Comprar un centro de maquinado de cinco ejes: costos y beneficios

Algunas empresas con piezas más complejas deberían empezar a pensar en adquirir una máquina de cinco ejes, que a menudo se considera la progresión natural desde un centro de mecanizado horizontal (HMC).

Del mismo modo, las empresas que están muy metidas en el mecanizado vertical, en el que se puede haber añadido una mesa o un trunnion de cuarto eje a un vertical de tres ejes, también deberían pensar en comprar una máquina de cinco ejes.

Superficies complejas, geometría compleja

Puede que le sorprenda saber que solo un 5% de todas las piezas mecanizadas requieren un mecanizado completo en máquinas de cinco ejes.

El mecanizado en cinco ejes es más frecuente en la industria aeroespacial, donde las piezas tienden a ser no prismáticas (no en forma de caja), con superficies complejas, como las turbinas aeroespaciales, los impulsores o los blisks aerodinámicos.

Estos diseños complejos requieren que los cinco ejes de la máquina se muevan al mismo tiempo para crear la forma, lo que le permite a la herramienta de corte adoptar un enfoque multidireccional de la superficie de la pieza.

El mecanizado en cinco ejes también se utiliza mucho en la fabricación de moldes, donde la necesidad de producir geometrías y superficies complejas está siempre presente. Más adelante en este artículo, abarcaremos algunas de las ventajas de utilizar una máquina de cinco ejes aunque sus piezas no sean tan complejas.

Potencia de procesamiento del mecanizado completo de cinco ejes

En el mecanizado completo de cinco ejes, los cinco ejes pueden moverse y cortar simultáneamente. Este tipo de máquina requiere servoaccionamientos de alta capacidad de respuesta para moverse instantáneamente al tiempo que responden a miles de comandos de movimiento/posición. Se necesitan mesas rotativas de alta precisión para posicionar la pieza con exactitud, a pesar de las fuerzas creadas por el proceso de corte.

Para gestionar adecuadamente estas tareas informáticas, un control de máquina debe tener una gran capacidad de procesamiento para calcular, realizar un seguimiento y controlar el punto central de la herramienta. (El punto central de la herramienta es crítico, porque su posición y orientación determinan cómo se remueve el material para producir la forma deseada).

El código de programa de cinco ejes incluye instrucciones para los ejes lineales X, Y y Z; los dos ejes rotacionales A y B que trabajan al unísono para mantener la herramienta normal (perpendicular) a la superficie de la pieza al contornear; y los vectores I, J y K para los desplazamientos del cortador de la herramienta.

Este cálculo constante incluye todas las desviaciones de la fijación, las desviaciones de la herramienta, la compensación del cortador de la herramienta y la traslación de todos los planos de trabajo, independientemente del eje o la mesa rotativa que se esté moviendo.

Para ello, el control debe ser capaz de responder instantáneamente a los servoaccionamientos, procesar comandos de movimiento en bloques e interpretar grandes cantidades de datos CAM mientras “mira hacia delante”, hacia dónde se dirige la herramienta a continuación. Todo este cálculo debe realizarse con precisión, de modo que no queden marcas en la superficie de la pieza. Evitar estas marcas es especialmente importante en el trabajo con moldes.

Esta capacidad también permite utilizar sondas durante el ciclo de mecanizado para comprobar los resultados. Para soportar esta potencia y capacidad de procesamiento, el costo de una máquina completa de cinco ejes es sustancialmente superior al de las máquinas de tres ejes.

Mecanizado posicional con cinco ejes

Aunque pueda parecer que el siguiente paso desde el mecanizado en tres ejes es el mecanizado completo en cinco ejes, existe un paso de transición denominado mecanizado 3+2. Este modo intermedio realiza el trabajo, pero con una máquina menos costosa. El hecho de que una pieza no prismática tenga orificios, ángulos o características que no son normales a la superficie o al eje de la máquina no significa que se necesite una capacidad total de cinco ejes.

Para mecanizar las características necesarias con el mecanizado 3+2, la máquina inclina la herramienta o gira los ejes cuarto y quinto hasta una posición fija y, a continuación, ejecuta un programa de tres ejes, moviéndose en X, Y y Z. Esto se denomina a veces mecanizado posicional de cinco ejes, en lugar de mecanizado completo de cinco ejes en el que la herramienta se manipula continuamente en todos los ejes lineales y giratorios a la vez.

Aunque el control 3+2 puede seguir el origen inicial de la pieza, es un proceso algo más lento, de un movimiento cada vez. A diferencia del control completo de cinco ejes, el control 3+2 no necesita ser capaz de seguir el movimiento de todos los ejes, trasladar y actualizar las compensaciones de trabajo, las compensaciones del herramental y los sistemas de coordenadas durante el corte.

Con 3+2, sólo se calcula un plano de trabajo a la vez. Es decir, el control “piensa” que la herramienta se mueve en relación con una superficie plana y estática situada correctamente en un punto determinado de la forma de la pieza, de modo que la herramienta puede ser perpendicular en ese punto. Se desplaza hasta la posición, gira y, a continuación, corta.

No todas las máquinas 3+2 están diseñadas para desplazarse y cortar al mismo tiempo. En este caso, las actividades sólo tienen lugar en el plano de trabajo estático establecido antes de comenzar el corte. Durante la rotación de la pieza no se produce ningún otro mecanizado o procesamiento.

La programación para 3+2 puede requerir una especie de enfoque multioperación por plano de trabajo. El control de una máquina 3+2 no es tan sofisticado como el de una máquina completa de cinco ejes, y el software no tiene por qué ser tan potente. Por lo tanto, el precio inicial de la máquina 3+2 es muy inferior al de una máquina completa de cinco ejes.

Aumento del costo de una máquina completa de cinco ejes

Hay una gran diferencia de precio entre una máquina completa de cinco ejes y una de tres ejes, y muchos factores contribuyen a este precio más alto. La construcción y la calidad de la propia máquina son costosas. Las máquinas de cinco ejes se construyen para obtener una gran precisión.

Las mesas rotativas y los trunnions de alta precisión son esenciales, y estos dispositivos son caros. Con el mecanizado completo de cinco ejes, el movimiento de la máquina está limitado por la velocidad del eje rotativo más lento, por lo que se instalan dispositivos rotativos de alta precisión y velocidad. Este es un factor importante en el costo de la máquina.

Asimismo, a menudo se utilizan husillos de alto rendimiento y larga duración con capacidad de alta velocidad para producir superficies muy lisas, como las necesarias para el trabajo en moldes. A veces, al mecanizar superficies complejas, los tiempos de corte pueden ser bastante largos. Con el tiempo, el calor puede acumularse en el interior de la máquina.

Para compensar los efectos de este calor (como la dilatación térmica de los componentes clave), es probable que las máquinas tengan sistemas de refrigeración integrados en su fundición, bancada de máquina, husillos de bolas y husillos. Estos sistemas garantizan y mantienen la precisión de la máquina, tanto si se corta la primera pieza por la mañana como la última por la noche.

Algunas máquinas de cinco ejes están diseñadas con un gabinete eléctrico separado y aislado para ayudar a evitar el calor de las líneas y circuitos eléctricos que se trasladan a la máquina. También son necesarios servomotores y bucles servo de gran capacidad de respuesta para controlar la posición exacta del punto central de la herramienta en todo momento.

Estos componentes también aumentan los costos de la máquina de cinco ejes, al igual que el sofisticado control de la máquina, el procesador y el software mencionados anteriormente.