A medida que diversas industrias exigen cada vez más formas complejas y componentes de alta precisión, junto con la aplicación de nuevos materiales, el mecanizado tradicional de 3 ejes ya no puede satisfacer estas necesidades. En consecuencia, la tecnología de mecanizado multieje CNC (control numérico por computadora) ha avanzado rápidamente. Hoy en día, las máquinas CNC más sofisticadas pueden lograr el control simultáneo de hasta 12 ejes. Entre ellas, las máquinas de 5 ejes son las más populares y utilizadas.
Existen dos tipos principales de máquinas CNC de 5 ejes: máquinas de 3+2 ejes y máquinas simultáneas de 5 ejes. Sin embargo, algunos maquinistas y diseñadores suelen confundirlos. ¿Son sus mecanismos idénticos? Si no, ¿cuáles son las diferencias entre ellos? En este artículo encontrarás las respuestas. Primero profundicemos en los conceptos de estos dos enfoques de mecanizado.
¿Qué es el mecanizado simultáneo de 5 ejes?
Para comprender mejor el mecanizado simultáneo de 5 ejes, Primero expliquemos qué implica un recuento de ejes en el mecanizado CNC. Un recuento de ejes se refiere al número de direcciones en las que la herramienta de corte (o mesa de trabajo) puede moverse para crear el producto deseado. Esencialmente, cuantos más ejes posee una máquina, mayor es el rango de movimiento y rotación de la herramienta y la mesa de trabajo, lo que en última instancia permite la producción de componentes más complejos y precisos.
El mecanizado simultáneo de 5 ejes, también conocido como mecanizado continuo completo de 5 ejes, es una forma avanzada de mecanizado CNC que implica el uso de tres ejes lineales que funcionan simultáneamente con dos ejes de rotación para producir piezas complejas con alta precisión y eficiencia. Los cinco ejes son:
Ejes X, Y y Z (ejes lineales):
Estos son los tres ejes lineales principales a lo largo de los cuales se puede mover la herramienta de corte o la pieza de trabajo.
Eje X: movimiento horizontal (izquierda y derecha)Eje Y: movimiento horizontal (adelante y atrás)Eje Z: movimiento vertical (arriba y abajo)
Ejes A y B (Ejes de Rotación):
Estos son los dos ejes de rotación adicionales con los que la pieza de trabajo o la herramienta de corte pueden inclinarse o girarse.
Eje A: rotación alrededor del eje X (inclinación hacia adelante y hacia atrás) Eje C: rotación alrededor del eje Z (rotación en sentido horario y antihorario)
La configuración específica de estos ejes puede variar según el tipo de máquina CNC de 5 ejes. En algunos casos, la máquina puede utilizar el eje B (rotación a lo largo del eje Z) en lugar del eje C (rotación a lo largo del eje Z). Independientemente de la configuración, el mecanizado continuo completo de 5 ejes permite que tanto las herramientas como la pieza de trabajo se muevan simultáneamente, lo que permite mecanizar cinco caras de una pieza de trabajo en una sola configuración. Esto elimina la necesidad de mover piezas de trabajo a través de múltiples estaciones de trabajo o equipos, lo que resulta en tiempos de ciclo más cortos y una mayor precisión.
¿Qué es el mecanizado de 3+2 ejes?
El mecanizado de 3+2 ejes, también conocido como mecanizado posicional de 5 ejes, utiliza una máquina de 5 ejes pero no aprovecha al máximo su capacidad de movimiento simultáneo de 5 ejes. En el mecanizado de 3+2 ejes, los dos ejes de rotación (elegidos entre los ejes A, B y C) se utilizan para inclinar y girar la pieza de trabajo a una posición deseada. Una vez posicionado, se puede realizar el mecanizado típico de 3 ejes, utilizando únicamente los ejes X, Y y Z.
Esto hace que el mecanizado de 3+2 ejes sea más similar al mecanizado tradicional de 3 ejes. Aunque utiliza el hardware de una máquina de 5 ejes, los dos ejes de rotación están fijos para su posicionamiento durante el proceso de mecanizado, por lo que la fase de corte del mecanizado de 3+2 ejes es más parecida al mecanizado tradicional de 3 ejes.
Sin embargo, vale la pena señalar que el mecanizado de 3+2 ejes permite el uso de herramientas de corte más cortas y rígidas que pueden inclinarse hacia la superficie de la pieza de trabajo en comparación con el mecanizado convencional de 3 ejes o el mecanizado simultáneo de 5 ejes. Esta capacidad proporciona ventajas significativas en el desbaste y el mecanizado de alta velocidad, ya que permite la eliminación rápida de grandes cantidades de material. Además, las herramientas más cortas pueden llegar más fácilmente a zonas difíciles, como el interior de cavidades y paredes empinadas. Esto hace que el mecanizado 3+2 sea especialmente adecuado para la fabricación de moldes y otras aplicaciones que implican curvas o formas tubulares en ángulo.
Mecanizado simultáneo de 5 ejes frente a 3+2 ejes: sus ventajas y desventajas
Según la introducción anterior, la diferencia clave entre el mecanizado simultáneo de 5 ejes y el mecanizado de 3+2 ejes radica en la forma en que se utilizan los ejes durante el proceso de mecanizado. A diferencia del mecanizado simultáneo de 5 ejes, donde los cinco ejes se mueven continuamente durante el proceso de mecanizado, el mecanizado de 3+2 ejes implica colocar la pieza de trabajo en ángulos fijos y luego mecanizar con los tres ejes lineales.
Si bien el mecanizado simultáneo de 5 ejes puede realizar casi todas las funciones del mecanizado de 3+2 ejes, eso no significa que todos los proyectos requieran un mecanizado CNC de 5 ejes completamente continuo. En algunos casos, el mecanizado de 3+2 ejes puede resultar más eficiente. Para determinar la mejor elección entre el mecanizado de 5 ejes y el de 3+2, es fundamental comprender sus respectivas ventajas y desventajas.
Ventajas del mecanizado CNC simultáneo de 5 ejes
El mecanizado CNC de 5 ejes ofrece numerosas ventajas, lo que lo convierte en la opción preferida en diversas aplicaciones de fabricación de alta precisión y complejidad. Éstos son algunos de los beneficios clave:
Capacidad para crear geometría compleja
La capacidad de mover los cinco ejes simultáneamente permite el ajuste dinámico del ángulo y la posición de la herramienta, proporcionando un mejor acceso a áreas de difícil acceso de la pieza de trabajo. Esto permite el mecanizado de geometrías altamente complejas, como cavidades profundas, cortes, superficies de forma libre y contornos intrincados, que serían muy difíciles o imposibles con otros métodos.
Alta eficiencia (incluido tiempo de configuración reducido y cambios de herramientas reducidos)
Las máquinas de 5 ejes minimizan la necesidad de múltiples configuraciones y reposicionamientos al permitir el mecanizado de múltiples lados de una pieza en una sola configuración. Este proceso ininterrumpido reduce el tiempo de inactividad, aumenta el rendimiento general y conduce a ciclos de producción más rápidos. Además, las trayectorias optimizadas de la herramienta reducen la tensión y el calor en la herramienta de corte, extendiendo su vida útil. Una vida útil más larga de la herramienta significa menos interrupciones para el reemplazo o mantenimiento de la herramienta, lo que resulta en operaciones de mecanizado más continuas y eficientes.
Acabado superficial y precisión mejorados
El movimiento continuo de la herramienta a través de la pieza de trabajo garantiza acabados superficiales más suaves con menos marcas de herramienta. Además, el mecanizado de piezas en una única configuración elimina los errores derivados de múltiples reposicionamientos, lo que mejora significativamente la precisión general.
Mayor potencial de innovación
Las capacidades avanzadas del mecanizado de 5 ejes abren nuevas posibilidades de diseño e innovación. Los ingenieros y diseñadores pueden traspasar los límites de lo posible, creando piezas más complejas y sofisticadas que satisfagan las demandas cambiantes de diversas industrias.
Desventajas del mecanizado CNC de 5 ejes
A pesar de sus ventajas, el mecanizado CNC de 5 ejes también presenta ciertas limitaciones:
Alto costo
Las máquinas CNC simultáneas de 5 ejes son significativamente más caras que las tradicionales de 3 ejes o incluso de 3+2 ejes. Además, los costos de mantenimiento de estas máquinas son más altos debido a sus numerosas piezas móviles y sofisticados sistemas de control que requieren servicio y calibración regulares. Además, los operadores necesitan formación especializada para operar eficazmente máquinas CNC de 5 ejes.
Programación compleja
La programación para el mecanizado de 5 ejes es más compleja y requiere software CAM (fabricación asistida por computadora) especializado y operadores altamente capacitados. Además, el proceso requiere mucho tiempo y requiere una planificación y verificación detalladas para garantizar trayectorias de herramientas precisas y eficientes. Esta complejidad puede generar mayores costos de capacitación y tiempos de configuración más prolongados.
Limitaciones en ciertas aplicaciones
Cuando la herramienta de corte opera en un ángulo inclinado, la fuerza de corte ya no actúa directamente a lo largo del eje de la herramienta sino en un cierto ángulo con respecto a la herramienta. Esto da como resultado una distribución desigual de la fuerza, lo que aumenta la probabilidad de que la herramienta vibre. Además, si el portaherramientas es demasiado ancho, restringe la libertad de la herramienta en un ángulo inclinado, aumentando el riesgo de interferencia entre la herramienta y la pieza de trabajo o accesorio. Un portaherramientas excesivamente ancho también puede hacer que el centro de gravedad de la herramienta se desplace, haciéndola más susceptible a las fuerzas laterales durante el corte en ángulo inclinado, lo que aumenta la vibración y la inestabilidad. En tales casos, el mecanizado en 3 ejes puede ser más apropiado.
Ventajas del mecanizado CNC de 3+2 ejes
El mecanizado CNC de 3+2 ejes ofrece varias ventajas únicas que lo convierten en una opción valiosa en la fabricación de precisión:
Generar funciones relativamente complejas
El mecanizado de 3+2 ejes permite herramientas de corte más cortas y rígidas, lo que lo hace particularmente adecuado para fabricar paredes empinadas, socavados en cavidades y otras características complejas. La capacidad de colocar la pieza de trabajo en ángulos específicos permite la creación de geometrías más complejas que el mecanizado CNC de 3 ejes.
Programación simplificada
La programación para el mecanizado de 3+2 ejes es generalmente más sencilla en comparación con el mecanizado simultáneo de 5 ejes, ya que las trayectorias de herramientas son generalmente lineales una vez que se colocan los ejes de rotación. Los programadores pueden comprender y planificar de manera más intuitiva las trayectorias de herramientas sin tener que lidiar con transformaciones geométricas complejas y ángulos de rotación.
Tiempos de configuración reducidos
Cuando necesite mecanizar cinco o más superficies, si utiliza el mecanizado tradicional de 3 ejes, tendrá que detener el husillo varias veces para realizar frecuentes cambios de herramienta y reposicionamiento. Sin embargo, el mecanizado de 3+2 ejes puede superar este desafío. A través de una única configuración, el mecanizado de 3+2 ejes es capaz de completar el proceso al mismo tiempo para cinco lados diferentes de una pieza, lo que obviamente reduce los tiempos generales de preparación.
Vibraciones reducidas
En el mecanizado de 3+2 ejes, los ejes de rotación se bloquean durante el corte, lo que significa que la orientación de la herramienta es fija y no cambia dinámicamente durante el proceso de mecanizado. Esto reduce el potencial de vibraciones que pueden ocurrir cuando la orientación de la herramienta se ajusta continuamente en el mecanizado simultáneo de 5 ejes. Las vibraciones reducidas mejoran la precisión y la estabilidad del mecanizado.
Relativamente rentable
El mecanizado de 3+2 ejes es generalmente más rentable que el mecanizado simultáneo de 5 ejes porque implica una programación más sencilla, menores costes de máquina y menos requisitos de mantenimiento. A pesar de estas ventajas de costos, el mecanizado de 3+2 ejes todavía ofrece una flexibilidad significativa y la capacidad de mecanizar geometrías complejas colocando la pieza de trabajo en ángulos específicos.
Desventajas del mecanizado de 3+2 ejes
Limitaciones de acceso a herramientas
En el mecanizado de 3+2 ejes, la pieza de trabajo se gira en una orientación específica para acceder a superficies específicas. Esto limita el acceso de la herramienta a algunas áreas, especialmente aquellas que están empotradas u ocultas por la forma de la pieza de trabajo. Las geometrías internas complejas pueden requerir configuraciones adicionales o estrategias de mecanizado alternativas.
Mayor tiempo de mecanizado
Para mecanizar diferentes superficies de piezas complejas en el mecanizado de 3+2 ejes, el husillo de la herramienta suele colocarse en ángulos específicos y mantenerse fijo. Cubrir todas las superficies necesarias puede requerir múltiples orientaciones inclinadas, lo que puede provocar que las trayectorias de las herramientas se superpongan y aumenten el tiempo de mecanizado.
Se requiere acabado adicional
En algunos casos, el mecanizado de 3+2 ejes puede dejar superficies rugosas y aparecer líneas de fusión entre segmentos de trayectoria individuales. Por lo tanto, se requieren operaciones de acabado adicionales para lograr la calidad superficial deseada.
Mecanizado completo de 5 ejes frente a 3+2 ejes: ¿cuál es mejor?
Ambas tecnologías tienen sus ventajas y limitaciones únicas. La elección entre mecanizado simultáneo de 5 ejes y mecanizado de 3+2 ejes depende en gran medida de los escenarios específicos. Para hacerlo más intuitivo, hemos resumido sus características en la siguiente tabla para su referencia:
Mecanizado simultáneo de 5 ejes
Mecanizado de 3+2 ejes
Ventajas
▪Unparalleled production efficiency ▪Capable of machining more complex shapes and accuracy ▪No special fixture is needed ▪Reduce special cutting tools ▪Eliminate blend lines, no polishing required
▪Shorter, more rigid cutting tools can be used. ▪Simplified programming ▪Reduced vibrations ▪Relatively more cost-effective
Limitaciones
▪Programming complexity ▪High machine cost ▪Specialized training for operators ▪Not available in certain applications
▪Tool access limitations ▪Increased machining time ▪Post-processing finishing required
Aquí hay algunas consideraciones útiles al tomar la decisión:
1. Si el costo es una preocupación principal, puede priorizar el mecanizado de 3+2 ejes. Esto se debe a que el mecanizado de 3+2 ejes combina la flexibilidad de las máquinas de 5 ejes con la rentabilidad y la simplicidad de programación de las máquinas de 3 ejes, ofreciendo una serie de ventajas notables como se mencionó anteriormente.
Además, muchos talleres ya cuentan con máquinas de 3 ejes que pueden actualizarse para realizar mecanizado de 3+2 ejes con una inversión mínima, como instalar ejes giratorios y actualizar el software de control, lo que las convierte en una opción atractiva para quienes buscan ampliar sus capacidades sin comprar máquinas nuevas. equipo.
2. En las siguientes situaciones, el mecanizado completo de 5 ejes es la mejor opción.
Se prioriza la flexibilidad y la eficiencia de la producción. El mecanizado de 5 ejes ofrece una flexibilidad incomparable en el procesamiento de geometrías complejas, como socavados, formas irregulares y esquinas cerradas. Elimina la necesidad de múltiples configuraciones o accesorios, lo que reduce el tiempo de manipulación y los posibles errores. Al completar piezas en una sola configuración, el mecanizado de 5 ejes puede reducir significativamente el tiempo de producción y aumentar el rendimiento. Esto es especialmente ventajoso para la producción o creación de prototipos de bajo volumen y alta mezcla.
Para superficies particularmente complejas o tareas de mecanizado que requieren cambios continuos en la dirección de la herramienta, el mecanizado de 3+2 ejes puede resultar insuficiente. Aunque el mecanizado de 3+2 ejes ofrece alta eficiencia y precisión, sus capacidades de procesamiento están limitadas por la orientación fija de la herramienta. Por el contrario, el mecanizado de 5 ejes es capaz de afrontar estos desafíos, ya que permite que la herramienta ajuste continuamente su dirección y ángulo durante el proceso, adaptándose a las variaciones en la superficie de la pieza de trabajo.
Necesita un excelente acabado superficial y rechaza el posprocesamiento de las superficies. El movimiento de corte continuo y los ángulos reducidos de participación de la herramienta en el mecanizado de 5 ejes a menudo dan lugar a acabados superficiales más suaves, lo que reduce la necesidad de operaciones de acabado secundarias. Por el contrario, el mecanizado de 3+2 ejes en algunos casos puede dejar superficies rugosas o requerir operaciones de acabado adicionales para lograr la calidad superficial deseada.
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