Serviços de usinagem CNC de 5 eixos: ferramentas de precisão e soluções de retificação personalizadas

Os serviços de usinagem CNC de 5 eixos estão no centro das soluções de fabricação que permitem à indústria ir além das limitações da usinagem tradicional de três eixos.

No mundo da fabricação atual, onde se procura a máxima precisão e geometrias complexas, a usinagem convencional de três eixos já atingiu o limite máximo do que pode fazer. É preciso reconhecer que, quer se trate de implantes aeroespaciais ou médicos, o que é necessário é um avanço tecnológico disruptivo na fabricação.

Este artigo tem como objetivo responder sistematicamente às principais questões sobre serviços de usinagem CNC de 5 eixos, analisar como eles se tornam a resposta definitiva para ferramentas de precisão e soluções de retificação personalizadas por meio de graus de liberdade e precisão incomparáveis e ajudá-lo a fazer a escolha mais sábia e econômica para seu próximo projeto difícil.

Resumo das principais respostas

Principais vantagens:

• A vantagem fundamental do CNC de 5 eixos é que ele pode realizar a usinagem geométrica mais difícil de uma só vez, resolvendo perfeitamente o problema deerros cumulativos causados por múltiplas configurações, que é a fonte da precisão.
• É mais importante para um centro de usinagem de 5 eixos ter uma boa precisão de posicionamento (por exemplo, 0,002 mm), uma boa repetibilidade e uma rigidez de máquina poderosa do que ter mais eixos.
• Para usinagem de 5 eixos de peças complexas, colaborar com o fabricante no projeto de capacidade de fabricação nos estágios iniciais pode economizar até 30% de custos e tempo.
• Além de ser uma das ferramentas mais engenhosas para prototipagem, os serviços de fresamento de 5 eixos também fornecem uma solução econômica e econômica para a produção de peças complexas em lotes pequenos e médios.

Como obter usinagem de precisão? Solução de usinagem CNC de 5 eixos da JS Precision

A usinagem CNC de 5 eixos é essencial para a usinagem de altíssima precisão, e a JS Precision desenvolveu um sistema técnico completo em torno desta tecnologia fundamental. Nosso centro de usinagem de 5 eixos pode atingir uma precisão de tolerância de até 0,001 mm, o que é significativamente melhor do que os 0,005 mm da usinagem tradicional de três eixos.

Esse grau de precisão está dentro do padrão de tolerância dimensional ASME Y14.5-2009. Executamosum processo de controle de qualidade muito rigoroso pelo qual nossas máquinas de medição por coordenadas (CMMs) e scanners ópticos são usados para inspeção em vários estágios, portanto, somos consistentemente capazes de manter um nível de índice de capacidade de processo (CpK) acima de 1,33.

Para componentes complexos que exigiriam cinco ou mais configurações em usinagem de três eixos, nossos serviços de usinagem CNC de 5 eixos podem realizar o processo de usinagem em uma ou duas configurações, economizando assim de 50% a 70% do tempo de configuração. Além de reduzir a possibilidade de erro humano, isso também resulta em uma redução de 20% a 30% nos custos gerais de produção.

Em cenários mundiais reais, nossas soluções permitiram que os clientes aeroespaciais reduzissem suas taxas de refugo de 8% para 2%, e os clientes de dispositivos médicos conseguiram fabricar peças de altíssima precisão com tolerâncias tão baixas quanto 0,0005 mm.

Além disso, reunimos numerosas histórias de sucesso de usinagem de materiais difíceis de usinar, como ligas de titânio e ligas de níquel, comprovando assim nossa experiência e profissionalismo.

Deseja obter usinagem de 5 eixos de peças complexas com precisão de nível micrométrico? Entre em contato imediatamente com os engenheiros da JS Precision, envie seus desenhos de peças e receba uma solução personalizada gratuita de otimização de precisão para reduzir os riscos de usinagem.

O que são exatamente serviços de usinagem CNC de 5 eixos?

A usinagem CNC de 5 eixos é um serviço de fabricação completo que combina recursos muito precisos, muito gratuitos e muito eficientes.

Em contraste com a usinagem de três eixos, que restringe o movimento apenas aos eixos lineares X, Y e Z, esta usinagem CNC de 5 eixos explora a adição dedois eixos rotativos (geralmente os eixos A e C) aos três eixos lineares. Assim, a ferramenta pode ser posicionada em um número quase ilimitado de ângulos em relação à peça de trabalho.

Seus dois usos principais são muito específicos:

• Ferramentas de precisão, por ex. núcleos de moldes de injeção e inserções de moldes de fundição sob pressão, que envolvem superfícies complexas e exigem alta precisão.
• A fabricação de peças muito complicadas, por ex. impulsores, esqueletos médicos e componentes ópticos, que são difíceis de serem processados de maneira tradicional.

serviço de usinagem de 5 eixos é mais do que uma mera técnica de usinagem, é uma solução de pacote completo que abrange otimização de projeto, programação, usinagem e inspeção.

Quer saber se os serviços de usinagem CNC de 5 eixos podem resolver suas necessidades de ferramentas de precisão ou usinagem de peças complexas? Informe-nos o material da peça e os requisitos de precisão para receber um relatório de análise de viabilidade gratuito.

Como funciona um centro de usinagem de 5 eixos?

Coordenação dos eixos de movimento: a dança de X, Y, Z, A, C

Um centro de usinagem de 5 eixos consiste em três eixos lineares (X, Y, Z) e dois eixos rotativos (A, C). O eixo A é uma rotação em torno do eixo X e o eixo C é uma rotação em torno do eixo Z. O movimento coordenado desses eixos permite que a ferramenta tenha qualquer posição e ângulo na peça de trabalho.

Normalmente, a usinagem de três eixos precisa que a peça seja reposicionada diversas vezes, mas a usinagem de 5 eixos pode fazer a usinagem de múltiplas superfícies de uma peça com apenas uma configuração. Este é o principal benefício da usinagem CNC de 5 eixos.

Cérebro Central: Sistemas de Controle CNC de última geração

Sistemas de controle CNC de última geração, como Siemens SINUMERIK ONE e Heidenhain TNC 640, são o núcleo dos centros de usinagem de 5 eixos. Esses sistemas de controle usam sofisticados algoritmos de interpolação de ligação de cinco eixos para converter o modelo CAD em um caminho de ferramenta suave e preciso. Eles também realizam detecção de colisão em tempo real para evitar danos à ferramenta e à máquina durante a usinagem.

Formas Estruturais: Mesa Rotativa Dupla vs. Mesa Rotativa com Cabeça Giratória

centro de usinagem vertical de 5 eixos geralmente é de dois tipos estruturais principais:

• Mesa rotativa dupla: Os dois eixos rotativos estão no lado da mesa de trabalho. Esta é a escolha certa para peças pequenas e multifacetadas. O espaço de trabalho é menor, mas a precisão da usinagem é maior.
• Mesa rotativa com cabeça giratória: Um eixo rotativo está na mesa de trabalho e o outro está na cabeça do fuso. É uma boa solução para peças grandes e com cavidades profundas. A faixa de usinagem é maior, porém, é necessária maior rigidez do fuso.

Figura 1: um diagrama animado mostrando o movimento linear e rotacional de uma ferramenta em torno de uma peça de trabalho, ilustrando o princípio da usinagem multieixos.

Como escolher um centro de usinagem vertical de 5 eixos de alto desempenho?

Base de precisão: precisão de posicionamento e repetibilidade

Dois critérios principais usados para avaliar a precisão de um centro de usinagem vertical de 5 eixos são:

• Precisão de posicionamento: mede a distância entre a localização real da ferramenta e sua posição teórica. Máquinas-ferramentas de primeira linha geralmente podem atingir 0,003 mm.
• Repetibilidade: Refere-se ao erro quando a ferramenta é colocada várias vezes no mesmo local. Geralmente 0,0015 mm.

Esses dois parâmetros de desempenho levam à precisão dimensional e ao acabamento superficial dos produtos.

Garantia de estabilidade: rigidez da máquina-ferramenta, estabilidade térmica e desempenho dinâmico

• Rigidez da Máquina-Ferramenta: A base de fundição mineral amortece eficientemente a vibração, melhorando assim a estabilidade durante o processo de usinagem.
• Estabilidade térmica: a tecnologia de compensação de expansão térmica do fuso ajuda a manter a precisão da usinagem, reduzindo o efeito das variações de temperatura.
• Desempenho dinâmico: Com a ajuda de motores lineares e guias de rolos, o movimento de alta velocidade é alcançado, assim, as velocidades máximas do fuso podem ser de 30.000 rpm, que é uma velocidade de corte perfeita para ligas de alumínio.

Suporte à produção de alta eficiência: ferramentas e sistema de magazine de ferramentas

• Capacidade do magazine de ferramentas: um magazine de ferramentas com mais de 60 ferramentas pode atender às necessidades de fabricação de componentes complexos e, assim, diminuir significativamente o tempo necessário para a ferramenta mudar.
• Velocidade de troca de ferramentas: o tempo do trocador automático de ferramentas (ATC) é menos de 2 segundos, portanto, a eficiência da produção é aumentada.
• Ferramentas especializadas: Ferramentas de pescoço longo projetadas especialmente para usinagem de 5 eixos e tecnologia de balanceamento dinâmico são usadas para usinagem de cavidades profundas para que a interferência da ferramenta possa ser evitada.

Tabela de comparação de precisão do centro de usinagem de 5 eixos:

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Figura 2: Um centro de usinagem vertical industrial compacto de 5 eixos com um gabinete azul e cinza e um pingente de controle na lateral.

Quais problemas os serviços de fresamento de 5 eixos podem resolver e os de 3 eixos não conseguem?

Problema 1: Usinagem com alta suavidade superficial de superfícies complexas

Se você observar uma pá de turbina e uma hélice, os serviços de fresamento de 5 eixos podem manter a ferramenta precisamente perpendicular à superfície durante todo o processo de usinagem, portanto, não há o "efeito de passo" na usinagem de 3 eixos e obteve um alto acabamento superficial (Ra 0,2, 0,8 m). A usinagem de 5 eixos de peças complexas deste tipo de componente só pode ser alcançada de forma eficiente através da articulação de 5 eixos.

Problema 2: Cavidades Profundas, Rebaixos e Recursos Inacessíveis

No caso de moldes com ejetores angulares e implantes médicos com estruturas rebaixadas, a usinagem de três eixos não consegue alcançar as áreas de usinagem devido à acessibilidade limitada. serviços de fresamento de 5 eixos podem alterar o ângulo da ferramenta através do eixo rotativo para usinar as paredes laterais, fundos e áreas de ângulo negativo, assim, a liberdade de projeto das peças é bastante expandida.

Problema 3: Único, Definir "Usinagem Completa" de Peças Poliédricas

Por exemplo, os cabeçotes dos cilindros do motor possuem características em cinco direções diferentes. Neste caso, a usinagem de três eixos precisa de cinco configurações, o que levará várias horas. Os serviços de fresamento de 5 eixos podem finalizar toda a usinagem em um único setup, assim, o tempo de setup é reduzido para alguns minutos e os erros causados por múltiplos setups são eliminados.

Figura 3: um diagrama técnico de seção transversal rotulando todos os eixos (X, Y, Z, B, C) e componentes de um centro de usinagem de 5 eixos.

Como obter um orçamento para serviços personalizados de usinagem de 5 eixos?

Etapa 1: Forneça documentação técnica clara e completa

Fornecer um pacote completo de documentação técnica é essencial para preparar o cenário para uma cotação precisa e personalizada de usinagem de 5 eixos. Espera-se que os clientes forneçam um modelo 3D detalhado (de preferência no formato STEP) juntamente com desenhos 2D que destaquem as principais dimensões, tolerâncias e especificações de acabamento superficial.

Etapa 2: Obtenha um orçamento inteligente, incluindo feedback do DFM

Assim que os documentos forem carregados no JS Precision, o sistema apresentará automaticamente um orçamento preliminar com base em materiais, tempo e processos. Dentro de quatro horas, um especialista em design para capacidade de fabricação (DFM) fornecerá um relatório detalhado apontando possíveis pontos de otimização que podem reduzir ainda mais os custos.

Etapa 3: Confirmação e acompanhamento transparente do projeto

Ao confirmar o pedido, o cliente pode monitorar o andamento da produção em tempo real por meio de um portal dedicado. Em marcos críticos, como a inspeção do primeiro artigo, serão entregues relatórios de inspeção e fotos, tornando todo o processo gerenciável e rastreável.

Deseja um orçamento transparente e personalizado de usinagem de 5 eixos? Envie seus documentos técnicos e receba um orçamento detalhado, incluindo feedback do DFM, em até quatro horas.

Como otimizar o projeto para usinagem econômica de peças complexas em 5 eixos?

Regras de ouro do design: evitando interferência de ferramentas e limitando parâmetros

• O raio do canto interno deve ser pelo menos 1/3 do diâmetro da ferramenta, o uso de ferramentas ultrapequenas deve ser evitado.
• A relação profundidade/largura não deve ser maior que 8:1 para minimizar a vibração e a deflexão da ferramenta.
• Os recursos que exigem acesso a ferramentas excessivamente longas ou finas devem ser evitados, pois isso resulta em menor tempo de usinagem, menos desgaste da ferramenta e conformidade com ASME Normas B5.54-2011.

Sinergia de materiais e processos: das ligas de titânio ao PEEK

Materiais diferentes têm características de corte diferentes. A seleção de parâmetros de processo apropriados pode melhorar a eficiência da usinagem e reduzir custos.

O valor da pré-simulação: evitando erros reais e mundiais por meio da usinagem virtual

Na fase de programação CAM, é necessário usar software como o VERICUT para simulação abrangente do caminho da ferramenta e detecção de colisão, o que pode evitar perdas por colisão de máquinas-ferramenta no valor de dezenas de milhares de dólares e otimizar o tempo de usinagem. Para usinagem de 5 eixos de peças complexas, a simulação pode reduzir o tempo de corte de teste em mais de 50%.

Estudo de caso: Suporte de motor aeroespacial em liga de titânio, reduzido de 18 horas para 5 horas, reduzindo o peso em 35%

Desafio: Dilemas de fabricação de componentes otimizados para topologia

Um cliente projetou um suporte de motor de topologia derivada de liga de titânio (Ti6Al4V). A forma era muito complexa, como topologia de malha orgânica com superfície curva e espessura de parede irregular (a parte mais fina tem apenas 1,2 mm).

A soldagem de múltiplas peças da maneira tradicional era pesada e fraca em termos de resistência, e a usinagem de três eixos não era capaz de usinar superfícies curvas complexas. A usinagem CNC de 5 eixos era o único método que funcionava.

Solução de precisão JS

1.Otimização Colaborativa DFM:

Depois de combinar os recursos da usinagem de 5 eixos de peças complexas, os engenheiros propuseram aumentar alguns ângulos internos muito agudos de R2 para R3. Eles verificaram usando um software de análise de tolerância para igualar as zonas de tolerância em áreas não críticas. Isso permitiu que eles usinassem com mais facilidade, o risco de interferência da ferramenta foi reduzido e o desempenho do produto foi mantido ao mesmo tempo.

2. Ferramentas dedicadas e estratégia de alta velocidade:

Para se adequar às características de corte da liga de titânio Ti6Al4V, foi projetado um dispositivo de vácuo dedicado. A pressão do vácuo foi ajustada com precisão em 0,08MPa para manter a rigidez da peça de parede fina.

Uma abordagem de fresamento cicloidal de alta velocidade (12.000 rpm), profundidade de corte rasa e avanço rápido foi usada para reduzir significativamente o tempo de trabalho e manter a deformação térmica dentro de 0,005 mm.

3. Acabamento contínuo de cinco eixos:

Uma fresa de topo esférica de metal duro com revestimento de 6 mm foi aplicada. Para finalizar todas as superfícies curvas, foi utilizado um algoritmo de interpolação contínua de cinco eixos, que também permitiu que a qualidade da superfície fosse consistente e, assim, a precisão do contorno fosse alcançada. O polimento manual posterior era desnecessário, o que reduziu em grande parte os custos de mão-de-obra e o risco de danos secundários.

Resultados

O componente foi fresado a partir de uma única peça bruta de titânio, assim o primeiro protótipo funcional, que atendeu a todos os requisitos de projeto, foi produzido com sucesso.

O tempo de usinagem de peça única foi reduzido das 18 horas estimadas para 5 horas, portanto os custos foram reduzidos em 45%. A peça sobreviveu a um teste de fadiga de carga de 150% e era 35% mais leve do que a solução de soldagem original, o que levou o cliente a fazer um pedido em lote pequeno.

Deseja melhorar significativamente a eficiência da usinagem de peças complexas? Entre em contato com a JS Precision, compartilhe os desafios do seu projeto e receba uma solução gratuita e personalizada de serviços de usinagem CNC de 5 eixos.

Figura 4: um suporte aeroespacial leve e complexo feito de liga de titânio com uma estrutura treliçada, apresentando recursos de precisão de fresamento multieixos.

Perguntas frequentes

Q1: Quanto mais cara é a usinagem CNC de 5 eixos do que a de 3 eixos?

Normalmente é 30%-100% mais caro. No entanto, para peças complicadas, pode combinar vários processos, diminuir o tempo de ferramental e de fixação e, assim, eventualmente reduzir custos. Portanto, na verdade, economiza dinheiro e aumenta a eficiência.

Q2: Qual é a maior precisão possível?

Em um ambiente controlado, um centro de usinagem de 5 eixos de classe superior pode fornecer com segurança uma precisão de contorno de 0,01 mm e uma precisão de posicionamento de 0,002 mm. Essa precisão é adequada para fabricação de alto nível.

Q3: Qual é a maior peça que pode ser usinada?

É determinado pelo percurso da máquina-ferramenta. Geralmente, o centro de usinagem vertical de 5 eixos da JS Precision é feito para trabalhar dentro de uma faixa XYZ de 800x600x500mm e tem um diâmetro de mesa rotativa de 500mm, que é capaz de lidar com a grande maioria dos requisitos de usinagem.

Q4: Qual é o prazo de entrega típico desde a cotação até a entrega?

Normalmente, leva cerca de 5 a 10 dias úteis desde a confirmação do documento até o envio para peças de alumínio de complexidade padrão; para peças de aço ou componentes mais complicados, leva 10 a 15 dias úteis, o que é, na verdade, mais rápido que a média do setor.

Q5: Como garantir a consistência em grandes lotes de peças?

Alcançamos consistência realizando uma primeira inspeção totalmente dimensional da peça, conduzindo amostras SPC de dimensões críticas durante a produção e calibrando regularmente máquinas-ferramentas com precisão. Desta forma, estamos confiantes de que cada lote de peças estará em conformidade com os padrões de qualidade definidos.

Q6: É adequado para produção de pequenos lotes?

Certamente. Nosso serviço de usinagem de 5 eixos oferece agilidade e eficácia, adaptando-se perfeitamente à produção de lotes pequenos e médios de peças complexas. Isso mantém você sempre pronto para atender às demandas do mercado.

Q7: Existe um requisito de quantidade mínima de pedido (MOQ)?

No caso de usinagem personalizada de 5 eixos, somos capazes de executar pequenas produções em lotes, começando com um protótipo de peça única até centenas de peças. Não há nenhum requisito de MOQ fixo, permitindo-nos responder adequadamente às necessidades de diferentes clientes.

Q8: Como a propriedade intelectual do meu design é protegida?

JS Precision adota diversas medidas, como assinatura de NDAs com clientes, criptografia de transferências de arquivos durante todo o processo e implementação de gerenciamento de confidencialidade na área de produção para garantir 100% de segurança de seus projetos, para que você não precise mais se preocupar.

Resumo

A usinagem CNC de 5 eixos evoluiu de tecnologia de ponta para um recurso estratégico fundamental que impulsiona a inovação de produtos.

Não se trata apenas de processar peças, mas também é o principal meio de transformar conceitos de design complexos em realidade física confiável com a mais alta eficiência e custo ideal. Ao dominar as suas fronteiras tecnológicas e lógica de negócios, pode-se compreender a chave competitiva da produção de alta qualidade.

Vá em frente e faça a complexidade trabalhar para você!

Compartilhe seus desenhos de peças complexas com a equipe de especialistas da JS Precision, e entraremos em contato com você dentro de 24 horas com uma solução personalizada de usinagem de 5 eixos, análise DFM detalhada e uma cotação competitiva, permitindo assim que você dê o primeiro passo para transformar projetos em objetos de precisão.

JS

Especialista em Prototipagem Rápida e Fabricação Rápida

Especializamo-nos em usinagem CNC, impressão 3D, fundição de uretano, ferramental rápido, moldagem por injeção, fundição de metais, chapas metálicas e extrusão.

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