Desbloquee Precisión Avanzada: Cómo una Fresadora CNC de 5 Ejes Mejora las Capacidades del Taller

En la comunidad de fabricantes, el término "CNC" a menudo se usa para indicar fresado CNC, es decir, el proceso con el husillo como cabezal de herramienta. Sin embargo, vale la pena notar que CNC puede usarse no solo para fresado, sino también para más usos.

Para el propósito de este artículo, el fresado CNC es una herramienta de corte que remueve material sistemáticamente para producir la geometría final. En este proceso sustractivo, la computadora convierte el diseño CAD a coordenadas, y luego lo convierte en una herramienta de corte para remover material y mostrar las instrucciones del objeto final.

Fresado CNC de 5 Ejes Desmitificado

Las fresadoras CNC de 5 ejes son simplemente variantes avanzadas de fresadoras ordinarias en las que la herramienta de corte se mueve a lo largo de cinco ejes diferentes simultáneamente. Solo gracias a esta libertad de movimiento pueden crearse geometrías complejas. Las máquinas CNC ordinarias de 3 ejes, populares entre entusiastas, simplemente no pueden mover el husillo de corte de ninguna manera que cree, por ejemplo, cavidades parciales y voladizos sin ajustar manualmente el material a mitad del proceso.

Materiales típicos para fresado CNC:

• fibra de carbono
• aluminio
• titanio
• madera (aplicaciones artísticas y de diseño)

Debido a la capacidad de fabricar piezas complejas de materiales fuertes y duraderos, el CNC de 5 ejes es una solución común de producción y prototipo en la industria de la aviación que requiere piezas complejas con resistencia excepcional.

Los lectores matemáticos en la audiencia pueden preguntarse de dónde vienen exactamente los dos ejes adicionales. Después de todo, el sistema de coordenadas cartesianas tiene solo 3 ejes: X, Y y Z. Pero es realmente muy simple: un CNC de 5 ejes añade un "eje" adicional de rotación alrededor de cada uno de los ejes X e Y.

El diagrama anterior muestra seis ejes. La rotación alrededor del eje Z vertical existe en algunas máquinas, pero de hecho las fresadoras CNC de 6 ejes son una raza rara porque el sexto eje aporta poco beneficio.

5 Ejes en un Mundo de 3 Ejes

Hay dos formas mecánicas en las que las fresadoras CNC pueden lograr eficiencia de 5 ejes:

• rotar el cabezal de herramienta
• mover la mesa (y bloque de material)

Las máquinas con cabezal basculante, como su nombre implica, pueden maniobrar el cabezal de herramienta alrededor de un bloque de material para entrar en espacios estrechos en diferentes ángulos. Una de las ventajas de este método es que puede mecanizar una pieza de trabajo más grande y pesada porque el bloque de material permanece estacionario durante todo el proceso.

Por otro lado, la fresadora CNC que mueve el objeto en la mesa, también llamada pin, logra dos ejes adicionales de libertad girando la mesa sobre la que se coloca el material. Las ventajas de este enfoque son velocidad y estabilidad, aunque objetos demasiado grandes o pesados no pueden rotarse de esta manera.

Pero la fresadora CNC de 5 ejes tiene algunas complicaciones, especialmente al fresar cosas. Por ejemplo, hay una clara distinción entre los dos enfoques usados para lograr capacidades de corte de 5 ejes: el método continuo y el método de 3+2 ejes. Los nombres dan definiciones, de alguna manera.

El sistema CNC continuo de 5 ejes requiere ajuste continuo de la herramienta de corte en los 5 ejes para mantener la punta óptimamente perpendicular a la superficie de corte. En contraste, el método 3+2 bloquea el elemento en un ángulo determinado por los ejes de rotación alrededor de X e Y, mientras el cabezal de herramienta se mueve en 3 ejes para cortar la pieza.

Fresado Continuo vs 3+2 Ejes

Quizás se pregunte cuáles son las principales ventajas del CNC continuo. Velocidad. No hay necesidad de interrumpir el corte para cambiar la orientación de las piezas múltiples veces durante el proceso, el fresado continuo de 5 ejes CNC es más rápido. Vale la pena notar, sin embargo, que el cabezal de herramienta en constante movimiento requiere más partes móviles (mayor desgaste) y detección de colisiones avanzada. Así que es más complicado mecánica y programáticamente ejecutar con éxito.

Esto plantea un tema importante en el mundo de 5 ejes: colisiones. Con herramientas de corte pesadas y piezas de material volando a alta velocidad por todas partes, es muy importante asegurarse de que nada colisiona. Pero enseñar a la máquina cómo rastrear dónde está todo en el espacio 3D resulta ser un gran desafío de software.

Lado del Software

Hablando de desafíos de software, convertir un diseño 3D de un archivo de software CAD a una trayectoria de herramienta física también es una gran hazaña de ingeniería. Solo algunas de las herramientas de software más avanzadas pueden proporcionar resultados realmente suaves en el mundo real.

No es difícil ver las similitudes entre fresado de 5 ejes e impresión 3D, así que puede preguntarse cómo se comparan estos dos procesos. La respuesta corta es: la impresión 3D y CNC son adiciones, no sustitutos, en los que CNC se usa para las piezas más fuertes y duras.

La diferencia obvia es que el sistema CNC de 5 ejes se encuentra principalmente en aplicaciones industriales. La impresión 3D también está presente en este mundo en forma de máquinas SLS que usan un láser para la producción aditiva de un objeto desde un gran baño de polvo. Aunque ambas pueden trabajar con materiales de calidad profesional como aluminio, un problema con la impresión 3D SLS es el rendimiento.

Fresado vs Impresión 3D

Aquí está la versión corta:
La impresión 3D industrial puede tener plazos de entrega más largos.
El fresado CNC puede reducir el consumo de material bruto para la mayoría de tamaños de pedido.
En el proceso de impresión 3D SLS, todo el volumen de la cámara de impresión debe llenarse con polvo para producir una pieza, independientemente de su tamaño. No todos los polvos no usados pueden reutilizarse, porque toda la cámara que contiene el polvo debe calentarse durante la impresión. Como resultado, los trabajos de impresión deben ponerse en cola y apilarse sistemáticamente para maximizar el volumen de polvo usado en cada ciclo y reducir el espacio no usado, ya que parte de ese polvo no usado simplemente se desperdiciará.

El fresado CNC generalmente no tiene tales restricciones: mientras se entregue un bloque de material aproximadamente del tamaño del modelo terminado, el exceso se romperá para obtener la geometría final, sin importar cuán grande o pequeño sea el modelo. No se desperdicia mucho material, siempre que el bloque original de material sea similar en tamaño a la pieza final. Además, para algunos materiales CNC, como aluminio, el material cortado incluso puede recolectarse y reciclarse.

Una Pequeña Mención

Aunque no tan ampliamente usado como SLS, la fusión por haz de electrones (EBM), otro método de impresión 3D industrial, usa menos material. Esto es porque no requiere llenar un cierto volumen, básicamente "dispara" material de construcción durante su creación.