Introdução
O setor de usinagem CNC inova constantemente para preencher os vazios funcionais deixados por uma máquina. Nesse processo, ele cria máquinas que são diferentes umas das outras.
Uma inovação popular na usinagem é a adição de movimentos de corte. Conforme expresso em seu "eixo", quanto mais movimentos uma máquina tiver, mais capaz e versátil ela será.
A seguir, comparamos a diferença entre uma máquina CNC de 3 eixos e uma de 5 eixos. Detalhamos suas vantagens e desvantagens e como elas diferem em diferentes aspectos.
O que significa Axis?
Antes de explicarmos as máquinas-ferramentas em destaque, vamos primeiro aprender o que significa o termo "eixo". Afinal, é provável que você também esteja se perguntando: "O que é um eixo em uma máquina CNC?"
Como na maioria das aplicações, a palavra "eixo" denota direção. Na usinagem CNC, o termo "eixo" expressa o número de movimentos ou direções em que a ferramenta de corte ou a peça de trabalho pode se mover. Geralmente, uma máquina-ferramenta tem pelo menos três eixos lineares, denominados eixos XYZ, respectivamente.
O eixo X refere-se ao movimento linear da ferramenta de corte da direita para a esquerda ou vice-versa. O eixo Y expressa o movimento de frente para trás, enquanto o eixo Z denota o movimento de cima para baixo. Em uma máquina de 3 eixos, a peça de trabalho geralmente fica parada enquanto a ferramenta de corte se move.
No entanto, além desses eixos lineares, algumas máquinas apresentam eixos rotativos, indicados como ABC. O quarto eixo (eixo A) adiciona movimento rotacional em torno do eixo X. Ao mesmo tempo, o eixo B complementa a rotação com o eixo Y.
A adição de eixos rotativos torna o processo de corte mais rápido e preciso. Como mais movimento é adicionado, a ferramenta de corte pode trabalhar em mais lados e ângulos. Isso proporciona maior flexibilidade e recursos adicionais à máquina.
Usinagem de 3 eixos
Uma máquina CNC de 3 eixos é uma ferramenta padrão usada em projetos básicos de fabricação. Ela apresenta uma ferramenta que pode se mover ao longo dos eixos XY e Z para corte em profundidade. Outras máquinas CNC de 3 eixos terão uma mesa móvel para acomodar o movimento de cima para baixo, enquanto o cortador é específico para os eixos XY.
Essas ferramentas se movem em direções lineares e são limitadas a tarefas não complexas. As máquinas de três eixos são ideais para a fabricação de objetos 2D ou 2,5D, mas raramente para projetos complexos em 3D. As geometrias devem ser mínimas para acomodar a fabricação em 3D.
As máquinas CNC de três eixos são mais bem utilizadas para funções básicas, como cortar bordas, fazer furos ou rosquear. Seu movimento limitado também significa capacidade e capacidade de fabricação limitadas.
Aqui estão os tipos mais comuns de máquinas CNC de 3 eixos no mercado:
- Fresadoras CNC
- Máquinas de torno CNC
- Máquinas de perfuração CNC
Usinagem de 5 eixos
Uma máquina CNC de 5 eixos opera nos eixos "XYZ mais AB". Além dos movimentos lineares padrão, são acrescentados dois movimentos rotativos. Isso permite que a máquina trabalhe com formas complexas e intrincadas em um objeto.
Os movimentos adicionais variam de acordo com o tipo de ferramenta de usinagem de 5 eixos. Você pode ter uma máquina CNC de 5 eixos cuja ferramenta de corte se mova apenas nos eixos XYZ, mas que tenha um cabeçote de ferramenta giratório e uma mesa entre as operações. Você também pode ter uma máquina que permita que a peça de trabalho e a fresa girem simultaneamente durante a operação. Outro tipo usa um fuso que pode ser estacionário ou giratório na maioria das direções.
Os dois eixos adicionais permitem recursos mais precisos e versáteis. Com uma máquina de 5 eixos, você pode criar peças complexas em 3D com um acabamento ainda mais suave.
O fresamento contínuo também é possível, pois as fresas podem seguir as curvaturas do projeto. Você pode abordar um projeto em todos os ângulos e eliminar a necessidade de reposicionar as peças de trabalho. Até mesmo uma peça de trabalho 3D complexa pode ser finalizada em uma única operação.
As máquinas comuns de 5 eixos incluem:
- Roteadores CNC
- Máquina CNC contínua de 5 eixos
- Fresadoras CNC de 5 eixos
Máquina de 3 eixos vs. máquina de 5 eixos
A diferença no número de eixos dessas máquinas parece marginal. Entretanto, essa simples diferença separa as duas em muitos aspectos comparáveis. Vamos dar uma olhada em como a máquina de 3 eixos se compara às máquinas de 5 eixos abaixo.
1. Aplicativo
As máquinas CNC de 3 eixos são inegavelmente limitadas em comparação com a variante de 5 eixos. Isso limita a primeira a trabalhar em projetos simples que não precisam de contornos ou ângulos extras. Em geral, as máquinas de 3 eixos são a opção ideal para a produção de peças simples baseadas em objetos planos. Elas são ideais para realizar tarefas simples, como fazer furos ou cortar bordas. As máquinas de 3 eixos são comuns na fabricação de peças automotivas, eletrônicas e de manufatura.
Em comparação, as máquinas de 5 eixos fabricam peças precisas para uso médico ou aeroespacial. Essas máquinas proporcionam um acabamento mais suave e um resultado mais preciso. Essas máquinas acomodam geometrias complexas e detalhes rigorosos.
2. Velocidade de produção
Nessa categoria, a máquina de 5 eixos supera a máquina de 3 eixos. O movimento XYZ limitado no eixo 3 significa um tempo de resposta mais lento para a fabricação. Isso não apenas limita a velocidade, mas também exige a troca de ferramentas entre as operações. Você também deve reposicionar manualmente a peça de trabalho, pois a mesa não gira.
Todas essas discrepâncias não são um desafio nas máquinas de 5 eixos. O movimento adicional não apenas aumenta a velocidade, mas também elimina as trocas de ferramentas. Você pode inserir a peça de trabalho e deixar que a máquina automatize a maior parte do trabalho.
3. Manutenção
A regra geral na usinagem é que quanto mais complexa for a máquina, mais difícil será sua manutenção. A manutenção de máquinas de 3 eixos é menos exigente, pois elas são ferramentas mais simples. Com menos peças móveis e uma construção menor, as máquinas de 3 eixos não precisam de medidas adicionais para se manterem em perfeitas condições.
Em contrapartida, a máquina de 5 eixos precisará de medidas de manutenção mais específicas. A manutenção mais alta decorre do acréscimo de peças móveis e de uma estrutura complexa. Devido ao maior número de movimentos durante a operação, as peças são mais propensas ao desgaste.
4. Eficiência
Sem dúvida, ambas as máquinas são equipamentos eficientes. Elas funcionam de forma eficiente em suas respectivas aplicações. No entanto, as máquinas de 5 eixos têm maior flexibilidade de funcionamento. Elas podem fazer mais do que as funções básicas de uma máquina de 3 eixos com melhor qualidade.
A operação da máquina de 5 eixos também economiza tempo, pois exige menos intervenção manual. As trocas de ferramentas são reduzidas devido aos movimentos integrados. É possível terminar uma peça de trabalho em uma única operação sem reposicionar as ferramentas ou o objeto.
5. Custo
Outro fator que causa uma diferença significativa entre os dois é o custo geral. Da compra à programação e à operação, o custo é uma grande diferença.
Uma máquina CNC padrão de 3 eixos pode custar cerca de US$25.000 para US$50.000dependendo do tipo e da marca. Esse é o preço médio de compra dessas máquinas, que pode ou não incluir os custos de programação.
É necessário pelo menos US$80.000 para comprar uma máquina CNC de 5 eixos. Máquinas maiores e de marcas mais populares podem custar mais de US$500.000.
Além do preço da configuração inicial, você pagará pelos custos de programação e operação. As máquinas CNC consomem muita eletricidade. Uma máquina CNC de 20 hp classificada para 7 kW/h pode lhe render um $1,400 conta mensal de energia elétrica.
A maioria das máquinas inclui um pacote de ferramentas padrão. Você incorrerá em custos adicionais se precisar de ferramentas mais específicas que não estejam incluídas no pacote. Por fim, os custos de manutenção também devem ser levados em conta. Em última análise, as máquinas CNC de 5 eixos custarão um valor mais significativo.
6. Manuseio
O requisito operacional de uma máquina CNC de 3 eixos é menor do que o das máquinas CNC de 5 eixos. Isso se baseia na complexidade da operação das duas.
Como o 5 eixos é mais complexo, são necessários treinamento e conhecimento especializados para programá-lo e operá-lo. Mais peças móveis também significam monitoramento crítico durante a operação. Como a máquina de 3 eixos é menos complexa, ela é mais fácil de ser executada e operada. A solução de problemas de erros operacionais também é mais crítica e desafiadora para as máquinas de 5 eixos.
Conclusão
Há uma grande diferença entre o funcionamento de uma máquina CNC de 3 eixos em comparação com uma de 5 eixos. Entre outros fatores, as duas têm suas ofertas distintas que se adaptam a diferentes aplicações.
Ao escolher entre os dois, a aplicação deve ser o principal fator que determina sua opção. Se a sua fabricação precisa produzir peças simples, uma máquina de 3 eixos é a ideal para você. Embora não tenha a flexibilidade de uma máquina de 5 eixos, ela é adequada para esse tipo de aplicação.
Somente opte por uma máquina de 5 eixos quando for produzir peças mais complexas que uma máquina de 3 eixos não possa suportar. Entender a escala de suas necessidades de produção também é fundamental para obter a máquina mais adequada.