Aunque el mecanizado multieje ha sido el proceso operativo estándar para la mayoría de los fabricantes y operaciones industriales desde al menos los años 50 y 60, la incorporación de más ejes simultáneos sigue siendo una de las innovaciones más revolucionarias en la industria. El método en sí del fresado y mecanizado CNC multieje y simultáneo es una maravilla de la ingeniería, ya que permitió muchas capacidades de la industria moderna. Sin embargo, la adición de otras partes y componentes a las máquinas de mecanizado industrial ha permitido el desarrollo de avances en el mecanizado de 5 ejes, convirtiéndolo en uno de los procesos de fabricación más utilizados, marcando los principales desarrollos de la manufactura moderna.
Hoy en día, mecanizado multieje, en particular las máquinas de fresado de 5 ejes y las máquinas CNC, son más comunes, ya que la incorporación de múltiples ejes es más o menos la norma. Estas máquinas se utilizan para fabricar piezas y componentes para múltiples industrias, y están principalmente asociadas con la producción de piezas de metal (u otros materiales) con formas complejas, medición precisa y detalles extensos. Hasta la fecha, el mecanizado multieje es un estándar industrial, y las máquinas CNC de 5 ejes constituyen la principal incorporación para permitir el mecanizado y el fresado CNC junto con más de los 3 ejes principales.
¿Qué es el mecanizado de 5 ejes?
Como proceso de fabricación y mecanizado, las máquinas multieje, en particular las máquinas CNC de 5 ejes, son herramientas que permiten manipular la pieza de trabajo a lo largo de múltiples ejes. Estas máquinas eliminan el material sobrante de la pieza durante el proceso de fresado. Además de los 3 ejes habituales (x, y, z), las máquinas de 5 ejes también pueden mover la pieza a lo largo de los ejes adicionales cuarto y quinto, mediante la rotación del husillo. Las máquinas de 5 ejes, al igual que la mayoría de las máquinas CNC y de fresado multieje, se definen por 3 componentes principales.
Las capacidades físicas o de mecanizado generalmente se refieren a la velocidad del husillo, el par motor y la orientación de los ejes. En aplicaciones CNC, el sistema de control CNC (monitoreo de posicionamiento, tornillos de bolas y servomotores) y el controlador (sistemas de transferencia y procesamiento de datos) son igualmente importantes.
A pesar de la clara ventaja de las máquinas CNC multieje, son mayormente útiles para operaciones complejas, piezas y componentes con diseños intrincados y tolerancias estrictas. Sin embargo, estos pueden alcanzar niveles de precisión y personalización inalcanzables con procedimientos tradicionales. Con los avances continuos en fabricación asistida por ordenador, el potencial del mecanizado de 5 ejes solo será compatible con más usos posibles y mejorará el proceso en términos de precisión y mano de obra requerida.
Variedades de máquinas de 5 ejes
Las máquinas CNC de 5 ejes pueden variar en forma, cada una adaptada a aplicaciones específicas. Estas varias variedades pueden lograr manipulaciones ligeramente diferentes. Principalmente difieren en los parámetros principales de las máquinas multieje, en particular en el número y la orientación de los ejes rotatorios. El mecanizado de 5 ejes es bastante similar al mecanizado tradicional de 3 ejes, con la principal diferencia en los dos ejes rotacionales adicionales de rotación de la pieza, que ofrecen una mayor flexibilidad de corte. Dependiendo de la configuración específica de una máquina de 5 ejes, también pueden realizar una gama más amplia de operaciones como fresado y torneado. Cada una de estas variedades tiene beneficios específicos y usos comunes.
Máquinas de 3+2 Ejes
Como un subtipo de máquinas de 5 ejes, este tipo de máquinas multieje puede obtener la mayoría de los resultados logrados por las máquinas de 5 ejes regulares. Esta configuración puede lograrse mediante la unión de una mesa rotatoria inclinada a una máquina vertical. La característica principal de las máquinas de 3+2 ejes es que la pieza de trabajo permanece estacionaria y fija durante todo el proceso, con el herramienta de corte en cambio, habilitada para moverse a lo largo de dos ejes adicionales.
Este proceso puede realizar cortes en la pieza desde todos los lados. Esta configuración aún puede ajustar la orientación y el posicionamiento de la pieza, pero debe permanecer estática cuando la máquina está en funcionamiento; un método conocido como mecanizado posicional de 5 ejes. Este proceso puede ser a menudo rentable ya que permite una mejor estabilidad de la base, y es compatible con varias herramientas de corte. Sin embargo, suele ser menos eficiente para diseños más complejos.
Máquinas de 4+1 Ejes
Esta es otra configuración de métodos de mecanizado de 5 ejes que utiliza ejes estacionarios. En este método, solo un eje rotatorio que sostiene la pieza se mantiene en una orientación fija. Esta configuración es esencialmente una simplificación del mecanizado CNC de 5 ejes regular, aprovechando los movimientos dinámicos de tres ejes translacionales y un eje rotatorio. Este método también puede describirse como mecanizado independiente de la superficie, ya que el ángulo de corte no necesariamente está determinado por el ángulo de la superficie. La máquina de 4+1 ejes puede mantener un ángulo constante, aumentando la estabilidad de la pieza y minimizando los cambios en la velocidad que a menudo caracterizan el mecanizado dependiente de la superficie. Sin embargo, este método está restringido a un conjunto limitado de formas cilíndricas.
Máquinas de 5 Ejes Simultáneos
Esto se refiere a las máquinas CNC de 5 ejes regulares. Es un proceso de mecanizado dependiente de la superficie en el sentido de que la herramienta de corte siempre es perpendicular a la base, y permite el movimiento de la herramienta de corte a lo largo de los tres ejes principales, así como la rotación de la pieza a lo largo de los tres ejes rotatorios. Esta configuración permitiría que la herramienta de corte o fresado elimine material en áreas de difícil acceso con otras configuraciones de 5 ejes. Los avances actuales en el mecanizado multieje han facilitado la operación de las máquinas de 5 ejes y han hecho que su proceso sea más eficiente en tiempo. Este método es particularmente efectivo para piezas complejas.
Ventajas y Desventajas
Existen muchas características de las máquinas de 5 ejes que las han hecho muy buscadas por los fabricantes. El trabajo de una máquina de 5 ejes es inconfundible y su potencial solo se expande con el uso de múltiples herramientas de corte y avances en tecnología y mecanizado multieje. Sin embargo, todavía hay desafíos que enfrentan sus aplicaciones industriales.
El beneficio más destacado de las máquinas de 5 ejes es la mayor precisión y la creación facilitada de geometrías complejas. Los ejes pueden alcanzar áreas de difícil acceso con precisión, y crear ángulos de corte complejos, contornos y rebajes que de otro modo habrían sido difíciles y requerían procesamiento con varias máquinas.
Otro beneficio principal es la configuración centralizada que ofrecen las máquinas multieje. En la mayoría de las máquinas de 3 ejes, la pieza de trabajo se procesa con diferentes equipos, y la transición puede causar una pérdida de alineación. La configuración centralizada en una sola máquina de 5 ejes puede adaptarse a múltiples usos, lo que garantiza un procesamiento exhaustivo del sustrato sin necesidad de volver a verificar parámetros y mediciones.
Estas máquinas también pueden reducir el tiempo necesario para procesar componentes con formas complejas. Además, la herramienta de corte corta, que a menudo se usa con máquinas CNC de 5 ejes, ha reducido las vibraciones al operar a altas velocidades de corte, lo que puede producir una textura de superficie significativamente mejor.
A pesar de las ventajas observables de las máquinas de 5 ejes en términos de calidad y eficiencia, los desafíos que enfrenta este método se deben principalmente a su costo y, en ocasiones, a la complejidad de los procesos. Es notable que el costo de una máquina de 5 ejes es bastante alto. Como la mayoría de sus aplicaciones han implementado procesos asistidos por computadora, el software requerido también puede aumentar los costos. Además, el mantenimiento de las máquinas de 5 ejes no solo es costoso, sino también exigente en términos de habilidades del trabajador.
Operar una máquina CNC de 5 ejes requiere una programación intrincada para manipular los varios ejes y la herramienta de corte. La trayectoria y el movimiento de cada componente deben ser calculados y monitoreados durante todo el proceso para garantizar un corte preciso y evitar colisiones e interferencias de herramientas. Un proceso tan complejo requiere diferentes operaciones geométricas y mano de obra altamente calificada. Como resultado, puede aumentar significativamente los costos laborales, así como el riesgo de errores.
Uso de máquinas de 5 ejes
La mayoría de los aparatos y componentes industriales se producen mediante procesos de mecanizado, sin embargo, los diseños más intrincados, piezas complejas que requieren mediciones muy precisas, suelen ser el fuerte de las máquinas CNC de 5 ejes y el mecanizado multieje en general. Esto hace que el fresado y mecanizado de 5 ejes sean perfectos para industrias como la energía y la aeroespacial. Esta última en particular requiere varios componentes con formas complejas y mediciones precisas. Los husillos y la orientación altamente personalizable de una máquina CNC de 5 ejes pueden dirigirse a áreas específicas y manejar condiciones extremas de corte y diseños ajustados.
Este método de mecanizado CNC multieje se ha convertido recientemente en el estándar en la fabricación de piezas para la industria automotriz. La introducción del mecanizado multieje revolucionó la fabricación de automóviles al permitir la producción de motores con tolerancias más estrictas y, en consecuencia, más caballos de fuerza, logrando que los automóviles sean más fiables. Hoy en día, una máquina CNC de 5 ejes puede usarse para fabricar cajas de cambios, ejes de transmisión, así como carcasas y llantas de motores.
Con el crecimiento reciente de la robótica y la maquinaria industrial automatizada, las máquinas de 5 ejes se han aplicado ampliamente para producir piezas de robótica personalizadas. Estas pueden incluir efectores, unidades de almacenamiento y útiles personalizados. Las posibles aplicaciones del mecanizado multieje están en constante expansión. Con los avances recientes en la industria y la tecnología, este método CNC permitirá más proyectos que anteriormente eran desafiantes y complejos.
Conclusión
Los fresadores de 5 ejes y las máquinas CNC son ahora un elemento básico de la fabricación moderna y la industria. Pueden producir piezas y geometrías complejas con mediciones precisas. Son ideales para componentes con tolerancias estrictas y que requieren alta resistencia, y también pueden mejorar significativamente el proceso de la mayoría de las operaciones de fabricación. El enfoque de configuración única de las máquinas de 5 ejes es ahora un parámetro óptimo para el centro de mecanizado vertical. La precisión y alta exactitud alcanzadas con estas máquinas solo se convertirán en un estándar en un futuro cercano. A medida que el mecanizado multieje avance, ampliará significativamente su potencial.
