Mecanizado CNC es cada vez más avanzada. Las últimas funciones de CNC de 4 ejes permiten ahora contornear formas 3D complejas en una sola configuración. El CNC de 4 ejes permite geometrías más complejas y un mecanizado más eficaz al permitir movimientos a lo largo de cuatro ejes diferentes.
Esta entrada de blog explica qué es el mecanizado CNC de 4 ejes y sus principales ventajas, diferencias entre el mecanizado CNC de 3, 4 y 5 ejes, y usos ideales para el mecanizado de 4 ejes.
¿Qué es el mecanizado CNC de 4 ejes?
- El mecanizado CNC de 4 ejes utiliza la tecnología de control numérico por ordenador (CNC) para fabricar piezas complejas. A diferencia de las máquinas CNC de 3 ejes (que se mueven a lo largo de los ejes X, Y y Z), las máquinas de 4 ejes añaden un eje A de rotación adicional. Esto proporciona una mayor flexibilidad en las operaciones de mecanizado.
El eje A permite la rotación de la pieza alrededor del eje X. Esta capacidad de rotación permite producir geometrías más complejas que sus homólogos de 3 ejes. Comparando el mecanizado CNC de 4 y 5 ejes, el de 5 ejes incorpora dos ejes de rotación adicionales (B y C) para una complejidad aún mayor.
Una máquina CNC de 4 ejes típica tiene un husillo, una mesa, una unidad de control y un eje A giratorio. El husillo sujeta la herramienta de corte y se desplaza a lo largo de los ejes X, Y y Z. La mesa sujeta la pieza. La mesa soporta la pieza de trabajo. La unidad de control, equipada con un programa informático, coordina los movimientos precisos de la máquina. Añadir el eje A a los tres ejes tradicionales facilita diversas operaciones de mecanizado. Estas operaciones incluyen fresado, taladrado y girando.
Al analizar el mecanizado cnc de 3, 4 y 5 ejes, es fundamental comprender la mecánica operativa de cada configuración. En el mecanizado de 4 ejes, el eje A trabaja con los ejes X, Y y Z para crear diseños y características más complejos. El software controla de forma crítica los movimientos de la máquina para garantizar la exactitud y la precisión durante todo el proceso de mecanizado.
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Ventajas y desventajas del mecanizado en 4 ejes
El mecanizado CNC de 4 ejes tiene varias ventajas sobre Mecanizado en 3 ejes, pero también hay que tener en cuenta un par de inconvenientes. Veamos las ventajas y desventajas de esta técnica de fabricación de vanguardia.
Ventajas del mecanizado CNC de 4 ejes
- Hace que las piezas sean más precisas y exactas.
- Permite formas complejas con detalles intrincados que no eran posibles con 3 ejes.
- Reduce el tiempo de producción al necesitar menos configuraciones.
- Puede trabajar en varias caras de una pieza sin cambiar de posición.
- Más eficaz y rentable para producciones de gran volumen.
- Mejores acabados superficiales gracias a la mayor proximidad de las herramientas de corte a la pieza.
- Menor necesidad de intervención manual.
Desventajas del mecanizado CNC de 4 ejes
- Las máquinas y el mantenimiento cuestan más que las de 3 ejes, incluidos los costes corrientes.
- La programación y el funcionamiento se complican con el cuarto eje (A).
- Limitado en algunas geometrías en comparación con las máquinas de 5 ejes.
- Necesita operadores con formación avanzada.
- Las máquinas ocupan más espacio.
Proceso de mecanizado CNC de 4 ejes
Fabricar algo con mecanizado CNC de 4 ejes implica varios pasos clave, desde el diseño inicial hasta el producto acabado:
Modelado CAD
En primer lugar, los ingenieros crean un modelo 3D en un programa de CAD. Este modelo virtual coincide con la forma y el tamaño deseados de la pieza real. También muestra todas las características y dimensiones necesarias. Una vez hecho esto, el archivo CAD se convierte a un formato como Código G, que entiende la máquina CNC.
Programación CAM
Siguiente, El software CAM toma el modelo CAD y crea la trayectoria de la herramienta: instrucciones que muestran los movimientos de la herramienta de corte en relación con la pieza de trabajo. La trayectoria de la herramienta optimiza la eficacia del mecanizado en función de aspectos como la velocidad de corte, el avance y la selección de la herramienta.
Configuración de la máquina
Ahora la máquina CNC de 4 ejes se prepara para el trabajo de mecanizado real. Esto significa instalar dispositivos, herramientas y cargar la pieza de trabajo.
Mecanizado
La capacidad de rotación del eje A es lo que diferencia al CNC de 4 ejes. Gira la pieza alrededor del eje X para que la herramienta de corte pueda acceder a varios lados sin cambiar de posición. La máquina sigue la trayectoria de la herramienta programada, eliminando material de la pieza de trabajo. El proceso se supervisa y ajusta según sea necesario.
Acabado
Tras el mecanizado, la pieza se limpia, se desbarba y se acaba para conseguir el acabado superficial deseado.
3 tipos de máquinas CNC de 4 ejes
Existen muchos tipos de máquinas CNC de 4 ejes, cada una con capacidades únicas para diferentes usos.
Fresadoras
Quizá sean las máquinas CNC de 4 ejes más utilizadas. Son excelentes para crear piezas complejas con cortes en ángulo y orificios. El eje A adicional permite que la herramienta de corte se acerque a la pieza en ángulo, lo que permite fresar ranuras y orificios según sea necesario.
Tornos
Los tornos CNC de 4 ejes se utilizan para operaciones de torneado. El eje añadido permite que la herramienta del torno se acerque a la pieza en cualquier ángulo. Permite fabricar formas complejas. Los tornos pueden trabajar con materiales como metal, madera o plástico, lo que ofrece amplias posibilidades de fabricación.
Router
Las fresadoras se utilizan sobre todo en la industria de la madera. Las fresadoras CNC de 4 ejes aportan precisión y capacidad para trabajar con piezas de gran tamaño. Su construcción robusta y su fácil configuración las hacen valiosas en cualquier línea de producción.
Disponer de 4 ejes en lugar de 3 mejora las capacidades y la eficacia del mecanizado CNC, lo que hace que esta tecnología sea esencial en la fabricación moderna.
Aplicaciones del mecanizado CNC de 4 ejes
La flexibilidad y precisión del mecanizado CNC de 4 ejes lo hacen muy valioso. Se utilizan en una amplia gama de industrias y aplicaciones, desde la aeroespacial y la automovilística hasta la médica y la artística.
Usos industriales
La industria aeroespacial depende de ella para las intrincadas palas de turbina, piezas de motor y componentes estructurales. La industria automovilística la utiliza para piezas de motores, transmisiones y sistemas de suspensión. Los fabricantes de dispositivos médicos lo utilizan para producir herramientas quirúrgicas, implantes y prótesis de precisión.
Usos creativos
Más allá del ámbito industrial, el mecanizado CNC de 4 ejes también se utiliza para actividades creativas como la escultura y la joyería. La precisión y la flexibilidad permiten a artistas y escultores realizar piezas detalladas con diseños complejos. Los joyeros lo utilizan para crear piezas únicas y elaboradas.
Fabricación general
Para la fabricación general, el mecanizado CNC de 4 ejes fabrica todo tipo de piezas como engranajes, soportes y componentes estructurales complicados. Estas máquinas son capaces de mecanizar varias caras en una sola configuración, lo que ahorra mucho tiempo y dinero. Esta es la razón por la que los prototipos y los trabajos a medida se apoyan mucho en ella.
La flexibilidad y la precisión hacen que el CNC de 4 ejes sea muy valioso para una amplia gama de usos en sectores muy diferentes.
Diferencia entre el mecanizado en 4 y 5 ejes
Tanto el mecanizado CNC de 4 ejes como el de 5 ejes pueden proporcionar capacidades más avanzadas que el mecanizado normal de 3 ejes. Pero existen grandes diferencias entre ambos en cuanto a complejidad, usos y costes.
Complejidad de los movimientos
La principal diferencia radica en la complejidad de los movimientos. Las máquinas de 5 ejes pueden moverse a lo largo de dos ejes adicionales (denominados B y C) y utilizar 2 de los 3 ejes de rotación. Esto les permite hacer formas más intrincadas y complejas en comparación con los 4 ejes, que sólo añaden un eje de rotación (llamado eje A) además de los tres ejes lineales (X, Y y Z).
Usos y cuándo funciona mejor cada uno
El hecho de que funcionen mejor los 4 ejes o los 5 ejes depende de lo que necesite mecanizar exactamente. Los 5 ejes son ideales para curvas complejas, rebajes y contornos, ya que pueden manejar toda la forma complicada en una sola configuración. Esto funciona bien cuando la geometría de la pieza tiene muchas formas intrincadas en 3D, como en componentes aeroespaciales como álabes de turbina o impulsores.
Sin embargo, para geometrías de piezas menos complejas, los 4 ejes pueden ser una solución asequible que sigue permitiendo características angulares y menos configuraciones.
Comparación de costes
Coste del mecanizado CNC es un factor importante. Las máquinas de 5 ejes suelen ser más caras dada su complejidad y capacidades. También necesitan operarios altamente cualificados y programación. La mayor inversión y los costes de mantenimiento pueden no estar justificados si el mecanizado en 4 ejes puede tratar las piezas con eficacia.
En resumen: los 5 ejes ofrecen la máxima flexibilidad y complejidad, pero el mecanizado CNC de 4 ejes sigue siendo una opción valiosa y económica para muchas aplicaciones.
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Diferencia entre el mecanizado en 4 ejes y en 3 ejes
Pasar a 4 ejes para CNC aporta grandes ventajas sobre el antiguo mecanizado de 3 ejes, sobre todo por el eje de rotación A añadido.
Mejora de las capacidades
La rotación del eje A permite a las máquinas de 4 ejes crear geometrías y características mucho más complejas con las que las máquinas de 3 ejes tendrían dificultades o no podrían. Los 3 ejes se utilizan normalmente cuando las características son paralelas o perpendiculares a X, Y y Z. Pero a veces la característica diseñada no puede fabricarse físicamente con una máquina de 3 ejes, o puede ser más rentable mecanizarla con una máquina de 4 ejes.
Todo lo que forme un ángulo con el sistema de coordenadas X/Y/Z no ocurrirá con 3 ejes, incluso si la característica en sí es plana. Existen dos tipos de elementos angulares: caras planas angulares y elementos angulares no planos. Los elementos como orificios en ángulo, rebajes y contornos son fáciles de producir con el mecanizado de 4 ejes.
Diferencias operativas
El mecanizado en 4 ejes puede reducir considerablemente los tiempos de producción y simplificar las configuraciones en comparación con el mecanizado en 3 ejes. Al girar la pieza, los 4 ejes acceden a varias caras sin necesidad de reposicionamiento manual. En última instancia, esto reduce el número de pasos. Debido a esta característica, el mecanizado en 4 ejes es especialmente útil para piezas como soportes complejos y cilindros que tienen características en múltiples lados.
Además, los 4 ejes eliminan el riesgo de error humano al reposicionar y pueden sujetar más firmemente tolerancias entre elementos situados en distintos lados de la pieza. Los perfiles complejos, como los lóbulos de leva, pueden mecanizarse en una máquina de 4 ejes.
Existen dos tipos de CNC de 4 ejes: indexado y continuo. Las máquinas de 4 ejes de indexación sólo pueden girar el eje A a una posición fija. Por otro lado, al cortar, las máquinas de 4 ejes continuos pueden girar el eje A junto con los otros ejes simultáneamente.
Coste y complejidad
Aunque las máquinas CNC de 4 ejes cuestan más, pueden ahorrar dinero para algunos usos. Las capacidades ampliadas evitan los costosos útiles y herramientas especiales que necesitarían las máquinas de 3 ejes para producir resultados similares. Sin embargo, el funcionamiento de una máquina CNC de 4 ejes requiere más conocimientos y formación del operario que una de 3 ejes.
Conclusión
El uso del mecanizado CNC de 4 ejes ha demostrado grandes ventajas en cuanto a precisión, eficacia y flexibilidad en todo tipo de industrias. Esta tecnología permite fabricar piezas complejas en menos configuraciones y con mayor precisión. Esto hace que sea superior para diseños intrincados que necesitan un mecanizado detallado desde múltiples ángulos.
El futuro parece prometedor para el mecanizado CNC de 4 ejes, ya que la tecnología sigue avanzando. A medida que el CNC mejore aún más en precisión y capacidades, crecerá la demanda de piezas mecanizadas complejas y superprecisas. Esto impulsará más innovaciones en los métodos de mecanizado CNC de 4 ejes.
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