta es que deben evaluar las capacidades de simulación de programas y de prevención de colisiones del software CAM. Aún así, una de las razones por las que 3+2 ha podido volverse tan popular es la gran cantidad de utilidades de programación disponibles que han surgido, por lo que no debería ser un gran obstáculo.

Similitudes

En términos de ventajas comunes, ambos brindan estabilidad dimensional debido a menos configuraciones y un mejor acabado superficial utilizando herramientas más cortas. El proceso 3+2 utiliza el mismo control de 3 ejes para el proceso de fresado, pero la mesa de mecanizado puede reorientarse y girar en dos direcciones adicionales. Como resultado, el objeto mecanizado se puede procesar desde todos los lados, lo que reduce la necesidad de ajustes y reduce el costo total. Los tiempos de ciclo más bajos también reducen los costos durante la operación para ambas tecnologías.

Como cualquiera puede adivinar, el procesamiento de piezas de los cinco lados con una sola configuración requiere menos preparación y se beneficia de tiempos de entrega mucho más cortos mientras opera con mayor precisión y elimina la necesidad de cambiar sus objetos de un equipo a otro.

Aplicaciones Particulares

El mecanizado de 5 ejes puede proporcionar productos finales más complejos en general, pero hay ciertas formas en las que se destaca el 3+2 ejes. El mecanizado de 3+2 ejes es ideal para piezas que no requieren controles de contorno extremos como plantillas, accesorios, carcasas y otros componentes similares. Si necesita fabricar un diseño con características extremadamente finas, el verdadero mecanizado de 5 ejes puede ser lo mejor para usted.

El mecanizado de 5 ejes es particularmente útil para piezas automotrices, aeroespaciales o médicas debido a la calidad y el acabado mejorados que proporciona. En pocas palabras, las tolerancias más estrictas y las geometrías más complejas son más apropiadas para el mecanizado de 5 ejes. Sin embargo, este no es el final de la discusión. Como se mencionó anteriormente, hay algunos beneficios distintivos del mecanizado de 3+2 ejes que pueden hacerlo más deseable.

Por un lado, es más económico que el mecanizado de 5 ejes. Las aplicaciones comunes para operaciones 3 + 2 incluyen desbaste y otras técnicas agresivas de maquinado de alta velocidad. La longitud más corta de la herramienta también permite muescas en cavidades y paredes empinadas, una capacidad muy adecuada para la fabricación de moldes y otras aplicaciones de piezas de trabajo que involucran curvas o formas tubulares en ángulo. En comparación con el mecanizado convencional de 3 ejes, el mecanizado 3+2 utiliza una herramienta de corte más corta y rígida que se puede inclinar hacia la superficie de trabajo para avances y velocidades más rápidos. . También incorpora muchas de las ventajas del mecanizado de 5 ejes sin las etiquetas de precio más altas, aunque las máquinas de 5 ejes han recorrido un largo camino en términos de precio en los últimos años.

En ciertos casos, ambas tecnologías se pueden utilizar en tándem. Por ejemplo, se puede aplicar el mecanizado 3 + 2 para las operaciones de desbaste y seguir con el mecanizado simultáneo de cinco ejes para las operaciones de acabado. Debido a la menor longitud de la herramienta permitida por 3 + 2, se presta a técnicas de mecanizado de alta velocidad más agresivas como esta. Las máquinas de 3+2 ejes también pueden realizar con eficacia el mecanizado restante en muchos casos.

Al mismo tiempo, los sistemas y la configuración 3+2 no deben considerarse como un sustituto del mecanizado simultáneo de cinco ejes. Hay ciertas geometrías que requieren absolutamente sistemas de 5 ejes, como las fresas de extremo plano para producir esquinas afiladas en las cavidades. Dado que el mecanizado 3+2 generalmente utiliza una fresa de punta esférica similar a las del mecanizado de 3 ejes, esta configuración puede ser una degradación. Varios otros modos de corte que usan herramientas de corte con geometrías cónicas, de piruleta u otras especiales pueden requerir un movimiento completo de cinco ejes para obtener resultados precisos.

Tanto el mecanizado de 5 ejes como el de 3+2 ejes tienen cabida dentro de la fabricación. Es solo una cuestión de elegir lo que es más adecuado para el propio flujo de trabajo, el nivel de inversión y el producto final.

¿Qué proceso es el adecuado para mí?

Dado que las máquinas de 4 y 5 ejes pueden producir piezas muy complejas, a menudo son las preferidas por los clientes en industrias de alto presupuesto y alto riesgo, como el sector aeroespacial. Sin embargo, una configuración multieje no es necesaria para cada trabajo.

Si el costo es la prioridad número uno, el mecanizado de 3 ejes es probablemente la mejor opción. Las máquinas de 3 ejes son más baratas de comprar y requieren menos habilidad para operar, por lo que el mecanizado de una pieza en 3 ejes tiende a ser más económico que uno de los procesos más avanzados. E incluso si el costo no es una preocupación, a veces también es mejor dejar las formas extremadamente simples para las máquinas de 3 ejes.

Cuando no se aplica ninguno de esos criterios, la decisión se vuelve más complicada. Y es por eso que a menudo es mejor consultar a un experto en mecanizado CNC para obtener asesoramiento sobre qué tipo de máquina es adecuada para un trabajo determinado.

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