Cómo elegir el centro de mecanizado CNC de 5 ejes adecuado para fabricación de moldes

En el pasado, los centros de mecanizado CNC de 5 ejes se construían y comercializaban para el dominio de fabricantes aeroespaciales y de generación de energía. Sin embargo, la adopción de centros de mecanizado de 5 ejes ha aumentado para fabricantes de moldes en los últimos años. Entonces, ¿qué debes buscar cuando buscas un centro de mecanizado CNC de 5 ejes para fabricación de moldes?

Ventajas del mecanizado CNC de 5 ejes

Hay muchas ventajas al implementar mecanizado de 5 ejes para fabricación de moldes, algunas de las más comunes son:

Usar menos configuraciones

El mecanizado de 5 ejes permite fresar formas complejas con una sola configuración frente a múltiples configuraciones para acomodar la máquina, el husillo y el utillaje. Esto aprieta las tolerancias entre características, especialmente para agujeros o características que están en ángulos compuestos.

Esto también puede reducir el tiempo total de configuración. Una reorientación rápida de la máquina toma meros segundos, mientras que cambiar configuraciones puede tomar significativamente más tiempo, del orden de horas dependiendo de la complejidad y los requisitos de la pieza. Las máquinas de 5 ejes pueden ahorrar tiempo valioso, disminuyendo el tiempo de trabajo y ganando más negocio.

Acabar con cortadores más cortos

Las capacidades completas de 5 ejes pueden inclinar el eje de la herramienta alrededor de la pieza, permitiendo cortadores más cortos y ratios L/D (longitud a diámetro) más pequeños. Esto ayuda a reducir la vibración y deflexión de la herramienta para proporcionar un acabado superficial superior.

Mecanizar áreas más profundas

A menudo, áreas profundas de una pieza que son difíciles de alcanzar desde el eje Z recto pueden mecanizarse rotando el eje de la herramienta y realizando una operación 3+2 o 5 ejes simultánea.

Ahorrar tiempo y dinero

Usar cortadores más cortos a menudo permite avances más rápidos debido a la reducción de deflexión y vibración. El fresado CNC de 5 ejes de áreas profundas y nervios puede reducir la necesidad de operaciones de electroerosión (EDM) más lentas, reduciendo el tiempo de envío. Juntos ahorran tiempo y dinero en la fabricación de moldes.

En general, el mecanizado de 5 ejes puede ayudarte a entregar piezas superiores con tolerancias más ajustadas en características clave en menos tiempo, para que tu negocio se mantenga competitivo.

3+2 versus Mecanizado Simultáneo de 5 Ejes

Al discutir mecanizado de 5 ejes, es importante diferenciar las diferencias entre mecanizado 3+2 y simultáneo de 5 ejes. Generalmente, un centro de mecanizado CNC de 5 ejes tendrá tres ejes lineales: X, Y y Z. También tendrá dos ejes rotativos, ya sea A y B, A y C, o B y C. El eje rotativo corresponde al eje lineal. Por ejemplo, el eje rotativo A gira alrededor del eje lineal X. El eje B gira alrededor de Y, y el eje C gira alrededor de Z. La mayoría de los centros de 5 ejes usados en fabricación de moldes son de configuración A y C o B y C.

Mecanizado 3+2 Ejes

La máquina rota a posición usando los dos ejes rotativos, luego realiza un corte tradicional de 3 ejes. Rota primero, luego corta, pero no al mismo tiempo. Piensa en esto como establecer cualquier vector de herramienta para un plano de trabajo temporal y realizar un corte de 3 ejes desde allí. Dado que estás estableciendo un plano de trabajo, los ciclos enlatados tradicionales, como taladrado, generalmente pueden usarse durante el mecanizado 3+2.

El mecanizado 3+2 tiene la ventaja de una programación más simple. Fusion 360 hace que las operaciones 3+2 sean especialmente fáciles: simplemente hay una casilla de verificación en cada operación de fresado que te permite reorientar la herramienta usando una selección rápida de geometría, asas gráficas o alineación a la vista actual. Este enfoque de programación simplificado facilita sacar el máximo provecho de tu máquina.

Mecanizado Simultáneo de 5 Ejes

En este modo, los ejes de rotación pueden usarse al mismo tiempo que los ejes lineales. Es decir, los cinco ejes pueden usarse simultáneamente. Rotando y fresando al mismo tiempo. El movimiento continuo significa que la herramienta permanece en contacto con la pieza y posiblemente tiene menos retracciones o áreas para mezclar.

Fusion 360 también ofrece operaciones simultáneas de 5 ejes para aumentar tu capacidad para piezas complejas y usar tus máquinas al máximo potencial.

Es importante notar que la mayoría de las máquinas de 5 ejes en realidad realizan fresado 3+2 alrededor del 80 por ciento (¡o más!) del tiempo en fabricación de moldes. El mecanizado simultáneo se reserva para ciertas aplicaciones únicas, típicamente cuando el 3+2 no sirve.

Diferencias Básicas de Máquinas

Hay muchos estilos diferentes de diseños de centros de mecanizado CNC de 5 ejes. Para este artículo, lo simplificaremos en dos grupos principales: mesa giratoria o cabezal giratorio.

Los diseños de mesa giratoria son donde la pieza se monta en una mesa que rota, típicamente con movimiento del eje C. O bien la mesa realiza la otra rotación, como en el caso de una mesa giratoria (trunnion), o el husillo tiene un eje de rotación para completar una máquina de 5 ejes.

Los diseños de cabezal giratorio típicamente usan alguna articulación (knuckle) donde se monta el husillo. La articulación normalmente permite dos ejes de rotación, típicamente A y C o a veces, pero menos comúnmente, B y C.

Algunas ventajas de los diseños de mesa giratoria son:

• Mayor rigidez que los diseños de cabezal giratorio
• Mayor velocidad y rendimiento que los diseños de cabezal giratorio

Algunas ventajas de los diseños de cabezal giratorio son:

• Envolventes de trabajo más grandes y piezas más pesadas que los diseños de mesa giratoria
• Más versatilidad con sujeción y múltiples piezas que los diseños de mesa giratoria

Sin importar la configuración que decidas usar, Fusion 360 programa cada una de la misma manera para mantener la programación sencilla. Incluso ofrecemos una biblioteca de postprocesadores rápidos, gratuitos y totalmente personalizables para que puedas adaptar tu código G a tus necesidades y hacer las piezas correctamente.

Tamaño del Área de Trabajo

Una de las mayores consideraciones al comprar un centro de mecanizado CNC de 5 ejes es el tamaño de la envolvente de trabajo. Un error común es comprar una máquina demasiado pequeña la primera vez.

Al igual que en el mecanizado de 3 ejes, el recorrido Z de la máquina es importante al mecanizar cavidades. Necesitas suficiente recorrido en Z para acomodar la pieza y herramientas largas para retraer fuera de la pieza. Un espacio adicional en una máquina de 5 ejes para retracciones de herramienta es necesario alrededor de toda tu pieza.

Mientras compras, cuando consideres una máquina de 5 ejes, considera la pieza más grande que usarías en la máquina y añade tu herramienta más larga a las dimensiones alrededor de la pieza. Esto ayudará a asegurar que compres una máquina con suficiente espacio.

Limitaciones de Ejes

Al considerar una máquina de 5 ejes, ten en cuenta cualquier limitación en los ejes rotativos. Los límites en la rotación limitarán cuánto de una pieza puedes mecanizar en 5 ejes. Si necesitas mecanizar piezas con condiciones de contra-desmoldeo (backdraft), asegúrate de que tu centro de mecanizado CNC de 5 ejes tenga suficiente capacidad de rotación para lograrlo.

También, si usas una máquina típica de 5 ejes, averigua si el eje C tiene algún límite o no. Un eje C ilimitado te permite girar continuamente la pieza mientras la mecanizas. Piensa en un objeto como una botella de refresco. Con un eje C continuo, puedes seguir girando la botella mientras la mecanizas de arriba a abajo, áreas de contra-desmoldeo y todo.

Las máquinas con límites en la rotación del eje C se verán obligadas a retraer lejos de la pieza, desenrollar el eje, re-acercarse a la pieza y continuar mecanizando. Estos movimientos de desenrollado pueden desperdiciar tiempo valioso de mecanizado con movimientos en el aire simplemente por los límites.

Controlador

Sin el controlador de la máquina de fresado, solo tienes un gran trozo de metal caro. Su trabajo es tomar datos de los codificadores en los ejes lineales y rotativos y controlar lo que hacen los motores a continuación.

En 5 ejes simultáneos, no solo el controlador tiene que sincronizar con precisión los movimientos lineales X, Y y Z, sino que también tiene que gestionar los ejes rotativos. Esto es más difícil a medida que aumentan las velocidades cuando los componentes se mueven más lejos del centro de rotación.

No todos los controladores de 5 ejes son iguales. Algunos hacen la sincronización mejor que otros; algunos ralentizan el proceso de fresado al realizar 5 ejes simultáneos. Al comprar un centro de mecanizado CNC de 5 ejes, es importante mirar las velocidades realistas disponibles en modo simultáneo de 5 ejes.

Otra cosa a considerar al comprar un centro de mecanizado CNC de 5 ejes es qué tan bien el controlador establece planos de trabajo para mecanizado 3+2. ¿Están disponibles todos los ciclos enlatados en cualquier inclinación? ¿Qué se requiere en la salida post-procesada para gestionar esto?

Otra consideración es si el controlador tiene una forma de establecer RTCP (Punto Central de Rotación de Herramienta). Esto es donde el controlador conoce el origen de la pieza en relación con el centro de rotaciones y puede calcular con precisión los movimientos necesarios para la pieza programada. Alguna forma de RTCP (a veces llamada TCPM) normalmente se usa en 5 ejes simultáneos para acabar piezas de molde.

Sujeción de Herramientas

Al usar husillos y utillaje de alto rendimiento, el sistema de sujeción de herramientas puede afectar positiva o negativamente la rigidez general. Algunos sistemas de sujeción aprietan desde el exterior del portaherramientas con presión hacia adentro. Otros sistemas aprietan desde el interior del portaherramientas con fuerza hacia afuera. Estos últimos sistemas, que sujetan desde el interior con fuerza hacia afuera, son ayudados por la fuerza centrípeta de las rotaciones de husillos de alta velocidad.

Guías Lineales

La mayoría de las máquinas de fresado CNC usan husillos de bolas, que incluyen rodamientos de bolas para reducir fricción, para controlar el movimiento. Algunos desarrollos recientes en máquinas CNC son reemplazar el motor y el husillo de bolas con un motor lineal. Los costos de máquinas equipadas con motores lineales serán típicamente más altos. Sin embargo, en promedio, pueden proporcionar niveles de aceleración más altos, mayor precisión y operación más suave.

Es importante notar que esas ventajas se comparan con centros de mecanizado CNC de 5 ejes de gama media. Los centros de 5 ejes de gama alta con codificadores, escalas, husillos y motores más robustos proporcionan las mismas velocidades y precisiones disponibles con motores lineales.

Archivos CAD

Al realizar mecanizado de 5 ejes, querrás simular y verificar tus programas CNC antes de ejecutarlos en la máquina. A medida que comienzas a rotar la pieza o el cabezal, las posibilidades de colisión máquina-pieza aumentan.

Las simulaciones precisas comienzan con datos CAD 3D precisos del centro de mecanizado CNC de 5 ejes. Sin una representación precisa de la máquina, la simulation es, en el mejor de los casos, una estimación. Esto incluye el husillo, la mesa y todas las partes que la hacen rotar, sea cual sea el estilo.

Algunos fabricantes de máquinas proporcionan archivos CAD de sus máquinas, algunos cobran por ellos y otros no los proporcionan en absoluto. Ya sea que los archivos CAD se proporcionen, se compren o los diseñes tú mismo, necesitarás verificar los datos 3D contra las dimensiones reales de la máquina para asegurarte de que sean precisos.

Añadir fresado de 5 ejes a la fabricación de moldes tiene muchas ventajas y puede mejorar acabados, reducir tiempo de envío y reducir la necesidad de operaciones EDM.

Al considerar un centro de mecanizado CNC de 5 ejes, considera subir un tamaño más de lo que crees que necesitas. Verifica las capacidades RTCP para mecanizado simultáneo de 5 ejes. Revisa la simplicidad de usar diferentes planos de trabajo temporales para mecanizado 3+2. Considera componentes de mayor calidad y más robustos para mayores velocidades, precisión y calidad de acabado.

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