Comment les machines CNC 4 axes et 5 axes peuvent produire des pièces complexes

L'usinage CNC a changé le monde de la fabrication. Alors que les fraiseuses - des appareils qui utilisent des fraises rotatives pour couper le matériau d'une "pièce" non façonnée - existent depuis le XIXe siècle, l'émergence de la technologie CNC (commande numérique par ordinateur) au milieu du XXe siècle a rendu l'usinage beaucoup plus rapide et plus efficace. précis.

Les machines CNC d'aujourd'hui, qui utilisent des ordinateurs pour contrôler le mouvement de la fraise et/ou de la table, sont des équipements très avancés qui permettent aux fabricants de créer des pièces complexes avec des tolérances extrêmement faibles.

Cependant, avec toutes les différentes options d'usinage CNC disponibles, il peut être difficile de savoir par où commencer. Différentes pièces nécessitent différents processus d'usinage en fonction de leur forme, de leur taille, de leur quantité et de leur objectif final. Choisir le bon processus CNC est donc rarement une tâche simple.

L'une des plus grandes questions pour les entreprises utilisant des machines à commande numérique concerne le nombre d'axes proposés par la machine. Les machines 3 axes, 4 axes et 5 axes sont toutes fréquemment utilisées, mais quelle est la différence pratique entre elles ? Et surtout, lequel devez-vous utiliser pour votre part ?

Quels sont les "axes" de la machine CNC ?

Comprendre les multiples "axes" de l'usinage peut être déroutant - et pour cause.

Le concept est déroutant car, intuitivement, il semble que trois axes pourraient recouvrir toutes les formes possibles. En ayant une fraise qui peut se déplacer le long des axes X, Y et Z (d'un côté à l'autre, d'avant en arrière, de haut en bas), une machine devrait être capable de couper une pièce à n'importe quel point de sa surface. En réorientant manuellement la pièce sur la table à certains intervalles (création d'une nouvelle "configuration"), l'opérateur de la machine peut également permettre à l'outil de coupe d'accéder à n'importe quel côté de la pièce.

Mais alors que de nombreuses machines CNC n'utilisent que trois axes, et bien que le type d'usinage CNC à trois axes décrit ci-dessus puisse être suffisant pour de nombreux projets, il existe également d'autres axes à exploiter.

Ces axes supplémentaires sont le résultat d'une rotation autour de un ou deux des axes X, Y et Z, en tenant compte non seulement de la position, mais aussi de l'orientation. Concrètement, ces axes peuvent être exploités soit en faisant tourner l'outil de coupe, soit en inclinant la table tenant la pièce.

 

Pourquoi les machines CNC 4 et 5 axes sont-elles utiles ?

Avoir une machine CNC avec ces axes supplémentaires présente de nombreux avantages. Puisqu'elles peuvent couper la pièce sous différents angles, les machines à 4 et 5 axes peuvent terminer une pièce dans un délai plus court, avec moins de besoin de configurations multiples. Cela a l'avantage d'éliminer l'alignement incorrect - un risque à chaque fois que la pièce doit être réorientée manuellement pour une nouvelle configuration.

Un autre avantage connexe de l'usinage multi-axes est qu'il élimine le besoin de montages complexes, généralement nécessaires pour maintenir les pièces en place sur les machines à 3 axes.

Du point de vue du client, cependant, le plus grand avantage de l'usinage CNC 4 axes et 5 axes est la façon dont il peut produire des formes extrêmement complexes à un niveau très élevé. Avec les axes supplémentaires, la machine peut se déplacer dans de nouveaux arcs et angles avec une plus grande portée et flexibilité. Cela se traduit finalement par la possibilité de créer une large gamme de géométries inhabituelles.

De plus, en ayant une machine qui peut orienter sa fraise à n'importe quel angle, le travail peut être programmé pour couper la pièce de la manière la plus efficace - à un angle qui fournira une vitesse de coupe et une élimination des copeaux optimales, résultant en une meilleure qualité de la pièce finie.

La disposition est également idéale pour produire des surfaces profilées. Avec une machine 3 axes, un bord courbe nécessite de multiples petites coupes qui peuvent être longues à réaliser et qui laissent rarement une finition parfaite. Mais avec une machine multi-axes, une rotation progressive (ajustement du quatrième ou cinquième axe) peut produire des contours presque parfaits avec une finition lisse.

Usinage 5 axes ou 3+2 ? :Petit guide pour trouver le bon ajustement

En ce qui concerne les outils de coupe, l'une des principales considérations que vous devez prendre en compte est de choisir le nombre d'axes appropriés pour votre flux de travail. Vous pouvez vous contenter d'un système à 3 axes pour des travaux relativement simples, mais pour des pièces plus complexes, vous aurez peut-être besoin d'une mise à niveau. C'est là qu'interviennent les machines 5 axes et 3+2 axes.

Alors que l'usinage 5 axes est en quelque sorte un favori éternel, 3 + 2 a également sa propre place et offre des avantages distincts. L'indexation 3+2 ou 5 axes (ou l'un de ses différents titres alternatifs) est une forme d'usinage qui a trouvé la popularité parmi les ateliers de moulage et les entreprises ayant des exigences d'impression moins complexes.

Alors regardons de plus près :

Différences de flux de travail

Les principales différences entre les deux technologies se résument à l'angle et à l'usinage continu par rapport à l'usinage indexé. Cela signifie que l'usinage 3+2 ou l'usinage "indexé" 5 axes ne maintient pas un contact continu de l'outil de coupe et de la pièce à usiner sur tous les axes de rotation. Contrairement à ce mode d'usinage, l'usinage simultané ou véritable 5 axes utilise les trois axes linéaires de la machine-outil (X, Y et Z) et les deux axes de rotation (A et B) en même temps, ce qui entraîne un usinage de surface de contour plus complexe.

En termes de code, l'usinage 3+2 utilise généralement également des codes G moins complexes. De nombreux fournisseurs de logiciels d'usinage 5 axes incluent des dispositions pour l'usinage 3+2. Cependant, l'usinage 3 + 2 simplifie les mouvements d'outils car il s'agit en fait d'une machine à trois axes sans les "torsions et virages" de la tête de broche pour manœuvrer l'outil de coupe.

Ce que les utilisateurs peuvent vouloir garder à l'esprit, c'est qu'ils doivent évaluer les capacités d'évitement des collisions et de simulation de programme du logiciel CAM. Pourtant, l'une des raisons pour lesquelles 3 + 2 a pu devenir si populaire est les nombreux utilitaires de programmation disponibles qui ont surgi, donc cela ne devrait pas être un si grand obstacle.

Similarités

En termes d'avantages communs, ils apportent tous deux une stabilité dimensionnelle grâce à moins de réglages et à une meilleure finition de surface grâce à un outillage plus court. Le processus 3+2 utilise la même commande 3 axes pour le processus de fraisage, mais la table d'usinage peut se réorienter et tourner dans deux directions supplémentaires. En conséquence, l'objet usiné peut être traité de tous les côtés, ce qui réduit le besoin de réglages et réduit le coût global. Les temps de cycle réduits réduisent également les coûts de fonctionnement pour les deux technologies.

Comme tout le monde peut le deviner, le traitement des pièces des cinq côtés à l'aide d'une seule configuration nécessite moins de préparation et bénéficie de délais beaucoup plus courts tout en fonctionnant avec une meilleure précision et en éliminant le besoin de déplacer vos objets d'un équipement à l'autre.

Applications particulières

L'usinage 5 axes peut fournir des produits finis plus complexes dans l'ensemble, mais il y a certaines façons dont 3+2 axes se démarque. L'usinage 3 + 2 axes est idéal pour les pièces sans nécessiter de contrôles de contour extrêmes comme les gabarits, les fixations, les boîtiers et autres composants de ce type. Si vous avez besoin de fabriquer une conception avec des caractéristiques extrêmement fines, le véritable usinage 5 axes peut être le meilleur pour vous.

L'usinage 5 axes est particulièrement utile pour les pièces automobiles, aérospatiales ou médicales en raison de l'amélioration de la qualité et de la finition qu'il procure. En termes simples, des tolérances plus serrées et des géométries plus complexes sont plus appropriées pour l'usinage 5 axes. Cependant, ce n'est pas la fin de la discussion. Comme mentionné précédemment, l'usinage 3+2 axes présente certains avantages distincts qui peuvent le rendre plus souhaitable.

D'une part, il est moins cher que l'usinage 5 axes. Les applications courantes pour les opérations 3 + 2 incluent l'ébauche et d'autres techniques d'usinage à grande vitesse agressives. La longueur d'outil plus courte permet également des contre-dépouilles dans les cavités et les parois abruptes, une capacité bien adaptée à la fabrication de moules et à d'autres applications de pièces impliquant des courbes ou des formes tubulaires angulaires. Par rapport à l'usinage 3 axes conventionnel, l'usinage 3+2 utilise un outil de coupe plus court et rigide qui peut être incliné vers la surface de travail pour des avances et des vitesses plus rapides. . Il incarne également de nombreux avantages de l'usinage 5 axes sans les étiquettes de prix plus élevées, bien que les machines 5 axes aient parcouru un long chemin en termes de prix ces dernières années.

Dans certains cas, les deux technologies peuvent être utilisées en tandem. Par exemple, l'usinage 3 + 2 peut être appliqué pour les opérations d'ébauche et suivi d'un usinage simultané à cinq axes pour les opérations de finition. En raison de la longueur d'outil plus courte autorisée par 3 + 2, il se prête à des techniques d'usinage à grande vitesse plus agressives comme celle-ci. Les machines 3+2 axes peuvent également effectuer efficacement l'usinage de repos dans de nombreux cas.

Dans le même temps, les systèmes et réglages 3+2 ne doivent pas être considérés comme un substitut à l'usinage simultané à cinq axes. Certaines géométries nécessitent absolument des systèmes à 5 axes, comme les fraises à bout plat pour produire des angles vifs dans des cavités. Comme l'usinage 3+2 utilise généralement une fraise hémisphérique similaire à celles de l'usinage 3 axes, cette configuration peut être déclassée. Divers autres modes de coupe utilisant des outils de coupe à géométrie conique, en forme de sucette ou d'autres géométries spéciales peuvent nécessiter un mouvement complet sur cinq axes pour obtenir des résultats précis.

L'usinage 5 axes et 3+2 axes a sa place dans la fabrication. Il s'agit simplement de choisir ce qui convient le mieux à son propre flux de travail, son niveau d'investissement et son produit final.

Quel processus me convient ?

Comme les machines 4 axes et 5 axes peuvent produire des pièces très complexes, elles sont souvent privilégiées par les clients des industries à gros budget et à gros enjeux comme le secteur aérospatial. Cependant, une configuration multi-axes n'est pas nécessaire pour chaque travail.

Si le coût est la priorité numéro un, l'usinage 3 axes est probablement la meilleure option. Les machines 3 axes sont moins chères à l'achat et nécessitent moins de compétences pour fonctionner, de sorte que l'usinage 3 axes d'une pièce a tendance à être moins cher que l'un des processus les plus avancés. Et même si le coût n'est pas un problème, il vaut parfois mieux laisser les formes extrêmement simples aux machines 3 axes.

Lorsqu'aucun de ces critères ne s'applique, la décision devient plus délicate. Et c'est pourquoi il est souvent préférable de consulter un expert en usinage CNC pour obtenir des conseils sur le type de machine approprié pour un travail donné.

Le spécialiste du prototypage 3ERP est l'une des principales sociétés d'usinage CNC et l'une des rares entreprises à proposer un usinage 4 axes et 5 axes en plus de la variété 3 axes plus courante. Nos services de fraisage CNC HAAS sont parmi les meilleurs disponibles et les ingénieurs de la société ont de nombreuses années d'expérience dans le domaine. 3ERP propose également une large gamme de matériaux, y compris des plastiques comme l'ABS, le téflon et le PEEK, et des métaux comme l'aluminium, l'acier et le titane.

Parlez à 3ERP de vos besoins d'usinage CNC pour savoir si l'usinage 4 axes ou 5 axes pourrait présenter la meilleure solution pour votre projet.