À medida que diversas indústrias exigem cada vez mais formas complexas e componentes de alta precisão, juntamente com a aplicação de novos materiais, a usinagem tradicional de 3 eixos não consegue mais atender a essas necessidades. Consequentemente, a tecnologia de usinagem multieixos CNC (Controle Numérico Computadorizado) avançou rapidamente. Hoje, as máquinas CNC mais sofisticadas podem controlar simultaneamente até 12 eixos. Entre estas, as máquinas de 5 eixos são as mais populares e amplamente utilizadas.
Existem dois tipos principais de máquinas CNC de 5 eixos: máquinas de 3+2 eixos e máquinas simultâneas de 5 eixos. No entanto, alguns maquinistas e designers muitas vezes os confundem. Seus mecanismos são idênticos? Se não, quais são as diferenças entre eles? Neste artigo você encontrará as respostas. Vamos primeiro nos aprofundar nos conceitos dessas duas abordagens de usinagem.
O que é usinagem simultânea de 5 eixos?
Para entender melhor a usinagem simultânea de 5 eixos, vamos primeiro explicar o que implica uma contagem de eixos na usinagem CNC. Uma contagem de eixos refere-se ao número de direções nas quais a ferramenta de corte (ou mesa de trabalho) pode se mover para criar o produto desejado. Essencialmente, quanto mais eixos uma máquina possui, maior se torna a amplitude de movimento e rotação da ferramenta e da mesa de trabalho, permitindo, em última análise, a produção de componentes mais complexos e precisos.
A usinagem simultânea de 5 eixos, também conhecida como usinagem totalmente contínua de 5 eixos, é uma forma avançada de usinagem CNC que envolve o uso de três eixos lineares operando simultaneamente com dois eixos rotacionais para produzir peças complexas com alta precisão e eficiência. Os cinco eixos são:
Eixos X, Y e Z (eixos lineares):
Estes são os três eixos lineares primários ao longo dos quais a ferramenta de corte ou peça pode se mover.
Eixo X: Movimento horizontal (esquerda e direita) Eixo Y: Movimento horizontal (para frente e para trás) Eixo Z: Movimento vertical (para cima e para baixo)
Eixos A e B (eixos rotacionais):
Estes são os dois eixos rotacionais adicionais, permitindo que a peça de trabalho ou ferramenta de corte incline ou gire.
Eixo A: Rotação em torno do eixo X (inclinação para frente e para trás) Eixo C: Rotação em torno do eixo Z (girando no sentido horário e anti-horário)
A configuração específica destes eixos pode variar dependendo do tipo de máquina CNC de 5 eixos. Em alguns casos, a máquina pode utilizar o eixo B (rotação ao longo do eixo Z) em vez do eixo C (rotação ao longo do eixo Z). Independentemente da configuração, a usinagem contínua completa de 5 eixos permite que as ferramentas e a peça se movam simultaneamente, possibilitando a usinagem de cinco faces de uma peça em uma única configuração. Isso elimina a necessidade de mover peças de trabalho entre diversas estações de trabalho ou equipamentos, resultando em tempos de ciclo mais curtos e melhor precisão.
O que é usinagem de 3+2 eixos?
A usinagem de 3+2 eixos, também conhecida como usinagem posicional de 5 eixos, usa uma máquina de 5 eixos, mas não explora totalmente sua capacidade total de movimento simultâneo de 5 eixos. Na usinagem de 3+2 eixos, os dois eixos rotacionais (escolhidos entre os eixos A, B e C) são usados para inclinar e girar a peça de trabalho para uma posição desejada. Uma vez posicionado, a usinagem típica de 3 eixos pode ser realizada, utilizando apenas os eixos X, Y e Z.
Isso torna a usinagem de 3+2 eixos mais semelhante à usinagem tradicional de 3 eixos. Embora utilize o hardware de uma máquina de 5 eixos, os dois eixos rotacionais são fixos para posicionamento durante o processo de usinagem, de modo que a fase de corte da usinagem de 3+2 eixos é mais semelhante à usinagem tradicional de 3 eixos.
No entanto, vale a pena notar que a usinagem de 3+2 eixos permite o uso de ferramentas de corte mais curtas e rígidas que podem ser inclinadas em direção à superfície da peça quando comparada com a usinagem convencional de 3 eixos ou a usinagem simultânea de 5 eixos. Essa capacidade oferece vantagens significativas em desbaste e usinagem em alta velocidade, pois permite a remoção rápida de grandes quantidades de material. Além disso, as ferramentas mais curtas podem alcançar mais facilmente áreas difíceis, como o interior de cavidades e paredes íngremes. Isto torna a usinagem 3+2 particularmente adequada para fabricação de moldes e outras aplicações que envolvem curvas ou formas tubulares angulares.
Usinagem Simultânea de 5 Eixos vs. 3+2 Eixos: Suas Vantagens e Desvantagens
Com base na introdução anterior, a principal diferença entre a usinagem simultânea de 5 eixos e a usinagem de 3+2 eixos está na forma como os eixos são usados durante o processo de usinagem. Ao contrário da usinagem simultânea de 5 eixos, onde todos os cinco eixos se movem continuamente durante o processo de usinagem, a usinagem de 3+2 eixos envolve o posicionamento da peça em ângulos fixos e depois a usinagem com os três eixos lineares.
Embora a usinagem simultânea de 5 eixos possa executar quase todas as funções da usinagem de 3+2 eixos, isso não significa que todos os projetos exijam usinagem CNC de 5 eixos totalmente contínua. Em alguns casos, a usinagem de 3+2 eixos pode ser mais eficiente. Para determinar a melhor escolha entre usinagem de 5 eixos e 3+2, é essencial compreender suas respectivas vantagens e desvantagens.
Vantagens da usinagem CNC simultânea de 5 eixos
A usinagem CNC de 5 eixos oferece inúmeras vantagens, tornando-a a escolha preferida em diversas aplicações de fabricação de alta precisão e complexidade. Aqui estão alguns dos principais benefícios:
Capacidade de criar geometria complexa
A capacidade de mover todos os cinco eixos simultaneamente permite o ajuste dinâmico do ângulo e da posição da ferramenta, proporcionando melhor acesso a áreas da peça de difícil acesso. Isto permite a usinagem de geometrias altamente complexas, como cavidades profundas, rebaixos, superfícies de forma livre e contornos complexos, que seriam muito difíceis ou impossíveis com outros métodos.
Alta eficiência (incluindo tempo de configuração reduzido e trocas de ferramentas reduzidas)
As máquinas de 5 eixos minimizam a necessidade de múltiplas configurações e reposicionamentos, permitindo a usinagem de vários lados de uma peça em uma única configuração. Esse processo ininterrupto reduz o tempo de inatividade, aumenta o rendimento geral e leva a ciclos de produção mais rápidos. Além disso, os caminhos otimizados da ferramenta reduzem o estresse e o calor na ferramenta de corte, prolongando sua vida útil. Maior vida útil da ferramenta significa menos interrupções para substituição ou manutenção de ferramentas, resultando em operações de usinagem mais contínuas e eficientes.
Melhor acabamento superficial e precisão
O movimento contínuo da ferramenta através da peça garante acabamentos superficiais mais suaves e com menos marcas de ferramenta. Além disso, a usinagem de peças em uma única configuração elimina erros de múltiplos reposicionamentos, melhorando significativamente a precisão geral.
Maior Potencial de Inovação
Os recursos avançados de usinagem de 5 eixos abrem novas possibilidades de design e inovação. Engenheiros e designers podem ultrapassar os limites do que é possível, criando peças mais complexas e sofisticadas que atendam às crescentes demandas de vários setores.
Desvantagens da usinagem CNC de 5 eixos
Apesar das suas vantagens, a usinagem CNC de 5 eixos também apresenta certas limitações:
Alto custo
As máquinas CNC simultâneas de 5 eixos são significativamente mais caras do que as máquinas tradicionais de 3 eixos ou mesmo de 3+2 eixos. Além disso, os custos de manutenção destas máquinas são mais elevados devido às suas numerosas peças móveis e sistemas de controlo sofisticados que requerem manutenção e calibração regulares. Além disso, os operadores precisam de treinamento especializado para operar com eficácia máquinas CNC de 5 eixos.
Programação Complexa
A programação para usinagem de 5 eixos é mais complexa e requer software CAM (Computer-Aided Manufacturing) especializado e operadores altamente qualificados. Além disso, o processo é demorado, necessitando de planejamento e verificação detalhados para garantir percursos de ferramenta precisos e eficientes. Essa complexidade pode levar ao aumento dos custos de treinamento e a tempos de configuração mais longos.
Limitações em certos aplicativos
Quando a ferramenta de corte opera em um ângulo inclinado, a força de corte não atua mais diretamente ao longo do eixo da ferramenta, mas sim em um determinado ângulo em relação à ferramenta. Isso resulta em distribuição desigual de força, aumentando a probabilidade de vibração da ferramenta. Além disso, se o porta-ferramenta for muito largo, restringe a liberdade da ferramenta em um ângulo inclinado, aumentando o risco de interferência entre a ferramenta e a peça ou acessório. Um porta-ferramenta excessivamente largo também pode fazer com que o centro de gravidade da ferramenta se desloque, tornando-a mais suscetível a forças laterais durante o corte em ângulo inclinado, o que aumenta a vibração e a instabilidade. Nesses casos, a usinagem em 3 eixos pode ser mais apropriada.
Vantagens da usinagem CNC de 3+2 eixos
A usinagem CNC de 3+2 eixos oferece diversas vantagens exclusivas que a tornam uma opção valiosa na fabricação de precisão:
Gere recursos relativamente complexos
A usinagem de 3+2 eixos permite ferramentas de corte mais curtas e rígidas, tornando-a particularmente adequada para a fabricação de paredes íngremes, rebaixos em cavidades e outras características complexas. A capacidade de posicionar a peça em ângulos específicos permite a criação de geometrias mais complexas do que a usinagem CNC de 3 eixos.
Programação Simplificada
A programação para usinagem de 3+2 eixos é geralmente mais simples em comparação com a usinagem simultânea de 5 eixos, pois os percursos da ferramenta são geralmente lineares quando os eixos rotacionais são posicionados. Os programadores podem compreender e planejar os percursos de forma mais intuitiva, sem ter que lidar com transformações geométricas complexas e ângulos de rotação.
Tempos de configuração reduzidos
Quando você precisar usinar cinco ou mais superfícies, se estiver usando a usinagem tradicional de 3 eixos, você terá que parar o fuso várias vezes para trocas e reposicionamentos frequentes da ferramenta. No entanto, a usinagem de 3+2 eixos pode superar esse desafio. Através de uma única configuração, a usinagem de 3+2 eixos é capaz de completar o processo de uma só vez para cinco lados diferentes de uma peça, o que obviamente reduz os tempos gerais de configuração.
Vibrações reduzidas
Na usinagem de 3+2 eixos, os eixos rotacionais são bloqueados durante o corte, o que significa que a orientação da ferramenta é fixa e não muda dinamicamente durante o processo de usinagem. Isto reduz o potencial de vibrações que podem ocorrer quando a orientação da ferramenta se ajusta continuamente na usinagem simultânea de 5 eixos. As vibrações reduzidas melhoram a precisão e a estabilidade da usinagem.
Relativamente econômico
A usinagem de 3+2 eixos é geralmente mais econômica do que a usinagem simultânea de 5 eixos porque envolve programação mais simples, custos reduzidos de máquina e menos requisitos de manutenção. Apesar dessas vantagens de custo, a usinagem de 3+2 eixos ainda oferece flexibilidade significativa e a capacidade de usinar geometrias complexas posicionando a peça em ângulos específicos.
Desvantagens da usinagem de 3+2 eixos
Limitações de acesso à ferramenta
Na usinagem de 3+2 eixos, a peça é girada em uma orientação específica para acessar superfícies específicas. Isto limita o acesso da ferramenta a algumas áreas, especialmente aquelas que estão rebaixadas ou escondidas pelo formato da peça. Geometrias internas complexas podem exigir configurações adicionais ou estratégias de usinagem alternativas.
Aumento do tempo de usinagem
Para usinar diferentes superfícies de peças complexas na usinagem de 3+2 eixos, o fuso da ferramenta geralmente é ajustado em ângulos específicos e mantido fixo. Cobrir todas as superfícies necessárias pode exigir múltiplas orientações inclinadas, o que pode levar à sobreposição de caminhos da ferramenta e ao aumento do tempo de usinagem.
Acabamento Adicional Necessário
Em alguns casos, a usinagem de 3+2 eixos pode deixar superfícies ásperas e linhas de mesclagem aparecerem entre segmentos individuais do percurso. Portanto, são necessárias operações adicionais de acabamento para atingir a qualidade superficial desejada.
Usinagem completa de 5 eixos vs. 3 + 2 eixos: Qual é o melhor?
Ambas as tecnologias têm suas vantagens e limitações únicas. A escolha entre usinagem simultânea de 5 eixos e usinagem de 3+2 eixos depende em grande parte dos cenários específicos. Para torná-lo mais intuitivo, resumimos suas características na tabela abaixo para sua referência:
Usinagem Simultânea de 5 Eixos
Usinagem de 3+2 Eixos
Vantagens
▪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
Limitações
▪Programming complexity ▪High machine cost ▪Specialized training for operators ▪Not available in certain applications
▪Tool access limitations ▪Increased machining time ▪Post-processing finishing required
Aqui estão algumas considerações úteis ao fazer a escolha:
1. Se o custo for uma preocupação principal, você pode priorizar o uso de usinagem de 3+2 eixos. Isto ocorre porque a usinagem de 3+2 eixos combina a flexibilidade das máquinas de 5 eixos com a economia e a simplicidade de programação das máquinas de 3 eixos, oferecendo uma gama de vantagens notáveis, conforme mencionado anteriormente.
Além disso, muitas oficinas já possuem máquinas de 3 eixos que podem ser atualizadas para realizar usinagem de 3+2 eixos com investimento mínimo, como instalação de eixos rotativos e atualização de software de controle, tornando-as uma opção atraente para quem deseja expandir suas capacidades sem adquirir novos equipamento.
2. Nas seguintes situações, a usinagem completa de 5 eixos é a melhor escolha.
Flexibilidade e eficiência de produção são priorizadas. A usinagem de 5 eixos oferece flexibilidade incomparável no processamento de geometrias complexas, como cortes inferiores, formas irregulares e cantos estreitos. Elimina a necessidade de múltiplas configurações ou acessórios, reduzindo o tempo de manuseio e possíveis erros. Ao completar as peças em uma única configuração, a usinagem de 5 eixos pode reduzir significativamente o tempo de produção e aumentar o rendimento. Isto é especialmente vantajoso para produção ou prototipagem de alto mix e baixo volume.
Para superfícies particularmente complexas ou tarefas de usinagem que exigem mudanças contínuas na direção da ferramenta, a usinagem de 3+2 eixos pode ser insuficiente. Embora a usinagem de 3+2 eixos ofereça alta eficiência e precisão, suas capacidades de processamento são limitadas pela orientação fixa da ferramenta. Por outro lado, a usinagem de 5 eixos é capaz de enfrentar esses desafios, pois permite que a ferramenta ajuste continuamente sua direção e ângulo durante o processo, adaptando-se às variações na superfície da peça.
Você precisa de excelente acabamento superficial e recusa o pós-processamento em superfícies. O movimento de corte contínuo e os ângulos de contato reduzidos da ferramenta na usinagem de 5 eixos geralmente levam a acabamentos superficiais mais suaves, reduzindo a necessidade de operações de acabamento secundário. Em contraste, a usinagem de 3+2 eixos, em alguns casos, pode deixar superfícies ásperas ou exigir operações de acabamento adicionais para alcançar a qualidade superficial desejada.
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