Serviços de usinagem de 5 eixos: um guia abrangente para precisão e economia

serviços de usinagem de 5 eixos formam uma das principais tecnologias nas indústrias de manufatura de alta tecnologia para resolver problemas complexos de usinagem.

Desde componentes aeroespaciais de 5 eixos voando pelos céus até a usinagem de dispositivos médicos de 5 eixos para implantes que salvam vidas, essa tecnologia não se trata apenas de formato, mas de precisão máxima, integridade completa da superfície e custos previsíveis.

No entanto, entre a usinagem contínua de 5 eixos e a usinagem de 5 eixos de alta velocidade, ao enfrentar todos os desafios da usinagem de 5 eixos de titânio, é a estratégia certa que faz a diferença entre o sucesso e o fracasso.

Este guia atravessa o discurso de marketing para chegar ao cerne da tecnologia, revelando como você pode aproveitar os recursos de fabricação de precisão de classe mundial para concretizar sua visão de design.

Figura 1:Simulação em tempo real do processo de corte de brocas em peças.

Resumo das principais respostas

Serviços de usinagem CNC de 5 eixos: ganhos mútuos em precisão e custo com JS Precision

Como prestadora de serviços com 15 anos de experiência em usinagem CNC de 5 eixos, a JS Precision já se estabeleceu nas áreas aeroespacial, de dispositivos médicos e de peças de precisão automotivas.

Processamos componentes aeroespaciais de 5 eixos para as principais empresas aeroespaciais globais, superamos o desafio da deformação de paredes finas em suportes de liga de titânio e aumentamos a taxa de aprovação da média da indústria de 75% para 98%.

Na área médica, seguimos o padrão ISO 13485 e finalizamos mais de 500 pedidos de usinagem de dispositivos médicos de 5 eixos, incluindo produtos de alta precisão, como parafusos ortopédicos e instrumentos cirúrgicos.

Até agora, realizamos mais de 8.000 pedidos envolvendo usinagem de peças complexas e atendemos clientes de mais de 20 países, acumulando ampla experiência em processos com uma variedade de materiais, como ligas de alumínio, ligas de titânio e aço inoxidável.

Este guia não é um amontoado teórico, mas o resultado de nossa experiência adquirida através de muitas otimizações de processos e solução de problemas inesperados. Cada conselho aqui contido foi testado na prática e você pode confiar totalmente neles.

Deseja que seu projeto de serviços de usinagem de 5 eixos alcance precisão e controle de custos? Envie o material da peça, os requisitos de tolerância e as necessidades de volume de produção, e nossos engenheiros oferecerão um plano de processo gratuito e detalhado que ajudará você a equilibrar precisão e custo da maneira certa.

Qual é o padrão alcançável e a tolerância final em serviços de usinagem de 5 eixos?

Excelente controle de tolerância é uma das principais competências dos serviços de usinagem de 5 eixos e também uma forma importante de conquistar o reconhecimento do cliente.

A base para sua avaliação de precisão pode referir-se aos critérios de aceitação para a precisão da amostra no padrão de condição de inspeção de centro de usinagem ISO 10791-7:2020, que fornece um método reconhecido internacionalmente para avaliar a precisão abrangente de máquinas-ferramentas de 5 eixos.

Faixa de tolerância padrão

Começando pelas condições de produção padrão, existem alguns parâmetros de referência para a tolerância alcançável de diferentes materiais, que são fornecidos na tabela abaixo:

Fatores "invisíveis" que afetam a tolerância

1. A precisão estática e dinâmica da máquina-ferramenta: A precisão de posicionamento da máquina-ferramenta e a precisão de posicionamento repetido são os determinantes diretos da tolerância básica, enquanto os erros de rastreamento amplificam o desvio ao usinar uma superfície complicada, o que afeta o efeito de conformação desta peça.

2. Gerenciamento de deformação térmica: A rotação em alta velocidade do fuso durante o processamento, o atrito dos trilhos-guia e as flutuações na temperatura ambiente podem resultar em deformações mínimas dos componentes da máquina-ferramenta, levando a erros sistemáticos que exigem estratégias de compensação direcionadas.

3. Erro total do sistema de ferramentas: apenas alguns mícrons de desvio no suporte da ferramenta serão transferidos diretamente para a peça, e o desgaste da própria ferramenta aumenta com o tempo necessário para usinagem, impactando diretamente a estabilidade da tolerância.

Sistema de garantia de precisão de JS Precision

• Controlamos rigorosamente as fontes de precisão, começando pelo estágio de seleção do equipamento: introduzindo máquinas-ferramentas de 5 eixos de alta tecnologia da Alemanha e do Japão, com precisão de posicionamento de até ±0,003 mm.
• Enquanto isso, configuramos uma oficina de temperatura constante para controlar as flutuações da temperatura ambiental dentro de ±2°C.
• No processo de usinagem, equipamentos de detecção online são utilizados para monitorar desvios dimensionais em tempo real, com ajustes de parâmetros através de algoritmos de compensação de processo.

É este sistema que permite que nossos serviços de usinagem de 5 eixos mantenham a produção estável e de alta precisão de forma consistente.

Quer garantir que seu projeto de serviços de usinagem de 5 eixos atenda às tolerâncias esperadas? Envie os desenhos de suas peças com os requisitos de tolerância necessários e nossos engenheiros fornecerão uma análise gratuita de viabilidade de precisão para ajudá-lo a evitar o risco de erro.

Figura 2:A usinagem CNC de cinco eixos pode girar peças e ferramentas em torno de vários eixos, resultando em efeitos de corte mais uniformes e precisos, o que ajuda a obter tolerâncias mais rigorosas.

A arte da complexidade: como usinar componentes aeroespaciais exigentes de 5 eixos?

Os componentes aeroespaciais de 5 eixos são geralmente caracterizados por superfícies curvas complexas e estruturas de paredes finas. Consequentemente, a usinagem dessas peças acaba sendo muito desafiadora e requer metodologias científicas de planejamento e execução de processos para ter sucesso.

Planejamento de processos: começando com simulação

1. Fabricação Virtual e Detecção de Colisões:

A estrutura dos componentes aeroespaciais de 5 eixos é complicada. Mesmo pequenos erros no caminho de usinagem levam a colisões entre a ferramenta, a peça de trabalho e o acessório.

Usamos software CAM avançado para construir um ambiente de usinagem virtual completo, simular trajetórias de movimento de máquinas-ferramenta e identificar riscos de colisão antecipadamente para evitar desperdício de materiais caros e danos ao equipamento.

2. Previsão de força de corte e deformação:

A estrutura de paredes finas nas peças aeroespaciais geralmente tem menos de 2 mm de espessura e é facilmente deformada pela força de corte. Prevemos a tendência de deformação das peças sob diferentes parâmetros de corte através da análise de elementos finitos, otimizamos a sequência de corte e a taxa de avanço e controlamos ativamente a quantidade de deformação.

Estratégia de execução: estabilidade em primeiro lugar

1. Seleção do método de fixação:

De acordo com as características dos componentes aeroespaciais de 5 eixos, selecionamos com flexibilidade o método de usinagem. Peças com estruturas complexas devem ser submetidas à usinagem contínua de 5 eixos para realizar todos os processos em uma única fixação. No caso de peças com pouca rigidez, usinagem orientada a 3+2 eixos deve ser usada para melhorar a estabilidade da usinagem.

2. Luminárias dedicadas e sistema de troca rápida de ponto zero:

Minimize o efeito que a força de fixação tem nas peças enquanto melhora a rigidez de fixação com nossos acessórios projetados. O sistema de troca rápida de ponto zero permite trocas rápidas, reduzindo o tempo de preparação na produção em massa e melhorando a eficiência geral.

Está tendo dificuldades com a usinagem complexa de componentes aeroespaciais de 5 eixos? Agende hoje mesmo uma consulta com nossos engenheiros de processo, forneça a estrutura da peça e os requisitos de precisão e receba uma solução de processo personalizada gratuita para uma usinagem mais estável e eficiente de peças complexas.

Compreendendo os fatores de custo na difícil usinagem de 5 eixos em titânio

A usinagem de 5 eixos em titânio tem sido consistentemente cara devido às propriedades exclusivas do material. Assim, somente quando a estrutura de custos for bem compreendida, estratégias eficazes de redução de custos poderão ser encontradas.

Estrutura de custos: análise aprofundada

O custo da usinagem de titânio em 5 eixos vem principalmente de três partes, com as seguintes proporções:

Abordagem para redução de custos e melhoria de eficiência por JS Precision

1. Biblioteca de otimização de parâmetros de processo:

Desenvolvemos uma biblioteca de parâmetros dedicada com base em milhares de experimentos de usinagem de titânio em 5 eixos, que podem atender aos requisitos de corte para diferentes ligas de titânio materiais com precisão, como Ti-6Al-4V, para alcançar um melhor equilíbrio entre taxa de remoção de material e vida útil da ferramenta.

2. Aplicação do TCPH:

Introduzimos um sistema de resfriamento de alta pressão que, com o auxílio de um jato de alta pressão, rompe a barreira térmica formada durante a usinagem de uma liga de titânio, removendo prontamente os cavacos e resfriando a aresta de corte.

Isso melhorou significativamente as condições de execução de cortes, com uma extensão da vida útil da ferramenta em mais de 30%, o que reduz proporcionalmente os custos das ferramentas consumidas.

Eficiência liberada: quando e como a usinagem contínua de 5 eixos economiza tempo?

A usinagem contínua de 5 eixos é uma forma muito eficaz de usinagem de 5 eixos, mas não aplicável a todas as ocasiões. Considerando que, em alguns casos especiais, pode reduzir significativamente o tempo de produção.

Onde está a economia real de tempo?

1. Reduz o número de configuração e as transformações de dados:

A usinagem convencional de peças complicadas requer vários processos de configuração e alinhamento, o que não só consome tempo, mas também introduz erros cumulativos. A usinagem contínua de 5 eixos pode completar todas as usinagens de recursos em uma única configuração. O tempo necessário para configuração, alinhamento e inspeção repetida pode ser economizado, evitando possíveis erros cumulativos.

2. Otimizando a acessibilidade da ferramenta:

Para cavidades profundas e superfícies curvas complexas, a usinagem contínua de 5 eixos pode ajustar a postura da máquina-ferramenta e usar ferramentas mais curtas para usinar. A rigidez das ferramentas mais curtas é maior, o que permite parâmetros de corte mais elevados, melhorando consideravelmente a taxa de remoção de metal e encurtando o ciclo de usinagem.

Nem sempre é a melhor solução

A usinagem contínua de 5 eixos também tem muitas limitações: a dificuldade de programação é muito maior do que a da usinagem tradicional e requer engenheiros CAM profissionais por mais tempo de programação. Enquanto isso, a articulação multieixo da máquina-ferramenta aumenta a carga dinâmica, portanto a precisão e a estabilidade do equipamento precisam ser melhoradas ainda mais.

Em alguns casos de acabamento de alta precisão e pequenas tolerâncias, a usinagem de 5 eixos de alta velocidade pode atingir maior eficiência com taxas de avanço mais rápidas e movimentos de corte mais suaves.

Gostaria de saber se suas peças são adequadas para usinagem contínua de 5 eixos? Basta fazer upload do seu modelo 3D e dos seus requisitos de usinagem e realizaremos uma avaliação gratuita do processo para ajudá-lo a selecionar o método de usinagem mais eficiente e economizar tempo de produção.

Controlando o calor: estratégias avançadas para gerenciamento térmico na usinagem de titânio

Além disso, a razão fundamental para o rápido desgaste da ferramenta e a diminuição da precisão da peça no acúmulo de calor é significativa durante a usinagem de 5 eixos de titânio, portanto, o gerenciamento térmico eficaz torna-se muito importante.

O dilema da geração e condução de calor

A condutividade térmica da liga de titânio é apenas cerca de 1/4 da do ferro e cerca de 1/16 da do alumínio. Durante o processo de usinagem, como o calor gerado pelo corte não é fácil de ser removido, mais de 90% do calor se acumula na ponta da ferramenta.

Isso não apenas acelerará o desgaste da ferramenta e diminuirá a vida útil da ferramenta, mas também resultará em altas temperaturas locais excessivas na peça, deformação térmica e imprecisão de tolerância.

Soluções de Dissipação Sistemática de Calor

1. Resfriamento interno da ferramenta: Usamos ferramentas especializadas com vários canais de resfriamento interno. O refrigerante se move através deles diretamente para a aresta de corte, resfriando com precisão a área central produtora de calor e não permitindo a dissipação de calor.

2. Seleção e pressão do refrigerante: Fluido de corte de alto desempenho projetado especificamente para usinagem de 5 eixos de titânio, com ótimo efeito de resfriamento e lubrificação, é empregado, enquanto isso, um sistema de resfriamento de ultra-alta pressão (>70 bar) é adotado para aumentar a permeabilidade do refrigerante para remover rapidamente cavacos e calor.

3. Otimização "térmica" de parâmetros e caminhos de corte: Fresamento cicloidal e alimentação helicoidal são usados para evitar o atrito contínuo e a geração de calor na mesma área, enquanto a velocidade de corte e a taxa de avanço são razoavelmente ajustadas ao mesmo tempo para diminuir a quantidade de calor gerado por unidade de tempo.

Figura 3:A usinagem CNC de cinco eixos pode reduzir o acúmulo de calor e minimizar o desgaste da ferramenta, desafiando efetivamente a usinagem de titânio.

Ampliando os limites: quais são os limites práticos da usinagem de 5 eixos em alta velocidade?

A usinagem de 5 eixos de alta velocidade pode melhorar muito a eficiência do processamento, mas devido à limitação das condições físicas e da tecnologia de engenharia, a velocidade não será infinita. No entanto, tem uma vantagem insubstituível em certos campos.

Restrições físicas e de engenharia à velocidade

1. Limites da dinâmica da máquina-ferramenta:

A capacidade de aceleração do fuso e a velocidade de resposta do sistema servo determinam a taxa de avanço máxima da usinagem de 5 eixos em alta velocidade. Em nossos fusos de máquinas-ferramenta de última geração, a velocidade máxima pode ser de até 24.000 rpm e a taxa de avanço máxima para cada eixo é de 60 m/min para a maioria das necessidades de usinagem de alta velocidade.

2. Os limites da tecnologia de ferramentas:

O nível de equilíbrio dinâmico é muito importante sob rotação de alta velocidade, uma ferramenta desequilibrada pode quebrar. Ferramentas com nível de equilíbrio dinâmico de G2.5 e sistemas de fixação de alta precisão são usadas para garantir a estabilidade e precisão durante a rotação em alta velocidade.

3. Desafios de programação e controle:

Na usinagem de alta velocidade, a capacidade de processamento "antecipado" do sistema CNC torna-se particularmente crítica. Nosso equipamento está equipado com um sistema CNC de última geração que pode analisar antecipadamente mais de 1000 segmentos de código de usinagem, evitando pausas ou cortes excessivos nos cantos e, portanto, permitindo uma usinagem suave.

Aplicação requintada no processamento de equipamentos médicos

A usinagem de dispositivos médicos de 5 eixos precisa de precisão e qualidade de superfície extremamente altas. A usinagem de 5 eixos de alta velocidade atende perfeitamente a esses requisitos.

Dado o pequeno tamanho e a complexidade geométrica de alguns implantes ortopédicos, como articulações artificiais ou instrumentos cirúrgicos, a usinagem de 5 eixos em alta velocidade pode ser feita com altas taxas de avanço e uma pequena profundidade de corte. Isto não só aumenta a eficiência, mas também reduz as marcas de corte na superfície da peça, alcançando um excelente acabamento superficial que atende aos requisitos de biocompatibilidade.

Estudo de caso: de 18 para 6 horas – como reduzimos o tempo de entrega para um suporte aeroespacial de titânio em 67%

Desafio

Nosso cliente é um fornecedor líder global de componentes aeroespaciais que busca a usinagem de suportes leves de liga de titânio e está envolvido em componentes aeroespaciais de 5 eixos. O tamanho da peça é 320 mm × 210 mm × 160 mm, o principal problema é que existem três estruturas de paredes finas com uma espessura de apenas 1,2 mm.

O cliente costumava adotar o processo tradicional de usinagem de três eixos, com diversas etapas de fixação, resultando em um tempo de usinagem de peça única de até 18 horas e sérias deformações em paredes finas, o que leva a uma taxa de aprovação do produto de apenas 70%. Não pode atender às necessidades da produção em massa.

Solução de precisão JS

Formamos uma equipe técnica especializada e desenvolvemos uma solução integrada para o projeto de usinagem de 5 eixos de titânio.

1. Primeiramente, adotamos a estratégia de usinagem contínua de 5 eixos e projetamos alguns acessórios especiais para completar completamente a usinagem de todos os recursos em um setup, o que evitaria erros de posicionamento e riscos de deformação causados por múltiplos setups.

2. Com base em nosso banco de dados próprio de usinagem de 5 eixos de titânio, otimize os parâmetros de corte para aumentar a taxa de remoção de material no processo de usinagem de desbaste e adote um 5 eixos de alta velocidade método de usinagem em áreas de paredes finas com pequenas profundidades de corte e altas taxas de avanço para reduzir a força de corte.

3. Finalmente, em todo o processo de fabricação, também introduzimos um sistema de medição na máquina para medir todas as dimensões críticas em tempo real, compensando automaticamente o desgaste da ferramenta e a deformação esperada.

Resultados:

Com esta solução, o tempo de usinagem de peça única deste suporte de liga de titânio foi reduzido de 18 horas para 6 horas, com um aumento na eficiência de produçãode 200%, a deformação da parede fina foi controlada dentro de ±0,015 mm e a taxa de passagem do produto aumentou para 98%.

Em apenas um ano, economizamos ao cliente mais de US$ 150.000 em custos de fabricação, ajudando-o a concluir com sucesso a produção e entrega em massa.

Gostaria de recriar a economia de custos e o ganho de eficiência observados com esses componentes aeroespaciais de 5 eixos? Ligue para nossa linha direta técnica, conte seu tipo de peça e desafios de usinagem e receba uma solução personalizada de otimização de usinagem de 5 eixos de titânio.

Figura 4:Suporte leve em liga de titânio para aviação

Perguntas frequentes

Q1: Quais formatos de arquivo você precisa para um orçamento de usinagem de 5 eixos?

Preferimos modelos sólidos 3D como arquivos STEP ou IGES, que podem representar totalmente a estrutura da peça. Anexe também desenhos em PDF que especificam as dimensões críticas, requisitos de tolerância e informações sobre materiais para obter um orçamento preciso.

Q2: Você consegue lidar com a produção de protótipos e de alto volume?

Com certeza, para os protótipos, temos resposta rápida e serviços de usinagem acelerados para atender às suas necessidades de teste, para pedidos de produção em massa, temos processos maduros e estáveis e soluções de automação para garantir eficiência e consistência.

Q3: Como você garante a qualidade do acabamento superficial dos implantes médicos?

Garantimos que os implantes atendam aos padrões exigidos de acabamento superficial para biocompatibilidade por meio de planejamento cuidadoso do caminho da ferramenta, parâmetros de corte otimizados e técnicas especializadas de pós-processamento, como polimento vibratório ou jato de areia.

Q4: Qual é o maior tamanho de peça que suas máquinas de 5 eixos podem acomodar?

Os tamanhos da nossa mesa de trabalho variam entre equipamentos de usinagem de 5 eixos na faixa de 600mm a 1500mm. Basta fornecer os requisitos de comprimento, largura e altura da sua peça e nós combinaremos com você o equipamento de usinagem mais adequado.

Q5: Vocês fornecem certificação de materiais e relatórios completos de inspeção?

Sim, podemos fornecer certificados de materiais originais do fabricante para garantir a rastreabilidade do material. Também serão fornecidos relatórios de inspeção completos, que incluem dimensões, rugosidade e outros indicadores da primeira peça ou das peças mais críticas de cada lote.

Q6: Qual é a sua experiência com a ISO 13485 para usinagem de dispositivos médicos?

Estabelecemos um sistema completo de controle de qualidade de acordo com o padrão ISO 13485. Os controles são rígidos, desde a inspeção das matérias-primas até a entrega do produto acabado e garantindo que todo o processo de usinagem de dispositivos médicos de 5 eixos seja rastreável e controlável.

Q7: Como o custo se compara entre a usinagem de alumínio e titânio em 5 eixos?

No decorrer da usinagem de cinco eixos, o custo de uma liga de titânio é geralmente 3-5 vezes maior em comparação com uma liga de alumínio. A principal razão para isso é a baixa condutividade térmica de uma liga de titânio, que resulta em ciclos de usinagem mais longos e desgaste da ferramenta, bem como no custo mais elevado da própria matéria-prima.

Q8: Qual é o prazo de entrega típico para um protótipo complexo de 5 eixos?

Normalmente entregamos dentro de 5 a 10 dias úteis após o recebimento de seus dados aprovados. Devido aos diferentes níveis de complexidade das peças e à disponibilidade de materiais, o prazo exato de entrega depende disso. Em qualquer caso, informaremos com antecedência o horário exato.

Resumo

Os serviços de usinagem de 5 eixos não são simplesmente uma reunião de tecnologias, mas uma arte em controle de precisão, otimização de processos e equilíbrio de custos. Apoiada por 15 anos de experiência prática, a JS Precision provou que, ao adotar a abordagem correta, é possível alcançar uma situação ganha-ganha de "alta precisão" e "baixo custo" na usinagem de peças complicadas.

Se você precisa processar componentes aeroespaciais de 5 eixos, usinagem de dispositivos médicos de 5 eixos ou enfrentar desafios de gerenciamento térmico com usinagem de 5 eixos de titânio, podemos fornecer soluções personalizadas para você. Escolha JS Precision e deixe a usinagem de 5 eixos se tornar a força motriz por trás da competitividade do seu produto.

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JS

Especialista em prototipagem rápida e fabricação rápida

Especializada em usinagem cnc, impressão 3D, fundição de uretano, ferramentas rápidas, moldagem por injeção, fundição de metal, chapa metálica e extrusão.

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