Imagine uma máquina tão precisa que pode esculpir os detalhes mais intrincados de uma peça de um motor a jato. Este é o poder da máquina CNC de cinco eixos. Ao contrário das máquinas tradicionais de três eixos, esta move-se em cinco direcções, permitindo uma precisão e eficiência inigualáveis. Neste artigo, irá descobrir como estas máquinas revolucionam o fabrico, porque são essenciais para geometrias complexas e como aumentam a produtividade em várias indústrias. Prepare-se para ver como as máquinas CNC de cinco eixos estão a remodelar o futuro da produção de alta tecnologia.
As máquinas-ferramentas simbolizam o nível de proeza de fabrico de uma nação. O auge do fabrico de máquinas-ferramenta é representado pelo sistema de máquinas-ferramenta de controlo numérico ligado a cinco eixos.
Em alguns aspectos, reflecte o estado de desenvolvimento industrial de uma nação. Durante muito tempo, os países ocidentais industrializados, liderados pelos Estados Unidos, trataram o sistema de máquinas-ferramenta de controlo numérico ligado a cinco eixos como um recurso estratégico vital, implementando um sistema de licenças de exportação.
Especialmente durante a Guerra Fria, impuseram bloqueios e embargos a nações do bloco socialista, como a China e a antiga União Soviética. No final do século passado, houve o "Incidente Toshiba", quando a empresa japonesa Toshiba Corporation vendeu várias fresadoras de controlo numérico ligado de cinco eixos à antiga União Soviética.
O resultado foi uma melhoria no fabrico de hélices para submarinos, tornando-as indetectáveis pelo sonar dos navios espiões americanos. Por isso, os Estados Unidos penalizaram a Toshiba Corporation por violar o embargo de materiais estratégicos.
Os centros de maquinagem têm fortes capacidades de processamento integrado. Depois de uma peça de trabalho ser fixada uma vez, pode completar uma quantidade significativa de processamento, com elevada precisão.
Para peças de lote de dificuldade média, a sua eficiência é cinco a dez vezes superior à das máquinas-ferramentas normais, especialmente porque pode realizar muitas tarefas que as máquinas-ferramentas normais não conseguem. É particularmente adequado para a produção de formas complexas e unidades de alta precisão, ou produção em pequena escala e multi-variedades.
No fabrico moderno, a maquinação de precisão é cada vez mais predominante. As máquinas e os moldes CNC de topo de gama, que permitem o processamento de precisão, estão na vanguarda da cadeia da indústria transformadora. A qualidade dos produtos dos moldes depende em grande medida do equipamento CNC.
Num contexto de intensa concorrência no mercado, o fabrico exige ciclos de produção mais curtos, maior qualidade de processamento, capacidades mais rápidas de reequipamento de produtos e menor tecnologia de fabrico.
Para responder a estas condições, cada vez mais empresas de produção estão a adotar tecnologias de ponta. Máquina CNC ferramentas - máquinas de processamento de quatro e cinco eixos.
Sabemos que uma máquina-ferramenta de três eixos só tem três eixos de movimento ortogonais (normalmente definidos como eixos X, Y e Z) e só pode alcançar três direcções de liberdade de movimento linear.
Por conseguinte, pode processar estruturas ao longo da direção do eixo da ferramenta de maquinagem. As características da estrutura lateral não podem ser processadas. (A máquina-ferramenta de três eixos tem de conceber vários conjuntos de dispositivos de fixação, instalar, localizar e fixar várias vezes, decompor a maquinação global, prolongando assim o ciclo de processamento e reduzindo consideravelmente a qualidade).
As ferramentas (ou peças de trabalho) sem restrições têm seis graus de liberdade no espaço. A realidade é que durante corte de metaisA ferramenta é um instrumento de corte, que gera enormes forças de corte e de fricção entre a peça de trabalho e a ferramenta.
Para evitar que a posição da peça de trabalho se desloque, esta deve ser fixada e fixada. A maquinagem CNC de cinco eixos refere-se à existência de, pelo menos, cinco eixos de coordenadas (três coordenadas lineares e duas coordenadas rotativas) numa única máquina-ferramenta, que podem ser coordenados e processados simultaneamente sob controlo numérico computorizado.
O sistema de máquinas-ferramenta CNC de cinco eixos interligados é o único meio para processar impulsores, lâminas, hélices de navios, rotores de geradores pesados, rotores de turbinas, grandes cambotas de motores diesel e muito mais.
É uma máquina-ferramenta de alta tecnologia e alta precisão, especificamente concebida para o processamento de superfícies complexas, que exerce uma influência significativa nos sectores da aviação, aeroespacial, militar, investigação, instrumentos de precisão e equipamento médico de alta precisão, entre outros.
Um impulsor refere-se tanto a uma roda equipada com pás móveis, que faz parte do rotor nas turbinas a vapor de impulso, como ao conjunto da roda e das pás rotativas nela montadas.
Um gerador de turbina a vapor refere-se a um gerador acionado por uma turbina a vapor. O vapor sobreaquecido produzido pela caldeira entra na turbina, expande-se para realizar trabalho e faz girar as pás, que por sua vez accionam o gerador para produzir eletricidade.
O vapor gasto após o trabalho é devolvido à caldeira para reciclagem através do condensador, bomba de circulação de água, bomba de condensado, dispositivo de aquecimento da água de alimentação e outros componentes.
O sistema de coordenadas padrão é um sistema cartesiano destro. Os eixos de coordenadas básicas são três eixos lineares: X, Y e Z: X, Y e Z. Os eixos de rotação correspondentes a cada um destes eixos lineares são designados por A, B e C, respetivamente.
A maquinagem CNC de cinco eixos refere-se a uma máquina-ferramenta com, pelo menos, cinco eixos de coordenadas (três coordenadas lineares e duas coordenadas rotacionais) que podem executar movimentos coordenados para processamento sob o controlo de um sistema de controlo numérico computorizado.
O "eixo" em a CNC máquina-ferramenta designa um eixo de movimento, que também pode ser considerado como um eixo de coordenadas espaciais, como o eixo XY em coordenadas, tendo cada eixo de movimento um controlador e um sistema de acionamento de motor independentes.
Ou seja, a máquina-ferramenta CNC tem cinco servo-eixos (excluindo o eixo principal) que podem interpolar simultaneamente (todos os cinco servo-eixos podem mover-se ao mesmo tempo para processar uma única peça).
Cinco eixos Máquinas-ferramentas CNC Existem várias formas estruturais, divididas principalmente em três categorias principais: ferramentas de maquinagem de cinco eixos do tipo basculante da mesa de trabalho, do tipo basculante do fuso e uma combinação de ferramentas de maquinagem de cinco eixos do tipo basculante da mesa de trabalho/do fuso.
Máquina-ferramenta CNC de 5 eixos:
Tipo de bancada de trabalho inclinada
Isto refere-se ao tipo de bancada de trabalho inclinada. A bancada de trabalho colocada na base da máquina pode rodar em torno do eixo X, definido como o eixo A, operando normalmente num intervalo de +30 a -120 graus.
Está também instalada uma mesa rotativa no centro da bancada de trabalho que pode rodar em torno do eixo Z no local representado, definido como eixo C, permitindo uma rotação completa de 360 graus.
A combinação do eixo A e do eixo C permite que todas as cinco faces da peça fixada na bancada, exceto a face inferior, sejam maquinadas pelo fuso vertical.
Os valores mínimos de indexação para o eixo A e o eixo C são tipicamente 0,001 graus, o que permite que a peça de trabalho seja subdividida em qualquer ângulo, maquinando assim superfícies inclinadas e furos.
Quando o eixo A e o eixo C são coordenados com os eixos lineares XYZ, podem ser maquinadas superfícies espaciais complexas, o que, obviamente, requer o apoio de sistemas de controlo numérico de topo de gama, sistemas servo e software.
A vantagem desta configuração é que tem uma estrutura de fuso relativamente simples com excelente rigidez e custos de fabrico mais baixos.
No entanto, a bancada de trabalho geralmente não pode ser concebida demasiado grande e a sua capacidade de carga é um pouco limitada, especialmente quando a rotação do eixo A é maior ou igual a 90 graus, uma vez que o corte da peça de trabalho exercerá um binário de carga significativo sobre a bancada de trabalho.
O tipo de fuso inclinado apresenta uma cabeça rotativa na extremidade frontal do fuso principal, que pode rodar independentemente em torno do eixo Z em 360 graus, tornando-se assim o eixo C.
A cabeça rotativa também inclui um eixo A que pode girar em torno do eixo X, normalmente alcançando mais de ±90 graus, realizando as mesmas funcionalidades mencionadas acima.
A vantagem desta configuração é a flexibilidade que oferece na maquinação do fuso; a mesa de trabalho pode ser concebida numa escala substancial, permitindo o processamento de corpos de aeronaves maciços e carcaças de motores em tais centros de maquinação.
Outra vantagem significativa envolve a utilização de uma fresa de topo de ponta esférica para maquinação de superfícies. Quando a linha central da ferramenta é perpendicular à superfície de maquinação, a velocidade da linha na ponta da fresa de topo de ponta esférica é zero, resultando num acabamento superficial de má qualidade devido ao corte da ponta.
No entanto, ao utilizar um design de fuso rotativo que gira o fuso num ângulo relativo à peça de trabalho, a fresa de topo de ponta esférica evita o corte da ponta, assegurando uma determinada velocidade de linha e melhorando a qualidade da maquinação da superfície.
Esta estrutura é muito procurada para a maquinação de superfícies de moldes de alta precisão, algo difícil de conseguir com um centro de maquinação de mesa de trabalho rotativa.
Para obter uma elevada precisão de rotação, os eixos rotativos topo de gama estão equipados com sistemas de feedback de escala de grelha circular, permitindo uma precisão de indexação em poucos segundos.
Naturalmente, este tipo de estrutura de rotação do fuso é mais complexo e os custos de fabrico são consequentemente mais elevados.
Um eixo de rotação está do lado da ferramenta da cabeça do fuso e o outro está do lado da mesa de trabalho. Este tipo de máquina-ferramenta tem a disposição mais flexível de estruturas de eixos rotativos, que podem ser qualquer combinação de eixos A, B e C.
A maioria das máquinas-ferramentas do tipo inclinação da mesa de trabalho/eixo são configuradas com um eixo B combinado com uma mesa de trabalho que gira em torno do eixo C. Esta disposição estrutural é simples, flexível e partilha as vantagens das máquinas do tipo de inclinação do fuso e do tipo de inclinação da mesa de trabalho.
O fuso destas máquinas pode rodar para uma posição horizontal ou vertical e a mesa de trabalho só precisa de ser indexada para o posicionamento, o que facilita a sua configuração como um centro de processamento de três eixos capaz de conversão vertical e horizontal.
Através da conversão da orientação do fuso e da sua combinação com a indexação da mesa de trabalho, é possível efetuar o processamento do pentaedro na peça de trabalho. Isto resulta em baixos custos de fabrico e utilidade prática.
O centro de maquinação de cinco eixos interligados é ideal para o processamento de componentes complexos e que requerem uma multiplicidade de operações.
Estes componentes exigem a utilização de vários tipos de máquinas-ferramentas convencionais, numerosas ferramentas de corte e acessórios, e muitas vezes requerem várias configurações e ajustes para uma conclusão bem sucedida.
1. Componentes do tipo caixa
Os componentes do tipo armário requerem geralmente maquinação de furos e planos em várias estações, com elevadas exigências de tolerância.
Em particular, as tolerâncias de forma e de posição são bastante rigorosas.
Estes componentes são normalmente sujeitos a fresagem, perfuraçãoO processo de maquinagem é difícil em máquinas-ferramentas normais devido às múltiplas fixações e alinhamentos, tornando difícil garantir a precisão da maquinagem. O processo é um desafio em máquinas-ferramentas padrão devido a múltiplas fixações e alinhamentos, tornando difícil garantir a precisão da maquinação.
Ao trabalhar em peças do tipo caixa, a mesa de trabalho precisa de rodar várias vezes para maquinação em quatro faces horizontais, tornando adequada a utilização de um centro de maquinação horizontal.
2. Superfícies complexas
As superfícies complexas desempenham um papel importante no fabrico mecânico, em particular na indústria aeroespacial. É um desafio, se não mesmo impossível, fabricar superfícies complexas utilizando métodos de maquinagem convencionais.
Estes componentes de superfície complexa incluem uma variedade de impulsores, formas esféricas, várias superfícies curvas formando moinhos, hélices, hélices de veículos subaquáticos e outras superfícies de forma livre. Estes componentes são processados de forma mais eficaz num centro de maquinação de cinco eixos.
A fresa actua como uma superfície envolvente para aproximar superfícies esféricas. Ao maquinar superfícies complexas com um centro de maquinação, a carga de trabalho de programação é substancial e a maioria das tarefas requer tecnologia de programação automatizada.
3. Partes irregulares
As peças irregulares, caracterizadas pelas suas formas atípicas, requerem frequentemente um processamento misto de pontos, linhas e superfícies em várias estações. Estas peças apresentam normalmente pouca rigidez, o que torna difícil o controlo fixação deformação e para garantir a precisão da maquinagem.
De facto, algumas peças têm áreas que são difíceis de processar utilizando máquinas-ferramentas convencionais. Ao trabalhar com centros de usinagem, é prudente adotar medidas tecnológicas adequadas, como a fixação simples ou dupla.
A utilização das capacidades de processamento misto e multi-estação dos centros de maquinação - abrangendo pontos, linhas e superfícies - permite a conclusão de vários ou de todos os procedimentos de maquinação.
4. Peças flangeadas
Peças flangeadas, componentes com ranhuras, orifícios radiais ou superfícies de extremidade com uma série de orifícios distribuídos, componentes de placas ou veios curvos, tais como casquilhos flangeados, componentes de veios com ranhuras ou extremidades quadradas e componentes de placas com uma grande variedade de orifícios, como várias coberturas de motores.
Os centros de maquinação verticais são adequados para peças de disco com orifícios distribuídos na superfície da extremidade e superfícies curvas, enquanto os centros de maquinação horizontais podem ser escolhidos para as peças com orifícios radiais.
5. Tratamento especializado
Depois de dominar a funcionalidade do centro de maquinação, uma combinação de gabaritos adequados e ferramentas especializadas permite a realização de determinadas tarefas técnicas únicas.
Estas incluem a gravação de texto, linhas e padrões em superfícies metálicas. Ao montar uma fonte de alimentação de faíscas de alta frequência no eixo principal do centro de maquinação, é possível efetuar uma leitura linear endurecimento de superfícies em superfícies metálicas.
Além disso, o facto de equipar o centro de maquinagem com uma cabeça de retificação de alta velocidade permite a retificação de engrenagens cónicas involutas de pequeno módulo e de várias curvas e superfícies.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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