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O que é maquinação CNC de 3, 4 e 5 eixos?
A CNC é amplamente utilizada nas indústrias de fabrico para a criação de peças metálicas complexas. A maquinação CNC possui capacidades de eixos variados, ou seja, 3, 4, 5, 7 ou 9. Mais eixos significam a capacidade de criar peças complexas.
Neste artigo, fornecemos informações detalhadas sobre maquinação de 3, 4 e 5 eixos. Ficará a conhecer as suas vantagens, limitações e fatores a considerar ao escolher uma técnica.
O que são 3, 4 e 5 Eixos na Maquinação?
Eixo significa basicamente a direção em que a máquina pode mover-se ou rodar. O eixo rotativo ajuda a dar forma ao material com precisão. Mais eixos significam que a máquina pode mover a ferramenta ou a peça de trabalho em mais direções. Existem dois tipos de eixos:
- Eixo Linear: Eixo linear significa movimento em linha reta. Existem 3 eixos lineares:
- Eixo X: esquerda ↔ direita
- Eixo Y: frente ↔ trás
- Eixo Z: para cima ↕ para baixo
- Eixo Rotativo: O eixo rotativo permite o movimento de rotação. O eixo rotativo move-se em graus. Aqui estão os seus tipos:
- Eixo A: Rotação em torno do eixo X
- Eixo B: Rotação em torno do eixo Y
- Eixo C: Roda em torno do eixo Z
O que é maquinação de 3 eixos?
Na maquinação em 3 eixos, o ferramenta de corte utiliza três eixos de movimento distintos (X, Y, Z) e permanece vertical durante a maquinação. A peça permanece fixa na mesa de trabalho da CNC durante todo o processo de maquinação. Este tipo de maquinação é mais adequado para desbastar superfícies planas ou geometrias de fácil maquinação.
Vantagens da Maquinação de 3 Eixos
As máquinas de 3 eixos oferecem vários benefícios para os fabricantes:
Redução de custos: Comparativamente a máquinas multiaxiais, o custo total de aquisição e
a manutenção de máquinas de 3 eixos é baixa. Isto torna-as acessíveis para pequenas/médias empresas.
Facilidade de programação: Em muitos casos, a programação é bastante fácil para muitas máquinas de 3 eixos. Permitindo assim que os operadores aprendam programação com um treino mínimo.
Velocidade de configuração: O tempo necessário para posicionar ou montar a peça na máquina é menor do que para tipos multi-eixo. E as máquinas de 3 eixos não necessitam de uma calibração complicada antes da produção.
Disponibilidade: A maioria das oficinas mecânicas emprega máquinas de 3 eixos. É fácil encontrar prestadores de serviços ou peças de substituição.
Fiabilidade: Como as máquinas de 3 eixos têm menos componentes do que as máquinas multiaxiais, o potencial de falha é menor. Se mantidas regularmente, podem fornecer um serviço fiável e consistente durante vários anos.
Limitações da Maquinação de 3 Eixos
Aqui estão algumas limitações da maquinação de 3 eixos:
- A ferramenta vertical não consegue cortar com rebaixo nem criar uma superfície moldada.
- Furos em bolsas profundas ou furos angulados também podem não ser conseguidos com uma máquina de 3 eixos.
- Peças com características em lados diferentes necessitam de reposicionamento. Cada reposicionamento adiciona tempo e reduz a precisão.
Aplicações da Maquinação de 3 Eixos
Aqui estão algumas aplicações da maquinação de 3 eixos:
- Placas metálicas planas
- Caixas e invólucros metálicos
- Engrenagens
- Flanges
- Dissipadores de calor
- Moldes simples para moldagem por injeção de plástico
- Placas de identificação e etiquetas gravadas
- Placas de circuito impresso
- Espaçadores e anilhas com dimensões precisas
O que é a Maquinação de 4 Eixos?
A maquinação de 4 eixos possui um eixo rotacional para além dos três movimentos lineares existentes. A peça pode rodar num eixo mais comummente referido como eixo A. A adição desta rotação permite à máquina maquinar superfícies curvas ou múltiplas faces de um objeto. Não é necessário reposicionar o objeto manualmente.
Vantagens da Maquinagem de 4 Eixos
Vamos analisar algumas vantagens da maquinação de 4 eixos:
Configuração Menos Demorada: Com a máquina de 4 eixos, que possui o eixo de rotação adicional, não é necessário remover e remontar peças. Assim, pode maquina múltiplas faces de uma vez, poupando várias horas de manuseamento manual.
Usinagem de Superfícies Curvas: Procura curvas suaves ou características cilíndricas? O eixo de rotação permite criar facilmente estas características. A maquinação de 4 eixos permite uma gravação contínua e sem falhas em peças, sem ter de pausar para ajustar a posição correta.
Aumento da Vida Útil da Ferramenta: As ferramentas de corte aproximam-se da peça em ângulos ótimos durante o processo de maquinação, reduzindo assim o desgaste. Isto aumenta a vida útil geral da ferramenta, levando a uma maior poupança na substituição de ferramentas.
Tempos de Produção Mais Rápidos: Devido ao tempo de manuseamento reduzido entre cada processo de trabalho, terminará os trabalhos muito mais rapidamente.
Limitações da Maquinação de 4 Eixos
Os sistemas de 4 eixos têm as seguintes limitações:
- O custo associado à aquisição de maquinaria de 4 eixos é superior ao da maquinaria de 3 eixos.
- Se a sua peça for complexa e contiver múltiplos ângulos, poderá ter dificuldade em aceder a essas áreas.
- O desenvolvimento do percurso da ferramenta exigirá mais tempo e esforço. O programador necessita de tempo adicional para aprender as complexidades do programa CAD.
Aplicações da Maquinagem de 4 Eixos
Aplicações de maquinação de 4 eixos incluem:
- Vilares com perfis curvos
- Eixo utilizado em turbinas na produção de energia elétrica
- Produtos personalizados em formato cilíndrico (ex: canetas e tubos personalizados)
- Engrenagens helicoidais
- Impulsores de bomba com pás curvas
- Parafusos médicos
- Cano de espingarda personalizado
- Moldes cilíndricos para fabricar garrafas
- Acoplamentos e conectores
Usinagem de 5 eixos
Uma máquina de 5 eixos tem as mesmas capacidades dos sistemas de 3 e 4 eixos, mas adiciona dois eixos rotacionais aos eixos lineares. A ferramenta de corte pode rodar e inclinar-se ao aproximar-se da peça, permitindo aceder a quase qualquer ângulo na peça.
Adicionalmente, a maquinação de 5 eixos pode produzir formas altamente complexas sem exigir que a peça seja movida para uma posição diferente.
É assim que a capacidade de 5 eixos é utilizada:
- Usinagem em 3+2 Eixos (Posicional): Na maquinação posicional, os eixos rotativos são usados para orientar a ferramenta ou a peça num ângulo fixo. De seguida, o corte é realizado utilizando os eixos lineares. Os eixos rotativos permanecem imóveis durante o processo de corte.
- Usinagem Simultânea de 5 Eixos: Na maquinação simultânea de 5 eixos, todos os cinco eixos movem-se continuamente ao mesmo tempo durante o corte. A máquina pode aproximar-se da peça de todos os cinco lados. Este é um método avançado que permite a maquinação de geometrias altamente complexas e de forma livre, e acabamentos superficiais superiores.
Vantagens da Maquinagem de 5 Eixos
A maquinação de 5 eixos tem vantagens únicas em relação a outros métodos:
Uma Configuração: A maquinação de 5 eixos permite criar todos os lados e características de peças complexas numa única configuração.
Acabamento Superior da Superfície A ferramenta mantém um contacto ótimo com a peça de trabalho durante todo o ciclo de corte, o que resulta em superfícies mais lisas com menos marcas de ferramenta visíveis e menos trabalho de acabamento.
Precisão: A capacidade de inclinar a cabeça confere a capacidade de utilizar ferramentas mais curtas e rígidas. Isto diminui as vibrações e deflexões da ferramenta, permitindo alcançar um nível de precisão superior ao usinar características profundas.
Usinagem Mais RápidaEmbora a programação demore mais no início, o tempo de produção de peças diminui significativamente com uma ferramenta programada uma vez.
Limitações da Maquinação de 5 Eixos
As capacidades de maquinação de 5 eixos apresentam certas desvantagens, incluindo:
- Uma máquina CNC de 5 eixos custa entre 3 a 5 vezes mais do que uma máquina CNC de 3 eixos comparável.
- Uma máquina de 5 eixos requer programadores de fabrico auxiliado por computador (CAM) altamente qualificados para a programar. Contratar programadores CAM experientes ou formar programadores internos acarretará custos adicionais elevados.
- Quanto maior o número de peças móveis em 5 eixos, maior a possibilidade de uma ferramenta ou cabeça de ferramenta colidir com o dispositivo de fixação ou a peça de trabalho. Portanto, os operadores de máquinas de 5 eixos devem ter o cuidado de simular o programa antes de executá-lo.
- Se apenas fabricar peças simples, utilizar uma máquina de 5 eixos não é eficiente devido à quantidade de tempo de configuração e programação em comparação com a velocidade com que a máquina consegue processar a peça.
Aplicações de Maquinação de 5 Eixos
Aqui ficam algumas aplicações da maquinação de 5 eixos:
- Implantes médicos de titânio
- Pás de turbina aeroespacial
- Moldes de painéis de carroçaria automóvel
- Componentes protéticos
- Componentes de motor protótipo, incluindo canais de arrefecimento internos
- Hélices marítimas
- Ferramenta de ângulo composto e componentes de matriz
- Componentes estruturais de aeronaves militares com cavidades redutoras de peso.
Principais Diferenças entre Maquinação de 3, 4 e 5 Eixos
Na secção seguinte, discutimos as principais diferenças entre o maquinação de 3, 4 e 5 eixos:
Complexidade da Peça
- Usinagem de 3 Eixos: O maquinamento de 3 eixos permite fabricar peças planas com características simples (furos, cavidades), mas não consegue realizar reentrâncias ou ângulos complexos.
- Usinagem de 4 Eixos: Com maquinação de 4 eixos, pode fazer peças cilíndricas/peças de formato circular com curvatura, e peças com características em múltiplos lados.
- Usinagem de 5 Eixos: Com a usinagem de 5 eixos, as formas mais complicadas e complexas podem ser fabricadas. Ângulos compostos, cavidades profundas e curvaturas orgânicas são fabricados num único ajuste.
Custo
- Usinagem de 3 Eixos: É tipicamente muito acessível ($20 mil em média), e tem custos operacionais contínuos muito baixos.
- Usinagem de 4 Eixos: A maquinação de 4 eixos custar-lhe-á mais ($75 mil a$250 mil), com custos de manutenção razoáveis.
- Usinagem de 5 Eixos: Pode variar entre $200 mil e $1 milhão ou mais), com custos operacionais/de manutenção contínuos significativos.
Tempo Gasto
- Usinagem de 3 Eixos: É capaz de fabricar peças simples e com tempos de resposta relativamente rápidos. No entanto, a fabricação de peças mais complexas requer múltiplas configurações que podem afetar o seu cronograma geral.
- Usinagem de 4 Eixos: Elimina o tempo de inatividade, permitindo rodar as peças no dispositivo em vez de ter de o montar completamente na peça.
- Usinagem de 5 Eixos: Processa as peças complexas mais rapidamente, pois a peça inteira é feita num único setup.
Requisitos de Programação
- Usinagem de 3 Eixos: Requer apenas formação básica do operador em 2-3 semanas utilizando um pacote CAM standard
- Usinagem de 4 Eixos: Requer que a(s) pessoa(s) que realiza(m) a programação tenha(m) um conhecimento de percursos de ferramentas rotativas, pelo que necessitará de alguns meses de formação.
- Usinagem de 5 Eixos: Requer pessoal altamente qualificado com conhecimentos avançados em programação CAM e competências em prevenção de colisões.
Tempo de configuração
- Usinagem de 3 Eixos: O tempo necessário para configurar e executar o seu trabalho com uma máquina de 3 eixos situa-se entre 15 minutos e 30 minutos.
- Usinagem de 4 Eixos: Para uma máquina de 4 eixos, demora entre 30 a 60 minutos porque é necessário fixar o dispositivo rotativo e posicionar a peça.
- Usinagem de 5 Eixos: Leva entre 1 hora e 3 horas inicialmente, mas não precisa de a reposicionar novamente depois disso.
Precisão
- Usinagem de 3 Eixos: As tolerâncias mantidas ao usar máquinas de 3 eixos estão na gama de ±0,005 polegadas.
- Usinagem de 4 Eixos: Tem tolerâncias mais precisas de ±0,002 polegadas porque a sua peça permanece nesta posição durante mais tempo durante a maquinação.
- Usinagem de 5 Eixos: A maquinação de 5 eixos tem tolerâncias ainda mais rigorosas de ±0,0005 ou mais apertadas.
Qualidade do acabamento da superfície
- Usinagem de 3 Eixos: Devido ao uso de máquinas de 3 eixos, as superfícies planas ficam boas; no entanto, as superfícies anguladas mostram marcas de ferramentas visíveis.
- Usinagem de 4 Eixos: Superfícies cilíndricas produzidas a partir de uma configuração de 4 eixos proporcionam um acabamento muito liso em todas as curvas.
- Usinagem de 5 Eixos: A qualidade final definitiva é produzida na máquina de 5 eixos porque a ferramenta mantém o ângulo de corte ótimo na peça.
Conclusão
A compreensão sobre a maquinação CNC de 3, 4 e 5 eixos ajuda as pessoas na indústria transformadora a selecionar a tecnologia correta para si. Um maior número de eixos permite mais movimento e flexibilidade. Permite também a utilização de geometrias mais complexas e menos configurações. No entanto, as máquinas com mais do que três eixos custarão mais dinheiro e exigirão mais perícia na programação.
FAQs
Qual é a diferença entre maquinação de 3 e 5 eixos?
A diferença entre a maquinação de 3, 4 e 5 eixos reside na direção em que a ferramenta ou a peça de trabalho se podem mover. Com três eixos, a máquina só se pode mover ao longo de três linhas retas. Com quatro eixos, a máquina pode também rodar em torno do eixo. Com uma máquina de cinco eixos, a máquina pode inclinar-se e rodar.
Existe uma máquina CNC de 6 eixos?
Sim, as máquinas de seis eixos foram concebidas especificamente para oferecer flexibilidade adicional. No entanto, estas máquinas são utilizadas para aplicações especializadas, como as que envolvem a combinação de processos de maquinação robótica com fabrico aditivo.
Quanto custa a maquinação CNC por hora?
Os preços da maquinação CNC variam com base no número de eixos da máquina. Por exemplo, máquinas de 3 eixos custarão geralmente entre$40-$75 por hora, máquinas de 4 eixos custarão entre$75- $150 por hora e máquinas de 5 eixos custarão geralmente entre $150- $300 por hora. O custo depende das capacidades da máquina e da localização geográfica.
Quanto custa uma máquina CNC de 5 eixos?
O preço de uma máquina de fabrico CNC de 5 eixos geralmente varia entre $200 000 e mais de $1 000 000. As versões de secretária de entrada destas máquinas custarão geralmente pelo menos $50 000, mas terão tipicamente capacidades muito limitadas. As máquinas industriais com níveis mais elevados de precisão, por outro lado, custarão muitas vezes mais do que esse valor.
