El mecanizado CNC de 5 ejes es uno de los procesos más avanzados disponibles en la actualidad. Utiliza tecnología de mecanizado sustractivo para ofrecer infinitas posibilidades de creación de piezas. Esta tecnología utiliza herramientas de corte que trabajan en cinco ejes para cortar piezas de trabajo en la forma y tamaño deseados. El mecanizado de 5 ejes proporciona mayor exactitud y precisión, eficiencia y confiabilidad. El aumento en el número de ejes también otorga a las fresadoras de cinco ejes mejores capacidades que productos similares. Además, el proceso permite una total automatización y gestión mediante Control Numérico por Computadora (CNC). Por lo tanto, muchos talleres de mecanizado CNC confiables confían en esta tecnología para sus servicios de mecanizado CNC de precisión.
Este proceso implica que la herramienta de corte se mueva en cinco ejes simultáneamente. Las máquinas CNC de 5 ejes ofrecen tres ejes lineales y dos ejes giratorios que trabajan simultáneamente para lograr piezas complejas. Por lo general, esto implica aumentar la inclinación de la mesa o herramienta, lo que a su vez aumenta la rotación y el movimiento.
El quinto eje permite a los maquinistas fabricar hasta 5 caras en una sola operación. Esto hace que el proceso sea muy eficiente y preciso. También lo hace adecuado para crear estructuras y funciones complejas con una configuración mínima. Con múltiples piezas que requieren un mecanizado constante de 5 lados, este proceso se está volviendo cada vez más valioso para múltiples industrias.
Para ayudar a comprender los ejes en un Fresadora CNC de 5 ejes, expliquemos la importancia del recuento de ejes en el mecanizado CNC. El número de ejes de mecanizado es el número de direcciones que la herramienta de corte (o materia prima) puede mover para crear el producto deseado. Por ejemplo, las máquinas CNC tradicionales tienen tres ejes. Por tanto, sus herramientas sólo pueden moverse en los ejes X, Y y Z.
Movimiento de herramienta:
Horizontalmente en el eje X;
El eje Y es vertical;
Muévase hacia adelante y hacia atrás en el eje Z.
Los centros de mecanizado de 5 ejes añaden funcionalidad de eje lineal al inclinar (y girar) la mesa. Hay dos ejes de rotación adicionales, llamados eje A y eje C. El eje A también se denomina eje de la mesa inclinable, mientras que el eje B es el eje de rotación de la mesa. La inclusión de estos ejes permite mecanizar geometrías más complejas que las posibles con máquinas CNC de 2 o 3 ejes.
Al igual que otras máquinas CNC, las fresadoras CNC de 5 ejes se basan en instrucciones de computadora. Las instrucciones programadas de la máquina controlan el movimiento de la herramienta de corte y la pieza de trabajo. El proceso de mecanizado en 5 ejes comienza con la creación de un modelo CAD 3D del componente deseado.
Después de esto, el modelo CAD se exporta al software CAM que lo convierte en un programa informático (código G). El código G contiene las instrucciones para la máquina CNC. Contiene trayectorias creadas de acuerdo con la geometría de la pieza requerida. Estas instrucciones controlan el movimiento de la herramienta de corte a lo largo de los ejes lineales (X, Y y Z). También controla la orientación de la mesa a lo largo de los ejes de rotación (A y B) para crear la pieza deseada.
Este proceso permite mecanizar 5 lados de una pieza de trabajo con una sola sujeción. Como resultado, ahorra tiempo y costos de fabricación, lo que le ayuda a llevar sus productos al mercado más rápido. Sin embargo, tenga en cuenta que la velocidad y la dirección del movimiento dependen del tipo y la configuración de la máquina de 5 ejes.
Las máquinas de 5 ejes pueden mejorar sus programas de mecanizado y aumentar la escalabilidad. Estos centros de mecanizado pueden ser de varios tipos para satisfacer las necesidades de la industria manufacturera.
Los tres tipos principales de máquinas CNC de cinco ejes son:
El eje de rotación de la máquina Head/Head se encuentra ubicado en el cabezal. Sus vértices de 5 ejes se asientan sobre una plataforma que se mueve sobre una mesa estacionaria y mantiene la pieza de trabajo en su lugar. Por lo tanto, no necesita preocuparse por la interferencia de la herramienta en el cabezal del husillo de la máquina herramienta.
De esta manera, los vértices tienen más posibilidades de moverse alrededor de la pieza de trabajo, lo que la hace adecuada para producir piezas grandes y pesadas. La mesa de la máquina puede soportar mucho peso sin afectar la precisión del as giratorio. Sin embargo, el diseño de estas máquinas limita su movimiento a lo largo del eje de rotación.
Una configuración de máquina de cabezal/mesa tiene un eje giratorio en el cabezal y otro en la mesa giratoria. Tienen un rango limitado de eje de rotación ubicado en el cabezal. El eje giratorio, en cambio, tiene un alcance más amplio (ilimitado) y está situado dentro de la mesa.
Esta configuración es beneficiosa porque permite que la pieza de trabajo gire consistentemente sin restricciones. Sin embargo, existe un límite en la cantidad de piezas que puede producir. Esto se debe a que la pieza de trabajo se encuentra sobre un eje giratorio.
En esta configuración, el eje de rotación de la máquina de 5 ejes está ubicado dentro de la mesa de trabajo. Por lo tanto, toda la rotación se produce sobre la mesa y la cabeza no se mueve. El diseño de estas máquinas las hace adecuadas para mecanizar socavados. Además, como el cabezal de corte no gira, el maquinista puede ver fácilmente cómo se realizará el corte durante la fase de programación.
Sin embargo, el diseño de la máquina no es adecuado para mecanizar componentes grandes o pesados. Esta limitación se debe a la incapacidad de la mesa para soportar mucho peso.
Como se mencionó anteriormente, el movimiento de los ejes durante la fabricación de 5 ejes está determinado por las instrucciones del programa CNC. Básicamente existen dos tipos de operaciones de mecanizado CNC que son adecuadas para 5 ejes:
El principio de funcionamiento de la máquina de muñones es que el eje A gira alrededor del eje X y el eje C gira alrededor del eje Z. El movimiento de la mesa representa el eje de rotación. Es decir, ambos ejes de rotación se ubican dentro de la mesa, mientras que el cabezal permanece estacionario (mesa/mesa). Las máquinas herramienta CNC de 5 ejes Trunnion son adecuadas para:
Pesada carga de trabajo
Elimina metales pesados sin mover el cabezal.
Mejor capacidad de subcotización
El principio de funcionamiento de una máquina CNC giratoria de 5 ejes es que el eje B gira alrededor del eje Y, mientras que el eje C gira alrededor del eje Z. Este movimiento se diferencia del estilo Trunnion en que la mesa permanece nivelada durante todo el corte. Por tanto, puede soportar componentes más pesados. Las máquinas rotativas son adecuadas para:
Mecanizado de componentes más grandes
Utilice herramientas de corte más cortas
La capacidad de mover la herramienta de corte y la pieza de trabajo hasta en 5 lados simultáneamente ofrece varias ventajas para muchas industrias. Permite la fabricación rentable de piezas complejas.
Las máquinas CNC de 5 ejes permiten mecanizar cinco superficies simultáneamente. Con el mecanizado tradicional de 3 ejes, es posible que necesite varias configuraciones para procesar una pieza con muchas caras. La tecnología de cinco ejes completa el mecanizado de piezas contorneadas y otras piezas de múltiples lados en una sola estructura. Esto le permite fabricar componentes con geometrías complejas con menos configuraciones.
La rotación adicional durante este proceso le ayuda a lograr diseños y geometrías más complejas. La máquina permite el mecanizado continuo de arcos y ángulos que antes solo eran posibles con múltiples accesorios especiales. El proceso de fresado de 5 ejes puede rotar una pieza para obtener la geometría deseada en una sola operación, eliminando la necesidad de fijaciones complejas. Además, esta tecnología se combina perfectamente con la anotación GD&T para generar características de referencia en una sola operación. El fresado de 5 ejes también es adecuado para aplicaciones de mecanizado CNC que requieren tolerancias de perfil de superficie en superficies de contornos complejos.
La configuración adicional que implica el mecanizado manual en comparación con el mecanizado CNC hace que el maquinista pierda una alineación precisa durante el proceso de fabricación. Sin embargo, la configuración mínima involucrada en el fresado CNC de 5 ejes reduce el potencial de error y aumenta la precisión necesaria para lograr una calidad superior. Los diferentes tipos de máquinas de 5 ejes disponibles hoy en día eliminan la necesidad de reposicionar la pieza de trabajo en diferentes ángulos durante el proceso de mecanizado. Por lo tanto, puede estar seguro de que obtendrá tolerancias de mecanizado mejoradas. Además, algunas configuraciones de máquinas permiten el uso de herramientas de corte más cortas. Esto aumenta la vida útil de la herramienta y garantiza la repetibilidad.
El mecanizado de 5 ejes garantiza que la herramienta de corte sea tangencial a la superficie de corte. Esta disposición permite eliminar más material cada vez que gira la herramienta. Por lo tanto, reduce el tiempo de ciclo y los costos generales de mecanizado.
Los ejes adicionales de esta tecnología garantizan la correcta orientación de las piezas, acercándolas a la herramienta de corte. Por lo tanto, puedes utilizar una herramienta de corte más corta para crear la forma deseada. Estas herramientas más cortas pueden cortar a velocidades muy altas con poca vibración. Una menor vibración reduce aún más la posibilidad de que aparezcan marcas de "vibración" en el producto terminado. El mecanizado vertical también mejora la utilización del husillo para mecanizar superficies en ángulo. De esta manera, puede lograr un mejor acabado superficial utilizando esta tecnología y reducir el costo y el tiempo asociados con el posprocesamiento.
Debido a la alta velocidad del proceso, las piezas mecanizadas de 5 ejes suelen completarse en una sola operación. La configuración única involucrada ayuda a ahorrar tiempo y dinero. Además, una vida útil más larga y herramientas de corte más cortas eliminan la necesidad de cambios frecuentes de herramientas, lo que ahorra dinero y tiempo. Además, el proceso de fresado de 5 ejes se puede automatizar, lo que reduce las operaciones manuales y los requisitos de mano de obra. Esto reduce los costos laborales asociados con el proceso. Por lo tanto, el mecanizado CNC de 5 ejes es una solución rentable para llevar sus productos al mercado más rápido.
Aunque la tecnología CNC de 5 ejes tiene muchas ventajas, su uso no es adecuado para algunas aplicaciones.
El coste de adquirir una máquina CNC de 5 ejes y su software básico es elevado. Es mucho mayor de lo que se necesita para un centro de mecanizado de 3 ejes. Asimismo, los requisitos de mantenimiento de la máquina son más desafiantes que los de las máquinas herramienta tradicionales. Este aspecto también aumenta directamente el coste de procesamiento de piezas mecanizadas de 5 ejes.
Estos dos movimientos de rotación adicionales y sus trayectorias espaciales son abstractos y complejos. Por ejemplo, para procesar superficies de forma libre, es necesario:
A través de múltiples transformaciones de coordenadas;
Realizar operaciones complejas de geometría espacial;
Considere la coordinación del movimiento de cada eje.
Todo esto es necesario para evitar colisiones e interferencias y garantizar la cantidad correcta de movimiento interpolado. Por lo tanto, es más difícil programar para lograr la exactitud, precisión y calidad superficial del mecanizado requeridas.
El fresado CNC de 5 ejes es una tecnología avanzada que implica programación, configuración y operación de la máquina avanzadas. Por tanto, el proceso requiere operadores técnicos altamente cualificados. Esto a menudo se traduce en mayores costos laborales.
La infrautilización de la funcionalidad de 5 ejes es un fenómeno común. Algunos operadores no comprenden todas las capacidades de la máquina. Es posible que otros no tengan los conocimientos de programación para operaciones de vanguardia.
Los siguientes consejos te ayudarán a aprovechar este proceso de fabricación:
Intente obtener suficiente información antes de decidirse a utilizar la tecnología de 5 ejes. Analizar los datos recibidos de los clientes y comprobar su exactitud y corrección. Observe de cerca los componentes y compruebe si es necesario realizar pruebas previas. El software de simulación ayudará a validar el proceso antes de traducir el diseño CAD al modelo CAM. El software ayudará a monitorear la longitud de la herramienta, la interferencia y las dimensiones de las piezas. Se requiere una inversión en programas y software que complementen las capacidades de la máquina de 5 ejes. Además, es una buena idea realizar un análisis de costos para asegurarse de que está utilizando el flujo de trabajo más rentable.
La creación de trayectorias de herramientas de 5 ejes a menudo implica el equilibrio habitual entre corte a alta velocidad y riesgo reducido de colisiones. Una colisión podría provocar la rotura de componentes, daños a la máquina o provocar que se deseche la pieza. Afortunadamente, esto se puede eliminar utilizando determinadas herramientas de software. El programa de software comprueba cada movimiento de la herramienta con antelación para ver si encuentra algo. Siempre que el diseño de mecanizado CNC se modele correctamente, el software detectará la colisión antes de que ocurra.
El mecanizado CNC de 5 ejes garantiza una alta productividad, pero también puede aumentar el riesgo de errores. Esto podría manifestarse como el uso de una herramienta incorrecta o una herramienta de corte dañada. El uso de un sistema de detección de herramientas puede minimizar dichos errores. El sistema le ayudará a analizar las herramientas que desea utilizar, asegurándose de elegir la correcta.
La dinámica de carrera logrará los detalles de cada función con mayor precisión. Le ayudará a comprender el posicionamiento correcto de la herramienta de corte en relación con el punto de giro del eje.
Este proceso de fabricación es adecuado para aplicaciones en múltiples industrias que requieren alta precisión, formas complejas y tolerancias estrictas.
Las aplicaciones típicas son:
La industria aeroespacial requiere piezas con formas orgánicas, con bordes contorneados y formas compuestas. Las piezas aeroespaciales tienen geometrías únicas y complejas, lo que hace que el mecanizado de 5 ejes sea una opción tecnológica ideal. Este proceso logra un alto nivel de detalle y reduce la necesidad de volver a colocar el cabezal de corte. Por lo tanto, las piezas para aplicaciones aeroespaciales se mantienen lo más precisas posible y cumplen con los estándares de la industria.
En la fabricación de dispositivos médicos, la calidad y la precisión no pueden verse comprometidas. Las capacidades de alta precisión de los procesos de fabricación de 5 ejes facilitan la producción de implantes, dispositivos y otros equipos para cumplir con los estrictos requisitos de atención médica. La mayoría de los componentes son pequeños y complejos. Otros son sofisticados equipos electrónicos de escaneo y monitoreo. La tecnología de 5 ejes ofrece un método eficiente y rentable para producir estos componentes.
La industria energética a menudo requiere componentes complejos y avanzados, incluidos sistemas de energía solar y centrales eléctricas. La rápida aparición del mecanizado de 5 ejes proporciona una garantía para el mecanizado de precisión CNC de piezas refinadas y especializadas de equipos energéticos. Estas piezas están mecanizadas para mayor durabilidad y brindan estabilidad al espacio de trabajo.
Decidir entre centros de mecanizado de 5 ejes y otras tecnologías puede resultar muy complicado. Hay muchos factores a considerar para asegurarse de tomar la mejor decisión. Aquí hay una comparación entre esta técnica y otros métodos.
Mucha gente tiende a confundir estas dos técnicas. El mecanizado CNC de cinco ejes, también conocido como mecanizado continuo de cinco ejes, implica la rotación continua de la herramienta a lo largo de cinco ejes. Por el contrario, el mecanizado de 5+5 ejes ejecuta un programa de 3 ejes. Durante este proceso, la herramienta se bloquea en un cierto ángulo. Los dos ejes de rotación determinan este ángulo.
La principal ventaja del mecanizado CNC de 5 ejes sobre 3+2 ejes es la velocidad. Esto último implica detener y arrancar constantemente la máquina entre cada orientación de la herramienta. Sin embargo, el primero completa el corte de una sola vez. Además, el mecanizado de 5 ejes es más adecuado para superficies complejas, mientras que el mecanizado CNC de 3+2 ejes se utiliza principalmente para el mecanizado plano.
Dado que las máquinas de 5 ejes requieren menos accesorios y ningún accesorio especial, el costo de mecanizado es menor que el de las máquinas de 3+2 ejes. Sin embargo, debe tener en cuenta que la programación involucrada con la tecnología de 5 ejes es mucho más compleja que el mecanizado de 3+2 ejes.
A diferencia del mecanizado CNC de 5 ejes, la impresión 3D es un proceso de fabricación aditiva que construye componentes capa por capa. Si bien estas tecnologías tienen diferentes modos de operación, sus aplicaciones se superponen en mayor medida. Todos ofrecen alta precisión, respuesta rápida, repetibilidad mejorada y excelente acabado superficial.
No se requieren accesorios ni herramientas especiales para la impresión 3D. Por lo tanto, los costes iniciales de instalación también son bajos. Sin embargo, las máquinas CNC de 5 ejes ofrecen una mayor precisión dimensional que la impresión 3D. Pueden mecanizar con precisión piezas grandes y pequeñas. Obtener tolerancias extremadamente ajustadas mediante la impresión 3D requerirá operaciones de posprocesamiento adicionales.
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