Servicios de mecanizado CNC de 5 ejes: Todo lo que necesita saber | JS Precision

Los servicios de mecanizado CNC de 5 ejes son la solución clave para el procesamiento de impulsores complejos, cavidades de precisión y estructuras irregulares que se producen al mecanizar impulsores complejos en la industria aeroespacial, cavidades de precisión en articulaciones robóticas y estructuras irregulares en productos biomédicos. Se trata de una tecnología con una flexibilidad y precisión que van más allá del mecanizado.

Sin embargo, el mecanizado CNC de 5 ejes es más que una mera mejora en la maquinaria, es un sistema de optimización de procesos global desde el diseño hasta la entrega.

Este documento no solo implica un análisis técnico, sino que también funciona como un mapa de valor para ilustrar la manera en que los beneficios del mecanizado CNC de 5 ejes se materializan en una mejor función del componente, un menor costo total de propiedad y un tiempo de comercialización acelerado.

Tabla de respuestas básicas

Conclusión clave:

1. Precisión gracias a una menor intervención humana: una única configuración garantiza que los niveles de tolerancia del mecanizado CNC de 5 ejes de alta precisión permanezcan libres de errores de posicionamiento repetitivos.

2. El costo real se basa en el costo total de propiedad (TCO): si bien el costo por hora de una máquina de 5 ejes es ciertamente mayor, la eliminación de procesos, accesorios y desechos a menudo supera el costo adicional del mecanizado de 3 ejes.

3. El éxito requiere diseño para fabricación aditiva (DFAM): la optimización del posicionamiento de las piezas, los enfoques hacia la accesibilidad de las herramientas de corte y las técnicas de corte en la fase de diseño garantizan la utilización óptima de las capacidades de mecanizado de 5 ejes.

4. Se requieren proveedores expertos: Los componentes sensibles requieren experiencia de ingeniería y conocimiento de procesos. JS Precision puede eliminar el riesgo de ensayo y error.

Elija los servicios de mecanizado CNC de 5 ejes de JS Precision: para satisfacer necesidades de fabricación complejas

En el área del mecanizado CNC de 5 ejes, la experiencia es lo más valioso. JS Precision lleva 12 años trabajando en este sector y ha resuelto más de 6000 soluciones complejas de mecanizado de piezas para cuatro industrias de alta precisión: la aeroespacial, la de dispositivos médicos, la robótica industrial y la de instrumentos ópticos.

Hemos terminado de mecanizar palas para turbinas con una precisión de ± 0,008 mm para fabricantes de aviones, hemos realizado moldeos de superficies complejos de dispositivos ortopédicos para hospitales y hemos fabricado unidades de muñeca con muñecas integradas para fabricantes de robots.

Estos ejemplos abarcan trabajos de mecanizado que involucran aleaciones de titanio, aleaciones de alta temperatura y plásticos de ingeniería, reforzando así nuestra experiencia interna en el mecanizado de componentes de paredes delgadas, componentes de cavidades profundas y componentes con formas inusuales.

De acuerdo con los requisitos de consistencia del mecanizado de la norma internacional ISO 13041-4:2004 "Evaluación de la precisión de las máquinas herramienta CNC - Parte 4: Máquinas herramienta con varillaje de cinco ejes", nuestra estabilidad de proceso ha sido certificada por esta norma.

Cada punto y cada conjunto de datos de esta guía tiene su fundamento en una experiencia práctica, y aquí no hay ninguna teoría vacía, sólo experiencia.

¿Le interesa evaluar si nuestra tecnología es adecuada para sus componentes complejos? Comparta hoy mismo sus requisitos de componentes y JS Precision le proporcionará un análisis de viabilidad gratuito, conforme a las normas ISO, para que pueda elegir con confianza nuestros servicios de mecanizado CNC de 5 ejes.

Desbloqueo de potencial: ¿Cómo funcionan los servicios de mecanizado CNC de 5 ejes?

La experiencia en servicios de mecanizado CNC de 5 ejes no es compleja e implica los siguientes conocimientos:

El mecanizado de 3 ejes es similar a pintar una pared en ángulos fijos y está limitado solo a superficies planas, mientras que el mecanizado CNC de 5 ejes es similar al brazo humano y también puede moverse hacia arriba, abajo, izquierda y derecha (movimiento lineal XYZ) y también puede girar la muñeca y el codo (movimiento rotatorio AC o BC) y, por lo tanto, puede posicionar el "pincel" para tocar cualquier ángulo de la "pared", que es la esencia del trabajo con componentes complejos.

Análisis del movimiento central: La magia combinada de los ejes lineales XYZ y rotatorios AC/B

En las máquinas herramienta de 5 ejes, el beneficio fundamental se logra mediante la combinación de movimiento rotacional y lineal, que se ofrece preferiblemente en dos configuraciones:

• Configuración de mesa giratoria: En esta configuración, la pieza se monta sobre una mesa giratoria (rotación en los ejes A y C) y la herramienta de corte es fija. Es ideal para mecanizar piezas multifacéticas de tamaño pequeño y mediano.
• Configuración de cabezal giratorio: En esta configuración, la herramienta de corte se monta en un cabezal de husillo giratorio (giro en el eje B, rotación en el eje C) y la pieza de trabajo queda fija. Esto es ideal para trabajar superficies curvas complejas en piezas de gran tamaño.

Ambos permiten que la herramienta tenga fácil acceso a la pieza de trabajo desde el costado, cortes e incluso desde atrás y, por lo tanto, son ideales para mecanizar biseles y otras áreas difíciles de alcanzar que son típicas del mecanizado de 3 ejes.

Del CAD al corte: el papel clave de los gemelos digitales y la planificación de la trayectoria de las herramientas

El procesamiento específico del mecanizado CNC de 5 ejes requiere un software CAD/CAM de alto nivel. El modelo CAD 3D importado para la creación de gemelos digitales implica la planificación de trayectorias continuas sin colisiones, considerando factores como la longitud de la herramienta y los ángulos de corte. La simulación virtual determina posibles problemas de prevención de colisiones y de sobrecorte.

El equipo de programación CAM de JS Precision cuenta con una experiencia media de más de 8 años y la capacidad de optimizar la trayectoria de componentes complejos.

Más allá del plano: Duelo de ventajas de precisión entre el mecanizado CNC de 5 ejes y el de 3 ejes

Al mecanizar la misma pieza complicada, la diferencia de precisión entre el mecanizado CNC de 5 ejes y el de 3 ejes es considerable.

El mecanizado de 3 ejes implica configuraciones y cambios de orientación, incluidos errores de posicionamiento en cada orientación; el proceso de mecanizado CNC de 5 ejes logra todo el mecanizado dentro de una sola orientación en la cadena de tolerancia más corta, incluido el uso de una precisión posicional superior a ±0,01 mm y una precisión de contorno mejorada en más del 30 %.

De acuerdo con la norma ASME B5.54-2020 "Estándar de evaluación del rendimiento para máquinas herramienta CNC y centros de mecanizado", la precisión de posicionamiento espacial para centros de máquinas de 5 ejes debe cumplir con el estándar de ±0,015 mm/m, y todas nuestras máquinas han pasado este estándar.

El terminador de errores acumulativos: ¿Por qué “hacerlo bien la primera vez” es más preciso?

La principal causa de la inexactitud en el mecanizado de 3 ejes reside en la necesidad de múltiples procesos de configuración. Suponiendo un error de posicionamiento de ±0,005 mm por cada configuración, la acumulación de errores de cuatro configuraciones podría alcanzar ±0,02 mm. En el mecanizado de 5 ejes, solo se necesita una configuración, por lo que el error de posicionamiento se vuelve irrelevante.

Se observa en nuestros experimentos que al mecanizar una pieza cúbica con 3 orificios que se cruzan, el valor de coaxialidad para el mecanizado de 3 ejes es de 0,035 mm, pero para el mecanizado de 5 ejes es de 0,008 mm, una mejora del 77 % en la precisión.

Un salto en la calidad de la superficie: marcas de herramientas continuas y condiciones de corte óptimas

El mecanizado simultáneo de 5 ejes permite que el borde lateral de la herramienta contacte la superficie curva con el ángulo óptimo en todo momento, lo que garantiza marcas de herramienta constantes en la pieza. El valor Ra de la rugosidad superficial es de tan solo 0,8 μm o inferior, por lo que requiere poco pulido e incluso es posible obtener productos terminados en algunas piezas.

¿Le interesa conocer la diferencia de precisión entre el mecanizado CNC de 5 ejes y el de 3 ejes ? Contáctenos para obtener nuestro manual de comparación de pruebas, que incluye información sobre la precisión e imágenes de los acabados superficiales de las distintas piezas para ayudarle a tomar decisiones.

Figura 1 El mecanizado de tres ejes puede generar marcas de herramientas y rebabas en la superficie de la pieza de trabajo, mientras que el mecanizado de cinco ejes puede lograr una superficie más lisa.

Invertir en complejidad: factores clave que determinan el coste del mecanizado CNC de 5 ejes

Algunas de las preocupaciones de los clientes se relacionan con el costo del mecanizado CNC de 5 ejes, pero este depende principalmente del plan y los requisitos de procesamiento. La transparencia de costos facilita la creación de diseños racionales y evita gastos adicionales. Además, el costo del mecanizado de piezas complejas en 5 ejes depende de la complejidad geométrica, el material y la tolerancia.

Principales impulsores de costos: tiempo de programación, ciclo de mecanizado y materiales

Los componentes principales del mecanizado CNC de 5 ejes cuestan:

• Costo del tiempo de programación: Planificar rutas para componentes complejos requiere de varias horas a varios días para los ingenieros senior. Las cavidades profundas y los componentes socavados requieren la simulación repetida de colisiones, lo que afecta la mano de obra en los presupuestos.
• Costo del ciclo de mecanizado: la velocidad de corte de las máquinas NC de 5 ejes no es menor que la de las máquinas de 3 ejes, pero el mecanizado continuo de superficies curvas complejas lleva más tiempo y el precio por hora de máquina es entre 1,5 y 2 veces mayor que el de las máquinas de 3 ejes.
• Costos de material: Los materiales especiales como las aleaciones de titanio son de 3 a 5 veces más caros que los aceros comunes y su baja capacidad de mecanizado prolonga aún más el tiempo de mecanizado.

Optimización del diseño y el gasto: trabajar juntos y su importancia

La optimización del diseño puede dar lugar a recortes considerables de costes.

Por ejemplo, la pieza del cliente tenía un radio de esquina interior de 0,5 mm, y esto requería microherramientas específicas y un ciclo de procesamiento de 8 horas. Propusimos mejorarlo a 1,5 mm con herramientas convencionales, con ciclos más cortos de 3 horas y con costos reducidos en un 40%.

Una mejora en la relación de aspecto con dimensiones adecuadas (que no superen una relación de 5:1) sería útil para reducir costos, además de la elección del espacio en blanco adecuado.

¿Desea reducir sus costos y, al mismo tiempo, lograr un modelado preciso para componentes complejos? Comparta su plan de diseño con JS Precision y le ofreceremos sugerencias gratuitas de nuestros ingenieros sobre cómo reducir el costo del mecanizado CNC de 5 ejes.

¿Cómo se puede lograr una mejor economía general mediante el mecanizado CNC de 5 ejes?

Mucha gente solo ve la mayor tarifa por hora de las máquinas herramienta de 5 ejes, pero ignora todas sus ventajas en el coste del proceso . Las ventajas del mecanizado CNC de 5 ejes no solo se reflejan en la precisión y la eficiencia, sino también en la reducción del coste total de propiedad (TCO). La economía general de las piezas complejas supera con creces la del mecanizado de 3 ejes.

Reducción de costos directos: instalaciones, horas de trabajo y espacio en planta

Los sistemas de mecanizado de 5 ejes reducen directamente los costos de las siguientes maneras:

• Menor costo del equipo: el mecanizado de 3 ejes necesita varios accesorios complejos cuyo costo de diseño y fabricación es de miles de dólares. El mecanizado de 5 ejes necesita accesorios de uso general, con costos reducidos en más del 70%.
• Menores costos laborales: al integrar varios procesos, si algunas piezas necesitan 3 procesos en una máquina de 3 ejes, todos esos procesos se pueden realizar a la vez en una máquina de 5 ejes, aumentando así la eficiencia en un 40%-60%.
• Reducir el espacio ocupado: una unidad de 5 ejes puede reemplazar de 2 a 3 unidades de 3 ejes, lo que reduce el espacio del taller y la inversión en equipos.

Mejora indirecta del valor: simplificación del diseño, aceleración y gestión del riesgo

El mecanizado de 5 ejes también ofrece importantes ventajas indirectas:

• Simplificación del diseño: la combinación de varias piezas ensambladas en una única estructura reduce el coste de montaje y el coste de los conectores y aumenta la rigidez.
• Plazos de entrega más reducidos: El ciclo de tiempo de producción se reduce entre un 30% y un 50%, lo que permite una rápida explotación de las oportunidades del mercado por parte del cliente.
• Menos riesgo: con una sola sujeción, se eliminan los errores de los operadores humanos, lo que da como resultado una tasa de éxito en el primer artículo de más del 98 %.

Desafiando la escala micrométrica: Logrando ingeniería de sistemas con estricta tolerancia de mecanizado CNC de 5 ejes

Lograr una tolerancia estricta en el mecanizado CNC de 5 ejes (por ejemplo, ±0,01 mm) requiere más que solo máquinas herramienta de alta precisión. Se trata de una ingeniería de sistemas que implica varias etapas. JS Precision ha implementado un sistema de garantía integral que asegura que se mantengan las tolerancias requeridas para el mecanizado de piezas complejas de 5 ejes.

Las máquinas herramienta son solo la base: estabilidad térmica, calibración y gestión de herramientas

La clave para un mecanizado de alta precisión radica en una condición estable del equipo y del funcionamiento.

• Taller de temperatura constante. La temperatura se mantiene a 20 ± 0,5 °C para inhibir la expansión y contracción causadas por la temperatura.
• Calibraciones periódicas: Calibración con interferómetro láser trimestralmente y verificación rápida mensualmente para garantizar la precisión de la máquina herramienta.
• Gestión de herramientas: Utilización de portaherramientas hidráulicos o de ajuste térmico con una precisión de sujeción inferior a 0,002 mm, provisión de un indicador de desgaste de la herramienta que permite un monitoreo constante.

La naturaleza del proceso y la programación: enfoques especializados para contrarrestar obstáculos específicos

Varios componentes complejos necesitan estrategias de procesamiento especializadas:

• Mecanizado de piezas de paredes delgadas: factores de fuerza de corte bajos, varios cortes pequeños de eliminación de material y dispositivos de soporte que reducen la deformación.
• Mecanizado de cavidades profundas: uso de portaherramientas largos más fresado dinámico para amortiguar las vibraciones y optimizar la trayectoria de mecanizado para evitar errores.
• Orden de corte: desbaste antes del acabado, exterior antes del interior, características primarias antes de las secundarias y alivio de tensión después del mecanizado de desbaste.

¿Necesita precisión micrométrica para su mecanizado CNC de 5 ejes? Contacte con los expertos en diagnóstico de procesos de JS Precision para obtener un servicio de diagnóstico de procesos. Nuestro equipo le ofrecerá un plan de garantía de precisión a su medida para el mecanizado de piezas complejas en 5 ejes.

Figura 2 La sonda CMM está midiendo la pieza de metal sujeta en la prensa de mecanizado.

Superando la complejidad: desafíos únicos y contramedidas en el mecanizado de piezas complejas de 5 ejes

El mecanizado de 5 ejes de piezas complejas suele presentar retos extremos, como espacios estrechos en impulsores, canales de flujo complejos en carcasas de vórtice y deformación de componentes de paredes delgadas. Estas secciones requieren alta precisión, velocidad y estabilidad , y los servicios de mecanizado de 5 ejes pueden resolver este problema.

La "danza" de la herramienta y la pieza: trayectorias de herramientas inteligentes para evitar colisiones

Las colisiones son uno de los principales riesgos en el mecanizado de piezas complejas. Durante la programación CAM, proporcionamos un modelo 3D completo (pieza, utillaje, herramienta, husillo) con corte por capas y optimización de trayectoria, y utilizamos herramientas de hoja corta o portaherramientas personalizados en zonas estrechas para eliminar por completo el riesgo de colisión.

Garantizar la resistencia y la precisión: mecanizado de deformaciones y vibraciones

Los componentes complejos son propensos a deformarse y vibrar. Ofrecemos:

• Control de deformación: corte desbastado y acabado incremental, alivio de tensión después del corte desbastado, pequeñas cantidades de corte y alta velocidad del husillo durante el acabado.
• Control de Vibraciones: Máquinas-herramientas y fresas de alta rigidez, optimización de parámetros de corte y amortiguadores de vibraciones en portaherramientas para cavidades profundas o estructuras esbeltas.

Figura 3: El modelo de 5 ejes es adecuado para procesar piezas geométricas complejas, como impulsores, implantes ortopédicos, moldes de inyección y soportes aeroespaciales.

Características principales del mecanizado CNC de 5 ejes para brazos robóticos

Los requisitos de la industria robótica con respecto a los componentes básicos han aumentado para ser livianos, fuertes, precisos y diseñados en una sola plataforma. El mecanizado CNC de 5 ejes para brazos robóticos satisface todos estos requisitos de manera impecable y se ha convertido en la solución más adoptada, siendo los beneficios del mecanizado CNC de 5 ejes particularmente evidentes en este campo.

Un paradigma de mecanizado integrado: de múltiples conjuntos a un único componente complejo

Las piezas de un robot tradicional son en su mayoría estructuras ensambladas, con peso elevado, rigidez insuficiente y errores acumulativos significativos.

El mecanizado de 5 ejes permite un moldeado integrado. Por ejemplo, un componente de muñeca robótica, que tradicionalmente consta de nueve piezas independientes con un peso de 2,5 kg, puede producirse con un componente equivalente fabricado a partir de una sola pieza y una máquina completa de tan solo 2,1 kg de peso, con una rigidez mejorada del 40 %.

La precisión importa: precisión de los asientos de los cojinetes críticos y las interfaces de transmisión

Los niveles de precisión requeridos para componentes críticos, como los asientos de los cojinetes de la articulación del robot y las superficies de fijación de los engranajes, son mucho mayores: la coaxialidad del orificio del cojinete es de ±0,01 mm, mientras que la perpendicularidad de la cara final es de 0,005 mm/m. El uso de una sola sujeción de 5 ejes garantiza la precisión de posicionamiento respecto a los errores geométricos de dichos componentes.

Integración aumentada un 300% y reducción de costes del 28%: Fabricación inteligente integrada de módulos de muñeca para robots colaborativos

En términos de mecanizado CNC de 5 ejes para brazos robóticos , es un campo altamente ilustrativo en el que se destaca de manera integral el valor de los servicios de mecanizado CNC de 5 ejes.

El problema del cliente

Un cliente estaba desarrollando una nueva generación de módulos de muñeca compactos para robots colaborativos. La solución original constaba de nueve componentes de aluminio ensamblados, y estos presentaban tres problemas:

La coaxialidad del orificio del cojinete era de solo 0,03 mm, lo que dificultaba lograr un movimiento preciso, había cables desorganizados en el interior, lo que causaba dificultades y fallas frecuentes, y los componentes de conexión agregaban peso y momentos de inercia, lo que ralentizaba la velocidad de respuesta dinámica.

Solución de precisión JS

Nuestro equipo de ingeniería trabajó en estrecha colaboración con un cliente para ofrecer la siguiente solución integral:

Diseño de optimización topológica: Mediante el análisis de elementos finitos, se fusionaron las funcionalidades de los nueve componentes en uno solo. Se mecanizaron directamente en el componente cavidades de montaje de alta precisión para sensores, cavidades ligeras y canales de cable integrados, lo que le permitió ser lo suficientemente resistente con un peso reducido.

Conformado de precisión de 5 ejes: mediante el uso de un centro de mecanizado de cinco ejes, se logró el mecanizado de todas las superficies de montaje, superficies curvas e incluso las piezas internas. Se completa en una sola operación de sujeción, eliminando así la posibilidad de errores de montaje.

Optimización del proceso: Se seleccionaron herramientas de corte y parámetros de procesamiento apropiados en términos de las cualidades de procesamiento de las láminas de aluminio, y se utilizó tecnología de procesamiento de corte de alta velocidad.

Resultados finales de éxito

La fabricación inteligente totalmente integrada implementa actualizaciones generales, con una cantidad de componentes reducida de 9 a 1, mejorando así la integración en un 300%, el peso reducido en un 18% y la flexibilidad mejorada en un 40%, con un valor de coaxibilidad del orificio del cojinete de 0,008 mm, redujo el costo general de fabricación en un 28% y acortó el ciclo de ensamblaje en un 80%.

¿Le interesa saber más sobre ejemplos exitosos de mecanizado CNC de 5 ejes para brazos robóticos? Ingrese su industria y tipo de pieza, y JS Precision le compartirá información sobre ejemplos similares.

Figura 4 Robot compacto de muñeca hueca

Preguntas frecuentes

P1: ¿Puede el mecanizado de 5 ejes sustituir al mecanizado de 3 ejes?

No del todo. El mecanizado de 5 ejes se ha desarrollado para piezas difíciles y permite trabajar con formas complejas, como piezas multisuperficie con cavidades profundas, que serían difíciles de producir con el mecanizado de 3 ejes. Sin embargo, cuando se trata de formas simples de planos y agujeros, el mecanizado de 3 ejes se considera más económico y adecuado.

P2: ¿Se puede confiar en el mecanizado de 5 ejes para obtener una tolerancia de ±0,025 mm?

Extremadamente confiable. Gracias al taller de temperatura constante de JS Precision, las máquinas herramienta de precisión y la garantía de proceso profesional, la precisión de +/- 0,025 mm es estándar para la tolerancia de máquinas CNC de 5 ejes, y se pueden cumplir fácilmente requisitos aún más precisos.

P3: ¿Se espera que el tiempo de programación sea bastante largo?

La programación de 5 ejes es, sin duda, más larga que la de 3, pero contamos con ingenieros experimentados y una biblioteca de procesos consolidada para realizar la programación de forma eficiente. De hecho, la programación se justifica por la rapidez con la que se acelera el procesamiento y el ensamblaje.

P4: ¿Ofrecen consultoría en soluciones de mecanizado para mis piezas?

Por supuesto. Este es uno de nuestros servicios fundamentales. Solo necesita su modelo 3D y los requisitos de mecanizado, y le proporcionaremos un análisis de viabilidad y optimización de fabricación gratuito. Nuestro equipo de expertos en mecanizado de 5 ejes se encarga de ello.

P5: ¿Es posible emplear la tecnología de mecanizado de 5 ejes durante la producción de lotes pequeños (desde

Muy adecuado. El mecanizado de cinco ejes no requiere mecanizado complejo y los componentes se reemplazan fácilmente mediante la desconexión del programa, lo que evita el uso de otras herramientas de mecanizado. Es la técnica de mecanizado más eficaz para producir lotes pequeños de componentes con diseños complejos.

P6: ¿Ha trabajado en proyectos similares en nuestra industria (por ejemplo, médica/óptica)?

Contamos con experiencia y trayectoria en diversas industrias de alta precisión , como la aeroespacial, la médica, la robótica y la óptica para diversas piezas. Por favor, comparta su sector y le proporcionaremos casos prácticos no confidenciales como referencia.

P7: ¿Son convenientes la logística y la comunicación para completar el proceso de mecanizado de 5 ejes en China?

Es muy conveniente. Como organización, contamos con un equipo profesional de gestión de proyectos que garantiza actualizaciones constantes del progreso mediante mensajería instantánea. Además, nos hemos coordinado con empresas de logística de renombre para garantizar la entrega segura y puntual de los componentes.

P8: ¿Cómo comienzo mi proyecto de mecanizado de 5 ejes?

Simplemente envíenos el modelo 3D de su pieza, las necesidades de material, el nivel de tolerancia y la cantidad. Nuestro equipo de expertos le proporcionará rápidamente el informe de análisis del proceso, la cotización y el plazo de entrega. Después, podrá comenzar el proyecto.

Resumen

Los servicios de mecanizado CNC de 5 ejes no son una tecnología de alta gama inalcanzable, sino una herramienta práctica para resolver problemas de mecanizado complejos, reducir los costos totales y mejorar la competitividad del producto.

Ofrece mayor precisión con menos interferencias, supera estructuras complejas con procesos inteligentes y genera mayor eficiencia económica mediante una colaboración integral. Sea cual sea su sector, ya sea aeroespacial, de dispositivos médicos, robótica o cualquier otra industria de alta precisión, JS Precision le ofrece servicios expertos de mecanizado de 5 ejes.

Examina las posibilidades en tu diseño hoy:

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