Fabricação de peças CNC de 5 eixos: Produção de componentes de precisão com certificação completa em GD&T e materiais.

Em cenários de usinagem CNC de 5 eixos , uma configuração de usinagem de três eixos não será mais viável ao projetar suportes de sensores com superfícies curvas orgânicas complexas na indústria aeroespacial ou ao desenvolver componentes de precisão que exigem tolerâncias geométricas de ±0,005 mm em dispositivos médicos.

Nesses cenários, a usinagem CNC de 5 eixos torna-se a tecnologia essencial para superar a barreira da fabricação. Não se trata apenas de uma atualização de uma máquina-ferramenta com dois eixos rotativos adicionais, mas sim de um sistema completo que inclui programação de precisão, implementação de engenharia GD&T e rastreabilidade de materiais de ponta a ponta.

Este artigo descreverá o principal valor dos serviços profissionais de usinagem de cinco eixos, mostrando como a JS Precision alia as vantagens de custo dos serviços de fresagem CNC ao fornecer soluções de fabricação precisas para clientes globais , com valores que superam suas expectativas.

Resumo da Resposta Principal

Principais conclusões

• A essência da usinagem de cinco eixos reside na presença de "ângulo" no processo de usinagem, o que permite que a ferramenta corte sempre em sua posição ideal, proporcionando assim um melhor acabamento superficial (Ra ≤ 0,8 μm), aumentando a vida útil da ferramenta em mais de 30% e também oferecendo melhores capacidades de usinagem profunda.
• GD&T é a "linguagem de projeto" para usinagem de cinco eixos. Sua presença é essencial para identificar o potencial de precisão da máquina-ferramenta.
• A certificação de materiais é fundamental para a confiabilidade: nas indústrias aeroespacial e médica, a documentação da rastreabilidade dos materiais é tão crucial quanto a documentação das operações de usinagem.
• A otimização de custos é alcançada por meio da integração de processos: combinar múltiplos processos de três eixos e minimizar a necessidade de ferramentas especiais são importantes para otimizar o custo de peças complexas.

Por que escolher a JS Precision? Somos especializados na usinagem profissional de peças CNC de 5 eixos.

Com 15 anos de experiência em fabricação de precisão, a JS Precision tem como principal competência a usinagem CNC de 5 eixos, estabelecendo a confiança do cliente por meio de três princípios fundamentais.

Equipada com 20 máquinas de cinco eixos de última geração da DMG Mori e Mazak, com a função de seguimento da ponta da ferramenta RTCP, que permite o posicionamento do eixo rotativo com precisão de ±2 segundos de arco, a empresa pode então usinar com precisão peças complexas com requisitos de tolerância de ≤±0,003 mm .

Também possuímos certificação nas normas AS9100 para sistemas de qualidade aeroespacial e ISO13485 para dispositivos médicos . Nossas soluções de software para manufatura assistida por computador abrangem desde ferramentas de ponta como Siemens NX e Hypermill até máquinas de inspeção CMM de alta precisão, garantindo que todos os nossos produtos atendam aos requisitos de GD&T.

Nos últimos 15 anos, temos oferecido fabricação personalizada de 5 eixos para mais de 500 clientes em todo o mundo , com uma taxa de rendimento de 99,7% no segmento de aviação e uma taxa de entrega no prazo de 100% no segmento médico.

Um cliente do setor de autopeças enfrentava uma taxa de refugo de 12%, atribuída à fixação em múltiplos estágios em técnicas de usinagem de 3 eixos. No entanto, com a nova tecnologia de fixação única de 5 eixos, a taxa de refugo caiu para 0,8% , com uma redução de 22% nos custos totais.

Se você busca um parceiro para resolver o conflito entre precisão e custo em peças complexas, envie seus desenhos e nós lhe forneceremos gratuitamente uma "Análise de Viabilidade para Implementação de GD&T em Usinagem CNC de 5 Eixos", permitindo que soluções profissionais protejam seus projetos.

O que realmente muda quando você passa de serviços de fresagem CNC de 3 eixos para serviços de 5 eixos?

A transição da usinagem de três eixos para a de cinco eixos vai além do aumento no número de eixos; representa uma mudança abrangente na estratégia de usinagem . A estratégia geral para a modernização dos serviços de fresamento CNC para aplicações de alta precisão gira em torno desses desenvolvimentos.

A usinagem CNC de 5 eixos supera a limitação espacial da usinagem de três eixos, permitindo a fabricação eficiente de peças complexas.

Avançando da "Usinagem Segmentada" para a "Usinagem Contínua"

Na usinagem de três eixos de superfícies curvas complexas, o uso de uma fresa de topo esférica para "avançar" e fresar com uma distância de passo curta, inferior a 0,1 mm , resulta em baixa eficiência e uma superfície usinada com textura grosseira.

Na usinagem de cinco eixos, ajustando o ângulo de avanço/recuo da ferramenta de corte, a aresta lateral pode participar do corte, aumentando assim a distância entre os pontos para 0,5-1 mm e a eficiência em 3 a 5 vezes , além de proporcionar uma textura suave na superfície usinada.

Principais benefícios: Ferramenta compacta, maior rigidez, capacidade de entrar em cavidades.

A usinagem de cinco eixos, ao variar a posição da peça, permite o uso de ferramentas de usinagem com comprimento 40% menor e diâmetro 25% maior na usinagem de cavidades profundas ou paredes laterais, reduzindo assim a vibração da ferramenta.

Essa vantagem é particularmente crucial na fresagem CNC de peças grandes , evitando efetivamente desvios dimensionais causados por oscilação e garantindo um acabamento superficial estável de Ra 0,8μm para peças com cavidades profundas.

Ferramentas inteligentes: soluções de fixação de peças em 5 eixos

Utilizamos dispositivos de fixação modulares com controle eletrônico, bem como conjuntos de suporte versáteis, para fornecer uma força de embreagem estável, independentemente da interferência da ferramenta, permitindo a usinagem de mais de 90% das características do componente em uma única configuração. Este sistema de ferramentas inteligente aumenta a precisão da usinagem de peças CNC de 5 eixos em 40%.

Por que GD&T não é apenas uma anotação no desenho de peças usinadas em 5 eixos?

GD&T (Dimensões e Tolerâncias Geométricas) é a linguagem de comunicação essencial para usinagem CNC de 5 eixos. GD&T vai além de ser uma simples anotação no desenho, sendo, na verdade, um "projeto de processo" que rege toda a operação de usinagem de 5 eixos, definindo a precisão do serviço de fresagem CNC.

DRF: O "Centro de Comando" da Usinagem de 5 Eixos

Os datums de projeto precisam ser traduzidos, por sua vez, em datums de usinagem e inspeção na máquina-ferramenta. Isso é chamado de estabelecimento do sistema de datum. Um procedimento de fixação de 5 eixos em uma única operação preserva com precisão esse sistema de datum, além de evitar erros na transferência de datum durante a fixação múltipla, já que todos os elementos são usinados com um único datum.

As tolerâncias geométricas são o reflexo do valor de 5 eixos.

As tolerâncias de posicionamento, perfil e inclinação são os principais indicadores na avaliação da precisão espacial de uma máquina de 5 eixos. Por exemplo, se o desenho exigir uma precisão de posicionamento de φ0,05 mm , é um desafio atingi-la por meio de usinagem de três eixos devido ao deslocamento da referência. No entanto, por meio da usinagem de cinco eixos, o erro de posicionamento fica dentro de ±0,005 mm.

As anotações GD&T do seu desenho foram revisadas para usinagem de cinco eixos? Envie seu modelo 3D e seus desenhos, e a equipe de especialistas em GD&T da JS Precision verificará suas anotações gratuitamente, oferecendo sugestões de melhoria para que seus serviços de usinagem de 5 eixos estejam em conformidade com os requisitos do seu projeto.

Figura 1. Esta tabela lista diferentes características de referência, como elas limitam os graus de liberdade e como as anotações das características de referência são exibidas nos desenhos técnicos.

Quais são os obstáculos ocultos na implementação de GD&T para geometria complexa?

Transformar símbolos GD&T em desenhos técnicos em peças CNC de 5 eixos qualificadas exige que os engenheiros superem dois desafios principais , o que também representa a principal diferença entre fornecedores profissionais de serviços de 5 eixos e empresas de usinagem comuns.

Os desafios de implementação e os custos correspondentes da GD&T em diferentes níveis de dificuldade são apresentados na tabela abaixo:

Acessibilidade da medição: a ponta de prova da sua CMM consegue acessar a área alvo?

Características internas de difícil acesso em superfícies circulares são comuns e criam obstáculos à medição. Sem um planejamento adequado, seria difícil verificar a tolerância na usinagem da peça. A avaliação das ferramentas de inspeção ocorre durante o processo de Design para Manufatura (DFM), onde configuramos ferramentas de inspeção personalizadas, como o uso de lasers quando necessário.

Definição Baseada em Modelo (MBD) e Transferência de Dados

A definição baseada em modelos (MBD, na sigla em inglês) também surgiu como uma tendência na manufatura de alta tecnologia, exigindo modelos PMI 3D que possam transmitir diretamente informações de GD&T .

Isso exige compatibilidade inteligente entre os sistemas de programação CAM e o software de inspeção. Nesse caso, oferecemos transferência de dados sem erros entre o sistema Siemens NX e o software de inspeção Hexagon para garantir essa característica de serviços especializados em usinagem CNC de 5 eixos .

Figura 2. O GD&T pode incorporar modelos CAD e, ao realizar inspeções e medições, com o software correto, o GD&T os avaliará automaticamente.

Como a rastreabilidade completa dos materiais gera confiança em cada peça usinada sob medida em 5 eixos?

Em setores de alta tecnologia, como o aeroespacial e o médico, a confiabilidade dos materiais determina diretamente a segurança dos produtos. A abrangência de um sistema de rastreabilidade de materiais é indispensável em serviços de usinagem de 5 eixos e constitui um dos principais fatores que permitiram à JS Precision conquistar a confiança de seus clientes.

Por que a certificação de materiais é importante?

As propriedades dos materiais são a base da funcionalidade de uma peça: resistência, dureza, resistência à corrosão, entre outras.

A certificação de materiais, como o MTC/MTR, funciona como um "cartão de identidade" para os materiais , garantindo a conformidade com normas internacionais como ASTM e ASME. Ela também impede o uso de lotes de materiais inferiores e assegura que cada lote atenda aos requisitos de projeto.

Do número do forno ao produto final: rastreabilidade completa do processo

• Aquisição de produtos de fornecedores com certificação internacional, obtendo certificados de autenticidade dos materiais originais.
• Análise rápida da composição química por espectrômetro no momento do armazenamento, para verificar a conformidade com os certificados.
• Gestão de lotes de estoque, registrando os números de lote dos materiais durante o processamento.
• A entrega final deverá ser acompanhada de um dossiê completo do material, contendo o número do forno , a composição química e as propriedades mecânicas.

De que forma a consistência do material afeta a estabilidade do processamento?

O material certificado possui um processo de tratamento térmico e propriedades mecânicas mais estáveis, permitindo parâmetros de corte mais agressivos, proporcionando assim uma melhoria de mais de 20% na eficiência da usinagem CNC e prevenindo danos à ferramenta devido a pontos fracos no material.

Precisa encontrar um fornecedor com rastreabilidade completa de materiais para projetos de alta demanda? Informe-nos a especificação do seu material (como 7075-T7351, liga de titânio Ti-6Al-4V) e a JS Precision fornecerá amostras de certificação e instruções de rastreabilidade, garantindo a confiabilidade das peças usinadas em 5 eixos.

Do projeto à entrega: qual é a jornada de uma peça usinada sob medida em 5 eixos?

A excelência na usinagem de peças personalizadas em 5 eixos começa com um processo de fabricação padronizado e colaborativo. A JS Precision adota três etapas para garantir a precisão em todo o processo, desde o projeto até a entrega.

Etapa 1: Colaboração DFM e confirmação GD&T

Realizamos análises de fabricabilidade com base nos modelos 3D e nos requisitos de GD&T, em conjunto com nossos clientes, para validar as soluções iniciais, a racionalização das tolerâncias e as estratégias de teste, pois isso ajuda a evitar quaisquer contradições entre o projeto e a fabricação.

Etapa 2: Fabricação Virtual e Verificação do Programa

Com o uso do software Vericut, todo o movimento do processo da máquina-ferramenta é simulado, permitindo a verificação da remoção de material e a otimização da trajetória da ferramenta. Essa técnica de manufatura virtual possibilita a detecção precoce de 99% de todos os problemas potenciais, garantindo, assim, que o processo seja realizado de forma segura e eficiente.

Etapa 3: Verificação em circuito fechado do primeiro artigo e produção em massa.

A primeira peça é usinada e, em seguida, é realizada uma inspeção por CMM para verificar se a peça está totalmente dimensional de acordo com os requisitos de GD&T, gerando um relatório FAIR. Os parâmetros do processo e os dados de programação, agora confirmados, são então bloqueados para a produção em massa.

Gostaria de conhecer o processo exato, desde o projeto até a entrega da sua peça, com nossas capacidades de fabricação de 5 eixos? Basta nos fornecer os requisitos da sua peça e a JS Precision desenvolverá um plano de produção para você, com nossos serviços de acompanhamento de progresso, para que você possa visualizar nosso processo de usinagem de 5 eixos.

Figura 3. O processo de prototipagem CNC pode ser decomposto em uma série de etapas lógicas, desde a ideia inicial até o momento da obtenção do produto final.

Os serviços avançados de usinagem de 5 eixos podem realmente reduzir o custo total?

Muitos clientes acreditam que a fabricação de 5 eixos tem um alto preço unitário, mas, na realidade, a usinagem CNC de 5 eixos pode reduzir significativamente os custos gerais por meio da integração de processos, que é a lógica central da otimização de custos de fresadoras CNC.

Os dados comparativos de custos para usinagem de três eixos e cinco eixos de diferentes tipos de peças são apresentados na tabela abaixo:

Economizando o custo de acessórios especiais

Se uma peça precisa ser usinada com vários furos inclinados, a usinagem de três eixos exige o projeto e a fabricação de três conjuntos de dispositivos de fixação angulares especiais, com um custo que pode chegar a US$ 8.000, e o tempo necessário para ajustes é longo. Já a usinagem de cinco eixos requer apenas uma morsa padrão. Isso reduz diretamente o custo dos dispositivos de fixação e o tempo gasto em seu projeto. A diferença de preço pode ser compensada pela redução do número de peças produzidas.

Combinação de processos

A usinagem de peças grandes em três eixos envolve a transferência das peças três vezes em três máquinas-ferramenta, com um tempo aproximado de manuseio e realinhamento de 8 horas, além do risco de colisão. Já a usinagem em cinco eixos permite realizar o usinagem de superfície em uma única configuração, economizando mais de 60% do tempo de manuseio, reduzindo o risco de colisão a zero e diminuindo as taxas de refugo, resultando em uma redução geral de custos de 15% a 25%.

Como selecionar um parceiro profissional para usinagem CNC de 5 eixos: uma lista de verificação técnica

Escolher um parceiro confiável para serviços de usinagem de 5 eixos e soluções de fixação de peças de 5 eixos exige atenção à profundidade técnica e gerencial. A lista de verificação a seguir ajuda você a avaliar com precisão as capacidades desses parceiros:

Marca e configuração da máquina-ferramenta

Sistema de Qualidade e Ecossistema de Software

• Possui certificação AS9100 / ISO13485?
• Qual software CAM é utilizado? (Nível profissional: Siemens NX, Hypermill)
• Você pode fornecer relatórios completos de medições GD&T e documentos de rastreabilidade de materiais?

Estudo de caso: Redução de custos de 25%: Como a usinagem integrada de 5 eixos remodela os suportes de sensores para aviação

Desafio

O suporte do sensor para o cliente do setor aeroespacial é feito de liga de titânio Ti-6Al-4V e contém três interfaces de montagem multiangulares e uma cavidade leve com dimensões de 120 mm de profundidade.

O processo convencional de três eixos consistia em quatro peças que precisavam ser usinadas e posteriormente soldadas. O processo de soldagem introduzia grandes erros em termos de planicidade e precisão de posicionamento das superfícies de montagem críticas (apenas 0,2 mm), o que afetava diretamente a produção, que era de apenas 75%. O processo de correção tinha um custo de US$ 500 por peça.

JS Precision Solution: Integração de Design

Integração do projeto: Redesenhar os componentes soldados como uma única peça integral, otimizar as nervuras internas por meio do projeto topológico e reduzir o peso em 10%, mantendo a resistência.

Inovação de Processo: A usinagem de detalhes foi realizada em um centro de usinagem dedicado para ligas de titânio de 5 eixos da Mazak. Toda a usinagem de detalhes foi feita em uma única operação. A operação de desbaste de alta eficiência (velocidade de corte de 150 m/min) pode ser alcançada por meio de fresamento lateral simultâneo de 5 eixos e, finalmente, há o acabamento do contorno.

Usinagem CNC de 5 eixos com controle GD&T : A especificação de precisão posicional de φ0,05 mm foi rigorosamente atendida nos desenhos . A inspeção dimensional com GD&T foi realizada por uma máquina de medição por coordenadas (CMM) Hexagon, e o relatório FAIR foi gerado após o processo de usinagem.

Resultado

A precisão posicional dos pontos de montagem críticos permanece dentro de um desvio constante de 0,05 mm, aumentando a precisão em 300% , eliminando as operações de soldagem e alinhamento, reduzindo assim o ciclo de produção de 12 horas para 7,8 horas (uma redução de 35%) e diminuindo o custo total de fabricação em 25%, aumentando o rendimento para 99,7% e fornecendo o histórico de processamento certificado da matéria-prima.

Se você também está enfrentando problemas com a falta de precisão e os altos custos envolvidos na usinagem de peças complexas, compartilhe os problemas do seu projeto. A JS Precision personalizará uma solução semelhante para você, para que as peças usinadas em CNC de 5 eixos se tornem precisas e econômicas.

Figura 4: Usinagem CNC de um suporte de liga de titânio para uso aeronáutico.

Perguntas frequentes

P1: Qual é o tamanho mínimo de lote que deve ser usinado por usinagem de 5 eixos? Pode ser usado para protótipos?

A usinagem de cinco eixos é totalmente adequada para a produção de protótipos, com um lote mínimo de apenas uma peça . Sua flexibilidade reduz a necessidade de ferramentas especializadas, permitindo que protótipos complexos sejam produzidos mais rapidamente. Ao mesmo tempo, a precisão do protótipo é consistente com a das peças produzidas em massa, podendo ser utilizado diretamente para testes de montagem.

Q2: Qual é a sua capacidade de acabamento superficial (Ra) em usinagem de cinco eixos?

O acabamento superficial de Ra 0,8µm pode ser alcançado otimizando os percursos da ferramenta e as condições de corte em ligas de alumínio, enquanto que Ra 1,6µm pode ser alcançado em materiais de difícil usinagem, como ligas de titânio, modificando variáveis com base nas características do material.

P3: Como você lida com a vibração da ferramenta durante a usinagem?

Adotamos o algoritmo de programação de fresamento dinâmico juntamente com o Analisador de Vibração do Eixo em Tempo Real. Ao ajustar a velocidade de corte, a taxa de avanço e o balanço, eliminamos a vibração indesejada. Isso torna nossas máquinas muito estáveis e proporciona superfícies precisas.

Q4: Que tipo de documentos de certificação de materiais vocês oferecem?

Os formatos de relatório de ensaio que podem ser fornecidos incluem relatórios de ensaio de materiais (MTR/CMTR) que estejam em conformidade com as normas AMS, ASTM e/ou GB , os quais incluem detalhes essenciais como número do forno, composição química, propriedades mecânicas e estado do tratamento térmico.

Q5: Se meu projeto não tiver nenhuma anotação relacionada a GD&T, você pode me ajudar a adicioná-las?

Sim. Nossa equipe de engenharia fornecerá sugestões profissionais para as anotações GD&T, considerando a função de montagem da peça e o caso de uso. A equipe também analisará a viabilidade de fabricação para garantir que as anotações sejam lógicas e processáveis na produção.

Q6: Como evitar qualquer tipo de mal-entendido técnico na comunicação remota?

Incorporamos o processo de revisão utilizando plataformas de colaboração como PDF 3D ou Teamcenter. Todos os requisitos técnicos, bem como as propostas de modificações, são marcados no modelo 3D, e ambas as partes confirmam a sincronização em relação ao projeto e à fabricação.

Q7: Como você daria suporte aos clientes em caso de problemas durante a montagem das peças?

Em primeiro lugar, iniciaríamos imediatamente uma análise da causa raiz, obteríamos os registros do processo, os resultados da inspeção GD&T e as certificações de materiais para este lote de produção de peças, além de enviar engenheiros para trabalhar em conjunto com o cliente para analisar o problema, para que o projeto possa continuar sem problemas.

Q8: Em comparação com os fornecedores locais de 5 eixos na Europa e na América, quais são as suas vantagens?

Possuímos máquinas-ferramenta, tecnologia de engenharia e sistemas de qualidade igualmente sofisticados, mas, ao aproveitar a eficiência da cadeia de suprimentos da indústria manufatureira chinesa , podemos reduzir o custo das fresadoras CNC em 20% a 30%, com ciclos de produção mais curtos.

Resumo

A usinagem e inspeção CNC de 5 eixos não é apenas um aprimoramento tecnológico das máquinas, mas uma filosofia de fabricação que garante a execução precisa de projetos complexos.

A sólida base da JS Precision em máquinas de 5 eixos de alta qualidade, que elimina a lacuna de comunicação entre projeto e fabricação por meio do uso de GD&T, e a plataforma de confiabilidade estabelecida pela rastreabilidade de materiais no processo de fabricação, reúnem a harmonia ideal entre precisão, velocidade e custo.

Suas peças complexas merecem capacidades de fabricação profissionais à altura.

Envie-nos os projetos dos seus principais componentes . Você receberá não apenas um orçamento para o serviço de fresagem CNC, mas também um "Relatório de Análise de Viabilidade de Fabricação em Cinco Eixos e Implementação de GD&T" elaborado por nossos engenheiros de processo sênior, demonstrando claramente o melhor caminho e o potencial de otimização para atingir o objetivo do seu projeto.

Vamos trabalhar juntos para transformar a precisão em uma vantagem definitiva para seus produtos.