L'usinage CNC 5 axes utilise une machine qui peut simultanément se déplacer et tourner sur cinq axes pour usiner une pièce. Ses avantages incluent sa grande aptitude à la fabrication de pièces avec des conceptions et des détails complexes, sa précision, sa vitesse et son efficacité de production.
Imaginez la pièce usinée CNC la plus sophistiquée que vous ayez jamais vue ; il y a de fortes chances que ses fabricants se soient appuyés sur l'usinage 5 axes. Cependant, l’utilisation du processus ou l’externalisation vers un centre d’usinage CNC ne devrait intervenir qu’après l’avoir compris.
Cet article vous guidera tout au long du processus d'usinage CNC, visant une intégration réussie dans votre projet. Il définira le processus, expliquera son fonctionnement et décrira ses applications typiques.
Qu'est-ce que l'usinage CNC 5 axes ?
L'usinage CNC 5 axes est une classe d'usinage CNC qui repose sur l'utilisation d'une machine CNC 5 axes capable de déplacer et de faire pivoter simultanément cinq axes (trois linéaires et deux rotatifs).
De manière générale, les trois axes linéaires sont les axes fondamentaux qui facilitent la coupe. Les trois axes de rotation sont auxiliaires et la machine ne peut en accéder qu'à deux. Ils permettent uniquement de bien orienter la pièce (ils ne participent pas à la découpe).
Il existe également une limite au nombre d'axes que vous pouvez relier simultanément à cinq, car cela peut entraîner une complexité du système de contrôle, une complexité de programmation et des contraintes mécaniques plus élevées.
La configuration CNC 5 axes est plus diversifiée que la configuration traditionnelle 3 axes et 4 axes Configuration CNC en raison du nombre d'axes qu'elle peut déplacer et tourner. De plus, sa configuration élimine le besoin de plusieurs configurations. En conséquence, le besoin de supervision est moindre et l’efficacité de la production est améliorée.
Que signifie 5 axes ?
Les « 5 axes » dans la technique d'usinage CNC représentent les cinq axes le long desquels l'outil de coupe peut se déplacer et tourner simultanément. La machine CNC typique a trois axes linéaires (axes fondamentaux) et trois axes de rotation (A, B et C) et la machine à 5 axes se déplacera le long des axes linéaires et de deux des axes de rotation.
Axe X
L'axe X représente le mouvement horizontal de l'outil de coupe le long de la longueur du banc de la machine, et il peut être de gauche à droite ou de droite à gauche, selon la configuration de la machine. Le mouvement le long de l'axe X permet des opérations d'usinage CNC telles que le fraisage, le perçage et le contournage.
Axe Y
L'axe Y représente le mouvement latéral de l'outil de coupe et il peut être d'avant en arrière ou d'arrière en avant, selon la configuration de la machine. Le mouvement le long de l'axe Y permet des opérations d'usinage CNC telles que le fraisage latéral, le rainurage et le profilage.
Axe z
L'axe Z représente le mouvement vertical de l'outil de coupe. Le mouvement peut être de haut en bas selon le type de machine CNC 5 axes. Le mouvement le long de l'axe Z permet des opérations d'usinage CNC telles que le perçage, le taraudage et l'alésage.
Axe A
L'axe A représente le mouvement de rotation de l'outil de coupe autour de l'axe X – inclinaison ou pivotement. Cet axe permet plus de flexibilité et de compatibilité avec les contre-dépouilles, les chanfreins et les caractéristiques angulaires.
Axe B
L'axe B représente le mouvement de rotation de l'outil de coupe autour de l'axe Y. Cet axe permet un usinage multiface et des caractéristiques d'usinage telles que des poches profondes, des contours complexes et des surfaces courbes.
Axe C
L'axe C représente le mouvement de rotation de l'outil de coupe autour de l'axe Z : il s'incline ou pivote verticalement.
Comparaison entre l'usinage CNC 3 axes, 4 axes, 3+2 axes et 5 axes
La différence significative entre les différentes classes de machines CNC réside dans le nombre d’axes que l’outil de coupe peut déplacer ou tourner. Le tableau ci-dessous met en évidence les différences et les similitudes entre les machines CNC 3 axes, 4 axes, 3+2 axes et 5 axes.
| Fonctionnalité | Usinage CNC 3 axes | Usinage CNC 4 axes | Usinage CNC 3+2 axes | Usinage CNC 5 axes |
| Description | Convient aux opérations d'usinage CNC de base. L'outil de coupe peut se déplacer le long de trois axes (X, Y et Z) | Il convient aux usinages complexes en raison de sa capacité à tourner le long de l'axe horizontal. (c'est-à-dire l'ajout de l'axe de rotation (axe A). | L'outil de coupe se déplace simultanément sur 3 axes et tourne sur deux axes de rotation indexés. Cependant, le passage des trois axes aux axes de rotation nécessite un repositionnement constant. | L'outil de coupe peut se déplacer simultanément selon cinq axes. |
| Axe X | Oui | Oui | Oui | Oui |
| Axe Y | Oui | Oui | Oui | Oui |
| Axe z | Oui | Oui | Oui | Oui |
| Axe A | Non | Oui | Oui | Oui |
| Axe B | Non | Non | Oui | Oui |
Types de machines CNC à 5 axes
La principale distinction entre les différents types de machines CNC 5 axes est l'emplacement de l'axe de rotation (tête de broche de la machine ou table). Vous trouverez ci-dessous les trois types courants de systèmes CNC 5 axes afin que vous puissiez choisir celui qui convient à votre projet.
Tête/Tête
Les machines Tête/Tête à 5 axes ont deux axes rotatifs dans la tête de broche de la machine. En conséquence, il n’y a aucune interférence de l’outil puisque la table est fixe, ce qui garantit une pièce stationnaire.
L'emplacement de l'axe de rotation garantit également que les machines à 5 axes de cette catégorie peuvent se déplacer autour de la pièce. Ils conviennent donc à l’usinage de pièces de grandes dimensions. A l'inverse, il existe toujours une limitation de mouvement due à la focalisation des deux axes rotatifs dans la tête et la table fixe.
Table/Tête
Les machines CNC avec la configuration Table/Tête ont deux axes rotatifs dans la tête et sur la table. L'axe de rotation dans la tête a une portée restreinte en raison de sa position, tandis que l'arbre de rotation placé sur la table n'a pas de limite.
Un avantage de l'usinage de l'axe Table/Tête par rapport à l'usinage Tête/Tête est qu'il n'y a aucune limitation car les pièces tournent constamment. A l’inverse, la pièce reposant sur l’axe rotatif, le nombre de pièces pouvant être usinées est limité.
Tableau/Tableau
Une machine table/table 5 axes possède les deux axes rotatifs sur la table. Cela limite l'axe de rotation, ce qui rend la machine uniquement adaptée à l'usinage de contre-dépouilles. De plus, la Table/Table a une enveloppe de travail minimale et est plus lente (elle n'est pas livrée avec des moteurs) que les autres types de machines CNC à 5 axes. Il ne convient pas à l’usinage de pièces volumineuses ou lourdes.
Avantages de l'usinage CNC 5 axes
Les systèmes CNC 5 axes continuent d'être une bonne option d'usinage pour de nombreux fabricants de pièces en raison des immenses avantages soulignés ci-dessous :
Convient aux conceptions complexes
La raison la plus courante pour laquelle les fabricants de pièces optent pour les machines CNC à 5 axes est leur adéquation aux formes de machines complexes. Avant leur développement, ces pièces sont fabriquées par moulage, un procédé connu pour son délai de livraison plus long. En revanche, les machines à 5 axes sont rapides et leurs mouvements supplémentaires permettent d'usiner des pièces sous différents angles et arcs sans montages spéciaux ni configurations supplémentaires.
Remontage réduit
L'usinage CNC à 5 axes élimine le besoin de fabriquer une pièce en sections, qui nécessite un montage. La machine peut approcher la pièce sous différents angles avec moins de configurations.
Réduction du coût de la main-d'œuvre par pièce
L'usinage CNC 5 axes élimine le temps et les coûts car l'opérateur de la machine ne touche pas la pièce ; un réaménagement est inutile.
Meilleures finitions de surface
D'autres machines CNC, notamment les machines à 3 axes, nécessitent des délais de livraison plus longs pour de meilleurs états de surface. Cependant, les machines 5 axes peuvent obtenir un meilleur état de surface en un temps réduit. Vous pouvez garantir une meilleure finition de surface en utilisant des outils de coupe courte pour réduire les vibrations.
Précision caractéristique à caractéristique
Les machines à 5 axes disposent d'une fonction Zéro ou Origine qui réduit les inexactitudes dues aux modifications de configuration ou à la perte d'alignement due au retrait de la pièce de la machine. De plus, le risque d'alignement incorrect pendant l'usinage est réduit.
Des vitesses de coupe plus rapides
Les machines CNC à 5 axes ont des outils plus courts, ce qui garantit des vitesses de coupe plus rapides, une charge réduite sur la fraise et une réduction des vibrations et des cassures, augmentant ainsi la longévité de l'outil. De plus, le perçage est plus rapide que les machines CNC traditionnelles grâce aux axes de rotation supplémentaires qui favorisent une meilleure orientation de la tête.
Inconvénients de l'usinage CNC 5 axes
Naturellement, ces types de machines CNC ont également leurs limites, et elles incluent les suivantes :
Prix
L'intégration d'une machine CNC à 5 axes dans la configuration de votre machine entraînera un coût plus élevé que celui des centres d'usinage CNC traditionnels. De plus, le coût de maintenance est plus élevé en raison de sa plus grande complexité. Vous pouvez réduire les coûts en sous-traitant à un fournisseur d’usinage CNC qui fournit un service d’usinage 5 axes.
Programmation CAO/FAO
La programmation du mouvement de chaque axe est plus difficile car les deux axes de rotation supplémentaires sont incorporés aux côtés des trois mouvements linéaires. Cela signifie que vous devez prendre en compte le mouvement de chaque axe pour éviter les interférences et les collisions. En raison de la complexité et du besoin de précision d’usinage et de qualité de surface, vous pourriez avoir besoin des services d’un programmeur CAO/FAO qualifié.
Nécessite des compétences avancées d’opérateur
Outre la programmation CAO/FAO complexe, l'usinage 5 axes nécessite des opérateurs hautement qualifiés en raison d'une technologie avancée.
Comment configurer une machine CNC à 5 axes
La configuration d'une machine CNC à 5 axes est facile car elle ne nécessite pas de systèmes de serrage ou de fixations complexes pour maintenir la pièce à usiner.
Préparer l'équipement de maintien
Montez solidement la pièce au centre de la table de la machine à l'aide d'un étau à serrage zéro, d'une pince hydraulique ou d'un bloc solidement monté. Avant l'usinage, la pièce à usiner doit être sécurisée et accessible des cinq côtés.
Préparer les outils de coupe
Préparez, mesurez et chargez les outils de coupe et les porte-outils dans le magasin du changeur d'outils automatique (ATC) de la machine.
Effectuer l'étalonnage
Avant le démarrage de la production, calibrez la machine à l'aide d'un logiciel spécifique et d'une sonde de mesure automatique. Cela garantit un calibrage précis sur tous les axes et minimise l’accumulation de tolérances.
Vérifiez les collisions potentielles
Avant de démarrer le cycle d'usinage, vérifiez soigneusement les éventuelles zones de collision potentielles. Vérifiez l'exactitude de chaque position et la précision de chaque changement d'outil.
Exécuter la vérification pré-programme
Laissez l'ensemble du programme s'exécuter étape par étape pour vérifier l'exactitude de chaque position et changement d'outil. Cela permet d’éviter les accidents et garantit un fonctionnement fluide.
Applications de l'usinage CNC 5 axes
L'usinage CNC 5 axes réduit les erreurs humaines, améliore la cohérence et garantit un usinage de haute qualité. Les industries suivantes utilisent la technique d'usinage CNC dans la fabrication de leurs pièces.
Industrie aérospaciale
L'industrie aérospatiale s'appuie de plus en plus sur l'usinage 5 axes en raison de sa précision et parce que de nombreuses pièces aérospatiales ont des conceptions complexes et nécessitent des zones difficiles d'accès de machine à machine. Un exemple typique de pièce usinée sur 5 axes sont les aubes de turbine, d'abord coulées puis usinées pour obtenir la forme et la finition de surface souhaitées.
Industrie automobile
L'industrie automobile s'appuie sur des machines à 5 axes en raison du besoin de cohérence et des tolérances strictes requises dans la fabrication de ses outils. L'industrie privilégie principalement les options de fabrication à faible coût telles que la coulée et le moulage par injection, avec les machines CNC à 5 axes utilisées dans la fabrication de moules et d'autres processus d'outillage.
Industrie médicale
L’industrie médicale nécessite un processus de fabrication capable d’atteindre la qualité et compatible avec différents matériaux. Bien que l’usinage 3 et 4 axes soit adapté à l’industrie, lorsque l’on travaille avec des pièces complexes, l’usinage 5 axes est préférable. De plus, les machines CNC sont applicables dans les turbines médicales et les composants de scanners CT.
Industrie de l'énergie
L'industrie de l'énergie est l'épine dorsale de tous les autres secteurs ; cela nécessite des composants avancés repoussant les limites de l’ingénierie et de l’utilisation des matériaux. Par conséquent, il s’appuie en permanence sur l’usinage CNC à 5 axes. Des exemples de pièces usinées CNC à 5 axes dans l'industrie de l'énergie sont les forets, les pistons, les cylindres, les tiges, les cylindres et les vannes.
Secteur industriel
Le secteur industriel a un champ d'action énorme, nécessitant des composants complexes pour lesquels les machines 5 axes conviennent également. Cependant, elles fonctionnent davantage dans un rôle de soutien, car les machines CNC générales telles que les machines à 3 et 4 axes sont les options courantes en raison du coût et des types généraux de pièces produites.
Conseils pour l'usinage CNC 5 axes
Pour maximiser la productivité et l'efficacité lors de l'usinage 5 axes, vous pouvez explorer les pratiques et conseils mis en évidence ci-dessous :
Optimisez vos parcours outils
L'optimisation de la trajectoire de l'outil implique la sélection des trajectoires les plus efficaces et efficientes pour garantir un minimum de gaspillage et une précision maximale lors de l'usinage. Des outils logiciels peuvent être utilisés pour optimiser les parcours d'outils. Le fraisage adaptatif, qui permet à la machine CNC d'ajuster la vitesse et la profondeur de coupe en fonction de la pièce à usiner, peut également être utilisé.
Utilisez les bons outils et matériaux
Utilisez le bon outil et Matériel pour garantir des pièces usinées de haute qualité, une réduction des déchets et un temps d'usinage plus court.
Lors de la sélection de l'outil, tenez compte des éléments suivants :
- Matériau en cours de coupe
- Profondeur de coupe
- Finition souhaitée.
Les outils en acier rapide (HSS) sont les meilleurs pour les matériaux tendres, les outils en carbure conviennent aux matériaux plus durs et les outils diamantés conviennent aux matériaux abrasifs tels que les composites et la céramique.
Lors de la sélection d'un matériau, tenez compte de ses propriétés et de la manière dont elles s'alignent sur la partie finale de l'application. Choisissez par exemple le titane ou l’acier inoxydable pour les pièces à haute résistance et l’aluminium ou le magnésium pour les pièces légères.
Entretenez votre machine et vos outils
Un entretien régulier de la fraiseuse CNC 5 axes et des autres outils vous garantira un fonctionnement optimal, réduira les temps d'arrêt et améliorera la qualité des pièces. Les pratiques de maintenance comprennent :
- Garder la machine propre régulièrement
- Lubrifier les composants de la machine selon les recommandations du fabricant
- Affûtage et remplacement des outils selon les recommandations du fabricant
Optimisez vos paramètres de coupe
Optimisez les paramètres de coupe tels que la vitesse de coupe, l'avance et la profondeur de coupe pour réduire le temps d'usinage et améliorer la qualité des pièces. Vous pouvez commencer avec des valeurs faibles et les augmenter progressivement pour obtenir le résultat souhaité. De plus, ils doivent être surveillés pendant l’usinage et ajustés si nécessaire.
Utiliser un logiciel de simulation
Avec des logiciels de simulation tels que VÉRICUT, vous pouvez visualiser le processus d'usinage CNC 5 axes avant le début de l'usinage. En conséquence, vous pouvez optimiser vos trajectoires d'outils, en coupant les paramètres pour améliorer la trajectoire d'outil.
Service d'usinage CNC 5 axes Zintilon
Assurer la qualité de l’usinage CNC 5 axes nécessite des compétences. Par conséquent, le meilleur moyen d’obtenir la qualité à un coût abordable est de sous-traiter à un fournisseur de services d’usinage CNC 5 axes réputé.
Chez Zintilon, nous offrons la qualité Services d'usinage CNC 5 axes pour différentes industries. Nos équipes d'ingénieurs sont experts dans la sélection de matériaux d'usinage CNC et vous proposeront des recommandations pour un usinage de haute qualité.
Contactez-nous dès aujourd'hui et bénéficiez d'un délai de livraison plus rapide et de prix compétitifs sur le marché.
Pour aller plus loin
L'usinage CNC 5 axes vous permet de fabriquer des pièces aux conceptions complexes tout en bénéficiant d'avantages tels que des opérations d'usinage plus faciles, une vitesse et une efficacité de production. Cet article traite de la classe d'usinage, de son fonctionnement et de ses applications. Vous recherchez un service d'usinage CNC? Contactez-nous.
QFP
Quelle est la machine CNC la plus utilisée ?
La machine CNC la plus utilisée est la machine CNC 3 axes. Sa configuration simple permet à l'outil de coupe de se déplacer le long des trois axes (X, Y et Z), ce qui le rend adapté aux opérations d'usinage CNC de base telles que le fraisage, le perçage et d'autres opérations de coupe.
Combien d’axes un usinage CNC peut-il avoir ?
Le nombre d'axes qu'une machine CNC peut déplacer peut aller jusqu'à 12, permettant un mouvement le long des axes X, Y, Z, A, B et C. Généralement, les fraiseuses CNC utilisent 2 à 3 des axes fondamentaux et deux ou trois axes de rotation utilisés à des degrés différents par les machines à 3, 4 ou 5 axes. Cet axe facilite la coupe. Cependant, tous les axes mis à part ceux-ci sont auxiliaires et ne font qu’aider à l’orientation de la pièce. Lier un nombre plus élevé peut conduire à un système de contrôle, à une programmation et à des contraintes mécaniques plus complexes.
Existe-t-il une machine CNC à 7 ou 6 axes ?
Oui, il existe des machines CNC à 6 et 7 axes avec des axes de rotation supplémentaires le long des axes standard X, Y et Z. Ces machines ont une flexibilité et une précision accrues et sont applicables dans les industries qui nécessitent des tolérances très serrées. Cependant, ils ne sont pas courants car le contrôle et la programmation complexes ainsi que les contraintes mécaniques qui se produisent lorsque vous en connectez plus de 5 à la fois n'ont aucun sens.
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