El mecanizado multieje es un proceso de fabricación que implica herramientas que se mueven en 4 o más direcciones y se utilizan para fabricar piezas de metal u otros materiales mediante el fresado del exceso de material, mediante corte por chorro de agua o mediante corte por láser . Este tipo de mecanizado se realizaba originalmente de forma mecánica en máquinas grandes y complejas. Estas máquinas operaban en 4, 5, 6 e incluso 12 ejes que se controlaban individualmente mediante palancas que descansaban sobre placas de leva . Las placas de leva ofrecían la capacidad de controlar el dispositivo de herramientas, la mesa en la que se asegura la pieza, así como de girar la herramienta o la pieza dentro de la máquina. Debido al tamaño y la complejidad de las máquinas, se necesitaba una gran cantidad de tiempo para configurarlas para la producción. [1] Una vez que se introdujo el mecanizado controlado numéricamente por computadora, proporcionó un método más rápido y eficiente para mecanizar piezas complejas.
Las herramientas CNC típicas admiten la traslación en 3 ejes; las máquinas multieje también admiten la rotación alrededor de uno o varios ejes. Las máquinas de 5 ejes se utilizan comúnmente en la industria en la que la pieza de trabajo se traslada linealmente a lo largo de tres ejes (normalmente x, y y z) y el husillo de la herramienta es capaz de girar alrededor de 2 ejes adicionales. [2]
En la actualidad, existen muchos sistemas de software CAM ( fabricación asistida por computadora ) disponibles para respaldar el mecanizado multieje, incluido software que puede convertir automáticamente trayectorias de herramientas de 3 ejes en trayectorias de herramientas de 5 ejes. [3] Antes del avance de la fabricación asistida por computadora, la transferencia de información del diseño a la producción a menudo requería mucho trabajo manual, lo que generaba errores y daba como resultado un desperdicio de tiempo y material.
Las máquinas multieje tienen tres componentes principales:
Las capacidades físicas de las máquinas, es decir, torque, velocidad del husillo, orientación/operación del eje.
El sistema de accionamiento CNC, los componentes que mueven la máquina, entre los que se incluyen servomotores, sistemas de avance rápido, husillos de bolas y cómo se controla el posicionamiento.
El controlador CNC, así es como se transfieren/almacenan los datos dentro de la máquina, y se procesan y ejecutan los datos de entrada. [4]
Las máquinas multieje ofrecen varias mejoras respecto a otras herramientas CNC, a costa de una mayor complejidad y precio de la máquina:
Se reduce la cantidad de trabajo humano, si de otro modo la pieza tendría que ser girada manualmente durante el mecanizado.
Se puede obtener un mejor acabado de la superficie moviendo la herramienta tangencialmente sobre la superficie (en lugar de mover la pieza de trabajo alrededor del husillo).
Se pueden fabricar piezas más complejas, especialmente piezas con agujeros curvados.
Mayor vida útil de la herramienta debido a la capacidad de lograr ángulos óptimos entre la herramienta y la superficie de mecanizado.
Piezas de mayor calidad. Lo que antes requería múltiples configuraciones ahora se puede ejecutar en solo unas pocas, o incluso en una sola, lo que reduce los pasos y disminuye la posibilidad de error.
El número de ejes de las máquinas multieje varía de 4 a 9. [5] Cada eje de movimiento se implementa ya sea moviendo la mesa (en la que se fija la pieza de trabajo) o moviendo la herramienta. La configuración real de los ejes varía, por lo tanto, las máquinas con el mismo número de ejes pueden diferir en los movimientos que se pueden realizar.
Aplicaciones
Las máquinas CNC multieje se utilizan en muchas industrias, entre ellas:
Industria automotriz : Las máquinas CNC multieje crean carcasas de motor, llantas y faros. [7]
Industria del mueble : los tornos CNC producen en masa patas de mesa de madera, así como la mayoría de los demás componentes. [8]
Industria médica : Las máquinas CNC multieje crean reemplazos de cadera personalizados, implantes dentales y prótesis de miembros. [9]
El mecanizado multieje también se utiliza comúnmente para la creación rápida de prototipos , ya que puede crear modelos resistentes y de alta calidad a partir de metal, plástico y madera y, al mismo tiempo, ser fácilmente programables. [10]
Software de fabricación asistida por computadora (CAM)
El software CAM automatiza el proceso de conversión de modelos 3D en trayectorias de herramientas, la ruta que toma la máquina multieje para fresar una pieza (Fig. 1). Este software tiene en cuenta los diferentes parámetros del cabezal de la herramienta (en el caso de una fresadora CNC , este sería el tamaño de la broca), las dimensiones de la pieza en bruto y cualquier restricción que pueda tener la máquina. Las trayectorias de herramientas para múltiples pasadas se pueden generar para producir un mayor nivel de detalle en las piezas. Las primeras pasadas eliminan grandes cantidades de material, mientras que la pasada final, la más importante, crea el acabado de la superficie . [15] En el caso del torno CNC, el software CAM optimizará la trayectoria de la herramienta para que el eje central de la pieza se alinee con el eje rotatorio del torno. [16] Una vez que se han generado las trayectorias de herramientas, el software CAM las convertirá en código G , lo que permitirá que la máquina CNC comience a fresar. [17]
El software CAM es actualmente el factor limitante de las capacidades de una máquina multieje y su desarrollo es continuo. Los avances recientes en este ámbito incluyen:
Optimización de topología, un algoritmo que refina los modelos 3D para que sean más eficientes y rentables en las máquinas CNC. [18]
Reconocimiento automático de características del modelo 3D, que puede simplificar la generación de trayectorias de herramientas al identificar instrucciones que la máquina debe seguir a partir de las características del modelo 3D. [19]
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