Usinagem CNC de 5 eixos: Como escolher a ferramenta ideal para suas peças usinadas em CNC | JS Precision

A usinagem CNC de 5 eixos está superando as limitações da fabricação de peças complexas.

Imagine um rotor de motor aeronáutico complexo que normalmente requer três configurações e vários ajustes de referência; agora, todas as superfícies, seções traseiras e a base podem ser usinadas com precisão em apenas uma configuração. Isso não é apenas um salto em termos de eficiência, mas uma revolução em termos de precisão e liberdade de projeto.

Dominar o conhecimento e a utilização da tecnologia de usinagem de 5 eixos tornou-se uma das principais qualificações que ajudam engenheiros e projetistas a alcançar a mais alta qualidade, as geometrias mais complexas e o menor tempo de lançamento no mercado.

Este guia, elaborado por especialistas da JS Precision, irá levá-lo a uma imersão no mundo das máquinas CNC de 5 eixos e mostrar como elas podem ser a solução definitiva para a fabricação de peças complexas.

Visão geral Resposta principal

Como escolher uma máquina de usinagem CNC de 5 eixos? A JS Precision analisa os principais pontos de decisão.

A experiência prática desempenha um papel fundamental na execução correta de usinagem CNC de 5 eixos. A JS Precision atua nesse setor há mais de 10 anos e presta serviços com centros de usinagem de 5 eixos de alta tecnologia, incluindo DMG MORI, para mais de 500 clientes nos setores aeroespacial, médico e de drones.

Concluímos a usinagem de peças complexas, como impulsores de liga de titânio com tolerância de ±0,015 mm e stents médicos de fibra de carbono. O processo de fabricação dos stents médicos de fibra de carbono segue os requisitos dos EUA.gov/current/title-21/chapter-I/subchapter-H/part-820">Administração de Alimentos e Medicamentos (FDA) para validação de processo especial em 21 CFR 820.70 dos Regulamentos do Sistema de Qualidade de Dispositivos Médicos.

Conhecendo as características de usinagem do alumínio 7075 e do Ti6Al4V, ajudamos nossos clientes a otimizar a usinagem de peças soldadas multicomponentes em uma única peça, economizando até 30% nos custos.

Este é um manual completo que resume nossos anos de experiência em projetos, incluindo pontos-chave como a seleção de tecnologia e o controle de custos, ajudando você a evitar armadilhas e a tomar decisões confiáveis.

Deseja verificar se suas peças são adequadas para usinagem CNC de 5 eixos? Após enviar as informações básicas de suas peças para a JS Precision, nossos engenheiros farão uma avaliação preliminar gratuita para ajudá-lo a definir sua opção.

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

A usinagem CNC de 5 eixos é uma tecnologia de ponta capaz de realizar usinagem multidirecional e complexa através da coordenação do uso de três eixos lineares: X, Y e Z, e dois eixos rotativos: A e B, ou C.

Em comparação com a usinagem tradicional de 3 eixos, ela evolui da "usinagem unilateral" para a "usinagem omnidirecional", o que altera a própria essência do modelo de fabricação de peças complexas.

Mais do que apenas 5 direções: entendendo a essência da "conexão"

O princípio fundamental da usinagem de 5 eixos reside na "articulação", que inclui cinco eixos de movimento:

• Eixo X: Movimento horizontal - esquerda-direita
• Eixo Y: Movimento horizontal para frente e para trás
• Eixo Z: Movimento vertical (para cima e para baixo)
• Eixo A: Rotação em torno do eixo X , normalmente rotação da peça de trabalho.
• Eixos B/C: Rotação em torno do eixo Y (eixo B) ou do eixo Z (eixo C) (normalmente rotação da mesa ou do fuso).

"Sistema de articulação de cinco eixos" refere-se ao movimento simultâneo de todos os cinco eixos, permitindo a usinagem contínua de superfícies curvas complexas, como impulsores e cavidades de moldes.

O posicionamento de "3+2 eixos" fixa a peça em um determinado ângulo usando primeiro os eixos A, B/C e, em seguida, utiliza os eixos X, Y e Z para usinagem, sendo adequado para peças multifacetadas, como carcaças com furos angulares. Os cenários de aplicação diferem bastante entre esses dois métodos.

Por que é o "escolhido" para peças complexas?

A usinagem CNC de 5 eixos resolve naturalmente três grandes desafios da usinagem tradicional:

• Geometria complexa: As peças não precisam ser desmontadas, a usinagem direta de superfícies curvas contínuas e estruturas irregulares evita erros de junção.
• Usinagem de Cavidades Profundas: O eixo rotativo ajusta o ângulo da peça, permitindo que a ferramenta penetre profundamente na parede da cavidade para usinagem, eliminando a necessidade de alongamento da ferramenta.
• Prevenção de interferências: Através do movimento coordenado dos eixos, evita-se a interferência entre a ferramenta, a peça e o dispositivo de fixação, reduzindo assim os riscos durante a usinagem.

Figura 1: A usinagem CNC de cinco eixos refere-se a um método de usinagem no qual as ferramentas de corte se movem simultaneamente ao longo de cinco eixos diferentes.

Revelando: Como o CNC de 5 eixos consegue a revolucionária "fixação única"?

Entre as principais vantagens do CNC de 5 eixos, destaca-se a "fixação única". Ao utilizar a operação integrada de uma mesa rotativa e vários eixos, todas as superfícies de uma peça podem ser usinadas em uma única fixação, o que altera fundamentalmente o modelo tradicional de múltiplas fixações e impacta significativamente a precisão, a eficiência e a redução de custos.

Mesa Rotativa: De Múltiplas Faces a "Sem Ângulos Mortos"

Nesse caso, a peça pode girar em torno de seus eixos A, B/C utilizando a mesa rotativa. O intervalo angular geralmente varia de -120° a 120°, funcionando como um "braço robótico flexível".

Em comparação com uma configuração de usinagem tradicional de 3 eixos, geralmente são necessárias três operações de fixação separadas ao realizar furos angulares multidirecionais em uma peça em formato de caixa.Uma mesa rotativa CNC de 5 eixos permite o ajuste do ângulo da peça de trabalho, possibilitando que a ferramenta se aproxime da peça por múltiplas direções, incluindo a frontal, lateral e superior, sem rotação manual.

A chave para um salto em precisão: Eliminar erros de conversão de datum

O sistema tradicional de fixação múltipla introduz "erros de conversão de referência". Cada fixação requer o reajuste da referência, e os erros se acumulam a cada fixação . Normalmente, cada fixação apresenta um erro acumulado de cerca de 0,05 mm.

Uma máquina CNC de 5 eixos pode ser configurada para uma única fixação. Isso requer apenas uma configuração do datum, e toda a usinagem é feita com referência a esse datum. Isso evita completamente erros de conversão de datum e garante precisão posicional relativa para características críticas, como furos e contornos de superfícies curvas.

Por exemplo, na usinagem de implantes médicos, a tolerância para furos em diferentes superfícies pode ser controlada dentro de ±0,02 mm.

Figura 2: A usinagem de cinco eixos simplifica o processo de produção, permitindo o movimento síncrono dos cinco eixos e reduzindo a necessidade de múltiplas fixações.

Como escolher o melhor material para o seu projeto de usinagem CNC de 5 eixos?

A seleção do material é crucial para o sucesso de um projeto de usinagem CNC de 5 eixos. As características de usinagem de diferentes materiais podem variar bastante. A JS Precision conhece bem os pontos de usinagem de diversos materiais e pode ajudá-lo a encontrar a melhor solução em materiais.

Rei dos Metais: Ligas de Alumínio e Titânio de Grau Aeroespacial

Ligas de alumínio aeroespaciais (como o alumínio 7075) e ligas de titânio (como o Ti6Al4V) estão entre os materiais mais comuns para peças metálicas usinadas em CNC de 5 eixos. Ao processar esses tipos de materiais, a usinagem de 5 eixos apresenta uma vantagem evidente:

• Alumínio 7075: Alta resistência, leveza e resistência à tração de aproximadamente 570 MPa. O processo de usinagem de 5 eixos permite o controle preciso de sua superfície complexa, tornando-o ideal para peças de drones e suportes de aeronaves.
• Liga de titânio Ti6Al4V: Resistente à corrosão e a altas temperaturas. Através do corte em alta velocidade e da sinergia do resfriamento proporcionada pela usinagem de 5 eixos, evita-se a deformação durante o processamento, sendo adequada para peças implantáveis ​​médicas e de motores aeronáuticos.

Plásticos de engenharia e compósitos: do PEEK à fibra de carbono

Plásticos de engenharia, como o PEEK, e compósitos, como a fibra de carbono, têm ampla aplicação nas áreas médica e de alta tecnologia. Ao realizar usinagem CNC de 5 eixos nesses materiais, os seguintes aspectos devem ser considerados:

• PEEK: Resistente a altas temperaturas (temperatura operacional contínua de 260 °C), boa biocompatibilidade. A velocidade de corte deve ser controlada durante a usinagem (recomendada: 300-500 m/min) para evitar a fusão do material.
• Fibra de carbono: alta resistência, leveza e, durante o processamento, necessita de ferramentas de corte especiais, como ferramentas diamantadas, para evitar a delaminação, sendo utilizada em aplicações como stents médicos e carcaças de equipamentos de alta tecnologia.

Design inteligente para otimizar os custos de suas peças CNC de 5 eixos: três estratégias

O custo da usinagem CNC de 5 eixos pode ser significativamente reduzido otimizando as peças desde a fase de projeto. A JS Precision resume três maneiras práticas de ajudar você a controlar seu orçamento e, ao mesmo tempo, atender às suas necessidades de desempenho.

Estratégia 1: Evite cavidades profundas e grandes beirais

Cavidades profundas, com profundidade superior a 3 vezes o diâmetro, e grandes saliências, com extensão da ferramenta superior a 5 vezes o diâmetro, aumentam a dificuldade de usinagem:

• São necessárias ferramentas especiais mais extensas , que são 50 a 100% mais caras do que as ferramentas comuns.
• A baixa rigidez da ferramenta pode causar vibração, reduzindo assim a eficiência da usinagem em mais de 30%.
• A dificuldade em controlar a precisão pode resultar em múltiplas revisões , o que acarreta aumento nos custos de tempo.

Estratégia 2: Padronizar o raio dos cantos internos

Raios irregulares nos cantos internos aumentam a frequência de troca de ferramentas:

• Cada troca de ferramenta requer reinicialização e ajuste, o que leva cerca de 15 a 30 minutos.
• Raios padronizados, como todos definidos para R1,5, reduzem os tipos de ferramentas e economizam muito tempo de usinagem, reduzindo assim os custos de usinagem em 20% a 30%.

Estratégia 3: Compreender os ângulos de desalinhamento "amigáveis ​​aos 5 eixos"

Mesmo com uma capacidade robusta de usinagem de 5 eixos, um ângulo de inclinação adequado ( recomendado entre 1° e 3° ) ainda apresenta vantagens:

• A redução do atrito entre a ferramenta e a peça permite uma melhoria na qualidade da superfície , enquanto a rugosidade pode ser reduzida de Ra1,6 para Ra0,8.
• Redução da resistência ao corte, prolongando a vida útil da ferramenta e reduzindo os custos de troca.

Figura 3: Evitar a usinagem de furos profundos no projeto CNC não é apenas uma boa especificação de processo, mas também a chave para controlar custos e garantir a consistência da fabricação.

CNC de 3 eixos versus CNC de 5 eixos: o confronto definitivo entre precisão e capacidade.

A escolha entre CNC de 3 eixos e de 5 eixos influencia diretamente o resultado da usinagem da peça. Existe uma grande diferença entre os dois em termos de capacidade e precisão de usinagem. Compreender as limitações de cada um ajuda a fazer a escolha certa.

O rei indiscutível da precisão: por que o sistema de 5 eixos sai na frente na largada?

A fixação única é a essência da vantagem de precisão proporcionada pela usinagem de 5 eixos.

• Os processos tradicionais de usinagem de 3 eixos envolvem múltiplas fixações, cada uma introduzindo um erro de aproximadamente 0,05 mm , o que se acumula e dificulta a garantia de precisão.
• A fixação única em usinagem de 5 eixos permite controlar a tolerância de peças de liga de alumínio em ±0,025 mm e de peças de liga de titânio em ±0,03 mm.

Por exemplo, ao usinar uma caixa de engrenagens com furos inclinados, a tolerância do furo após a usinagem de 3 eixos pode atingir ±0,1 mm, enquanto a usinagem de 5 eixos pode controlá-la para ±0,02 mm, atendendo a requisitos de alta precisão.

Lacuna de capacidade: Algumas peças não podem ser usinadas por usinagem de 3 eixos.

Os dois tipos de peças a seguir só podem ser usinados por usinagem de 5 eixos:

• Recortes: Por exemplo, em casos de carcaças com ranhuras internas, as posições das ranhuras não podem ser alcançadas por uma ferramenta de 3 eixos. Na usinagem de 5 eixos, ajustando o ângulo do eixo de rotação, a ferramenta pode penetrar mais profundamente na ranhura.
• Superfícies curvas complexas e contínuas: como impulsores e hélices, usinagem de 3 eixos. A usinagem em um único eixo exige a divisão de múltiplas superfícies, deixando marcas de emenda. O CNC de 5 eixos permite a usinagem contínua para garantir superfícies lisas.

Quer descobrir se a usinagem CNC de 3 eixos ou de 5 eixos é a melhor opção para a sua peça? Entre em contato com a JS Precision hoje mesmo e deixe-nos recomendar a solução mais econômica, considerando a complexidade e a precisão das suas peças.

Equipamentos Essenciais Revelados: Como Escolher as Ferramentas para o Seu Centro de Usinagem de 5 Eixos?

Em comparação com os equipamentos tradicionais, os requisitos de ferramentas para centros de usinagem de 5 eixos são muito maiores . A seleção adequada de ferramentas pode melhorar a precisão e a eficiência da usinagem. A JS Precision possui vasta experiência na seleção de ferramentas e pode fornecer consultoria especializada.

A importância dos porta-ferramentas cônicos curtos: rigidez e controle de vibração.

Porta-ferramentas curtos e cônicos (como os porta-ferramentas HSK e CAPTO) são ideais para centros de usinagem de 5 eixos.

• Os porta-ferramentas BT tradicionais incorporam um cone longo que pode facilmente gerar vibração durante movimentos de alta dinâmica, afetando assim a precisão.
• Os porta-ferramentas HSK possuem um cone curto (normalmente 1:10), uma grande área de contato com o fuso, maior rigidez e podem reduzir a vibração em mais de 90%.
• O porta-ferramentas CAPTO adota uma interface poligonal, com maior precisão de posicionamento (precisão de posicionamento repetida de ± 0,001 mm), sendo adequado para usinagem de alta precisão.

A arte de equilibrar o comprimento e o diâmetro da ferramenta

Na usinagem CNC de 5 eixos, o equilíbrio entre o comprimento e o diâmetro da ferramenta tem um impacto direto no resultado da usinagem:

• Uma ferramenta muito longa — mais de 5 vezes o diâmetro — não é rígida e vibrará. Sempre que possível, reduza o comprimento da ferramenta ao mínimo necessário para a peça a ser usinada.
• Um diâmetro de ferramenta muito grande pode interferir com as peças e dispositivos de fixação. Recomenda-se escolher o diâmetro de acordo com o espaço disponível na área de usinagem e, se necessário, utilizar ferramentas de pescoço longo.

Deseja selecionar ferramentas para seu centro de usinagem de 5 eixos? Informe à JS Precision os materiais a serem usinados e a estrutura da peça, e nós recomendaremos porta-ferramentas e modelos de ferramentas adequados para controlar opreço da máquina CNC de 5 eixos , além de ajudá-lo a melhorar a estabilidade da usinagem.

Estudo de caso: Usinagem CNC de 5 eixos ajuda a reduzir o peso do suporte do servo do drone em 40%

Dificuldades enfrentadas pelos clientes

Uma empresa de drones precisava de um suporte de servo metálico, leve e de alta resistência. A solução existente de 3 eixos apresentava dois problemas principais:

• A peça foi soldada a partir de três componentes e pesava 200g, o que afetou o tempo de voo do drone.
• As juntas de solda apresentavam baixa resistência, rompendo-se facilmente durante voos em grandes altitudes e resultando em baixa confiabilidade.

Solução de Precisão JS

• O primeiro passo é a otimização DFM (Design for Manufacturing). Nossos engenheiros reestruturaram o projeto original de 3 componentes em uma estrutura unificada e otimizada topologicamente , removendo materiais redundantes e preservando as áreas críticas de tensão.
• A segunda etapa é a usinagem de 5 eixos. Utilizando um centro de usinagem DMG MORI de 5 eixos, combinado com porta-ferramentas HSK e ferramentas de metal duro, concluímos a usinagem CNC de precisão de 5 eixos de todas as superfícies complexas e cavidades leves em uma única configuração, com monitoramento da precisão em tempo real por meio de medição da máquina.

Nosso resultado de sucesso

O produto final pesava apenas 120g, 40% mais leve que a solução original. Os testes de tração mostraram um aumento de 15% na resistência estrutural, eliminando completamente os problemas de fratura por soldagem.

Simultaneamente, a redução no número de etapas de montagem aumentou a eficiência da produção em 50%, diminuindo o tempo de entrega das peças de 10 para 5 dias, o que ajudou o cliente a estender com sucesso o alcance de voo em 25%.

Deseja replicar casos semelhantes de redução de peso e aumento de eficiência? Envie imediatamente os requisitos das suas peças para a JS Precision, e nosso serviço CNC online ajudará você a realizar melhorias no produto.

Figura 4: Suporte de servo de drone em metal CNC

Fabricação de peças complexas: os serviços de usinagem CNC de 5 eixos da JS Precision em todo o processo.

Os serviços de usinagem CNC de 5 eixos da JS Precision abrangem todo o processo, desde os desenhos até os produtos acabados, com controle profissional em cada etapa para garantir a entrega eficiente e precisa do projeto.

Etapa 1: Análise DFM – Seu consultor gratuito para otimização de projetos

Antes de fornecer um orçamento, nossos engenheiros de DFM (Design for Manufacturing) farão uma análise minuciosa dos desenhos das peças que você nos fornecer:

• Verifique o projeto quanto a dificuldades de usinagem, como cavidades excessivamente profundas e filetes excessivamente pequenos.
• Sugestões de otimização, como padronizar os raios de concordância e ajustar os ângulos de inclinação.
• Avalie a racionalidade da seleção de materiais para ajudá-lo a reduzir custos.

Esta etapa é totalmente gratuita e ajuda a evitar possíveis riscos antes da usinagem, podendo poupar-lhe retrabalho causado por uma falha de projeto.

Etapa 2: Programação de Precisão – Uma Prévia Perfeita do Mundo Digital

A fase de programação utiliza software CAM profissional, como o Mastercam. Os engenheiros executarão as seguintes três tarefas principais:

• Planejamento de trajetória da ferramenta: Determinar o melhor caminho com base na estrutura da peça, visando reduzir o tempo ocioso e aumentar a eficiência.
• Detecção de colisões: A capacidade de simular o processo de usinagem em um ambiente virtual para detectar qualquer possível risco de colisão entre a ferramenta e a peça/dispositivo de fixação, e fazer os ajustes necessários com antecedência.
• Configuração de parâmetros: Defina a velocidade de corte e a taxa de avanço de acordo com as propriedades do material. Por exemplo, no caso da usinagem da liga de titânio Ti6Al4V, a velocidade de corte é definida entre 80 e 120 m/min.

Etapa 3: Medição na Máquina – Proteção da Qualidade Durante a Usinagem

Todos os centros de usinagem de 5 eixos possuem um sistema de apalpador integrado de alta precisão:

• Após a usinagem da primeira peça, a sonda detecta automaticamente as dimensões principais, como o diâmetro do furo e o contorno da superfície, e as compara com os valores do projeto.
• Caso ocorram pequenos erros, o sistema compensará automaticamente o percurso da ferramenta para que a sequência de peças tenha uma precisão consistente.
• O procedimento também envolve inspeções periódicas por amostragem durante o processo para evitar defeitos nos lotes.

Deseja experimentar os serviços de usinagem CNC de 5 eixos da JS Precision? Envie seus desenhos de peças para aproveitar o serviço completo que oferecemos, desde a análise de DFM até a entrega do produto final, com total transparência e controle.

Perguntas frequentes

Q1: Qual é a tolerância mínima que pode ser alcançada por usinagem CNC de 5 eixos?

Na JS Precision, com um centro de usinagem de 5 eixos de última geração e uma oficina com temperatura controlada, conseguimos atingir uma precisão de ±0,025 mm para peças de liga de alumínio e ±0,03 mm para peças de liga de titânio. Para requisitos especiais, podemos alcançar até ±0,015 mm .

Q2: Que tipos de peças são adequadas para usinagem CNC de 5 eixos?

É mais indicado para peças com superfícies curvas complexas, cavidades profundas, furos oblíquos ou peças que precisam realizar usinagem multifacetada em um único processo de moldagem, como impulsores, implantes médicos, suportes complexos para drones e cavidades de moldes de precisão.

P3: O custo da usinagem CNC de 5 eixos é significativamente maior do que o da usinagem de 3 eixos?

Bem, o preço por hora para usinagem de 5 eixos é mais alto, aproximadamente na faixa de US$ 100 a US$ 150, enquanto para usinagem de 3 eixos fica entre US$ 50 e US$ 80. No entanto, com peças mais complexas , o custo total da peça pode ser até 20-30% menor devido à menor necessidade de fixadores e dispositivos de segurança, além de menos operações secundárias. Já para peças simples, a usinagem de 3 eixos é mais econômica.

Q4: Qual é a diferença entre usinagem "3+2" e usinagem simultânea de 5 eixos?

"3+2" significa primeiro encontrar o ângulo e depois usinar com 3 eixos. É adequado para peças poliédricas. "Usinagem simultânea de 5 eixos" significa que todos os 5 eixos se movem ao mesmo tempo, sendo adequado para peças com superfícies curvas complexas e contínuas. A JS Precision oferecerá ambos os modos de usinagem.

Q5: Quais formatos de arquivo vocês suportam?

Sim, oferecemos suporte a todos os principais formatos, incluindo STEP, IGES, SLDPRT, X_T e PARASOLID. Preferimos o formato STEP devido à sua boa compatibilidade.

Q6: Qual é o prazo de entrega de uma peça típica, desde a cotação até a entrega?

Para materiais padrão como alumínio 7075 e PEEK, a fase de prototipagem levará de 3 a 5 dias úteis , enquanto produções em pequenos lotes, de 10 a 50 peças, levarão cerca de 7 a 10 dias úteis. Forneceremos uma data de entrega precisa.

Q7: Quais são as operações de pós-processamento que a máquina CNC de 5 eixos pode realizar?

Oferecemos uma gama completa de serviços de pós-processamento, incluindo anodização, jateamento de areia, galvanoplastia, pintura e gravação a laser. Isso permite uma entrega completa, da usinagem ao pós-processamento, sem que você precise lidar com vários fornecedores.

Q8: Como vocês garantem a qualidade durante o processo de usinagem?

Todas as inspeções da primeira peça e do processo são feitas com sondas internas à máquina, e uma máquina de medição por coordenadas (CMM) também está disponível para a verificação final da qualidade, garantindo que cada peça em produção atenda aos critérios de projeto.

P9: Por que escolher a JS Precision como sua fornecedora de serviços de CNC de 5 eixos?

Com o apoio das instalações de ponta da DMG MORI, uma equipe de engenheiros com mais de 10 anos de experiência no setor, um rigoroso sistema de controle de qualidade e um serviço online prático, podemos oferecer serviços confiáveis ​​de usinagem CNC de 5 eixos.

Resumo

A usinagem CNC de 5 eixos elevou a capacidade de fabricação a patamares inimagináveis. Não é mais uma "opção avançada" , mas sim uma tecnologia essencial para lidar com os desafios da engenharia moderna na busca por inovação de produtos e avanços de desempenho.

Com mais de 10 anos de experiência, equipamentos de ponta e um serviço CNC online completo, a JS Precision ajudará a resolver problemas na usinagem de peças complexas, desde a redução de peso até o aumento da eficiência, garantindo precisão e potencializando seu produto com usinagem de 5 eixos.

Não deixe que os projetos complicados fiquem apenas no papel.

Agora, acesse a plataforma online de serviços CNC da JS Precision, faça o upload do seu arquivo 3D e experimente serviços de usinagem CNC de 5 eixos profissionais, rápidos e transparentes. Obtenha um orçamento instantâneo em 30 segundos e transforme sua próxima grande ideia em realidade!