Imagine una máquina tan precisa que pueda tallar los detalles más intrincados de una pieza de un motor a reacción. Esta es la potencia de la máquina CNC de cinco ejes. A diferencia de las máquinas tradicionales de tres ejes, se mueve en cinco direcciones, lo que permite una precisión y eficacia inigualables. En este artículo, descubrirá cómo estas máquinas revolucionan la fabricación, por qué son esenciales para geometrías complejas y cómo impulsan la productividad en diversas industrias. Prepárese para ver cómo las máquinas CNC de cinco ejes están remodelando el futuro de la producción de alta tecnología.
Las máquinas herramienta simbolizan el nivel de destreza manufacturera de una nación. El pináculo de la fabricación de máquinas herramienta está representado por el sistema de máquinas herramienta de control numérico enlazado de cinco ejes.
En algunos aspectos, refleja el estado de desarrollo industrial de una nación. Durante mucho tiempo, los países occidentales industrializados, encabezados por Estados Unidos, han tratado el sistema de máquina herramienta de control numérico enlazado de cinco ejes como un recurso estratégico vital, implantando un sistema de licencias de exportación.
Especialmente durante la Guerra Fría, impusieron bloqueos y embargos a naciones del bloque socialista como China y la antigua Unión Soviética. A finales del siglo pasado se produjo el "Incidente Toshiba", cuando la empresa japonesa Toshiba Corporation vendió varias fresadoras de control numérico enlazado de cinco ejes a la antigua Unión Soviética.
El resultado fue una mejora en la fabricación de hélices para submarinos, haciéndolas indetectables por el sonar de los buques espía estadounidenses. Por ello, Estados Unidos sancionó a Toshiba Corporation por violar el embargo de materiales estratégicos.
Los centros de mecanizado tienen una gran capacidad de procesamiento integrado. Después de sujetar una pieza de trabajo una vez, puede completar una cantidad significativa de procesamiento, con alta precisión.
Para piezas en lotes de dificultad media, su eficacia es de cinco a diez veces superior a la de las máquinas herramienta normales, sobre todo porque puede realizar muchas tareas que las máquinas herramienta normales no pueden. Es especialmente adecuada para la producción de formas complejas y unidades de alta precisión, o la producción a pequeña escala de múltiples variedades.
En la fabricación moderna, el mecanizado de precisión es cada vez más frecuente. Las máquinas CNC de alta gama y los moldes, que permiten un procesamiento de precisión, se sitúan a la vanguardia de la cadena de la industria manufacturera. La calidad de los productos moldeados depende en gran medida de los equipos CNC.
En medio de una intensa competencia en el mercado, la fabricación requiere ciclos de producción más cortos, mayor calidad de procesamiento, capacidades de reequipamiento de productos más rápidas y menor tecnología de fabricación.
Para hacer frente a estas condiciones, cada vez más empresas manufactureras están adoptando tecnologías de gama alta. Máquina CNC máquinas de procesamiento de cuatro y cinco ejes.
Sabemos que una máquina herramienta de tres ejes sólo tiene tres ejes de movimiento ortogonales (comúnmente definidos como ejes X, Y y Z), y sólo puede alcanzar tres direcciones de libertad de movimiento lineal.
Por lo tanto, puede procesar estructuras a lo largo de la dirección del eje de la herramienta de mecanizado. No se pueden procesar características de estructuras laterales. (La máquina herramienta de tres ejes tiene que diseñar múltiples juegos de útiles, instalar, ubicar y sujetar varias veces, descomponer el mecanizado general, lo que alarga el ciclo de procesamiento y reduce en gran medida la calidad).
Las herramientas (o piezas) sin restricciones tienen seis grados de libertad en el espacio. La realidad es que durante corte de metalesSe generan enormes fuerzas de corte y fricción entre la pieza y la herramienta.
Para evitar que la posición de la pieza se mueva, debe sujetarse y fijarse. El mecanizado CNC de cinco ejes se refiere a disponer de al menos cinco ejes de coordenadas (tres coordenadas lineales y dos coordenadas giratorias) en una única máquina herramienta, que pueden coordinarse y procesarse simultáneamente bajo control numérico por ordenador.
El sistema de máquina herramienta CNC enlazado de cinco ejes es el único medio para procesar impulsores, palas, hélices de barcos, rotores de generadores de gran potencia, rotores de turbinas, grandes cigüeñales de motores diésel, etc.
Se trata de una máquina herramienta de alta tecnología y alta precisión diseñada específicamente para procesar superficies complejas, que ejerce una influencia significativa en las industrias aeronáutica, aeroespacial, militar, de investigación, de instrumentos de precisión y de equipos médicos de alta precisión de un país, entre otras.
Por rodete se entiende tanto una rueda provista de álabes móviles, que forma parte del rotor en las turbinas de vapor de impulso, como el conjunto formado por la rueda y los álabes giratorios montados en ella.
Un generador de turbina de vapor es un generador accionado por una turbina de vapor. El vapor sobrecalentado producido por la caldera entra en la turbina, se expande para realizar trabajo y hace girar los álabes, que a su vez impulsan el generador para producir electricidad.
El vapor gastado después del trabajo se devuelve a la caldera para su reciclaje a través del condensador, la bomba de agua circulante, la bomba de condensado, el dispositivo de calentamiento del agua de alimentación y otros componentes.
El sistema de coordenadas estándar es un sistema cartesiano a derechas. Los ejes de coordenadas básicos son tres ejes lineales: X, Y y Z. Los ejes de rotación correspondientes a cada uno de estos ejes lineales se denotan como A, B y C respectivamente.
El mecanizado CNC de cinco ejes se refiere a una máquina herramienta con al menos cinco ejes de coordenadas (tres coordenadas lineales y dos coordenadas rotacionales) que puede realizar movimientos coordinados para el procesamiento bajo el control de un sistema de control numérico por ordenador.
El "eje" en a CNC máquina herramienta denota un eje de movimiento, que también puede considerarse como un eje de coordenadas espaciales, como el eje XY en coordenadas, en el que cada eje de movimiento tiene un controlador independiente y un sistema de accionamiento del motor.
Es decir, la máquina herramienta CNC tiene cinco servoejes (excluido el eje principal) que pueden interpolar simultáneamente (los cinco servoejes pueden moverse al mismo tiempo para procesar una sola pieza).
Cinco ejes Máquinas herramienta CNC se presentan en diversas formas estructurales, divididas principalmente en tres categorías principales: tipo basculante de mesa de trabajo, tipo basculante de husillo y una combinación de herramientas de mecanizado de cinco ejes de tipo basculante de mesa de trabajo/husillo.
Máquina herramienta CNC de 5 ejes:
Tipo de banco de trabajo inclinado
Se refiere al tipo de banco de trabajo inclinado. El banco de trabajo colocado en la bancada de la máquina puede girar alrededor del eje X, definido como eje A, normalmente en un rango de +30 a -120 grados.
También hay instalada una mesa giratoria en el centro del banco de trabajo que puede girar alrededor del eje Z en la ubicación representada, definida como eje C, lo que permite una rotación completa de 360 grados.
La combinación de los ejes A y C permite mecanizar con el husillo vertical las cinco caras de la pieza fijada en el banco de trabajo, excepto la cara inferior.
Los valores mínimos de indexación para los ejes A y C suelen ser de 0,001 grados, lo que permite subdividir la pieza en cualquier ángulo, mecanizando así superficies inclinadas y orificios.
Cuando los ejes A y C se coordinan con los ejes lineales XYZ, pueden mecanizarse superficies espaciales complejas, lo que, por supuesto, requiere el apoyo de sistemas de control numérico de alta gama, servosistemas y software.
La ventaja de esta configuración es que tiene una estructura de husillo relativamente sencilla con una excelente rigidez y menores costes de fabricación.
Sin embargo, el banco de trabajo generalmente no puede diseñarse demasiado grande, y su capacidad de carga es algo limitada, especialmente cuando la rotación del eje A es mayor o igual a 90 grados, ya que el corte de la pieza de trabajo ejercerá un par de carga significativo sobre el banco de trabajo.
El tipo de husillo inclinado cuenta con un cabezal giratorio en el extremo delantero del husillo principal, que puede girar independientemente alrededor del eje Z 360 grados, convirtiéndose así en el eje C.
El cabezal giratorio también incluye un eje A que puede girar alrededor del eje X, normalmente alcanzando más de ±90 grados, realizando las mismas funcionalidades mencionadas anteriormente.
La ventaja de esta configuración es la flexibilidad que ofrece en el mecanizado por husillo; la mesa de trabajo puede diseñarse a escala sustancial, lo que permite procesar enormes carrocerías de aviones y carcasas de motores en estos centros de mecanizado.
Otra ventaja significativa es el uso de una fresa de punta esférica para el mecanizado de superficies. Cuando la línea central de la herramienta es perpendicular a la superficie de mecanizado, la velocidad de línea en la punta de la fresa de punta esférica es cero, lo que da lugar a un acabado superficial de baja calidad debido al corte de la punta.
Sin embargo, al utilizar un diseño de husillo giratorio que hace girar el husillo en ángulo con respecto a la pieza, la fresa de punta esférica evita el corte de la punta, garantizando una cierta velocidad de línea y mejorando la calidad del mecanizado de la superficie.
Esta estructura es muy solicitada para el mecanizado de superficies de alta precisión de moldes, algo difícil de conseguir con un centro de mecanizado de mesa giratoria.
Para lograr una alta precisión de rotación, los ejes giratorios de gama alta están equipados con sistemas de retroalimentación de escala de rejilla circular, lo que permite una precisión de indexación en pocos segundos.
Naturalmente, este tipo de estructura de rotación del husillo es más compleja y, en consecuencia, los costes de fabricación son más elevados.
Un eje de rotación se encuentra en el lado de la herramienta del cabezal del husillo y el otro en el lado de la mesa de trabajo. Este tipo de máquina herramienta tiene la disposición más flexible de estructuras de ejes de rotación, que pueden ser cualquier combinación de ejes A, B y C.
La mayoría de las máquinas-herramienta del tipo mesa de trabajo/basculante están configuradas con un eje B combinado con una mesa de trabajo que gira alrededor del eje C. Esta disposición estructural es sencilla, flexible y comparte las ventajas de las máquinas de inclinación de husillo y de inclinación de mesa de trabajo.
El husillo de estas máquinas puede girar a una posición horizontal o vertical, y la mesa de trabajo sólo necesita indexarse para el posicionamiento, lo que facilita su configuración como centro de procesamiento de tres ejes capaz de conversión vertical y horizontal.
Mediante la conversión de la orientación del husillo y su combinación con la indexación de la mesa de trabajo, es posible realizar un mecanizado pentaédrico de la pieza. El resultado son unos costes de fabricación reducidos y una utilidad práctica.
El centro de mecanizado enlazado de cinco ejes es ideal para procesar componentes complejos que requieren multitud de operaciones.
Estos componentes exigen el uso de varios tipos de máquinas herramienta convencionales, numerosas herramientas de corte y accesorios, y a menudo requieren múltiples configuraciones y ajustes para completarlos con éxito.
1. Componentes tipo armario
Los componentes de tipo armario suelen requerir un mecanizado plano y de orificios de varias estaciones, con elevadas exigencias de tolerancia.
En particular, las tolerancias de forma y posición son bastante rigurosas.
Estos componentes suelen someterse a un proceso de fresado, perforaciónLas operaciones de escariado, mandrinado, brochado y roscado requieren numerosas herramientas. El proceso supone un reto para las máquinas herramienta estándar debido a las múltiples sujeciones y alineaciones, lo que dificulta garantizar la precisión del mecanizado.
Cuando se trabaja con piezas de tipo armario, la mesa de trabajo debe girar varias veces para mecanizar en cuatro caras horizontales, por lo que resulta adecuado utilizar un centro de mecanizado horizontal.
2. Superficies complejas
Las superficies complejas desempeñan un papel importante en la fabricación mecánica, sobre todo en la industria aeroespacial. Fabricar superficies complejas con los métodos de mecanizado convencionales es todo un reto, por no decir imposible.
Dichos componentes de superficie compleja incluyen una variedad de impulsores, formas esféricas, diversas rectificadoras de conformado de superficies curvas, hélices, hélices de vehículos submarinos y otras superficies de forma libre. Estos componentes se procesan con mayor eficacia en un centro de mecanizado de cinco ejes.
La fresa actúa como una superficie envolvente para aproximar superficies esféricas. Al mecanizar superficies complejas con un centro de mecanizado, la carga de trabajo de programación es considerable, y la mayoría de las tareas requieren una tecnología de programación automatizada.
3. Partes irregulares
Las piezas irregulares, caracterizadas por sus formas atípicas, suelen requerir un procesamiento mixto de puntos, líneas y superficies en varias estaciones. Estas piezas suelen presentar poca rigidez, lo que dificulta el control de sujeción deformación y garantizar la precisión del mecanizado.
De hecho, algunas piezas tienen zonas difíciles de procesar con máquinas herramienta convencionales. Al trabajar con centros de mecanizado, es prudente adoptar medidas tecnológicas adecuadas, como la sujeción simple o doble.
La utilización de las capacidades de procesamiento mixto y multiestación de los centros de mecanizado -que abarcan puntos, líneas y superficies- permite completar varios o todos los procedimientos de mecanizado.
4. Piezas embridadas
Piezas embridadas, componentes con chaveteros, orificios radiales o superficies extremas con una serie de orificios distribuidos, componentes de placas o ejes curvados, como casquillos embridados, componentes de ejes con chaveteros o extremos cuadrados, y componentes de placas con una amplia serie de orificios, como diversas cubiertas de motores.
Los centros de mecanizado verticales son adecuados para piezas de disco con orificios distribuidos en la superficie del extremo y superficies curvas, mientras que los centros de mecanizado horizontales pueden elegirse para aquellas con orificios radiales.
5. Tratamiento especializado
Tras dominar la funcionalidad del centro de mecanizado, una combinación de plantillas adecuadas y herramientas especializadas permite llevar a cabo determinadas tareas técnicas únicas.
Entre ellas se incluye el grabado de texto, líneas y patrones en superficies metálicas. Montando una fuente de alimentación de chispas de alta frecuencia en el husillo principal del centro de mecanizado, se puede realizar un escaneado lineal endurecimiento superficial en superficies metálicas.
Además, equipar el centro de mecanizado con un cabezal de rectificado de alta velocidad permite rectificar engranajes cónicos evolventes de módulo pequeño y diversas curvas y superficies.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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