Usinagem CNC de 5 eixos versus 3+2 eixos: uma comparação de custo, precisão e prazo de entrega.

Os serviços de usinagem CNC de 5 eixos sempre foram a solução principal para a fabricação de peças complexas e de alta precisão. Você já reparou nas marcas de ferramentas em superfícies curvas ou nos atrasos na entrega após a produção da peça?

A razão fundamental geralmente não são os desenhos, mas sim a estratégia de usinagem — as diferenças técnicas entre a usinagem com posicionamento de 3+2 eixos e a usinagem simultânea de 5 eixos que afetam a precisão e a eficiência.

Este artigo tem como objetivo revelar as principais diferenças entre as duas tecnologias, explicando como os gargalos complexos na fabricação de peças podem ser facilmente resolvidos por meio de instalações de usinagem CNC multieixos especializadas. Além disso, também aborda os cenários de aplicação simplificados de máquinas CNC de mesa de 5 eixos.

Visão geral rápida das respostas principais

Principais conclusões:

• A diferença de precisão pode chegar a 5 vezes:

A rugosidade superficial da usinagem com articulação de 5 eixos para superfícies curvas contínuas pode ser tão baixa quanto Ra 0,4 μm, enquanto a usinagem com 3+2 eixos só consegue atingir Ra 1,6 μm porque as marcas da ferramenta ficam visíveis.

• Uma única configuração = maior confiabilidade:

A usinagem de 5 eixos permite combinar diversas configurações de peças complexas em uma só, eliminando erros resultantes e tornando-se a melhor opção para peças usinadas sob medida.

• As ferramentas definem o limite inferior da eficiência:

Ao utilizar uma morsa dedicada de 5 eixos e soluções de fixação de peças de 5 eixos, o tempo de preparação de peças complexas pode ser reduzido em mais de 70%.

Por que confiar nesta comparação? Experiência da JS Precision em serviços de usinagem CNC de 5 eixos

Há mais de dez anos, a JS Precision é uma das principais empresas do setor de usinagem CNC de 5 eixos, fornecendo mais de 10.000 peças usinadas personalizadas para os setores aeroespacial, médico e automotivo.

Nosso sistema de usinagem CNC multieixos atende plenamente aos requisitos de usinagem CNC de 5 eixos, solucionando com eficácia os problemas de falta de precisão e longos prazos de entrega da usinagem de 3+2 eixos. Além disso, podemos personalizar máquinas CNC de mesa de 5 eixos para a produção de peças pequenas.

A certificação de qualidade aeroespacial AS9100D foi implementada para garantir a rastreabilidade completa do nosso processo de usinagem. Na indústria médica, por exemplo, ajudamos uma empresa a realizar o acabamento superficial de implantes cirúrgicos, reduzindo a rugosidade superficial de Ra 2,0 μm em usinagem de 3+2 eixos para Ra 0,3 μm e, ao mesmo tempo, reduzindo o tempo de entrega pela metade.

Em um projeto para uma empresa aeroespacial, facilitamos a usinagem de fixação única de corpos de válvulas hidráulicas, evitando assim o acúmulo de erros de diversas operações de fixação e reduzindo a taxa de defeitos de 18% para 0,3%.

Em nossa equipe técnica, cada membro possui mais de 5 anos de experiência em usinagem CNC de 5 eixos. Somos capazes de personalizar serviços de usinagem para peças que exigem usinagem em diferentes materiais e estruturas.

Com os equipamentos mais modernos dos principais fabricantes de centros de usinagem de 5 eixos da Alemanha e da Suíça, garantimos não apenas a qualidade da usinagem, mas também a estabilidade. Além disso, oferecemos o serviço de seleção e comissionamento de máquinas CNC de mesa de 5 eixos de acordo com as necessidades do cliente.

Precisa de soluções rápidas para os seus problemas de usinagem de peças personalizadas? Entre em contato com os engenheiros de aplicação da JS Precision agora mesmo, envie informações básicas sobre a peça e receba um relatório gratuito e personalizado de avaliação do processo de usinagem CNC de 5 eixos. Preveja com precisão os resultados e custos da usinagem, garantindo uma vantagem competitiva na produção de alta eficiência.

Qual é a principal diferença entre usinagem de 3+2 eixos e usinagem de 5 eixos?

A escolha do processo de usinagem adequado depende de um fator crucial: compreender a distinção fundamental entre usinagem de 3+2 eixos e usinagem de 5 eixos. Essencialmente, seus princípios cinemáticos explicam a diferença no nível de capacidade de usinagem e na precisão que cada um pode alcançar. Para detalhar:

Usinagem de 3+2 eixos (corte após posicionamento)

Os dois eixos rotativos são utilizados apenas para definir o ângulo da peça e mantê-la imóvel. A máquina-ferramenta movimenta a peça apenas pelos eixos lineares X, Y e Z; é como preparar a peça antes de realmente fabricá-la.

Usinagem de 5 eixos (rotação durante o corte)

Durante o corte, os três eixos lineares sincronizam seus movimentos com os dois eixos rotativos, alterando continuamente suas posições e ângulos relativos de acordo com o ângulo de corte. Este é o principal aspecto da usinagem CNC multieixos.

Diferença nas fontes de precisão

Em conformidade com as normas ISO 230-2 , a usinagem de 3+2 eixos requer diversos ajustes angulares que se acumulam em erros de contato da ferramenta que variam de 0,02 a 0,05 mm. A usinagem de 5 eixos, por sua vez, está livre de erros de reposicionamento devido à fixação única, o que representa sua principal vantagem em termos de precisão.

Comparação dos parâmetros principais para usinagem com articulação de 3+2 eixos e 5 eixos

Ainda tem dúvidas sobre qual processo de usinagem é o mais adequado para a peça? Envie seus desenhos 3D e forneça os requisitos básicos para suas peças. Os engenheiros da JS Precision analisarão a viabilidade gratuitamente, indicarão as soluções de usinagem mais adequadas e oferecerão consultoria para a seleção de máquinas CNC de 5 eixos, ajudando você a evitar riscos na escolha do processo.

Figura 1: Um gráfico comparando os padrões de movimento da usinagem CNC de 3+2 eixos e de 5 eixos, destacando o movimento passo a passo versus o movimento simultâneo e as principais diferenças técnicas.

Para usinagem de contornos, quais vantagens de precisão a usinagem CNC de 5 eixos oferece em comparação com a de 3+2 eixos?

Peças usinadas sob medida com superfícies curvas, como impulsores e pás de turbina, são exemplos onde as limitações de precisão de 3+2 eixos são muito evidentes. Os serviços de usinagem CNC de 5 eixos, que se beneficiam da usinagem CNC multieixos, podem proporcionar um nível superior de precisão, especialmente como mostrado abaixo:

O problema com marcas de ferramentas em 3+2 eixos

Quando o ângulo do eixo de rotação é ajustado várias vezes, marcas de ferramenta (de 0,02 a 0,05 mm de altura) podem aparecer na junção da trajetória de usinagem devido a erros acumulados, afetando assim o desempenho da peça.

Características da postura contínua da ferramenta em 5 eixos

A mudança contínua na postura da ferramenta, a trajetória suave do ponto de contato da ferramenta, a ausência de marcas de junção , o contorno da superfície curva contínua de 0,01 mm e a rugosidade da superfície que atinge Ra 0,4 μm.

Um exemplo de superfície curva

Implantes médicos exigem alta biocompatibilidade, e marcas de ferramentas de 3+2 eixos podem levar a um coeficiente de atrito excessivo. A articulação de 5 eixos permite usinagem sem ferramentas, equilibrando desempenho e precisão.

Para peças complexas em pequenos lotes, quanto tempo de entrega pode ser economizado ao optar por serviços de usinagem CNC de 5 eixos?

O prazo de entrega continua sendo um grande obstáculo na fabricação de peças complexas em pequenos lotes. Os serviços de usinagem CNC de 5 eixos podem ajudar a reduzir drasticamente o tempo de produção graças às vantagens do processo, incluindo:

Otimização de Fixação

Enquanto a usinagem de 3+2 eixos normalmente requer de 5 a 6 operações de fixação, a usinagem CNC de 5 eixos pode realizar toda a usinagem em uma única operação de fixação, reduzindo assim o tempo de fixação em 70%.

Eliminação de despesas ocultas

Os tempos de transferência e alinhamento, que não são facilmente perceptíveis devido às múltiplas operações de fixação na usinagem de 3+2 eixos, representam 40% do tempo total de processamento. A implementação da usinagem de 5 eixos pode evitar completamente esse problema, reduzindo o tempo total de processamento em 40% a 60%.

Exemplo

A JS Precision é uma empresa que fornece peças para implantes ortopédicos para uma empresa médica. A usinagem de 3+2 eixos levou 3 semanas, enquanto a usinagem CNC de 5 eixos conseguiu atingir a precisão necessária em apenas 5 dias úteis.

Para peças personalizadas com cavidades profundas e saliências, por que a usinagem de 5 eixos é melhor?

Quando se trata de peças usinadas personalizadas com cavidades profundas e rebaixos, a tecnologia 3+2 eixos apresenta algumas limitações em termos de acessibilidade da ferramenta e rigidez. Para superar esses problemas, a articulação de 5 eixos é a melhor opção. Veja abaixo as principais características:

• Problemas de rigidez em usinagem de 3+2 eixos: Aumentar a projeção da ferramenta é essencial na usinagem de cavidades profundas. Portanto, a cada aumento de 10 mm na projeção, a rigidez é reduzida em 30%, o que resulta em vibrações e, consequentemente, em degradação da qualidade.
• Sistema de desvio de obstáculos em 5 eixos: O recurso de ferramenta inclinável permite usinar áreas de cavidades profundas com uma ferramenta curta, evitando problemas de rigidez. Além disso, a ferramenta permanece no ângulo de corte ideal , o que contribui para prolongar sua vida útil em até 2 a 3 vezes.
• Acessibilidade de 5 eixos versus 3+2: O sistema de 3+2 eixos não permite a usinagem de cavidades internas complexas e rebaixos em uma única etapa. Por outro lado, a articulação de 5 eixos oferece a vantagem de total acessibilidade à ferramenta , possibilitando maior liberdade de projeto.

Figura 2: Um centro de usinagem CNC multieixos está usinando ativamente uma peça metálica grande e complexa com características cilíndricas.

Em comparação com morsas padrão, como uma morsa dedicada de 5 eixos permite o posicionamento e a fixação rápidos de peças complexas?

Dispositivos de fixação desempenham um papel significativo na obtenção de operações de usinagem precisas e eficientes. Os benefícios de uma morsa de 5 eixos e de um sistema de fixação de 5 eixos incluem:

Risco de interferência de torno padrão

Normalmente, uma morsa comum pode limitar o movimento do fuso e da ferramenta em operações de usinagem rotativa de 5 eixos, devido à sua altura. Isso significa que os ângulos de usinagem seriam limitados e novas fixações precisariam ser feitas para os ângulos não acessíveis na primeira operação.

Vantagens do projeto de morsa de 5 eixos

Sua altura muito baixa (50-70 mm) possibilita uma alta força de fixação, evita interferências, proporciona uma fixação estável e permite trocas rápidas, reduzindo assim o tempo de fixação de 15 minutos para 2 minutos .

Sistema de ferramentas flexível

A JS Precision adota uma morsa de 5 eixos como centro, juntamente com mordentes de troca rápida e posicionamento de ponto zero, o que a torna extremamente rápida na troca de peças diferentes e perfeita para usinagem de pequenos lotes com grande variedade de componentes.

Diferentes parâmetros de desempenho do núcleo da morsa de 5 eixos

Procura a solução ideal de fixação de 5 eixos para as suas peças complexas? Contacte a JS Precision para obter aconselhamento gratuito na seleção de dispositivos de fixação e otimização da fixação.

Figura 3: Uma morsa dedicada de 5 eixos com mordentes simétricos prende firmemente uma peça de metal dentro de um centro de usinagem.

Como a escolha entre 3+2 eixos e 5 eixos afeta o prazo de entrega e o custo cotados?

A decisão entre uma ligação de 3+2 eixos e uma de 5 eixos afeta o preço, o prazo de entrega e o custo de peças usinadas personalizadas.

• Custos ocultos: O tempo, a inspeção e os custos de refugo causados ​​por múltiplas operações de fixação em 3+2 eixos podem elevar os custos totais de usinagem em 30% a 50%.
• Valor por Operação de Fixação: Uma única operação de fixação em uma máquina de 5 eixos é suficiente para eliminar custos ocultos. Assim, tomando como exemplo uma peça complexa de suporte, o custo da mão de obra para a fixação em 3+2 eixos é de US$ 200, enquanto o custo em 5 eixos é de apenas US$ 50, representando uma economia de 75%.
• Vantagem em termos de tempo de produção: Embora o custo por hora para máquinas-ferramenta de 5 eixos seja de 30% a 50% maior, ao não precisar esperar entre os processos, o ciclo de usinagem geral é mais curto, resultando em melhores preços e prazos de entrega.

Quando devo optar por serviços de usinagem CNC de 5 eixos em vez de 3+2?

O fator decisivo entre uma ligação de 3+2 eixos e uma de 5 eixos reside basicamente na peça e suas características, no tamanho do lote e no material. Os principais pontos a serem considerados são:

Geometria da peça

Se você estiver trabalhando com peças planas ou de contorno simples, é melhor optar por uma máquina de 3+2 eixos para reduzir custos. Já para superfícies de forma livre, cavidades profundas e peças com rebaixos , a máquina de 5 eixos é a melhor opção para garantir precisão. Para peças pequenas e leves, uma CNC de mesa de 5 eixos é uma boa escolha.

Tamanho do lote

Se você estiver produzindo uma única peça ou um pequeno lote (menos de 100 peças), opte por uma máquina de 5 eixos para evitar o custo de múltiplos dispositivos de fixação. Para lotes grandes, é necessário avaliar a relação entre o tempo de ciclo da máquina e os custos dos dispositivos de fixação.

Dureza do material

Ao trabalhar com materiais de difícil usinagem, como aço endurecido e ligas de titânio, a articulação de 5 eixos por si só pode proporcionar um controle constante da carga de cavacos , reduzindo significativamente o desgaste da ferramenta.

Como avaliar a precisão da articulação de centros de usinagem de 5 eixos dos fabricantes?

Para garantir a precisão, é essencial escolher fabricantes confiáveis ​​de centros de usinagem de 5 eixos . Abaixo, os principais aspectos a serem considerados na avaliação:

Função RTCP

O coração da verdadeira usinagem de 5 eixos, ele mantém o ponto central da ferramenta inalterado. Sem esse recurso, não é possível alcançar alta precisão na usinagem de componentes articulados.

Indicadores de precisão

Os equipamentos de nível industrial devem atender aos seguintes critérios: precisão de posicionamento ≤0,005 mm, repetibilidade ≤0,003 mm e resolução do eixo rotativo ≤0,001°.

Diferenças de equipamento

Uma máquina de mesa de 5 eixos só consegue atingir uma precisão de 0,01 a 0,02 mm e, portanto, é adequada para peças de baixa precisão. Equipamentos de nível industrial, que conseguem atingir uma precisão de ≤0,005 mm, são adequados para usinagem de alta precisão.

Rigidez da Máquina-Ferramenta

Quanto mais pesada for a máquina, maior a probabilidade de a base ser feita de fundição mineral e as guias serem mais resistentes, o que aumenta a rigidez e torna a máquina mais adequada para usinar materiais de difícil usinagem.

Deseja aprender sobre as técnicas de seleção de equipamentos dos principais fabricantes de centros de usinagem de 5 eixos? Baixe o "White Paper de Seleção de Máquinas-Ferramenta de 5 Eixos" da JS Precision para dominar os métodos de avaliação profissional e os principais pontos de seleção.

Estudo de Caso da JS Precision: Sistema de ligação de 5 eixos transforma 17 ciclos de aperto de corpos de válvulas hidráulicas aeroespaciais em apenas 1 ciclo de aperto.

Desafio

Uma das peças do corpo de uma válvula hidráulica aeroespacial é um componente usinado sob medida de alta precisão. É feito de liga de alumínio 7075-T6 . A peça possui 36 furos de precisão, 4 passagens de óleo que se cruzam e 2 estruturas de cavidade profunda.

O primeiro fornecedor utilizou um processo de 3+2 eixos com 17 fixações e 5 ciclos de usinagem. A precisão da posição do furo foi de ±0,05 mm, mas a rugosidade da parede interna da cavidade profunda foi de apenas Ra 3,2 μm , o que resultou em uma taxa de defeitos de 15% e um atraso de 8 semanas na entrega.

Solução

Ao aproveitar a experiência adquirida em operações de usinagem CNC de 5 eixos, a equipe da JS Precision alterou o processo de usinagem CNC multieixos da peça da seguinte forma:

1. Revolução das Ferramentas:

Para fixar todas as superfícies de usinagem em uma única peça e eliminar os erros resultantes de múltiplas fixações, foi implementada uma solução personalizada de fixação de 5 eixos, utilizando uma morsa de 5 eixos de baixa altura em combinação com um sistema de troca rápida de ponto zero.

2. Otimização do percurso da ferramenta:

Através da utilização de estratégias de programação de alto nível para usinagem CNC multieixos , a fresagem trocoidal com inclinação da ferramenta foi empregada para os detalhes de cavidades profundas, reduzindo assim a projeção da ferramenta de 120 mm para 60 mm e melhorando a rigidez da ferramenta.

3. Inspeção na máquina:

Utilizando uma sonda de máquina-ferramenta, a equipe realizou a compensação de feedback em circuito fechado para todas as dimensões críticas em uma única operação de fixação . Esse processo ajudou a corrigir erros de usinagem em tempo real e garantiu a precisão da peça.

Resultados

Após ser reprocessado com uma máquina CNC de 5 eixos, o corpo da válvula hidráulica apresentou uma melhoria completa no desempenho de sua usinagem:

• A precisão da posição do furo foi melhorada de ±0,05 mm para ±0,01 mm.
• A rugosidade da parede interna da cavidade profunda foi reduzida de Ra 3,2μm para Ra 0,8μm.
• O tempo total de usinagem foi drasticamente reduzido de 35 horas para 12 horas, e o prazo de entrega foi reduzido de 10 semanas para 3 semanas.
• A taxa de defeitos caiu de 15% para 0,5%, e os custos gerais de usinagem por peça foram reduzidos em 42%.

Precisa de usinagem de peças complexas semelhantes e busca uma solução rápida? Ligue agora mesmo para a central de atendimento da JS Precision e agende uma consulta individual com um engenheiro. Aproveitando as vantagens da tecnologia de usinagem CNC multieixos, criaremos uma solução personalizada para você, resolvendo seus desafios de usinagem com eficiência.

Perguntas frequentes

P1: Quanto mais caro é o usinagem de 5 eixos em comparação com a usinagem de 3+2 eixos?

O custo por hora de uma máquina de usinagem de 5 eixos é cerca de 30 a 50% maior do que o de uma máquina de usinagem de 3 eixos e 2 eixos. No entanto, essa tecnologia elimina completamente os custos ocultos, reduzindo o custo total de usinagem de peças complexas em 20 a 40%, o que resulta em uma melhor relação custo-benefício.

Q2: A programação de 5 eixos é difícil?

Sim, é moderadamente difícil e requer um profundo conhecimento das estratégias de controle vetorial de eixos de ferramentas multieixos. A JS Precision oferece análises de DFM (Design for Manufacturing) para ajudar a otimizar o projeto e facilitar o processo de programação.

P3: Quais marcas de máquinas-ferramenta de 5 eixos você utiliza?

Para garantir a precisão e a estabilidade da usinagem simultânea em múltiplos eixos, utilizamos principalmente marcas de primeira linha, como Hermle (Alemanha), Mikron (Suíça) e Mazak (Japão).

Q4: Existe uma quantidade mínima de pedido?

Não temos quantidade mínima de pedido. Como especialistas em processamento de peças de ultraprecisão em pequenos lotes, podemos aceitar pedidos de peças individuais , garantindo acesso a serviços profissionais de usinagem simultânea de 5 eixos.

Q5: Qual o nível de precisão que a usinagem de 5 eixos pode alcançar?

Ela pode fornecer consistentemente uma precisão de posicionamento de ±0,005 mm e uma repetibilidade de ±0,003 mm, o que é suficiente para o processamento de peças personalizadas de alta precisão.

Q6: Qual é o prazo de entrega típico para usinagem de 5 eixos?

O prazo de entrega para uma única amostra é geralmente de 5 a 7 dias úteis , enquanto o prazo de entrega para lotes é de 2 a 4 semanas, o que é consideravelmente menor do que a usinagem de 3+2 eixos. Se precisar de um processamento mais rápido, basta solicitar e faremos o possível para ajudar.

Q7: É possível usinar aço temperado?

Possuímos capacidade de fresagem de materiais duros e podemos usinar diretamente aço endurecido HRC58-62, reduzindo assim o processo subsequente de eletroerosão e aumentando nossa eficiência de usinagem.

Q8: Como garantir a consistência do lote?

Com a ajuda de um sistema de posicionamento de ponto zero e controle de processo SPC, monitoramos todo o processo de usinagem. Consequentemente, conseguimos garantir que o erro de lote das peças personalizadas não exceda 0,01 mm.

Resumo

As ligações de 3+2 eixos e de 5 eixos são mais do que simples atualizações de processo. Elas representam um par de soluções, cada uma adaptada a diferentes peças. A seleção do processo adequado desempenha um papel decisivo para alcançar um equilíbrio entre precisão, prazo de entrega e custo.

Se as peças forem complexas, deve-se optar por serviços de usinagem CNC de 5 eixos para realizar rapidamente a transformação de projetos em objetos reais.

A JS Precision, com equipamentos de classe mundial, processos consolidados e anos de experiência, pode eliminar a maioria, senão todos, os seus problemas de usinagem.

Não deixe que a escolha inadequada do processo prejudique a eficiência da sua produção. Envie seus desenhos 3D para a JS Precision agora mesmo e receba uma avaliação profissional do processo em até 4 horas. Deixe nossa equipe de especialistas garantir a usinagem das suas peças!