Usinagem CNC de 5 eixos: um guia completo | JS Precision

Com uma máquina-ferramenta convencional, as diversas recolocações e ajustes necessários para uma peça aeroespacial complexa ou um implante médico com formato específico levam dias e introduzem erros cumulativos.

Onde antes eram necessárias múltiplas fixações, agora uma única fixação é suficiente para que uma máquina-ferramenta "multiuso" execute com precisão todas as usinagens, de qualquer ângulo. Isso não é tecnologia futurista, é uma realidade criada pela usinagem CNC de 5 eixos .

Este artigo, elaborado por especialistas da JS Precision, apresentará uma análise aprofundada sobre por que a usinagem CNC de 5 eixos é a escolha inevitável para solucionar desafios complexos de fabricação de alta precisão e ajudará você a entender como aproveitar essa tecnologia para potencializar seus projetos.

Com base em anos de experiência prática na JS Precision, compilamos este guia abrangente, desde conceitos básicos até exemplos do mundo real, para lhe proporcionar uma compreensão completa da usinagem CNC de 5 eixos.

Resumo da Resposta Principal

Por que este guia é diferente? A JS Precision revela técnicas práticas para usinagem CNC de 5 eixos.

A JS Precision possui 12 anos de experiência profissional em usinagem CNC de 5 eixos, tendo prestado serviços a mais de 6.000 clientes em uma ampla variedade de setores, incluindo os setores aeroespacial, de dispositivos médicos, de drones e de peças automotivas.

Por exemplo, usinamos um componente de articulação artificial para uma empresa médica. Essa peça possui uma estrutura esférica complexa e precisa ser fabricada em liga de titânio. A tolerância necessária para a sua fabricação é de ±0,005 mm. Com nossa tecnologia de usinagem CNC de 5 eixos, conseguimos atingir a precisão desejada e reduzimos drasticamente o ciclo de produção da média do setor de 15 dias para 8 dias.

Outros exemplos incluem nosso suporte de fuselagem integrado para uma empresa de drones, onde reduzimos o peso do componente em 35% e aumentamos a rigidez em 50%.

Este livro não é uma compilação teórica, mas sim uma acumulação da experiência prática da JS Precision ao longo dos últimos 12 anos. Inclui uma visão geral das técnicas essenciais e dos erros comuns na usinagem de diferentes materiais e no processamento de peças complexas, em que você pode ter total confiança na sua praticidade e profissionalismo.

A JS Precision possui 12 anos de experiência prática em usinagem CNC de 5 eixos , o que lhe permite solucionar com eficiência diversos problemas complexos de usinagem de peças. Basta nos enviar suas especificações e enviaremos nossa análise técnica e orçamento em até 24 horas para dar início ao seu projeto o mais breve possível.

O que é usinagem CNC de 5 eixos? Além da fabricação tradicional.

Compreender a essência e a estrutura do processo ajudará você a tomar decisões informadas sobre se a usinagem CNC de 5 eixos é adequada às suas necessidades de usinagem.

O que significa CNC de 5 eixos?

A usinagem CNC de 5 eixos representa o que há de mais moderno em tecnologia de fabricação. Ela adiciona dois eixos rotativos aos três eixos lineares básicos: X, Y e Z.

A estrutura permite que a ferramenta se aproxime da peça de trabalho em qualquer direção, rompendo com as limitações das restrições tradicionais de direção fixa de 3 eixos e, portanto, sendo altamente adequada para usinagem de superfícies curvas complexas e usinagem de características com múltiplos ângulos .

Quais são os 5 eixos de uma máquina CNC?

Cada um dos cinco eixos possui funções e modos de movimento diferentes, que serão claramente apresentados na tabela a seguir:

Um tipo comum de estrutura de máquina-ferramenta de 5 eixos é a "mesa rotativa + cabeçote giratório". O eixo B gira a peça de trabalho na mesa rotativa, e o eixo A realiza a rotação do cabeçote, permitindo que a ferramenta alcance todas as superfícies da peça.

O grande segredo da usinagem CNC de 5 eixos reside no princípio de "uma única fixação, tudo pronto", que reduz o tempo de usinagem em mais de 40% e evita, fundamentalmente, os erros cumulativos de múltiplas fixações, melhorando assim a precisão da peça.

Seja para entender o funcionamento dos 5 eixos de uma máquina CNC ou para usinar peças complexas, os serviços de usinagem CNC de 5 eixos da JS Precision atenderão às suas necessidades. Desenvolveremos um plano de usinagem personalizado de acordo com as características da peça para garantir o melhor resultado possível.

Figura 1: Ao contrário dos processos de usinagem tradicionais que operam em três eixos (X, Y e Z), a usinagem de 5 eixos adiciona dois eixos de rotação para aumentar a flexibilidade e a precisão.

Por que a usinagem CNC de 5 eixos consegue atingir uma precisão tão incrível?

Dentre os diversos fatores, muitas empresas optam pela usinagem CNC de 5 eixos. A razão para isso reside em sua essência: alcançar alta precisão, algo difícil de obter com a usinagem tradicional. Essa precisão não é acidental, mas sim determinada por três fatores-chave.

1. Menos erros: Uma única fixação elimina erros cumulativos.

A usinagem tradicional de peças complexas em 3 eixos requer de 3 a 5 fixações. Cada fixação introduz erros de posicionamento que podem se acumular e exceder as tolerâncias. A usinagem CNC de 5 eixos permite que todas as características da peça sejam usinadas em uma única configuração.

Tomando como exemplo a usinagem de moldes complexos, enquanto a usinagem tradicional de 3 eixos apresenta um erro cumulativo de ±0,1 mm, a usinagem CNC de 5 eixos consegue controlar o erro em ±0,025 mm , atendendo plenamente aos requisitos de alta precisão.

2. Vantagens das ferramentas curtas: vibração reduzida, qualidade aprimorada.

A usinagem CNC de 5 eixos envolve o uso de ferramentas curtas. O ângulo de usinagem ideal pode ser mantido através da rotação da peça ou da ferramenta na máquina-ferramenta. Isso reduz significativamente a vibração de corte com ferramentas curtas. Como resultado, a rugosidade superficial foi de Ra≤0,8μm e a vida útil da ferramenta aumentou em mais de 50% , reduzindo os custos de usinagem.

3. Calibração e compensação de nível profissional: mantendo a precisão em nível de mícron

Os centros de usinagem de 5 eixos de alta gama mantêm sua precisão graças a tecnologias como compensação dinâmica de precisão, correção em tempo real de erros mínimos e compensação de deformação térmica, que neutraliza a deformação causada pela temperatura.

A JS Precision possui requisitos rigorosos para seus centros de usinagem CNC de 5 eixos. Os fusos e guias são calibrados a cada seis meses, enquanto a temperatura da oficina é mantida em 20±2℃ e a umidade entre 40% e 60%. Isso, juntamente com a inspeção completa de 100% utilizando uma máquina de medição por coordenadas, garante a estabilidade e a precisão das peças.

Figura 2: Na usinagem CNC de 5 eixos, o movimento estendido da ferramenta e a acessibilidade à peça são obtidos por meio de dois eixos de rotação adicionais. Essa capacidade é crucial para reduzir as configurações e alcançar maior precisão.

Quais materiais se destacam em um centro de usinagem de 5 eixos?

Uma das principais vantagens do centro de usinagem de 5 eixos é sua grande adaptabilidade. Quase todos os tipos de materiais que podem ser usinados apresentam bom desempenho nessas máquinas. As características de processamento e os setores de aplicação para diferentes materiais estão listados na tabela abaixo:

Equipada com uma biblioteca de mais de 200 tecnologias de processamento de materiais, que vão desde o corte a baixa temperatura até o controle de temperatura de materiais de liga de titânio e o ajuste de fusos para evitar a deformação de plásticos PEEK, a JS Precision já processou mais de 50 tipos de materiais para atender às necessidades de diversos setores industriais.

Seja liga de titânio, plástico PEEK ou materiais compósitos de fibra de carbono, nosso centro de usinagem de 5 eixos JS Precision tem a capacidade de processar esses materiais de difícil usinagem com eficiência. Otimizamos todo o processo de usinagem de acordo com as características do material para garantir a qualidade da peça e a eficiência na entrega.

Como escolher a melhor configuração de centro de usinagem de 5 eixos para o seu projeto?

A configuração correta de um centro de usinagem de 5 eixos encontrará o equilíbrio ideal entre eficiência de usinagem e custo. A seguir, estão os passos que devem ser seguidos:

Defina suas necessidades

Os principais parâmetros da peça a ser identificada são:

• Dimensões: comprimento, largura e altura máximos.
• Complexidade: cada uma com superfícies curvas contínuas ou orifícios oblíquos.
• Tamanho do lote: lote pequeno de 10 peças, lote grande de 1000 peças.
• Precisão alvo: ±0,025 mm ou ±0,05 mm.
• Material: metal ou plástico. Esses parâmetros são determinados em relação direta com a configuração da máquina.

Principais considerações de configuração

Curso e Dimensões da Mesa: O curso determina o tamanho máximo da peça que pode ser usinada. Por exemplo, uma máquina-ferramenta com curso de 600×500×400 mm corresponde a uma peça de até 500×400×300 mm. As dimensões da mesa devem ser compatíveis com o peso da peça e os requisitos de montagem. Peças pesadas exigem uma mesa com grande capacidade de carga.

Estrutura de eixo rotativo: A estrutura de mesa rotativa é adequada para peças pesadas. As estruturas de cabeçote giratório são adequadas para peças com superfícies curvas complexas. A estrutura híbrida (mesa rotativa + cabeçote giratório) oferece maior flexibilidade.

Capacidade do magazine de ferramentas e velocidade de troca de ferramentas: 24 ferramentas para produção em lotes pequenos a médios, mais de 48 ferramentas para produção em grandes lotes e fabricação de peças complexas. A rápida troca de ferramentas reduz o tempo de espera.

Sistema CNC: Somente os sistemas de ponta permitem a programação simultânea complexa de 5 eixos, como o FANUC 31i e o SIEMENS 840D.

Análise de Investimento e Retorno

O preço de uma máquina CNC de 5 eixos, em geral, varia de US$ 100.000 a US$ 500.000, sendo que configurações mais complexas se traduzem em preços mais altos. No entanto, máquinas-ferramenta de alta configuração podem reduzir o tempo de entrega em até 30% e aumentar a produtividade em até 20%, resultando em custos gerais menores a longo prazo. A maioria das empresas não precisa comprá-las por conta própria.

Eles só precisam optar pelos serviços de um fornecedor, como a JS Precision, para ter acesso a configurações de centros de usinagem de 5 eixos de alta qualidade, sem precisar arcar com os custos dos equipamentos por conta própria.

Preço da máquina CNC de 5 eixos revelado: para onde vai seu investimento?

O preço das máquinas CNC de 5 eixos varia bastante, de US$ 100.000 a US$ 500.000. Os principais custos estão relacionados a:

1. Custos dos Componentes Principais

Os principais fatores de custo são os eixos rotativos duplos de alta precisão, as estruturas mecânicas rígidas, os fusos elétricos de alta potência e os sistemas CNC avançados. Por exemplo, um eixo rotativo duplo de alta precisão custa entre US$ 20.000 e US$ 50.000, um fuso elétrico de 15 kW custa entre US$ 10.000 e US$ 30.000, e os sistemas CNC de ponta da FANUC e da SIEMENS custam entre US$ 20.000 e US$ 40.000.

Esses componentes determinam diretamente a precisão e a estabilidade da máquina-ferramenta.

2. Valor Tecnológico Agregado

Tecnologias "invisíveis", como software de compensação dinâmica (correção de erros em tempo real), tecnologia de controle de vibração e tecnologia de estabilização térmica (redução do impacto da temperatura), contribuem para o alto custo das máquinas-ferramenta.

Por exemplo, o software de compensação dinâmica pode custar de US$ 5.000 a US$ 10.000, e a tecnologia de estabilização térmica custa de US$ 4.000 a US$ 9.000. Essas tecnologias permitem que a máquina-ferramenta mantenha alta precisão por longos períodos.

3. Marca e Confiabilidade

As marcas de primeira linha, representadas pela DMG MORI e FANUC, são cerca de 20% a 30% mais caras do que as marcas de segunda linha, mas, em contrapartida, sua estabilidade, retenção de precisão e serviço pós-venda são mais garantidos.

Por exemplo, as máquinas-ferramenta de marcas de primeira linha têm um MTBF médio superior a 8.000 horas, enquanto as de segunda linha têm apenas cerca de 5.000 horas, e seu atendimento pós-venda é mais rápido.

Para a maioria dos clientes, comprar um centro de usinagem CNC de 5 eixos independente envolve altos custos de aquisição, manutenção e pessoal. A colaboração com a JS Precision significa que esses custos são eliminados e você aproveita o melhor dos serviços de usinagem CNC de 5 eixos a níveis mais econômicos e eficientes.

Está um pouco apreensivo com o preço de uma máquina CNC de 5 eixos? Aproveite os serviços de usinagem CNC de 5 eixos da JS Precision, com excelente custo-benefício, e economize na compra e manutenção de equipamentos. Envie-nos suas especificações de peças e nós lhe forneceremos preços transparentes e serviços de usinagem eficientes.

Figura 4: A imagem mostra uma máquina-ferramenta horizontal CNC de cinco eixos de alta qualidade, cujo preço pode facilmente ultrapassar os 250.000 dólares americanos.

Quais são os pontos-chave para garantir o uso bem-sucedido dos serviços de usinagem CNC de 5 eixos?

Ao focar nos quatro aspectos principais a seguir, você poderá aproveitar ao máximo os serviços de usinagem CNC de 5 eixos para o seu projeto:

1. Análise de Fabricabilidade na Fase de Projeto

Logo no início do processo de projeto, comunique-se com o fornecedor de serviços para otimizar o projeto do ponto de vista da usinagem. Por exemplo, certifique-se de que a espessura da parede da peça não seja inferior a 1 mm e que a profundidade da cavidade não exceda 10 vezes o diâmetro da ferramenta. Isso reduzirá a dificuldade e o custo da usinagem.

A nossa assessoria profissional, prestada pelos engenheiros da JS Precision, contribui para uma redução média de 30% nos custos de usinagem .

2. Programação e Simulação Profissional

Em comparação com a usinagem de 3 eixos, a programação de usinagem de 5 eixos é muito mais complexa e exige softwares mais avançados (como UG e Mastercam) e programadores experientes. A simulação da trajetória da ferramenta é crucial para que os riscos de colisão sejam identificados o mais cedo possível.

Ao simular o percurso da ferramenta com o RoboDK por mais de 10 anos, nossa equipe de programação alcançou uma taxa de sucesso de 100%, sem colisões.

3. A Arte do Design de Mobiliário

Dispositivos de fixação para usinagem de 5 eixos precisam segurar firmemente a peça com uma força de aperto de no mínimo 500 N e não interferir com a ferramenta. Dispositivos projetados sob medida se adaptam melhor aos formatos das peças, garantindo precisão.

A JS Precision possui uma equipe profissional de projeto de dispositivos de fixação que personaliza esses dispositivos de acordo com as características das peças para garantir que as máquinas operem com estabilidade.

4. Controle de Qualidade Abrangente

O controle de qualidade é realizado em todas as etapas: durante a inspeção da matéria-prima, por meio de análise espectral para confirmar a composição dos metais; durante a medição online, por meio de sondas em máquinas-ferramenta que detectam dimensões críticas em tempo real; e durante a inspeção final, por meio de inspeção abrangente utilizando uma máquina de medição por coordenadas.

A JS Precision fornecerá um relatório completo de inspeção de qualidade para cada peça, a fim de garantir que os requisitos sejam atendidos.

A JS Precision oferece serviços de usinagem CNC de 5 eixos, desde a otimização do projeto até o controle de qualidade. Basta nos enviar o desenho e os requisitos da peça, e nós cuidaremos do resto, com profissionalismo e capacidade, para uma usinagem bem-sucedida que lhe trará tranquilidade.

Estudo de Caso: Como a JS Precision Superou a Complexidade das Peças de Drones/Aeronaves Modelo com CNC de 5 Eixos

Os requisitos de leveza e precisão para peças de drones/aeronaves de modelismo são muito elevados. A JS Precision resolveu o desafio usinando um suporte de fuselagem integrado para uma equipe de corrida de drones de alto nível. O processo específico é o seguinte:

Desafio do Cliente

O suporte integrado da fuselagem, feito de liga de alumínio 7075, tem um requisito de peso inferior a 100 g. A peça apresentava superfícies aerodinâmicas complexas com erros de superfície ≤0,03 mm, além de necessitar da integração de três suportes de montagem em ângulos diferentes, com tolerância posicional ≤0,02 mm.

A montagem convencional dos componentes pesava 150g, ultrapassando os requisitos de especificação, e a resistência à fratura era de apenas 200MPa, o que também não atendia às exigências das corridas.

Solução da JS Precision

1. Otimização do projeto: O projeto da topologia leve foi ainda mais otimizado em colaboração com o cliente, removendo materiais redundantes. A espessura da parede foi modificada de 2 mm para 1,2 mm, mantendo intactos todos os principais pontos de tensão. O ajuste fino dos ângulos dos suportes de montagem melhorou a viabilidade da usinagem.

2. Planejamento do Processo: Foi adotado um centro de usinagem de 5 eixos da DMG MORI com uma estratégia que combina desbaste de eixo fixo "3+2", o que aumentou a eficiência em 40%, e acabamento simultâneo de 5 eixos.

3. Execução de Precisão: Toda a usinagem foi concluída em uma única configuração. Sondas de máquina-ferramenta foram utilizadas durante o processamento para medição online e correção de erros, a precisão posicional final atingiu ±0,025 mm e a rugosidade superficial Ra foi de 0,4 μm.

Resultados e Valor

O suporte finalizado pesava apenas 92g ( redução de 38,7% ), com resistência à ruptura aumentada para 280MPa (aumento de 40%) e redução de 15% na resistência do ar. Essa peça rendeu à equipe o segundo lugar na Competição Nacional de Usinagem Rápida.

Até então, o cliente resolvia todos os problemas de projeto e fabricação em um único lugar, na JS Precision, reduzindo o ciclo de P&D de 45 para 20 dias.

Figura 4: estrutura de drone em liga de alumínio de alta precisão

Como trabalhar eficazmente com o seu fornecedor de serviços de usinagem CNC de 5 eixos?

Ao trabalhar de forma eficaz com seu fornecedor de serviços de usinagem CNC de 5 eixos, você pode reduzir os ciclos do projeto, melhorando substancialmente a qualidade da usinagem. Isso pode ser alcançado especificamente por meio de:

1. Preparando seu pacote de dados

Para melhor compatibilidade, forneça um modelo CAD 3D completo em formato STEP. Além disso, forneça desenhos técnicos em 2D. As principais tolerâncias dimensionais, o tratamento de superfície e as especificações dos materiais devem estar claramente indicados nos desenhos 2D. Um pacote de dados completo permitirá que o prestador de serviços compreenda rapidamente suas necessidades, reduzindo assim os custos de comunicação.

2. Defina claramente os requisitos técnicos.

Forneça ao prestador de serviços as especificações exatas dos materiais, como liga de alumínio 7075-T6 ou PEEK 450G, tratamentos de superfície como anodização ou pintura, tolerâncias dimensionais críticas, incluindo ±0,02 mm, e o tipo de ambiente operacional ao qual as peças serão submetidas, como resistência ao calor ou à corrosão, para ajudar o prestador de serviços a desenvolver uma solução precisa.

3. Comunicar expectativas e orçamento

Defina claramente os objetivos do projeto, seja verificação de protótipo ou produção em massa , a quantidade (por exemplo, 50 ou 500 unidades) e a faixa de orçamento (por exemplo, US$ 10.000 ou US$ 50.000). Dessa forma, o prestador de serviços ajustará o processo de acordo, oferecendo uma solução com boa relação custo-benefício e evitando ajustes devido a discrepâncias no orçamento.

O processo de cooperação com a JS Precision é ágil e eficiente: você envia o pacote de dados → Confirmação pelos engenheiros em até 24 horas → Processamento, orçamento e solução do cronograma de entrega → Sua confirmação do pedido → Produção e entrega com relatório de inspeção de qualidade. Todo o processo é transparente e eficaz, e você pode acompanhá-lo a qualquer momento.

Perguntas frequentes

P1: A usinagem CNC de 5 eixos é apenas para produção em massa?

Não. Embora seja adequado para produção em massa, a grande vantagem estará na prototipagem rápida e na fabricação de pequenos lotes de peças complexas, devido à economia em custos de ferramentas e dispositivos de fixação, bem como no tempo de preparação.

Q2: Quais são as tolerâncias mínimas típicas na usinagem de 5 eixos?

De modo geral, a tolerância atinge ±0,025 mm, dependendo do material e do tamanho da peça. Para algumas peças de precisão, pode chegar a ±0,005 mm. Para uma tolerância específica, é necessário avaliar e determinar o valor exato por um engenheiro.

Q3: A usinagem de 5 eixos pode substituir completamente a usinagem de 3+2 eixos?

Não, não pode substituir completamente. É aqui que o modo simultâneo de 5 eixos é usado para características de superfície complexas e contínuas, enquanto para a fabricação de características com múltiplos ângulos, utilizam-se 3+2 eixos. Máquinas-ferramenta de 5 eixos de alta gama podem operar em ambos os modos, o que proporciona muita liberdade operacional.

Q4: Quais são as vantagens da usinagem de 5 eixos para materiais de difícil usinagem, como as ligas de titânio?

O processo de usinagem de 5 eixos mantém os melhores ângulos de corte e as velocidades de corte constantes, o que controla eficazmente o calor gerado pelo corte, prolonga a vida útil das ferramentas e melhora a qualidade e a eficiência na usinagem de peças de liga de titânio.

Q5: A programação de 5 eixos é extremamente difícil e mais cara?

De fato, é mais complexo do que o sistema de 3 eixos e requer software especializado e experiência. No entanto, a JS Precision possui uma equipe de programação profissional e software próprio, e otimizou esse custo no serviço, portanto, os clientes não precisam se preocupar com isso.

Q6: Minha peça requer usinagem em cinco lados, embora sem muitas superfícies curvas. Preciso de usinagem de 5 eixos?

Sim. Nesse caso, o modo de usinagem de eixo fixo "3+2" é particularmente eficaz, sendo uma das funções de uma máquina-ferramenta de 5 eixos que pode ajudar a evitar erros resultantes de várias operações de fixação.

Q7: Qual é o preço médio de um centro de usinagem de 5 eixos?

Essa é uma faixa de preço muito ampla , de US$ 100.000 a US$ 500.000, dependendo das especificações, da marca e da configuração. A maioria das empresas faz mais bem em optar por serviços profissionais de usinagem de 5 eixos.

Q8: Quais são as dimensões das peças de 5 eixos que a JS Precision consegue processar?

Os equipamentos da JS Precision podem processar peças que variam de minúsculas, como as de 2 mm de diâmetro, até grandes componentes estruturais, como os de 1000×800×600 mm. São necessários recursos de correspondência dimensional precisa.

Resumo

A usinagem CNC de 5 eixos impulsiona a indústria de manufatura, levando-a da "capacidade de fabricar" para um nível superior de "manufatura inteligente". É muito mais do que cinco eixos móveis; é uma filosofia de romper limitações geométricas, integrar etapas de produção e liberar o potencial do design.

Se você enfrenta grandes dificuldades com a usinagem de peças complexas, não se preocupe com a configuração do equipamento e o preço. A JS Precision, dedicada a atender às mais altas exigências, com 12 anos de experiência prática e centros de usinagem de 5 eixos de última geração, oferece serviços que vão desde a otimização do projeto até a entrega final, solucionando os problemas de fabricação dos clientes e acelerando a implementação de projetos.

Envie-nos seus arquivos CAD agora mesmo e experimente precisão, eficiência e valor de ponta em serviços de usinagem CNC de 5 eixos com a equipe especializada da JS Precision. Forneceremos uma análise de viabilidade de fabricação profissional e um orçamento competitivo em até 6 horas.