Esta peça precisa de usinagem de 5 eixos ou de 3 eixos? Geometria, setups, custo e prazo de entrega

Descarte o 5 eixos quando todas as funcionalidades forem alcançáveis em uma ou duas orientações

Um setup fixo de 3 eixos não reorienta a ferramenta nem a peça, de modo que qualquer funcionalidade fora das orientações alcançáveis exige nova fixação ou uma máquina com eixo rotativo¹⁵. Se todas as funcionalidades forem alcançáveis em uma ou duas orientações, a capacidade rotativa não agrega nada à peça⁴.

As condições geométricas que as fontes citam consistentemente como exigindo 5 eixos são funcionalidades em ângulos compostos, reentrâncias alcançáveis apenas de múltiplas direções, faces e furos não ortogonais, cavidades profundas, canais de impelidores e pás. E superfícies continuamente esculpidas que exigem inclinação do eixo da ferramenta^13415161930.

Para uma peça prismática concluída em dois setups ou menos, sem GD&T entre faces opostas, o 3 eixos é descrito como significativamente mais econômico e mais rápido¹⁹.

Verifique seu desenho técnico contra essa lista antes de pedir uma cotação em 5 eixos: se nenhuma dessas condições estiver presente, o sobrepreço do 5 eixos compra uma capacidade que a peça não usa⁴²².

Decida entre 3+2 indexado e 5 eixos simultâneo

O 3+2 indexado trava os dois eixos rotativos antes do corte e, em seguida, usina como uma máquina de 3 eixos naquele ângulo, o que alcança furos em ângulo, bolsas inclinadas e peças de múltiplas faces³¹⁵.

O 5 eixos simultâneo move os cinco eixos durante o corte, e é isso que torna usináveis em uma única trajetória de ferramenta as superfícies continuamente curvas, pás de impelidores, perfis aerodinâmicos de turbina e implantes esculpidos¹⁵¹⁹.

A linha divisória é se o eixo da ferramenta precisa mudar enquanto a ferramenta está cortando: se não precisa, o posicionamento indexado é descrito como frequentemente o caminho mais econômico¹⁵¹⁶.

Para muitos componentes de precisão, o 3+2 entrega a mesma precisão dimensional que o 5 eixos simultâneo, reduzindo o tempo de programação e os custos de fabricação¹⁶. Se todas as funcionalidades puderem ser alcançadas por posicionamento indexado, o movimento contínuo de 5 eixos costuma agregar pouco valor adicional¹⁶.

Pergunte ao seu fornecedor qual das duas operações a cotação pressupõe, porque a mesma máquina de 5 eixos pode executar ambas³.

Verifique se a tolerância entre faces opostas e a continuidade do datuum impõem um único setup

Cada nova fixação desloca levemente o datuum, de modo que um desenho técnico que vincule posição verdadeira ou perfil entre várias faces é a razão pela qual o 5 eixos em setup único é preferido mesmo quando apenas a geometria não o exigiria¹⁷¹⁹.

Onde duas ou mais faces críticas exigem posição verdadeira ou perfil entre dados, ou a GD&T vincula múltiplas faces entre si, as fontes apontam para 3+2 ou 5 eixos simultâneo e recomendam uma estratégia de datuum único para evitar o acúmulo de desvios de nova fixação¹⁹.

Tolerâncias mais estreitas e superfícies mais suaves também se beneficiam do 5 eixos, porque a ferramenta pode manter um ângulo de corte ótimo com menos setups⁴.

Uma rota de 3 eixos rompe o vínculo do datuum a cada nova fixação, e é por isso que cotações de múltiplos setups têm dificuldade em atender chamadas entre faces opostas¹⁷²².

Antes de liberar o desenho técnico, marque quais tolerâncias realmente atravessam faces; são elas, e não a contagem de funcionalidades, que decidem se uma cotação de 3 eixos em múltiplos setups consegue atender a peça¹⁹.

Conte as orientações que uma rota de 3 eixos exige e precifique o ônus dos setups

Mais orientações significam mais dispositivos, mais novas fixações e mais inspeção em processo, e são esses os custos contra os quais uma tarifa horária mais alta do 5 eixos é ponderada¹⁷²²²³. Conte-os antes de comparar tarifas de máquina.

• ✓Liste cada face que carrega uma funcionalidade usinada e a orientação necessária para alcançá-la.
• ✓Conte os setups que uma rota de 3 eixos exigiria; quatro setups é o número que uma fonte relata para uma peça complexa.
• ✓Acrescente a fabricação de dispositivos e o tempo de nova fixação a cada setup adicional.
• ✓Acrescente inspeção em processo após cada nova fixação onde houver tolerâncias entre faces opostas.
• ✓Compare o custo total da peça, e não tarifas horárias de máquina, entre as duas rotas.

Decida se o volume e a complexidade colocam a peça no ponto em que o custo total do 5 eixos pode vencer

As tarifas horárias do 5 eixos são relatadas como mais altas que as do 3 eixos, mas, para peças complexas, menos setups, menos dispositivos e menos refugo podem compensar essa tarifa^3222324.

Séries de alto volume de peças simples favorecem o 3 eixos, que mantém os tempos de ciclo curtos e evita software CAM avançado e operadores altamente treinados⁴²². Peças complexas de volume baixo a médio favorecem o 5 eixos, que reduz o tempo de setup e aumenta a repetibilidade⁴²².

O ponto de equilíbrio depende da geometria específica e do volume de produção, e nenhuma fonte apresenta um limiar numérico²². Peça ao seu fornecedor uma cotação das duas rotas para o mesmo desenho técnico e a mesma quantidade, e depois compare os totais, e não as tarifas³.

Decida se o 5 eixos encurta ou alonga o prazo de entrega cotado

Menos setups reduzem o manuseio e o tempo de setup em peças complexas, mas o prazo de entrega também é impulsionado pela fabricação de ferramentais e dispositivos, pela aquisição de material, pelo tempo de fila, pelo acabamento secundário e pelo retrabalho⁴⁵²⁸.

Uma oficina com apenas máquinas de 3 eixos precisaria de múltiplos setups com dispositivos especiais, o que aumenta o tempo de programação, de setup e de produção geral²⁸. Para uma peça simples, o setup em uma máquina de 3 eixos pode ser até mais rápido do que em uma máquina de 5 eixos⁴.

O tempo de máquina é apenas uma parte do prazo de entrega, de modo que um ciclo mais curto, por si só, não encurta a cotação⁵.

Ao comparar prazos de entrega, peça ao fornecedor que detalhe a cotação em programação, fabricação de dispositivos, usinagem, acabamento e inspeção, e que informe a posição na fila pressuposta⁵²⁸.

Verifique se um processo alternativo elimina a exigência de 5 eixos

O 3+2 indexado é a principal alternativa que pode eliminar a necessidade de 5 eixos simultâneo em funcionalidades em ângulo e de múltiplas faces. E é descrito como frequentemente o caminho mais econômico quando não há superfície de curvatura contínua³¹⁵¹⁶.

Fundição e moldagem por injeção de metal são uma rota diferente, com seu próprio perfil de tolerância, volume e prazo de entrega, e o pós-usinagem é comum para funcionalidades de tolerância estreita²⁹.

A pergunta mais importante é se a peça realmente precisa de 5 eixos, ou se o 3 eixos ou o 3+2 poderiam alcançar o resultado exigido a um custo menor³⁰.

Se sua peça tem furos em ângulo ou faces não ortogonais, mas nenhuma curvatura contínua, peça uma cotação em 3+2 antes de se comprometer com o 5 eixos simultâneo¹⁵¹⁶.

Verifique se o fornecedor de 5 eixos pode certificar e inspecionar o trabalho

Uma declaração de capacidade não é evidência de que a oficina consegue documentar a peça. Estas verificações cobrem a documentação por trás de uma cotação em 5 eixos.

• ✓Pergunte quais certificações a oficina possui, como ISO 9001 ou AS9100D quando a peça as exigir.
• ✓Pergunte se o registro ITAR se aplica ao seu desenho técnico e quem terá acesso aos dados.
• ✓Solicite um pacote de inspeção da primeira peça para uma peça nova, uma revisão alterada, um material alterado ou um dispositivo novo.
• ✓Defina quais funcionalidades precisam de medição por CMM e quais podem ser amostradas.
• ✓Confirme os registros de inspeção que você receberá antes que o material seja cortado.

Onde as fontes divergem sobre o custo do 5 eixos

As duas posições abaixo são ambas relatadas, e as fontes não resolvem qual se aplica à sua peça. A última coluna diz o que você deve verificar.

O que as fontes não estabelecem

• Nenhuma fonte apresenta um limiar geométrico quantitativo (ângulo, profundidade de reentrância ou razão de aspecto) a partir do qual o 3 eixos se torna impossível.
• Nenhuma fonte apresenta valores específicos de tolerância ou Ra/Rz que não possam ser atendidos por reposicionamento em 3 eixos.
• Nenhuma fonte apresenta um ponto de equilíbrio numérico de volume ou tamanho de lote para 5 eixos versus 3 eixos.
• Nenhuma fonte apresenta tarifas horárias absolutas de máquina ou valores de custo de programação e setup para 3 eixos versus 5 eixos.
• Nenhuma fonte apresenta uma comparação cotada de prazo de entrega entre 3 eixos e 5 eixos que inclua programação, fabricação de dispositivos, disponibilidade de máquina e tempo de fila.
• Nenhuma fonte compara EDM, forjamento ou manufatura aditiva como alternativas ao 5 eixos.
• Nenhuma fonte apresenta especificações de precisão ou tolerância específicas de máquinas de 5 eixos, ou requisitos NADCAP.
• Nenhuma fonte fornece uma regra geral para contar as orientações exigidas de uma peça arbitrária.