O uso da usinagem de cinco eixos pode proporcionar benefícios em diversas áreas. Os benefícios podem ser obtidos analisando o equipamento, o processo e o acessório, especialmente o ferramentas de corte e ação de corte.
Além de certos recursos que só podem ser concluídos por usinagem completa de cinco eixos, também há processos de usinagem seletiva e simplificada que utilizam cinco eixos. Isso inclui usar três mais dois eixos, ou às vezes apenas três eixos, especialmente para várias operações de desbaste, semiacabamento e fresamento.
Embora algumas características de peças tenham contornos hiperbólicos e se movam ao longo de cinco eixos simultaneamente. No entanto, usando a ferramenta certa e mantendo uma quantidade de corte constante apropriada, quase qualquer curvatura pode ser efetivamente usinada.
Principais benefícios do uso de usinagem de cinco eixos
O óbvio é a capacidade de produzir eficientemente recursos de peças tridimensionais (de dois lados) complexas com alta precisão e excelente qualidade de superfície. O tempo de corte é bastante reduzido, com normalmente apenas uma configuração e operações de corte mínimas, e o balanço da ferramenta é mantido o mais curto possível. As taxas de remoção de metal são frequentemente aumentadas, e o risco de colisões de ferramentas é administrável. Para usinagem de cinco eixos, usinagem simultânea e usinagem de três mais dois eixos, a seleção da ferramenta de corte e do processo são fatores-chave para obter resultados bem-sucedidos. A seleção do processo é mais importante para usinagem simultânea do que para usinagem de três mais dois eixos, pois a primeira é menos desafiadora e pode ser tratada como uma operação de três eixos.
A usinagem CNC de cinco eixos é baseada na capacidade da máquina-ferramenta de gerar formas de peças 3D movendo-se em cinco eixos. Além disso, a verdadeira usinagem simultânea de cinco eixos significa que, além de ser capaz de posicionar a ferramenta ao longo dos eixos rotacionais, a ferramenta também pode ser alimentada ao longo desses eixos durante o corte. O resultado inevitável é que a máquina-ferramenta pode produzir formas de peças complexas em uma única configuração. Além dos três eixos básicos (x, y e z), dois eixos adicionais (b e c, ou às vezes a e c, dependendo da configuração da máquina) são incluídos, cortando em torno do eixo z e girando em torno do eixo y (ou x e y). Quando o fuso ou a mesa da máquina-ferramenta é fixado em um ângulo e a usinagem é realizada no modo de três eixos, é uma usinagem de três mais dois eixos. Da perspectiva da máquina-ferramenta, há várias maneiras de obter usinagem de cinco eixos: um centro de usinagem de cinco eixos, um arranjo de mesa basculante ou por meio de um acessório de cabeçote de fuso.
Usinagem de cinco eixos de impulsores usando fresas de topo de metal duro CoroMill Plura
A textura produzida pela ferramenta rotativa na superfície da peça é a principal consideração. Por esse motivo, o ângulo de avanço e o ângulo de inclinação da ferramenta são implementados no programa CAD-CAM e devem ser considerados ao projetar o método de fixação. Não apenas o ângulo de ataque principal da aresta de corte, mas também a quantidade de engate da ferramenta e o tamanho do ângulo de folga têm impacto para evitar o corte reverso.
O ângulo de avanço é medido como o ângulo entre a linha central da ferramenta e uma linha perpendicular à superfície da peça de trabalho no ponto onde a ferramenta entra em contato com a peça de trabalho na direção de avanço. Em muitos casos, esse valor permanecerá constante e corresponderá ao valor recomendado para a ferramenta usada, mas pode ser alterado por programação se o CAM permitir. Com um ângulo de avanço fixo, a ferramenta é inclinada em um ângulo predeterminado em relação à superfície da peça em toda a direção de avanço. O ângulo de avanço é baseado no menor raio interno na superfície e no diâmetro efetivo da ferramenta.
O ângulo de inclinação da ferramenta é baseado em um plano perpendicular à direção de avanço, então, em contraste com o ângulo de avanço, ele é medido com base na linha central da ferramenta e uma linha perpendicular à superfície no corte. Um ângulo de avanço constante em cada ponto é essencial para gerar superfícies de peças curvas e côncavas. Embora o fresamento a ponto consuma mais tempo de corte e possa encurtar a vida útil da ferramenta, é uma maneira segura de obter superfícies côncavas e duplamente curvas. A ferramenta sempre mantém contato com a peça de trabalho em seu raio de filete (a localização do ponto de contato varia ao longo do raio de filete da ferramenta dependendo da superfície específica), e uma superfície 3D pode ser gerada por meio de passes contínuos. O fresamento a ponto com fresas de topo é adequado para operações de desbaste, semiacabamento e acabamento.
Processo de fresagem lateral
Mais eficiente, com tempos de corte mais curtos do que o fresamento pontual, mas mais limitado em alguns aspectos. Mais adequado para operações de semiacabamento e acabamento, mas limitado a superfícies curvas e convexas simples. Como o nome indica, o fresamento lateral envolve o corte principalmente com a lateral da ferramenta, e o raio da ferramenta (se houver) gera apenas o raio do canto da peça. Devido à maior área de contato ferramenta/peça, ele requer mais potência, torque, estabilidade, evacuação de cavacos e operabilidade da máquina.
A seleção de ferramentas para usinagem de cinco eixos depende em parte do método de fresamento específico (fresamento por pontos ou lateral) que está sendo aplicado. O fresamento lateral requer uma ferramenta com arestas de corte radiais suficientemente longas, como fresas de topo de metal duro sólido ou fresas de cabeça intercambiável. Essas fresas podem ser retas ou cônicas e têm uma variedade de raios de canto. Existem várias técnicas para fresamento lateral: fresamento trocoidal, de fatias ou de perfil. As fresas de topo esféricas cônicas oferecem maior estabilidade do que as fresas de topo esféricas, que exigem um raio de ajuste menor.
Na fresagem trocoidal (uma técnica de desbaste de três eixos), a ferramenta corta em um caminho espiral contínuo, alimentando radialmente em um espaço confinado, com altas taxas de remoção de material. A ferramenta se move para fora continuamente a cada corte, formando uma ranhura ou contorno. Como a profundidade radial do corte é pequena, uma profundidade maior de corte pode ser usada e forças de corte relativamente pequenas são geradas. O fatiamento (uma técnica de semi-desbaste/acabamento de três eixos) é semelhante ao arredondamento de peças e geralmente requer uma máquina-ferramenta de alta velocidade e dinamicamente rígida. Além disso, o corte é realizado com várias passagens em uma pequena profundidade radial de corte, de modo que uma profundidade axial maior de corte pode ser aplicada para raios grandes. A fresagem de cópia pode ser um processo de corte 2D usando apenas a superfície lateral ou um processo de corte 3D que forma a superfície inferior para o raio da ferramenta. A fresagem de cópia também requer uma máquina-ferramenta de alta velocidade e dinamicamente rígida e estabilidade extremamente alta.
Para fresamento pontual
Há muitas opções de ferramentas, dependendo das características da peça e dos requisitos de qualidade da superfície. Em geral, para superfícies abertas maiores, fresas de inserção redonda ou fresas de ponta esférica são preferidas. Para cavidades, fresas de ponta esférica cônicas com grandes balanços de ferramentas são frequentemente a melhor escolha, com os adaptadores de diâmetro reduzido fornecidos pelo sistema de ferramentas modulares garantindo estabilidade máxima quando a acessibilidade da ferramenta é necessária.
A aplicação de ferramentas para desbaste está relacionada às capacidades da máquina-ferramenta e aos requisitos de superfície da peça, e diâmetros de ferramentas efetivas maiores podem ser aplicados na usinagem de três eixos. Para semiacabamento, as estratégias de caminho da ferramenta devem imitar estratégias de acabamento e geralmente são mais eficientes na usinagem de cinco eixos (às vezes usando três eixos) para obter os melhores resultados de usinagem. O objetivo deve ser deixar uma margem de usinagem uniforme para a operação de acabamento.
Para acabamento, a seleção de ferramentas depende da qualidade da superfície e do nível de precisão necessários, onde a usinagem simultânea de cinco eixos pode ser otimizada usando diferentes tipos de ferramentas, específicas para as características da peça e acabamento. Fresas de topo de inserto redondo são mais comumente usadas, e fresas de topo de ponta esférica são adequadas para cortes que exigem forma e acessibilidade mais exigentes, como bolsos fechados.
Uma gama de várias ferramentas de fresagem
Adequado para operações de usinagem simultâneas e de três eixos, dependendo do grau de envolvimento de desbaste e acabamento. Por exemplo, fresas de inserção redonda de grande diâmetro são adequadas para superfícies grandes e rasas, que usam corte radial relativamente grande. Ao fresar com ferramentas de inserção redonda ou fresas de topo com raio de canto grande ou ponta redonda, é melhor aplicar ângulos de entrada e saída apropriados para garantir o máximo desempenho e resultados de usinagem. O efeito de afinamento de cavacos que pode levar a altas capacidades de avanço é um fator de produtividade que precisa ser considerado.
Ferramentas de ponta esférica são bem adequadas para fresamento de ponto de cinco eixos, mas a acessibilidade e a liberdade do eixo são limitadas (três mais dois eixos), como por recursos de peças ou fixações. Essas ferramentas são geralmente fresas de topo de metal duro sólidas ou fresas de cabeça intercambiável, com tempos de processamento curtos e eficiência extremamente alta em altas velocidades de corte. Claro, elas também são adequadas para qualquer operação de usinagem de três mais dois eixos.
Qualidade da superfície durante a usinagem de cinco eixos
Em parte, é uma questão de passo, que está relacionado ao diâmetro da ferramenta. É um fator importante na aplicação específica porque afeta o tempo de usinagem e a qualidade da superfície. Comparado com fresas de ponta esférica para fresamento de perfil convencional, o uso de fresas de inserto redondo pode reduzir significativamente o tempo de corte. Para fresas de inserto redondo, a relação entre passo e diâmetro é de no máximo 1:2, e passos maiores podem reduzir o tempo de usinagem, mas deixam acabamentos de superfície mais altos. Nesse sentido, as fresas de ponta esférica não fornecem a mesma produtividade e as condições de usinagem também são piores. A ferramenta formará uma superfície com certos pontos altos dependendo do avanço por dente e da largura de corte, enquanto a profundidade de corte afeta as forças de corte e requer alta estabilidade da ferramenta. Para obter uma qualidade de superfície suave e uniforme, a inclinação da ferramenta, o valor do avanço, a direção de corte e a fixação da ferramenta devem ser otimizados para obter o melhor equilíbrio.
Em resumo, cada método de usinagem e tipo de ferramenta tem suas vantagens específicas. A escolha correta da ferramenta e sua otimização de aplicação podem fornecer mais possibilidades de usinagem e a oportunidade de reduzir o custo da usinagem de cinco eixos. Além disso, usar um bom software de simulação pode reduzir significativamente a chance de erros e evitar desperdiçar tempo valioso de produção testando novos programas na máquina-ferramenta.
