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¿Qué es el mecanizado CNC de 4 y 5 ejes?

Descubra los avances en el mecanizado CNC de 4 y 5 ejes para las industrias aeroespacial y médica, mejorando la precisión y la eficiencia en la producción.
HITOP / Blog / <a href="https://hitopindustrial.com/es/mecanizado-cnc-de-4-y-5-ejes/" title="¿Qué es el mecanizado CNC de 4 y 5 ejes?">¿Qué es el mecanizado CNC de 4 y 5 ejes?

Hablando de la industria manufacturera, una técnica que ha dominado a todas las demás en las últimas décadas es Mecanizado CNC. La curiosidad por el rápido desarrollo de esta tecnología es genuina y comprensible.

CNC, o control numérico computarizado, es donde se emplea software preprogramado especializado para operar máquinas de fabricación. El sistema de mecanizado es un término más amplio que engloba otros como el torneado CNC, fresado CNC, taladrado CNC, etc. Los sistemas de mecanizado CNC se han convertido en una parte integral de industrias como la aeroespacial y la médica, entre otras.

Se ha demostrado que tras la implementación de sistemas CNC, la necesidad de mano de obra se ha reducido significativamente. Estos sistemas están altamente optimizados y libres de errores, y también se ha maximizado la velocidad de entrega del producto terminado.

Los sistemas CNC suelen funcionar en 3 ejes, X, Y y Z. A medida que evolucionamos, también han surgido mejores métodos de 4 y 5 ejes. En este artículo intentaremos comprender la necesidad, existencia y ventajas de estos sistemas evolutivos.

Primer plano de una máquina herramienta CNC con cabezal multieje, centrada en el mecanizado de alta precisión en un entorno industrial moderno

La necesidad de mecanizado CNC de 4 y 5 ejes 

Siempre que discutimos la necesidad de algo mejor, tenemos que abordar la existencia y las limitaciones de su predecesor. En este caso se trataría de un mecanizado CNC de 3 ejes.

¿Qué es el mecanizado de 3 ejes?

El proceso de cortar y dar forma a materiales según los ejes X, Y y Z con una máquina CNC se conoce como mecanizado CNC de 3 ejes. Cada eje simboliza una dirección distinta de movimiento:

Eje X: movimiento horizontal de izquierda a derecha.

Eje Y: Movimiento horizontal de adelante hacia atrás.

Eje Z: movimiento vertical hacia arriba y hacia abajo.

Este proceso de mecanizado de 3 ejes tiene la capacidad de formar diseños detallados a partir de muchos materiales, incluidos metal, madera y plástico. Este método se emplea principalmente para producir prototipos, piezas y componentes con excelente reproducibilidad y precisión. 

¿Limitaciones del mecanizado de 3 ejes?

1. Complejidad superficial limitada: El mecanizado de 3 ejes solo puede mover la herramienta de corte en tres direcciones. Esto limita su capacidad para acceder a todas las secciones de una superficie complicada. Esta restricción puede hacer imposible la creación de geometrías complejas sin la necesidad de configuraciones adicionales o mano de obra humana.

2. Socavados y voladizos: El mecanizado de 3 ejes tiene problemas para mecanizar socavados y salientes debido a la orientación fija de la herramienta de corte. Estas características necesitan que la herramienta llegue a la pieza de trabajo desde diferentes ángulos al mismo tiempo. Esto es algo que el sistema de 3 ejes no puede realizar sin que sea necesario reposicionar la pieza de trabajo o requerir procesos de corte adicionales.

3. Menos efectivo para componentes complicados: La producción de piezas complejas con geometrías intrincadas a menudo requiere múltiples configuraciones o reposicionamiento de la pieza de trabajo en máquinas CNC de 3 ejes. Esto conduce a mayores tiempos de configuración y una menor eficiencia.

4. Acceso restringido a herramientas: Hay ocasiones en las que no se puede llegar a todas las partes de la pieza de trabajo. Esto sucede especialmente si hay objetos o características en el camino. Esta restricción puede causar que el componente no esté completamente mecanizado o que requiera mano de obra para completarse.

Mecanizado de 4 ejes y 5 ejes: definición y diferencias

Para resolver los problemas que enfrentaba la industria debido a la limitación del mecanizado de 3 ejes, se incluyeron mecanizados de 4 y 5 ejes. Discutamos esto en detalle.

Herramienta de corte de precisión en acción en una máquina CNC de 4 ejes, lo que demuestra tecnología avanzada en fabricación automatizada de metales.

Mecanizado de 4 ejes

Una técnica de fabricación que produce piezas complejas y precisas con una eficiencia inigualable se llama mecanizado de 4 ejes. El mecanizado de 4 ejes agrega un eje giratorio, generalmente llamado eje A, por encima del trío original de X, Y y Z. Este eje adicional aumenta la movilidad de la herramienta alrededor de la pieza de trabajo.

La adaptabilidad general del proceso de mecanizado aumenta con la ayuda de la movilidad adicional que proporciona el eje A.

El mecanizado de 4 ejes es beneficioso ya que puede llegar a diferentes lados de una pieza de trabajo sin moverla demasiado. Esto conduce a la optimización de la velocidad y, en última instancia, a maximizar la productividad. Con esta configuración son posibles diseños más complejos y elaborados, gracias al uso del movimiento giratorio.

El mecanizado en 4 ejes es la opción ideal para el sector aeroespacial; Artículos como palas de turbina y piezas de motor tienen especificaciones estrictas. En aplicaciones aeronáuticas, se requiere un mecanizado preciso de geometrías complicadas desde diversos ángulos para garantizar un rendimiento y una fiabilidad excelentes. Además, el fabricacion de moldes, matrices y herramientas para el automotorLos sectores de electrónica de consumo, médico y de consumo utilizan con frecuencia el mecanizado de 4 ejes.

Dependiendo de las especificidades del proyecto, la rotación del eje A en el mecanizado de cuatro ejes puede ser continua o indexada. La pieza de trabajo se puede girar suavemente indefinidamente, lo que la hace perfecta para formar formas intrincadas. Para un posicionamiento angular preciso o mecanizado de características simétricas alrededor de un eje central, la rotación indexada mueve con precisión el eje A.

Para realizar el mecanizado en 4 ejes se necesitan herramientas especializadas, como ejes giratorios basculantes o mesas giratorias. Estas piezas se integran suavemente con los centros de mecanizado CNC (control numérico por computadora), lo que permite un control preciso de los movimientos giratorios y lineales. 

Mecanizado de 5 ejes

El mecanizado de cinco ejes agrega dos ejes giratorios más a los tres ejes de movimiento estándar (X, Y y Z) utilizados en el mecanizado de 3 ejes. Esto permite un mayor rango de movimiento para la herramienta. 

Esta mayor flexibilidad crea muchas oportunidades nuevas para producir piezas complejas y geométricamente difíciles. Todo lo que necesita saber sobre el mecanizado de 5 ejes se menciona a continuación.

Básicamente, en el mecanizado de 5 ejes se utiliza una máquina herramienta con dos ejes giratorios y tres lineales. Los ejes giratorios permiten que la herramienta de corte se incline y gire en muchas direcciones. Por otro lado, los ejes lineales van a las acciones de la herramienta a lo largo de los ejes X, Y y Z. 

El mecanizado de 5 ejes reduce los tiempos de configuración y produce productos finales detallados y precisos. Con frecuencia, los componentes complejos se pueden mecanizar en una única configuración utilizando máquinas de 5 ejes. Esta característica específica elimina la necesidad de realizar varios ajustes y reduce la posibilidad de cometer errores al mover la pieza de trabajo. 

Esta simplificación del proceso de fabricación puede generar importantes reducciones de tiempo y costos, especialmente para componentes de alta precisión. La capacidad del mecanizado para crear productos con mayores tolerancias y acabados superficiales más finos es otra ventaja importante.

Los sectores aeroespacial, automotriz, médico y fabricación de moldes sectores son sólo algunas de las áreas donde se utiliza el mecanizado de 5 ejes. Por ejemplo, el mecanizado de 5 ejes se utiliza en la industria aeroespacial para crear piezas para aviones, como carcasas de motores y accesorios estructurales. Se utiliza en el sector del automóvil para fabricar moldes, troqueles y prototipos con formas complejas y llenos de funciones.

De manera similar, el mecanizado de 5 ejes se utiliza en la profesión médica para proporcionar geometrías exactas y configuraciones únicas para implantes ortopédicos, equipos quirúrgicos y dispositivos protésicos.

Ventajas del mecanizado de 4 ejes y del mecanizado de 5 ejes sobre el mecanizado de 3 ejes

El mecanizado de 4 ejes y el mecanizado de 5 ejes ofrecen varias ventajas sobre el mecanizado tradicional de 3 ejes. Analicémoslos en detalle.

Ventajas del mecanizado de 4 ejes

1. Mecanizado de geometría complicada: La capacidad del mecanizado de 4 ejes para manejar geometrías complicadas es uno de sus principales beneficios. Con las máquinas tradicionales de 3 ejes, sería difícil o imposible producir formas complejas, cortes y características en ángulo. Sin embargo, el eje extra lo hace factible.

Dado que las piezas de estos sectores suelen tener diseños sofisticados, como por ejemplo aeroespacial, automotriz y médico, esta flexibilidad es muy significativa.

2. Tiempo de configuración más corto: El mecanizado en cuatro ejes permite el corte simultáneo de los lados de la pieza. A diferencia del mecanizado de 3 ejes, donde la pieza de trabajo necesitaría ajustarse varias veces, esto implica que se necesitan menos configuraciones. Los tiempos de instalación más cortos dan como resultado una mayor producción y eficiencia, así como una mano de obra más barata.

3. Acabado superficial mejorado: En el mecanizado de 4 ejes, la capacidad de inclinar la pieza de trabajo o la herramienta de corte puede ayudar a mantener las condiciones de corte en sus niveles ideales. El resultado son mejores acabados superficiales y trayectorias de herramientas más suaves. 

Es esencial para piezas que deben ser muy precisas y estéticamente agradables. Se puede ahorrar tiempo y recursos reduciendo la necesidad de procesos de acabado posteriores cuando se mejora la calidad de la superficie.

4. Mayor vida útil de la herramienta: Al permitir trayectorias de herramientas y técnicas de corte más efectivas, el mecanizado de 4 ejes puede contribuir a aumentar la vida útil de la herramienta. El mecanizado de 4 ejes minimiza los movimientos innecesarios de las herramientas y maximiza los ángulos de corte para reducir el desgaste de las herramientas y aumentar su vida útil. Los fabricantes pueden ahorrar dinero al tener que gastar menos en mantenimiento y reemplazo de herramientas.

Ventajas del mecanizado de 5 ejes

Mecanizado CNC de 5 ejes en proceso, que demuestra el corte complejo de un engranaje metálico complejo con alta precisión y eficiencia.

1. Mejor acabado superficial: El mecanizado de 5 ejes puede mantener ángulos de corte ideales en la superficie de la pieza de trabajo inclinando la herramienta de corte en diferentes direcciones. Los acabados superficiales son más suaves y, como consecuencia, se necesitan menos pasos de acabado secundarios. El mejorado pulido de superficies Será especialmente útil para las partes que deben ser visualmente agradables.

Además, para las piezas que necesitan satisfacer requisitos funcionales como fricción reducida o mejor aerodinámica.

2. Rutas de herramientas óptimas: Para crear trayectorias de herramientas óptimas, el software de mecanizado de 5 ejes utiliza con frecuencia algoritmos sofisticados. Estas rutas dan como resultado operaciones de mecanizado más efectivas al tener en cuenta múltiples variables, como tasas de eliminación de material y orientación de la herramienta. La optimización de las trayectorias de las herramientas puede dar como resultado un menor desgaste de la herramienta, una mayor evacuación de virutas y un rendimiento de mecanizado mejorado en general.

3. Productividad mejorada: En comparación con las operaciones secuenciales en máquinas de eje inferior, el mecanizado de 5 ejes puede reducir drásticamente la duración de los ciclos. Este proceso puede hacerlo realizando operaciones de mecanizado simultáneas en varios lados de una pieza de trabajo. Una mayor eficiencia de producción general, plazos de entrega más cortos y tiempos de respuesta más rápidos son resultados de esta productividad mejorada. 

Además de eso, esto reduce los requisitos de intervención manual y reduce la posibilidad de errores de reposicionamiento de la pieza de trabajo.

4. Ahorro de costos: Aunque el mecanizado de 5 ejes puede costar inicialmente más que las configuraciones de mecanizado estándar, con el tiempo la productividad general aumenta, lo que genera ahorros de costos. Además, la capacidad de producir piezas complejas internamente, en lugar de subcontratarlas a instalaciones especializadas, podría reducir aún más los gastos.

Mecanizado de 4 y 5 ejes en moldeo por inyección: usos y ventajas

Para poder producir moldes complicados con extrema precisión y eficiencia para moldeo por inyección, se utilizan procesos de producción como el mecanizado de 4 y 5 ejes. A continuación se muestran algunos usos para ellos y sus beneficios:

Para moldeo por inyección, Se fabrican moldes sofisticados y precisos mediante procesos de fabricación, incluido el mecanizado de 4 y 5 ejes. Este tipo de mecanizado ha abierto caminos para el mecanizado de geometrías específicas. Esto ha sido posible gracias a la capacidad de socavar ya que la herramienta de corte se desplaza a lo largo y más allá de los ejes X, Y y Z. 

La herramienta de corte puede acercarse al material del molde desde varios ángulos. Poder abordar las piezas de trabajo desde múltiples ángulos reduce la necesidad de procedimientos de acabado adicionales. Estos procesos permiten la producción de un pulido de superficies complejo y mejorado. 

Ambos métodos son necesarios para satisfacer las demandas del moldeo por inyección contemporáneo. Estos métodos permiten la creación de moldes con geometrías extremadamente complejas y logran mayor precisión y productividad. El mecanizado de 4 y 5 ejes es fundamental para ampliar el potencial de tecnología de moldeo por inyección.

Conclusión

En conclusión, el mecanizado CNC de 4 y 5 ejes representa la cúspide de la ingeniería de precisión en la fabricación. Estos métodos de vanguardia han transformado sectores, incluido el aeroespacial, automotor, y fabricación de dispositivos médicos. El mecanizado de 4 y 5 ejes ofrece una versatilidad que supera los métodos tradicionales al proporcionar a las herramientas de corte ejes de movimiento adicionales. 

La adopción del mecanizado CNC de 4 y 5 ejes seguramente seguirá siendo esencial para la búsqueda global de innovación en los procesos internos. Para aprovechar servicios de moldeo por inyección o fabricación de moldes de precisión de alta calidad, Contáctenos. Nuestro equipo Estará encantado de ayudarle.

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