Mecanizado CNC de 5 ejes:la guía completa

Introducción al mecanizado CNC de 5 ejes

Cuando la gente habla de mecanizado CNC multieje o mecanizado múltiple, mecanizado CNC de 5 ejes siempre se menciona en los métodos de fabricación avanzados. El mecanizado CNC completo de 5 ejes significa la capacidad de procesamiento de una máquina para mover una herramienta o una pieza de trabajo en cinco ejes diferentes simultáneamente. El mecanizado CNC de 5 ejes se considera una versión más evolucionada y sofisticada del proceso de mecanizado CNC.

¿Qué es una máquina CNC de 5 ejes?

Como todos sabemos, el mecanizado CNC de 5 ejes se logra mediante máquinas CNC de 5 ejes. Hoy en día, las máquinas CNC de 5 ejes se consideran increíblemente excelentes para crear formas complejas con un mejor acabado superficial. Las personas pueden aprender mucho sobre el mecanizado CNC de 5 ejes una vez que entienden cómo funcionan las máquinas CNC de 5 ejes en un taller de mecanizado CNC.

En el proceso de mecanizado de 5 ejes, hay dos ejes adicionales en comparación con los ejes X, Y y Z. Los dos ejes adicionales pueden ser A y B, A y C o B y C Axis. Están involucrados para completar el proceso de mecanizado de formas altamente complejas. Ahora la pregunta es ¿cómo se despliegan los otros dos ejes en el proceso de mecanizado CNC de 5 ejes?

Los dos ejes adicionales son utilizados por el movimiento de una mesa en la que se fija el material de trabajo. Por lo tanto, la mesa puede girar en cualquier sentido a 360 grados alrededor de la herramienta de corte, lo que le da a la máquina accesibilidad al corte lateral. Mientras tanto, si consideramos un movimiento de un solo eje como en la posición A, B o C, la rotación se limita a 180 grados. En el proceso de mecanizado de 5 ejes, el cabezal de la herramienta se balancea contra el material de trabajo inmóvil o existe la rotación o el movimiento de una mesa en un ángulo que le da a la mesa una posición de inclinación. Dependiendo de los requisitos de características, la mesa puede inclinarse en diferentes ángulos para lograr formas complejas. De acuerdo al tamaño y peso del objeto que se somete al producto de fabricación requerido, se decide la selección de la mesa basculante o giratoria. Si el trabajo es más pesado, entonces se somete a giro, de lo contrario, el mecanizado de 5 ejes va con la inclinación de la mesa para realizar el proceso de mecanizado requerido. También existen diferentes variedades de mecanizado de 5 ejes debido a los tipos de máquinas CNC de 5 ejes.

¿Cuáles son los tipos de máquinas CNC de 5 ejes?

Para satisfacer las diferentes necesidades del mercado, los fabricantes de equipos CNC proporcionaron diferentes tipos de máquinas CNC de 5 ejes. Entre los tipos, existe una diferencia básica en la flexibilidad de la rotación de la mesa o el movimiento de la herramienta de corte en diferentes direcciones. Se concluyen principalmente como los siguientes cinco tipos de máquinas CNC de 5 ejes.

1. Tipo de cabeza de husillo de doble pivote

En este tipo, dos coordenadas giratorias controlan directamente la dirección del eje de la herramienta.

2. Tipo de cabeza oscilante de cabeceo

Los dos ejes de coordenadas están en la parte superior de la herramienta, pero el eje de rotación no es perpendicular al eje lineal.

3. Tipo de mesa giratoria doble

Respecto a este tipo de mecanizado de 5 ejes, dos coordenadas giratorias controlan directamente la rotación del espacio.

4. Tipo de mesa de trabajo de lanzamiento

Los dos ejes de coordenadas están en la mesa de trabajo, pero el eje de rotación no es perpendicular al eje lineal.

5. Mesa giratoria + Tipo de cabeza de husillo pivotante

En este tipo, las dos coordenadas giratorias actúan en lugares diferentes. Uno actúa sobre la herramienta y el otro actúa sobre la pieza de trabajo.

Mecanizado CNC de 5 ejes VS Mecanizado 3+2 VS Mecanizado 4+1

Mecanizado de 5 ejes =Mecanizado de 5 caras？

Muchas personas aún no pueden distinguir entre el mecanizado CNC de 5 ejes y el mecanizado de 5 lados, aunque han explorado la industria del procesamiento CNC durante muchos años. Incluso a menudo los confunden o piensan que el mecanizado CNC de 5 ejes se refiere al mecanizado de 5 caras. De hecho, son diferentes entre sí. En esta sección, explicaremos sus diferencias en detalle.

Mecanizado CNC de 3+2 ejes

Mecanizado CNC 3+2 significa los tres ejes de un centro de mecanizado, más uno rotativo y otro basculante. El mecanizado CNC 3+2 también se conoce como mecanizado de cinco caras. Significa que puede mecanizar cinco lados de una pieza en una sola configuración.

En esta versión del proceso de mecanizado CNC, se utilizan tres ejes simultáneamente mientras que los otros dos ejes se utilizan para reposicionar el trabajo sujeto a fabricación. Por ejemplo, si estamos controlando los ejes X, Y y C al mismo tiempo, los ejes Z y A se utilizarán para fines de posicionamiento.

Mecanizado CNC 4+1 ejes

El mecanizado CNC 4+1 significa que utiliza una estructura de máquina de 5 ejes pero mantiene fijo uno de los ejes giratorios o de inclinación. El mecanizado 4+1 es más capaz que el mecanizado CNC 3+2. Sin embargo, todavía no es un verdadero mecanizado CNC completo de 5 ejes.

En este proceso de mecanizado, está claro que los cuatro ejes se emplearán al mismo tiempo mientras que solo un eje permanece quieto que se desplegará para la función de posicionamiento. Por ejemplo, podemos ir junto con los ejes X, Y, B y C simultáneamente, mientras que el eje Z se utilizará para establecer la posición del material.

Mecanizado CNC completo de 5 ejes

En cuanto al mecanizado completo de 5 ejes, se refiere a que los cinco ejes de la máquina se mueven simultáneamente (3 ejes lineales, uno giratorio y uno de inclinación). Es capaz de producir piezas muy complejas. Es un mecanizado de varillaje de 5 ejes.

En este caso, todos los cinco ejes funcionan al mismo tiempo para lograr resultados de alta gama. Los tres ejes convencionales, como los ejes X, Y y Z, se implementan para el movimiento de traslación, mientras que los otros dos ejes, comúnmente denominados ejes B y C, se utilizan para la inclinación o la rotación completa de la herramienta o el puesto de trabajo, según las características de la máquina CNC.

Mecanizado CNC de 5 ejes es un método adecuado para el mecanizado de superficies de gancho, el mecanizado de formas inusuales, el mecanizado hueco, el orificio oblicuo, etc. Mientras que el mecanizado de 5 lados es similar pero más capaz que el mecanizado de 3 ejes. Solo puede procesar cinco lados, pero no lograría un mecanizado especial en una sola configuración.

El procedimiento de programación de las máquinas CNC de 5 ejes es bastante similar al de las máquinas CNC tradicionales de 3 ejes en las que primero el usuario crea el modelo CAD del producto deseado. Luego, el software generó el código G para el modelo de pieza en consecuencia. Sin embargo, las máquinas CNC de 5 ejes involucran los valores angulares además de los valores axiales, lo que hace que el código G sea un poco más complejo. Los ángulos se definen en función de la configuración de la mesa y el cabezal de la máquina CNC de 5 ejes.

Las herramientas utilizadas en las máquinas de 5 ejes también se actualizan en cuanto a su geometría y formas. Las formas y geometrías más rápidas de las herramientas de corte dan mejores resultados en forma de tolerancia y ajuste de los productos finales. Sin embargo, el tipo de materiales sigue siendo similar a los métodos convencionales que dependen de la resistencia del material de corte.

Bonificación:

1. El mecanizado de 5 ejes o el mecanizado de cinco ejes a veces se abrevia diciendo simplemente mecanizado CNC 5X.
2. En la producción de pedidos real, el 90 % del trabajo lo realizaban máquinas de 5 ejes, en realidad son solo de 5 lados (solo posicionamiento). ¿Sabes por qué? Debido a la estructura y los requisitos reales de las piezas, la función del enlace de cinco ejes no se ha puesto en juego. Es por eso que la gente confundió el mecanizado CNC de 5 ejes y el mecanizado de 5 lados.

Precios de máquinas CNC de 5 ejes

Los precios de las máquinas CNC de 5 ejes son generalmente muy altos y varían mucho según las características y el tipo de máquina CNC. El costo va de $10,000 a $500,000 dependiendo de diferentes factores. Sin embargo, las pequeñas industrias con baja capacidad de fabricación pueden adquirir los servicios de esta tecnología innovadora a tarifas por hora. Las empresas que fabrican máquinas CNC de 5 ejes generalmente brindan soluciones personalizadas relacionadas con el mecanizado CNC de 5 ejes

Tipos de configuración para centros de mecanizado de 5 ejes

Mesa-mesa, cabezal-mesa y cabezal-cabezal son ejemplos de combinaciones comunes de máquinas CNC de 5 ejes.

La primera configuración es la configuración mesa-mesa, también caracterizada como una máquina de mesa basculante. Ambos ejes rotativos están contenidos en la mesa de muñones y la cabeza siempre está estacionaria, girando la pieza sobre la mesa. Esta configuración se basa en una máquina CNC estándar de 3 ejes, con los dos ejes giratorios utilizados para colocar la pieza de trabajo en la orientación deseada. La máquina CNC de muñón proporciona mejores capacidades de socavado, mayores volúmenes de trabajo y mejor velocidad y durabilidad. La máquina con cabezal giratorio o articulado, que está disponible en configuración cabezal-cabezal o cabezal-mesa, es la segunda configuración de máquina de 5 ejes.

A diferencia de una máquina cabeza-cabeza estilo muñón, donde la cabeza realiza todas las rotaciones, la mesa es estática. La máquina cabezal-mesa, pero desde el otro lado, está formada por un cabezal basculante y una mesa giratoria, lo que permite utilizar utillajes más cortos o de longitud más estándar. Las máquinas con cabezal giratorio pueden mover el cabezal de la herramienta alrededor del bloque para encajar en espacios pequeños. Al girar el husillo, se configuran los ejes giratorios para que los materiales más pesados ​​se puedan procesar y moldear fácilmente en máquinas CNC de 5 ejes.

¿Por qué optar por el mecanizado CNC de 5 ejes?

Los beneficios de las máquinas CNC de 5 ejes son enormes. Estas máquinas se utilizan en diferentes grupos de fabricación como instrumental médico que requiere formas muy suaves y complejas, equipos aeroespaciales que requieren acabados superficiales de alta gama y extremos lisos, otros sectores que requieren una tolerancia estrecha y fabrican productos a granel.

Una de las necesidades básicas del proceso de mecanizado de 5 ejes es la agilidad para realizar procesos sustractivos y obtener esas geometrías complejas que son bastante difíciles de obtener con el mecanizado CNC de 3 ejes convencional. Por ejemplo, cuando necesitamos operaciones de corte, taladrado y roscado al mismo tiempo en diferentes caras de una pieza de material en diferentes ángulos, una máquina CNC simple requiere mucho esfuerzo para hacerlo. El usuario debe tener que cambiar las posiciones del trabajo para crear ángulos a lo largo del proceso de corte si va con un proceso de mecanizado CNC simple. Esto tomará mucho tiempo y esfuerzo para hacerlo. Aquí es donde las máquinas CNC de 5 ejes terminan el trabajo de manera eficiente.

La máquina CNC de 5 ejes puede crear tales formas y ángulos de una sola vez, lo que reduce el tiempo y los esfuerzos con una mayor precisión y calidades de acabado superficial. Cuando se logran diferentes formas y geometrías, y se reduce el tiempo de entrega, aumenta el volumen de producción con una producción uniforme. Industrias como la aeroespacial, automotriz, médica y otras similares que requieren que sus productos sean perfiles altamente precisos y precisos, el mecanizado de 5 ejes es el mejor. A medida que se reduce la participación humana en el proceso de mecanizado, se logran altos niveles de tolerancia y estándares con máquinas CNC de 5 ejes. Cualquier persona con la máquina adecuada con buenos conocimientos de CAD (diseño asistido por computadora) y selección de materiales puede utilizar las máquinas CNC de 5 ejes para crear sus productos aparte de la fabricación de la empresa.

Ventajas del mecanizado CNC de 5 ejes

Llegados a este punto, podemos concluir las ventajas de las máquinas CNC de 5 ejes de la siguiente manera:

1. Reduzca el tiempo de entrega y aumente la velocidad de producción
2. Mejore la precisión y la calidad del proceso de mecanizado
3. Agilidad para obtener geometrías y formas complejas
4. Ampliar la capacidad de producción
5. Sustituir los diferentes equipos de mecanizado por una única Máquina CNC de 5 ejes
6. Reduzca los posibles errores en cada etapa del proceso de mecanizado
7. Mayor vida útil de corte gracias a la selección automática de herramientas y la velocidad optimizada de la herramienta de corte.
8. Acabado de superficie de alta gama debido a menos vibraciones en máquinas CNC de 5 ejes

Programación de máquina CNC de 5 ejes

El procedimiento de creación de código G para la máquina CNC comienza a partir de un modelo CAD diseñado en cualquier software de modelado. Luego, el modelo CAD generalmente se convierte en un algoritmo, es decir, un código G que contiene toda la información requerida, como la velocidad del husillo, el avance y los movimientos axiales de las herramientas de corte. Los algoritmos utilizados para controlar la herramienta de corte de alta velocidad de las máquinas CNC de 5 ejes no son muy diferentes del código G de mecanizado convencional de 3 ejes. Sin embargo, el movimiento de la herramienta de corte en diferentes ángulos o inclinar la posición de la mesa requiere la información de ángulos de avance y trayectorias de curvatura.

Al programar en los 5 ejes, tenemos dos posibilidades para controlar los movimientos y posiciones de rotación. Podemos usar ángulos de rotación o vectores de herramientas para generar los datos. Los vectores de herramientas son básicamente los comandos que se implementan al final de los ejes X, Y y Z que dan la información a la herramienta para rotar o inclinar en un ángulo específico. La aplicación es única para cada configuración de máquina diferente debido al uso de vectores de herramientas IJK. La máquina puede usar cualquier eje que tenga disponible para colocar la herramienta en su posición y ángulo de inclinación ordenados porque no está comandando ninguna llamada de eje específica (A, B o C). Esta flexibilidad permite compartir la misma pieza programada en varias máquinas del taller, independientemente de la configuración de la máquina.

Hay diferentes trajes de software de programación CNC que se pueden usar para crear el código G que se implementa en máquinas CNC de 5 ejes. Software como Autodesk, Mastercam, Siemens NX, PowerMill y Edgecam son los más utilizados para programar máquinas de 5 ejes.

Pasos a tener en cuenta al realizar el proceso de mecanizado CNC de 5 ejes

• Asegúrese de que haya una tasa de procesamiento suficiente de la máquina CNC para controlar la ruta de la herramienta de corte comandada por el código G cargado en la máquina CNC.
• Para realizar operaciones CNC completamente funcionales, también asegúrese de que las funciones anticipadas permitan que la máquina NC calcule más rápido.
• Elija el mejor sistema de portaherramientas para el proceso de mecanizado CNC que garantice el movimiento libre de vibraciones de la herramienta mientras crea un perfil en el material.
• Controle la velocidad de avance durante la condición para mantener la durabilidad de la herramienta de corte. Controlar la velocidad de las herramientas de corte en diferentes materiales es la clave básica para aumentar la vida útil de la herramienta de corte.
• Otro factor muy importante a tener en cuenta es el control del calor del husillo mediante el uso del refrigerante adecuado. Por lo tanto, se utilizan diferentes lubricantes o sistemas de chorro de agua para mantener baja la temperatura de la punta de la herramienta de corte y eliminar los desechos de la posición de la herramienta de corte.
• Además, antes de someter su pieza de trabajo a la fabricación directamente en la máquina CNC de 5 ejes, es mejor hacer una simulación de la trayectoria de la herramienta que pueda garantizar que se realice el proceso correcto con los resultados correctos.

Herramientas de corte para procesos de mecanizado CNC

El material de las herramientas de corte utilizado para cortar o dar forma al trabajo sujeto en las máquinas CNC de 5 ejes no es diferente de las máquinas CNC de 3 ejes. Sin embargo, las estaciones portaherramientas son bastante diferentes y la capacidad de cambio de herramientas en el CNC de 5 ejes está muy mejorada. También incluyen cambios automáticos de piezas o cambiador automático de palés que reduce la interacción humana con la herramienta de corte y el material durante el proceso de fabricación. Esta flexibilidad también permite la producción de High Mix o Low Volume, lo que aumenta la eficiencia de cualquier empresa de fabricación. En el mecanizado CNC de 5 ejes, hay de 60 a 120 estaciones de herramientas en el almacén del cambiador automático de herramientas. Un mayor número de estaciones de herramientas proporciona el ajuste de trabajar en diseños bastante complejos.

La selección del material de la herramienta de corte depende de diferentes factores, como que los materiales de la herramienta deben ser entre un 40 y un 60 por ciento más resistentes que el material sobre el que se trabaja. Asimismo, debe tener una alta conductividad térmica con un bajo coeficiente de fricción. Además, las fabricaciones del material de la herramienta de corte deben ser sencillas para que puedan ser fácilmente accesibles. A continuación se indican algunos de los materiales de corte utilizados en el mecanizado CNC:

Acero al carbono

Este material es el material de corte más popular utilizado en el mecanizado CNC debido a su disponibilidad y bajo costo. Este contiene una pequeña cantidad de manganeso y silicio con un contenido de carbono del 0,6 al 1,5 %.

Acero de alta velocidad

Este material es el segundo más utilizado en el mecanizado CNC debido a su durabilidad y alta resistencia al desgaste. Contiene tungsteno, cromo, molibdeno con una cantidad razonable de acero al carbono.

Carburos cementados

Estos materiales se utilizan para operaciones de material de corte de muy alta velocidad, ya que este material tiene una alta resistencia térmica y puede soportar temperaturas de hasta 1000 grados centígrados. Su composición involucra principalmente tungsteno, titanio y tantalio.

Cerámica

Este material es químicamente inerte y no se corroe, por lo que puede durar más en comparación con las herramientas de corte metálicas en ambientes corrosivos. Estas herramientas son incluso diez veces más rápidas que las HSS. Su material está compuesto principalmente de nitruro de silicio y óxido de aluminio.

Otros materiales para herramientas de corte incluyen una punta de diamante, nitruros de carbono y boro o cermet.

Geometrías de herramientas de corte

Las herramientas de corte de 5 ejes son ligeramente diferentes de las convencionales, ya que están sujetas a cortes en ángulo, por lo que tienen que ser más flexibles con sus formas para realizar el trabajo.

Fresas de extremo: Estas son las herramientas de corte rotativas que se pueden utilizar para eliminar materiales, especialmente en máquinas CNC de 5 ejes. La fresa de extremo, como la broca, se utiliza para operaciones de mecanizado más polivalentes. Las fresas de extremo son herramientas de corte lateral que cortan en cualquier dirección, a diferencia de las brocas de perforación, que pueden cortar axialmente al material. Las diferentes categorías de fresas de extremo son:

Fresas de punta esférica: Este tipo de fresa de extremo tiene una acción de contorno tridimensional ideal que genera perfiles curvos de nivel superior. Inclinar el eje de la herramienta hace posible que las flautas agarren el material, alejándolo de la pieza en lugar de empujarlo, lo que hace que se acumule sobre sí mismo, el cortador y la superficie de la pieza.

Brocas en V: Estos también son un tipo de fresas de extremo y generalmente están disponibles en dos variantes, es decir, 90 ^o o 60 ^o eso depende completamente de la depresión requerida en el material bajo fabricación.

Fresas de mango de varios canales: Cuando hay más filos en juego con más canales en una herramienta de corte, el proceso de mecanizado puede mantener velocidades y avances más altos. Además, las estrías adicionales aumentan la superficie de corte de la herramienta, lo que se traduce en una mayor vida útil de la herramienta. Estos beneficios se suman a tasas de remoción de metal significativamente más altas, un mejor acabado superficial y control de los costos generales.

Taladros de torsión: Esta herramienta de corte tiene dos flautas con dos lados para remover el material del trabajo. Estos son el tipo más común de herramientas de corte utilizadas en el mecanizado NC. Tiene tres partes principales como otras herramientas de corte, vástago, cuerpo y filo.

Precios de Máquinas CNC de 5 ejes

El costo de compra de la máquina CNC de 5 ejes varía mucho. Puede variar desde mil dólares hasta quinientos mil dólares. El precio depende del tamaño, las características y el tipo de máquina CNC. Algunos factores importantes para la variación de precios de las máquinas CNC de 5 ejes son:

• Tipo de material de la pieza de trabajo, es decir, si es acero, aluminio, titanio u otros
• Diseño de la máquina CNC como muñón o tipo giratorio
• Categoría de eje como 3+2, 4+1 o máquina CNC completa de 5 ejes
• Tamaño de la máquina y otras características como la capacidad de retención de herramientas y la potencia del husillo

A continuación se ofrece una comparación sencilla de los diferentes tipos de máquinas CNC de 5 ejes:

• La fresadora CNC de 5 ejes 3+2 puede costar entre $35,000 y $200,000
• La fresadora CNC de 5 ejes tipo muñón cuesta alrededor de $200,000 – 500,000
• La fresadora CNC de 5 ejes con cabezal giratorio cuesta entre $150,000 y $500,000
• Los precios de las minifresadoras CNC de 5 ejes varían entre $3000 y $10 000
• La fresadora CNC pequeña de 5 ejes 3+2 se puede comprar en un rango de $25,000 – 40,000

En general, los precios de las máquinas CNC de 5 ejes son bastante altos, pero cualquier persona que requiera servicios de máquinas CNC de 5 ejes también puede obtener una fabricación CNC personalizada a tarifas por hora.

Servicios de mecanizado CNC de 5 ejes de diseño personalizado

La necesidad de mecanizado CNC de 5 ejes ha crecido en todo el mundo debido a su acabado suave, tolerancia precisa y menor consumo de tiempo. Sin embargo, para la fabricación de bajo volumen, las máquinas CNC pueden ser muy costosas para comprar y no obtener el máximo de la máquina CNC cuando no hay suficiente trabajo o no la necesita durante mucho tiempo. Entonces, las grandes empresas o fabricantes también brindan servicios de mecanizado CNC. Los servicios se cobran por hora. Los precios por hora de uso de las máquinas de 5 ejes pueden volver a variar según el tipo de máquina CNC. Sin embargo, el cliente obtiene soluciones personalizadas y fabricación de piezas personalizadas al obtener estos servicios. El precio de un servicio de mecanizado CNC de 5 ejes puede ser de $50 a $200 que puede ser negociado y tratado directamente por la empresa proveedora del servicio.

Conclusión

El mecanizado CNC de 5 ejes en realidad es diferente del mecanizado CNC de 5 lados. Hay 5 tipos diferentes de máquinas CNC de 5 ejes. Desde el punto de vista profesional, el mecanizado multieje como el mecanizado 3+2 y el mecanizado 4+1 son mecanizados de 5 ejes bastante COMPLETOS. Lo que pueden hacer es el mecanizado de 5 caras. Pero el procesamiento CNC 4+1 es más capaz que el procesamiento 3+2.