Mecanizado CNC de 4 ejes: capacidades, aplicaciones y cuándo lo necesita

Mecanizado CNC de 4 ejes: qué hace, cómo funciona y cuándo supera a los de 3 o 5 ejes

Especificaciones rápidas « Mecanizado CNC de 4 ejes de un vistazo

Un simple molino de 3 ejes es excelente para mecanizar piezas planas, pero cuando su producto requiere funciones ubicadas en múltiples lados, perforación en ángulo o enrutamiento a lo largo de una trayectoria helicoidal, los accesorios comienzan a acumularse, los tiempos de ciclo se disparan y las pilas de tolerancia crecen con cada cambio de visión. El mecanizado CNC de 4 ejes agrega un eje giratorio adicional (conocido como eje A) a los tres ejes lineales estándar, y ese único eje de rotación brinda acceso a cuatro lados de la pieza de trabajo sin restablecer continuamente la fijación, lo que permite tolerancias estrictas en piezas complejas. El beneficio: menos configuraciones, pilas de tolerancia mejoradas entre funciones y piezas que salen más rápido. Este tutorial explica exactamente cómo funciona, qué puede hacer, qué no y cuándo tiene más sentido que el mecanizado de 3 o 5 ejes.

Si tus proyectos lo requieren fresado CNC más allá de un simple bolsillo, sigue leyendo.

Cómo funciona el mecanizado CNC de 4 ejes « Ejes, movimiento y configuración

Todas las fresadoras CNC tienen tres ejes de movimiento lineal que se fijan de serie. El eje X traslada la mesa de la pieza de trabajo hacia la izquierda y hacia la derecha, el eje Y la traslada hacia adelante y hacia atrás, y el eje Z traslada el husillo verticalmente. Utilizando una herramienta de corte estándar en esta disposición de tres ejes es posible mecanizar la cara superior de la pieza con bolsillos, ranuras o contornos.

Para mecanizar una segunda cara es necesario detener el programa y soltar y girar manualmente la pieza. Luego, cada pieza de trabajo se vuelve a sujetar y se vuelve a indicar. Nuevamente la pieza debe volver a colocarse en la máquina.

Este proceso crea un error de posición dentro de sus procesos de replanteo, normalmente de 0,002 a 0,005 de cambio de dato.

Una máquina CNC de 4 ejes añade un eje giratorio adicional (el eje A): un eje de rotación que gira alrededor de la línea central del eje X. La pieza de trabajo se sujeta sobre una mesa giratoria o muñón que hace girar la pieza mientras el husillo continúa cortando. Este proceso de mecanizado permite que la máquina presente diferentes lados de la pieza de trabajo a la herramienta de corte sin detenerse.

Rotación indexada versus continua

El eje A puede funcionar en dos modos diferentes. En modo indexado, la mesa giratoria sobre la que está montada se indexa en un punto de rotación, luego se sujeta mecánicamente o se acopla Hirth para que la herramienta de corte pueda mecanizarse como en el fresado de 3 ejes en esa orientación. Las posiciones indexadas son muy rígidas gracias al bloqueo, con una precisión de orientación de aproximadamente 0,001 (3,6 segundos de arco).

El modo indexado es adecuado para perforar agujeros en múltiples caras, fresar planos y grabar círculos.

En modo continuo (también llamado 4 ejes simultáneos), es el eje A el que gira mientras que los otros ejes, X, Y y Z, se alimentan simultáneamente. Los cuatro ejes se interpolan al unísono bajo control CNC. El mecanizado continuo es especialmente adecuado para cortar chaveteros helicoidales, perfiles de leva y contornos envueltos en los que la herramienta debe seguir una trayectoria compleja que involucra ejes de movimiento tanto lineales como giratorios.

La precisión de la interpolación continua se ve fuertemente afectada por los codificadores de bucle cerrado del sistema de servoretroalimentación de 0,005 bajo límites de alimentación cortados, el paso a paso de bucle abierto puede retroceder 0,01 o más

Se trata de un sistema mecánico sencillo. Una mesa giratoria se fija (pernos) a la superficie de trabajo existente del molino. La pieza se carga en un mandril o pinza unida a la mesa giratoria (mesa de indexación giratoria). Su línea central del eje A corre paralela al eje X de la máquina. Algunas máquinas CNC tienen un eje 4 dedicado incorporado a la mesa de trabajo de la máquina. En este caso se utilizaría un indexador giratorio adicional. Independientemente del diseño de la mesa, el controlador CNC debe tener capacidad para máquinas interpoladas de 4 ejes, como lo hacen la gran mayoría de los controladores modernos Fanuc, Siemens y Haas.

Tipos de máquinas CNC de 4 ejes « Indexadas vs Continuas

Las diferencias entre el mecanizado indexado de 4 ejes y el mecanizado continuo de 4 ejes se resumen numéricamente con respecto al costo, la programación y las piezas producidas.

El tipo más común de cuarto eje es una mesa indexada, ya que son menos costosas y tienen una programación más familiar. Desde Haas, Tsudakoma o Nikken (o equivalente), una mesa giratoria con engranaje helicoidal se atornilla directamente a la mesa del molino y se conecta al puerto del 4o eje del controlador. Si sus necesidades de mecanizado son simplemente perforar agujeros en cuatro caras de un colector, fresar planos sobre material hexagonal o grabar el número de serie alrededor de un cilindro, estos son todos los cuartos ejes que necesitará.

El mecanizado continuo de 4 ejes requiere una unidad rotativa servoaccionada con retroalimentación del codificador. La interpolación continua del eje A al mismo tiempo que los ejes X, Y y Z permite trayectorias suaves de las herramientas en espiral y hélice. Esto marca el punto en el que mecanizado multitarea las funciones comienzan a superponerse con las capacidades de automatización de la plataforma de giro del molino.

Capacidades de mecanizado CNC de 4 ejes « lo que puede (y no puede) hacer

Agregar eje giratorio a su máquina aumenta en gran medida la envolvente de mecanizado; sin embargo, este tipo de aplicación de mecanizado no es una panacea para el mecanizado de 4 ejes. Aquí hay una evaluación verdadera y sincera.

El mayor ahorro de capacidad proviene de la reducción de la configuración. Si una carcasa rectangular tiene características en las cuatro caras, se necesitan seis configuraciones (una para cada cara) en una máquina de 3 ejes. En una máquina de 4 ejes que se convierte en dos, uno para la parte superior/inferior (vía Z) y otro para la giratoria que maneja los cuatro lados. Cada configuración tiene un tiempo de manipulación de 10 a 20 minutos, así como la repetibilidad (.002-.005) asociada con el nuevo sujeción.

El 4 ejes continuo le permite mecanizar cualquier pieza con geometría rotativa: engranajes helicoidales, árboles de levas, flautas en espiral en fresas y levas cilíndricas. Si puede describir la geometría como una línea (ruta de la herramienta) enrollada alrededor de un cilindro, el 4 ejes es probablemente la máquina de su pieza. En nuestro piso de producción, las carcasas de aluminio de cuatro caras tienen un rendimiento 35% mayor en configuraciones de 4 ejes en comparación con los VMC de tres ejes con indexación manual.

CNC de 3 ejes vs 4 ejes vs 5 ejes «Cuando cada uno tiene sentido

Un CNC de 3 ejes tiene 3 ejes, un de 4 ejes y un de 5 ejes tienen un movimiento giratorio unido a los 3 ejes lineales. La decisión se toma mediante la geometría de la pieza, la tolerancia de montaje y el presupuesto: cómo encontrar la herramienta adecuada para la pieza adecuada. Aquí hay algunos números reales:

La gente suele sorprenderse por la relación de costes. Supongamos que está fabricando una carcasa de aluminio de 6 caras, con un requisito de tolerancia de 0,003 entre características en dos caras opuestas. En un taller de 3 ejes (solo tres ejes) con una tarifa de taller de $40 por hora, el número de configuraciones a $100 por (accesorios más sujeción de piezas) llega a 6, por un costo de $600 por pieza. En un 4 ejes (5 superficies más eje de rotación) a $65/h, el número de configuraciones a $160 por llega a 2, por un precio de pieza de $320. El mecanizado de 4 ejes ofrece ahorros de 47% y, como no se replantea 4 veces, se obtiene una precisión posicional final de 0,002 en los cuatro ejes (frente a 0,005 en la máquina de 3 ejes).

Sin embargo, si la pieza no es una caja de múltiples caras, sino un soporte plano y fácil con todas las características en una cara, el eje 3 funcionará bien. Desperdiciar capacidad en la máquina de 4 ejes no es un buen negocio, y para superficies de forma libre (es decir, palas de impulsor, contornos para implantes óseos), se requiere la capacidad total de 5 ejes. Encontrarás muchos catálogos de Servicii de mecanizare CNC (alcance entre los 5 primeros cuando busca en Google) que puede ayudar a hacer coincidir la parte con el proceso.

Hay un término medio, mecanizado 3+2; un cabezal de 5 ejes titulado en un ángulo específico mientras se corta en tres ejes. Las diferencias en los costos de tiempo de la máquina a 4 ejes son ligeramente menores que los 5 ejes completos. Cuando su pieza solo exige características en ángulos comerciales discretos, 3+2 puede ser una opción más económica que la rotación completa. Hay otras operaciones CNC enfocadas, como electroerosión por cable, y Torneado CNC, que también puede ser más adecuado.

Industrias y Aplicaciones del Mecanizado CNC de 4 Ejes

Aeroespacial (35% del mercado de 4 ejes)

Las piezas aeroespaciales exigen tolerancias estrictas en múltiples caras, con materiales como aluminio Ti-6Al-4V, Inconel 718 y 7075-T6. Los soportes de montaje de motores de titanio, por ejemplo, mantienen todas las tolerancias de los orificios de los pernos en ±0,001 « en diferentes planos con un funcionamiento de 4 ejes. Las ranuras de sellado de la punta de la cuchilla de la turbina «características estrechas que siguen el perfil radial « utilizan procesos continuos de 4 ejes. Las piezas del colector del intercambiador de calor con trayectorias de flujo perforadas transversalmente también requieren mecanizado de 4 ejes. Se requiere certificación AS9100D para componentes críticos para el vuelo. Obtenga más información sobre mecanizado CNC aeroespacial requisitos.

Automoción (45% del Mercado de 4 Ejes)

La automoción es el mayor consumidor de mecanizado de 4 ejes. Las boquillas de inyección de combustible de alta presión en acero inoxidable 316L están mecanizadas con perforación indexada de 4 ejes y microtaladros de carburo a 30.000 RPM, manteniendo ±0,0005 « en la geometría del orificio de pulverización. Bandejas para baterías EV en 6061-T6 aluminio con canales de enfriamiento serpentinos en la parte inferior, use 4 ejes para voltear la bandeja y las caras laterales de la máquina y las características de montaje en el borde en dos operaciones. Otras piezas clásicas de 4 ejes incluyen cuerpos de válvulas de transmisión con conductos de aceite perforados en cruz.

Dispositivos médicos

Las jaulas espinales de titanio (Ti-6Al-4V ELI) con estructuras de celosía porosa se mecanizan con el cuerpo de la jaula y los perfiles de rosca producidos en una única configuración de 4 ejes. Los componentes femorales de la articulación de rodilla CoCr (cobalto-cromo) requieren mecanizado de superficies condilares en diferentes planos.

Los sistemas de gestión de calidad ISO 13485 y el cumplimiento de FDA 21 CFR 820 garantizan una producción controlada. El acabado superficial de 0,4-0,8 µm en superficies articuladas requiere un contorno de 4 ejes seguido de pulido. Para los componentes de implante más pequeños (menos de 32 mm de diámetro), Servicii de mecanizare sucedane encargarse de la producción.

Electrónica y equipos industriales

Disipadores de calor de aluminio con geometrías de aletas intrincadas, se adaptan bien al mecanizado de 4 ejes cuando las aletas se entrelazan alrededor de carcasas LED circulares o carcasas de motores. Las carcasas de telecomunicaciones con algunos recortes de conectores de cuatro lados se adaptan perfectamente al trabajo indexado de 4 ejes. Mecanizado de precisión de defensa es otra aplicación en la que el mecanizado de 4 ejes es una opción rentable con piezas de guía de ondas de radar con geometría de canal multidimensional en múltiples caras.

Las carcasas de conectores electrónicos en una tirada de 5.000 a 50.000 son otro candidato perfecto para accesorios de lápidas.

Cómo elegir un socio de mecanizado CNC de 4 ejes

Si un taller tiene mesa giratoria, ¿tiene mecanizado de 4 ejes?

No todos los talleres con mesa giratoria tienen capacidad de mecanizado de 4 ejes. Al comparar proveedores, aquí hay una prueba simple para identificar talleres que a veces solo indexan en una mesa giratoria de talleres que realizan producción real de múltiples ejes.

• Certificaciones: ISO 9001:2015 también estándares bandy-para industrias automotrices-A8975D, para industrias aeroespaciales-ASOV0OD, para equipos médicos-ISO 13485.
• Capacidad de tolerancias documentadas: solicitud de datos Cpk que indiquen que son capaces de contener 0,001 (0,025 mm) de manera consistente; no de vez en cuando.
• Pila CAM completa: Mastercam, Fusion 360, Siemens NX o capacidad CAM similar con mecanizado continuo de 4 ejes
• Tipologia di materiali: Metalli (leghe d'alluminio, acciaio inossidabile, titanio, ottone, rame) y plastiche tecniche (PEEK, Delrin, Ultem).
• Revisión de DFM incluida entre comillas: un socio que alerta los problemas de capacidad de fabricación antes de que el mecanizado reduzca el retrabajo y el tiempo de ciclo
• Inspección CMM con informe completo: informe de la máquina de medición Coordinate con llamadas GD&T en lugar de inspecciones go/no go.
• Prototipo a producción: ¿Pudieron escalar de 1 a 10 prototipos a más de 1000 unidades de producción con el mismo conjunto de herramientas y accesorios?

Simplemente vea piezas de muestra/estudios de casos que ilustran el trabajo de 4 ejes, no solo 3 ejes en una máquina que tiene una mesa giratoria. Pida ver capturas de pantalla de simulación CAM que muestren claramente el eje A en movimiento. Y asegúrese de que su sistema de calidad cubra toda la cadena del proceso, desde la certificación del material entrante hasta la inspección final de CMM.

Preguntas frecuentes

¿qué es una máquina CNC de 4 ejes?

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¿Qué es una máquina CNC de 4 ejes?

¿cuál es la diferencia entre mecanizado CNC de 4 y 5 ejes?

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“El CNC de ”4 ejes” se refiere a una fresadora con un 4o eje de movimiento controlado generalmente indicado con A. Este eje es un control de rotación alrededor de la línea central de uno de los tres ejes lineales (normalmente el eje X). Este trabajo de rotación para girar el trabajo permite mecanizar un lote de trabajo desde múltiples lados con un cortador, sin tener que restablecer el trabajo en todos los lados.

¿Cómo funciona una máquina CNC de 4 ejes?

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Una máquina CNC de “4 ejes” es un eje lineal combinado con un eje giratorio. Una máquina de 5 ejes consta de dos ejes giratorios, con movimiento alcanzable desde cualquier ángulo. La máquina de 5 ejes permite cortar curvas complejas y de forma libre involucradas con una hoja impulsora o un implante de cadera que un 4 ejes no puede lograr. El equipo de 5 ejes puede costar el doble de la tarifa horaria de un equipo de 4 ejes ($110-$220 por hora en comparación con $50-$80).

¿Qué puede hacer una máquina CNC de 4 ejes?

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Se fija un eje giratorio a una pieza de trabajo montada en una línea central. Si se utiliza una máquina para girar, el trabajo puede ocurrir en 3 ejes por rotación, o de manera continua con los ejes moviéndose simultáneamente con la interpolación CNC. El motivo del movimiento se dirige a través del código G en el control CNC de la máquina.

¿Vale la pena invertir en el mecanizado CNC de 4 ejes?

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Una máquina de 4 ejes es capaz de mecanizar en cuatro lados del trabajo en una sola configuración, ranuras helicoidales y perfiles de leva, grabados cilíndricos, perforación cruzada en ángulos compuestos sin fijación especial, envolver un programa de 2 dimensiones que opera en superficies redondas y cortar un muchos orificios para pernos en muchos lados. Se pueden eliminar piezas que requieren cuatro operaciones principales y reducir la configuración en aproximadamente 70%.

¿qué es el mecanizado 3+2 frente al continuo de 4 ejes?

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Una máquina de 4 ejes utilizada para tres o más lados suele ser beneficiosa para el tiempo de producción, el tiempo del ciclo de corte puede ser 25-40% menor y mucho más productivo que una configuración de tres ejes. Con la fijación para el trabajo principal en una mesa de cuatro ejes, se ha demostrado que cada cambio de fijación agrega aproximadamente 0,002-0,005 a la posición de trabajo, incluso con el uso de una mesa indexadora Tezputic con cualquier máquina de tres ejes existente en teoría. Es posible que el artículo se realice utilizando una máquina de cuarto eje y se deba considerar el retorno de la inversión.