Como usar braços robóticos de 5 eixos para usinagem: um guia para fabricação aeroespacial e seleção de fornecedores

Um braço robótico de 5 eixos é uma das principais ferramentas na fabricação aeroespacial e está revolucionando o processo de produção ao superar as limitações da usinagem tradicional.

Por exemplo, as fresadoras de pórtico convencionais são incapazes de alcançar as minúsculas cavidades internas de peças complexas, como discos de lâminas integrais e juntas do trem de pouso, enquanto as máquinas-ferramentas autônomas têm longos períodos de retorno sobre o investimento.

Um braço robótico articulado adaptável pode penetrar profundamente nas peças para limpeza e usinagem no local, aumentando muito o tempo de execução do trabalho.

Aqui veremos como ele pode ser utilizado para a resolução de problemas de moldagem e, levando em consideração os benefícios da usinagem CNC de 5 eixos, fornecer às empresas soluções de usinagem adequadas.

Visão geral da resposta principal

Principais vantagens:

• Rigidez é igual a precisão: a vibração do efetor final do braço robótico de 5 eixos é reduzida em aproximadamente 40% quando ligas de titânio são fresadas, em comparação com um braço de 6 eixos.
• O processo determina o sucesso ou o fracasso: a usinagem simultânea de 5 eixos ajuda a reduzir o número de configurações, portanto, a eficiência geral da usinagem do disco do impulsor pode ser aumentada em mais de 25%.
• Os dados são a base da confiança: uma taxa de recompra >30% é um dos principais indicadores de confiabilidade quando se olha para fabricantes de centros de usinagem de 5 eixos.

Por que confiar neste guia? Experiência da JS Precision em serviços de usinagem CNC de 5 eixos

Todas as conclusões deste artigo foram tiradas dos mais de 15 anos de experiência prática da JS Precision em usinagem CNC de 5 eixos, bem como de sua execução eficiente de serviços de usinagem para mais de 200 empresas aeroespaciais em todo o mundo.

Usinamos com sucesso mais de 1.000 tipos de componentes aeroespaciais com 5 eixos, abrangendo componentes principais, como discos de lâminas integrais e suportes de trem de pouso, que aliviaram diretamente os pontos problemáticos da usinagem aeroespacial.

No uso de braços robóticos de 5 eixos, percorremos todo o caminho desde a seleção de equipamentos e depuração de processos até a implementação de produção em massa, e criamos soluções padronizadas para materiais difíceis de usinar, como ligas de titânio e ligas de alta temperatura Inconel 718 (certificação ISO 9001:2015 fornece uma base sólida para garantia de qualidade em todo o processo.)

Ajudamos uma empresa aeroespacial europeia a superar o problema de vibração na usinagem de discos com lâminas integrais, o que levou a uma redução no desperdício de produtos de 18% para 0,5%.

Além disso, também fizemos usinagem no local de estruturas de cabines ultragrandes para institutos de pesquisa aeroespacial nacionais, portanto, os institutos economizaram mais de US$ 500.000 em transporte de equipamentos e custos de fixação secundária.

No que diz respeito à integração de soluções de 5 eixos, somos capazes de oferecer soluções personalizadas, desde protótipos até produção em massa, dependendo da escala de produção do cliente. Além disso, temos métodos básicos de otimização de processos para usinagem simultânea de 5 eixos, que podem aumentar a vida útil da ferramenta em 40%, em média.

Este manual cobre em grande parte o aspecto técnico, bem como uma compilação de nossa experiência prática, ajudando assim as empresas a evitar erros na seleção e no processamento.

Deseja encontrar rapidamente uma solução adequada para usinagem de braço robótico de 5 eixos? Entre em contato com os engenheiros da JS Precision agora, informe-lhes o material do componente e os requisitos de usinagem e você poderá obter uma planilha de planejamento de processo personalizada gratuita.

Por que escolher um braço robótico articulado em vez do CNC tradicional para componentes aeroespaciais complexos?

O equipamento tradicional de usinagem CNC de 5 eixos não é muito flexível e só pode usinar componentes aeroespaciais complexos até certo ponto. O braço robótico articulado, juntamente com as vantagens tecnológicas dos braços robóticos de 5 eixos, pode resolver estes problemas das três maneiras seguintes:

1.Acessibilidade e prevenção de obstáculos:

As máquinas-ferramentas tradicionais são fixas por suas formas e, portanto, são incapazes de entrar em cavidades complexas. O braço robótico articulado, devido à sua estrutura multiarticular, pode evitar a colisão, e braços robóticos de 5 eixos podem posicionar com precisão o cabeçote de usinagem até aberturas muito pequenas.

2. Usinagem de componentes ultragrandes no local:

É impossível usinar cabines ultragrandes usando máquinas-ferramentas tradicionais. Um braço robótico de 5 eixos pode ser instalado em um AGV para usinagem móvel, portanto, a fixação secundária não é necessária. Quando combinada com usinagem CNC de 5 eixos, as tolerâncias são garantidas (normas de segurança ANSI/RIA R15.06-2012).

3. Vantagem de custo da produção de pequenos lotes:

São produzidos pequenos lotes de componentes aeroespaciais com uma grande variedade. Máquinas-ferramentas dedicadas envolvem altos custos de investimento e baixa taxa de utilização. Um braço robótico de 5 eixos representa apenas 60% disso e oferece usos múltiplos e um retorno de investimento superior a 30%.

Deseja verificar a adequação de um braço robótico articulado para usinar seus componentes? Envie os desenhos CAD de seus componentes para a JS Precision e forneceremos uma análise de viabilidade de usinagem gratuita e combinaremos um modelo adequado de braço robótico de 5 eixos.

Braço robótico de 5 eixos vs. Braço robótico industrial de 6 eixos: qual oferece a precisão que você precisa?

Na usinagem aeroespacial, o número de eixos é o que define a precisão e a eficiência. As diferenças fundamentais entre um braço robótico de 5 eixos e um braço robótico industrial de 6 eixos são principalmenterigidez e adaptabilidade de usinagem conforme explicado abaixo:

1. Razões pelas quais o eixo 6 não é adequado para corte de contrapeso:

Um braço robótico industrial de 6 eixos é perfeito para montagem e manuseio de coisas e pode atingir níveis de vibração tão baixos quanto 0,02 mm ao fresar ligas de titânio cantilever, um braço robótico de 5 eixos é compacto e estrutura rígida, a vibração da extremidade e do efetor é reduzida em cerca de 40% quando comparada a um braço de 6 eixos.

2.A principal razão por trás da usinagem simultânea de 5 eixos para obter acabamento superficial:

A usinagem simultânea de 5 eixos é o coração da usinagem de discos de turbinas aeroespaciais. Um braço robótico de 5 eixos é capaz de finalizar superfícies curvas complexas de uma só vez, podendo ser alcançada uma rugosidade superficial de 8 micropolegadas, o que é melhor do que a usinagem de 6 eixos.

Deseja determinar com precisão se um braço robótico de 5 eixos ou um braço robótico industrial de 6 eixos é mais adequado para sua tarefa de usinagem? Envie seus requisitos de usinagem para a JS Precision agora e forneceremos uma avaliação profissional gratuita da seleção de seu eixo, juntamente com uma solução de garantia de precisão do processo.

Como a usinagem simultânea de 5 eixos resolve os desafios dos materiais aeroespaciais?

Em primeiro lugar, o torneamento de materiais aeroespaciais apresenta grandes desafios. A tecnologia de usinagem simultânea de 5 eixos ajuda os braços robóticos de 5 eixos a resolver esses problemas e, eventualmente, a usinagem de componentes aeroespaciais em 5 eixos se torna a base:

1. Encurtando a saliência da ferramenta, conquistando cavidades profundas e paredes finas:

Ferramentas de usinagem convencionais com balanços superiores a 150 mm apresentam alto risco de trepidação. A usinagem simultânea de 5 eixos podereduzir o balanço em 30%, portanto, é a usinagem estável de cavidades profundas de ligas de alta temperatura Inconel 718 que é garantida.

2.Melhorando a remoção de cavacos e a dissipação de calor, manuseando peças de liga de alumínio de paredes finas:

usinagem simultânea de 5 eixos é capaz de controlar a postura da ferramenta que dá origem a menos deformação e, quando é usada refrigeração de alta pressão para remoção de cavacos, é realizada a formação de rede que corta o desperdício de material ao 15%-25%.

3. Parâmetros de processo para usinagem simultânea de 5 eixos de diferentes materiais aeroespaciais:

Quais componentes aeroespaciais específicos de usinagem de 5 eixos exigem mais do seu robô?

Diferentes componentes aeroespaciais de usinagem de 5 eixos requerem braços robóticos de 5 eixos com diferentes recursos de desempenho. As soluções adequadas de 5 eixos devem ser centradas em seus próprios pontos principais.

Os principais requisitos dos componentes são os seguintes:

• Discos com lâminas integrais (Blisks): As lâminas são finas e bem torcidas, por isso exigem que a resposta dinâmica do braço do robô de 5 eixos seja muito forte e a precisão de interpolação deve ser de 0,001 mm na usinagem simultânea de 5 eixos.
• Suporte do trem de pouso: Grandes peças de liga de titânio envolvem muitas operações de usinagem, portanto, soluções de 5 eixos devem ser de alta rigidez e excelente capacidade de remoção de cavacos, o torque do fuso deve ser pelo menos 80 N·m.
• Base do atuador Mars Rover: Usando materiais especiais e permitindo apenas uma tolerância de ±0,0002 polegadas, o braço do robô de 5 eixos deve ser equipado com um sistema de compensação de interferômetro a laser.
• Painéis de fuselagem de material compósito: Materiais não metálicos que são muito difíceis de usinar, o braço do robô de 5 eixos deve ser equipado com um dispositivo dedicado de extração de poeira e tratamento de vedação.

Figura 1: dois braços robóticos brancos de cinco eixos trabalhando simultaneamente em lados opostos de um grande componente aeroespacial metálico em um ambiente industrial.

Como avaliar fabricantes de centros de usinagem de 5 eixos: além da folha de especificações

Escolher fabricantes confiáveis de centros de usinagem de 5 eixos é essencial para a qualidade da usinagem aeroespacial. Não se pode confiar apenas na folha de especificações, mas deve-se avaliar minuciosamente os componentes principais, casos de aplicação e sistemas de qualidade.

Fabricantes de alta qualidade podem oferecer soluções completas de 5 eixos que garantem usinagem estável.

1. Rastreabilidade do componente principal:

Um ponto a considerar ao avaliar os fabricantes de centros de usinagem de 5 eixos é perguntar sobre a marca do fuso, dos trilhos-guia, dos parafusos de avanço e dos sistemas de controle. Fusos de alta qualidade podem gerenciar o controle de deformação térmica dentro de 0,002 mm.

2.Casos de aplicação e verificação de processos:

É um requisito para os fabricantes de centros de usinagem de 5 eixos produzirem vídeos de usinagem semelhantes, especialmente com foco na quebra de cavacos de liga de titânio e na tecnologia de resfriamento interno. Os fabricantes com experiência em processamento em lote possuem processos mais maduros.

3.Sistema de qualidade e inspeção no local:

A certificação AS9100 é um requisito básico. É necessário realizar inspeções no local dos equipamentos de teste. Fornecedores com uma taxa de recompra >30% oferecem serviços pós-venda mais estáveis e apresentam riscos de cooperação mais baixos.

Indicadores e padrões básicos de avaliação para fabricantes de centros de usinagem de 5 eixos

Figura 2: Diagrama técnico de um braço de robô industrial azul de seis eixos contra um fundo branco, com todas as suas juntas rotacionais claramente numeradas para avaliação.

Quais soluções de 5 eixos existem para escalar desde a prototipagem até a produção em taxa total?

Na fabricação aeroespacial, a demanda por soluções flexíveis e automatizadas de 5 eixos continua a aumentar, desde a prototipagem até a produção em massa. Digitalmente, a usinagem simultânea facilitada de 5 eixos suporta uma integração suave do processo e ajuda a explorar totalmente o braço do robô de 5 eixos.

1.Gêmeos digitais e programação off-line

Os sistemas de 5 eixos com capacidade de programação offline são a espinha dorsal do futuro. O sistema de controle Siemens Sinumerik One possui o recurso de simulação de usinagem virtual, permitindo assim a prevenção proativa de colisões e reduzindo os custos de corte experimental em 60%.

2.Integração flexível do sistema de fabricação

Soluções de 5 eixos altamente eficientes devem ser capazes de integração perfeita com um sistema de armazenamento de paletes ou carga/descarga para alcançar usinagem não tripulada 24 horas por dia, 7 dias por semana que, por sua vez, aumenta a utilização do equipamento para mais de 90% e aumenta a eficiência da produção em massa em 40%.

3.Colaboração de software CAM

O pós-processamento do braço do robô de 5 eixos deve ser compatível com todos os softwares CAM convencionais. Técnicas sofisticadas de percurso de ferramenta não apenas ajudam a estender a vida útil da ferramenta em 50%, mas também a reduzir substancialmente o custo de usinagem de ligas de alta temperatura.

Por que escolher JS Precision para seus componentes aeroespaciais usinados de 5 eixos?

JS Precision é um fabricante líder de centros de usinagem confiáveis de 5 eixos e também um dos melhores fornecedores de serviços de usinagem de componentes aeroespaciais de 5 eixos. Para fornecer serviço completo de usinagem ponta a ponta, combinamos usinagem CNC de 5 eixos e tecnologias de braço robótico de 5 eixos em um nível profundo.

1.Força total:

A JS Precision é proprietária de vários centros de usinagem de 5 eixos importadosda Alemanha e do Japão, além de também serem equipados com fusos elétricos Kessler alemães, alcançando assim uma precisão de posicionamento de ±2µm. Braços robóticos personalizados de 5 eixos podem satisfazer diversos requisitos de usinagem.

2.Certificações e estudos de caso:

A JS Precision é certificada pelos padrões AS9100D e ISO 9001:2015, e os componentes que ela fabrica para a indústria aeroespacial já estão implementados em vários dispositivos aeroespaciais, com mais de 500 lotes concluídos.

3.Serviço de ponta a ponta:

JS Precision oferece programação CAM e programação flexível desde o protótipo até a produção em massa e domina a tecnologia principal de usinagem simultânea de 5 eixos para garantir a entrega de componentes com a qualidade certa e no prazo.

4.Garantia de transação:

JS Precision tem uma taxa de recompra superior a 35%. Além disso, oferecem dupla garantia tanto de dinheiro quanto de prazo de entrega. Todas as peças usinadas são acompanhadas de relatórios de inspeção completos para garantir que a precisão atenda aos padrões.

Quer experimentar serviços profissionais de processamento de 5 eixos de usinagem de componentes aeroespaciais? Carregue seus desenhos CAD no JS Precision para receber uma análise gratuita de capacidade de fabricação do DFM e um orçamento detalhado, sem custos ocultos.

Estudo de caso JS Precision: Superando o desafio da vibração de cavidades profundas em ligas de titânio aeroespaciais

Desafio

Um instituto aeroespacial doméstico precisa seriamente usinar um lote de suportes de cavidades profundas em liga de titânio para trens de pouso. Os componentes têm uma profundidade de cavidade de 120 mm e a espessura da parede é de apenas 3 mm.

Os braços do robô industrial de 6 eixos com design tradicional exibiam constantemente modos de vibração durante a usinagem devido ao seu longo balanço e falta de rigidez, o que resultava em uma taxa de refugo de 15%.

Além disso, o tempo de usinagem de uma peça era superior a 8 horas, portanto os requisitos de prazo de entrega não foram atendidos. Ao mesmo tempo, os equipamentos de usinagem CNC de 5 eixos tradicionais eram incapazes de usinagem in situ, o que causava altos custos de transporte.

Solução

1.Reconfiguração do equipamento:

Um centro de usinagem de braço robótico JS Precision de 5 eixos foi selecionado. Sua base de ferro fundido de alta rigidez tem um erro de planicidade ≤0,002 mm/m, e a cabeça compacta de 5 eixos atinge uma precisão de repetibilidade de ± 0,001 mm.

O balanço da ferramenta foi reduzido de 130 mm para 90 mm, portanto, a trepidação da usinagem foi reduzida de 0,02 mm para 0,005 mm, o que melhorou bastante a estabilidade do processo de usinagem.

2. Otimização de processos:

Ao implantar a tecnologia de usinagem simultânea de 5 eixos, alteramos dinamicamente a orientação da ferramenta para manter a força de corte dentro da faixa desejada de 800-1000N. Além disso, durante o processo, a direção da força de corte foi garantida para sempre apontar para a área da peça com maior rigidez.

Por outro lado, os parâmetros de corte foram otimizados, a velocidade de corte da liga de titânio Ti-6Al-4V foi definida em 1200 r/min, a taxa de avanço foi de 150 mm/min e a profundidade de corte foi mantida em 0,2 mm.

3.Verificação de simulação:

O ambiente de usinagem virtual Siemens Sinumerik One foi usado para simular todo o processo, desde o desbaste até o acabamento.

As flutuações da taxa de avanço foram mantidas dentro de 5%, três possíveis riscos de colisão foram evitados proativamente e a taxa de refugo durante a fase de corte experimental foi reduzida de 15% na usinagem tradicional para 0%, melhorando assim a eficiência do corte experimental em 40%.

Resultados

A modificação reduziu a vibração da ferramenta para não mais que 0,005 mm, o rendimento na primeira passagem disparou de 85% para 99,8% e o tempo para usinagem de peça única foi reduzido em 20%, para 6,4 horas, facilitando assim ao cliente concluir sua meta de entrega trimestral 15 dias antes do previsto e economizar mais de US$ 200.000,00 em transporte e refixação de equipamentos custos.

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Figura 3: close-up de um suporte de liga de titânio acabado, de formato complexo e com cavidade profunda, projetado para aplicações em trens de pouso aeroespaciais.

Perguntas frequentes

1. O braço robótico de 5 eixos e a máquina-ferramenta CNC de 5 eixos são totalmente diferentes?

Não é totalmente diferente. Os braços robóticos de 5 eixos são braços robóticos multiarticulares, altamente adaptáveis ​​à usinagem de cavidades dinâmicas e complicadas. E as máquinas-ferramentas CNC de 5 eixos são mais resistentes ao corte em lote de alta precisão.

2.A usinagem simultânea de 5 eixos é obrigatória para a fabricação de impulsores de liga de titânio?

Definitivamente. A usinagem simultânea de 5 eixos éde longe a melhor maneirade fabricar impulsores de liga de titânio onde o acabamento de um acessório pode ser alcançado e a perda de precisão do acessório secundário é evitada.

3.Quanto a usinagem de 5 eixos pode economizar no custo do material?

A usinagem de 5 eixos define o caminho da peça de maneira ideal e também reduz a geração de sobras. Por exemplo, para peças finas de liga de alumínio aeroespacial com paredes finas, a sucata pode ser reduzida em 15% a 25%, e o uso de material para usinagem de peças de liga de titânio pode seraté mais de 70%.

4.O que significa RTCP? É importante?

RTCP significa Ponto Central da Ferramenta Rotativa. Somente o ponto de contato ferramenta-peça deve ser considerado durante a programação. É uma referência essencial de soluções de 5 eixos e basicamente influencia a precisão da usinagem.

5. Que métodos posso usar para verificar se os componentes aeroespaciais de usinagem de 5 eixos do fornecedor são compatíveis com AS9100?

Os fornecedores são obrigados a fornecer certificação AS9100D, processos de controle de qualidade e relatórios de testes, e registros de processamento AS9100 para componentes semelhantes também podem ser solicitados.

6. Quais fabricantes de centros de usinagem de 5 eixos oferecem o melhor valor para um pequeno protótipo de componente aeroespacial em lote?

Um provedor de serviços de manufatura flexível (FMS) multiprocesso é provavelmente a opção mais barata. Eles eliminam completamente a necessidade de pagar por acessórios dedicados, a prototipagem rápida e a usinagem simultânea de 5 eixos estão prontamente disponíveis para eles.

7. Qual é a maior precisão que você pode obter na usinagem de 5 eixos?

Sob as condições de uma oficina com temperatura controlada, um braço robótico de precisão de 5 eixos de mícron emparelhado com compensação de interferômetro a laser pode atingir consistentemente um nível de tolerância de 0,005 mm, atendendo assim às especificações rigorosas de componentes aeroespaciais críticos.

8. Qual é o prazo de entrega normal para JS Precision?

A JS Precision se compromete com prazos de entrega de 10 a 15 dias úteis para peças de liga de alumínio aeroespacial padrão. A fabricação complexa de ligas de titânio e componentes aeroespaciais de precisão será avaliada pela complexidade do processo.

Resumo

A escolha das soluções adequadas de 5 eixos pode ser crucial na fabricação aeroespacial. Braço robótico de 5 eixos mais tecnologia de usinagem simultânea de 5 eixos podem ajudar a quebrar as limitações da usinagem tradicional. A usinagem de componentes, o corte de materiais e a seleção de equipamentos são três fatores que afetam a qualidade e o custo do processamento.

Através de estudos de caso, tecnologia e serviços, a JS Precision tem experiências ricas neste domínio e oferece às empresas soluções de usinagem completas.

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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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