Usinage CNC 5 axes :le guide complet

Introduction à l'usinage CNC 5 axes

Quand on parle d'usinage CNC multi-axes ou d'usinage multiple, usinage CNC 5 axes est toujours mentionné dans les méthodes de fabrication avancées. L'usinage CNC complet à 5 axes signifie la capacité de traitement d'une machine à déplacer un outil ou une pièce dans cinq axes différents simultanément. L'usinage CNC 5 axes est considéré comme une version plus évoluée et sophistiquée du processus d'usinage CNC.

Qu'est-ce qu'une machine CNC à 5 axes ?

Comme nous le savons tous, l'usinage CNC 5 axes est réalisé par des machines CNC 5 axes. De nos jours, les machines CNC à 5 axes sont considérées comme incroyablement excellentes pour créer des formes complexes avec une meilleure finition de surface. Les gens peuvent en apprendre beaucoup sur l'usinage CNC 5 axes une fois qu'ils ont compris le fonctionnement des machines CNC 5 axes dans un atelier d'usinage CNC.

Dans le processus d'usinage à 5 axes, il existe deux axes supplémentaires par rapport aux axes X, Y et Z. Les deux axes supplémentaires peuvent être A et B, A et C ou B et C. Ils interviennent pour compléter le processus d'usinage de formes très complexes. Maintenant, la question est de savoir comment les deux autres axes sont déployés dans le processus d'usinage CNC 5 axes ?

Les deux axes supplémentaires sont utilisés par le déplacement d'une table sur laquelle est fixé le matériau de travail. Ainsi, la table peut tourner dans les deux sens à 360 degrés autour de l'outil de coupe, ce qui donne à la machine l'accessibilité à la coupe latérale. Pendant ce temps, si nous considérons un mouvement à un seul axe comme en position A, B ou C, la rotation est limitée à 180 degrés. Dans le processus d'usinage à 5 axes, soit il y a un balancement de la tête de l'outil contre le matériau encore à travailler, soit il y a la rotation ou le mouvement d'une table à un angle qui donne à la table une position d'inclinaison. Selon les caractéristiques requises, la table peut s'incliner sous différents angles pour obtenir des formes complexes. Selon la taille et le poids de l'objet qui est soumis au produit de fabrication requis, la sélection du pivotement ou de la rotation de la table est décidée. Si le travail est plus lourd, il est soumis à un pivotement, sinon, l'usinage 5 axes va de pair avec l'inclinaison de la table pour effectuer le processus d'usinage requis. Il existe également différentes variétés d'usinage 5 axes en raison des types de machines CNC 5 axes.

Quels sont les types de machines CNC 5 axes ?

Pour répondre aux différents besoins du marché, les fabricants d'équipements CNC ont fourni différents types de machines CNC 5 axes. Parmi les types, il existe une différence fondamentale dans la flexibilité de la rotation de la table ou du mouvement de l'outil de coupe dans différentes directions. Ils sont principalement conclus comme les cinq types suivants de machines CNC 5 axes.

1. Type de tête de broche à double pivot

Dans ce type, deux coordonnées de rotation contrôlent directement la direction de l'axe de l'outil.

2. Type de tête pivotante de tangage

Les deux axes de coordonnées sont en haut de l'outil, mais l'axe de rotation n'est pas perpendiculaire à l'axe linéaire.

3. Type à double table rotative

Concernant ce type d'usinage 5 axes, deux coordonnées tournantes contrôlent directement la rotation de l'espace.

4. Type de table de travail de lancement

Les deux axes de coordonnées sont sur la table de travail, mais l'axe de rotation n'est pas perpendiculaire à l'axe linéaire.

5. Table rotative + Type de tête de broche pivotante

Dans ce type, les deux coordonnées en rotation agissent à des endroits différents. On agit sur l'outil et on agit sur la pièce.

Usinage CNC 5 axes VS Usinage 3+2 VS Usinage 4+1

Usinage 5 axes =Usinage 5 faces？

Beaucoup de gens ne peuvent toujours pas faire la distinction entre l'usinage CNC 5 axes et l'usinage 5 faces, bien qu'ils aient exploré l'industrie du traitement CNC pendant de nombreuses années. Ils les confondent même souvent ou pensent que l'usinage CNC 5 axes fait référence à l'usinage 5 faces. En fait, ils sont différents les uns des autres. Dans cette section, nous expliquerons leurs différences en détail.

Usinage CNC 3+2 axes

L'usinage CNC 3+2 désigne les trois axes d'un centre d'usinage, plus un rotatif et un inclinable. L'usinage CNC 3+2 est également connu sous le nom d'usinage à cinq faces. Cela signifie que vous pouvez usiner cinq côtés d'une pièce en une seule configuration.

Dans cette version du processus d'usinage CNC, trois axes sont utilisés simultanément tandis que les deux autres axes sont utilisés pour repositionner le travail soumis à la fabrication. Par exemple, si nous contrôlons les axes X, Y et C en même temps, les axes Z et A seront utilisés à des fins de positionnement.

Usinage CNC 4+1 axes

L'usinage CNC 4+1 signifie qu'il utilise une structure de machine à 5 axes mais maintient l'un des axes de rotation ou d'inclinaison fixe. L'usinage 4+1 est plus performant que l'usinage CNC 3+2. Cependant, ce n'est toujours pas un véritable usinage CNC complet à 5 axes.

Dans ce processus d'usinage, il est clair que les quatre axes seront employés en même temps alors qu'un seul axe reste immobile qui sera déployé pour la fonction de positionnement. Par exemple, nous pouvons suivre simultanément les axes X, Y, B et C tandis que l'axe Z sera utilisé pour définir la position du matériau.

Usinage CNC 5 axes complet

En ce qui concerne l'usinage complet à 5 axes, cela signifie que les cinq axes de la machine se déplacent simultanément (3 axes linéaires, un axe rotatif et un axe d'inclinaison). Il est capable de produire des pièces très complexes. C'est un usinage de liaison 5 axes.

Dans ce cas, tous les cinq axes fonctionnent en même temps pour obtenir des résultats haut de gamme. Les trois axes conventionnels tels que les axes X, Y et Z sont déployés pour le mouvement de translation tandis que les deux autres axes sont communément appelés axes B et C sont utilisés pour l'inclinaison ou la rotation complète de l'outil ou du poste de travail en fonction de les caractéristiques de la machine CNC.

Usinage CNC 5 axes est une méthode appropriée pour l'usinage de surface de crochet, l'usinage de forme inhabituelle, l'usinage creux, le trou oblique, etc. Alors que l'usinage à 5 côtés est similaire mais plus performant que l'usinage à 3 axes. Il ne peut traiter que cinq côtés mais ne parviendrait pas à réaliser un usinage spécial en une seule configuration.

La procédure de programmation des machines CNC à 5 axes est assez similaire à celle des machines CNC à 3 axes traditionnelles dans lesquelles l'utilisateur crée d'abord le modèle CAO du produit souhaité. Ensuite, le logiciel a généré le code G pour le modèle de pièce en conséquence. Cependant, les machines CNC à 5 axes impliquent les valeurs angulaires en plus des valeurs axiales, ce qui rend le code G un peu plus complexe. Les angles sont définis en fonction de la configuration de la table et de la tête de la machine CNC 5 axes.

Les outils utilisés dans les machines 5 axes sont également améliorés dans leur géométrie et leurs formes. Des formes et des géométries plus rapides des outils de coupe donnent de meilleurs résultats sous forme de tolérance et d'ajustement des produits finis. Cependant, le type de matériaux est toujours similaire aux méthodes conventionnelles qui dépendent de la résistance du matériau de coupe.

Bonus :

1. L'usinage 5 axes ou l'usinage cinq axes est parfois abrégé en disant simplement usinage CNC 5X.
2. Dans la production réelle de commandes, 90 % du travail a été effectué par une machine à 5 axes et n'est en fait qu'à 5 faces (positionnement uniquement). Est-ce que tu sais pourquoi? En raison de la structure et des exigences réelles des pièces, la fonction de liaison à cinq axes n'a pas été mise en jeu. C'est pourquoi les gens ont confondu l'usinage CNC 5 axes et l'usinage 5 faces.

Prix des machines CNC 5 axes

Les prix des machines CNC 5 axes sont généralement très élevés et varient beaucoup en fonction des caractéristiques et du type de machine CNC. Le coût varie de 10 000 $ à 500 000 $ selon différents facteurs. Cependant, les petites industries à faible capacité de fabrication peuvent acquérir les services d'une telle technologie innovante à des taux horaires. Les entreprises qui fabriquent des machines CNC 5 axes proposent généralement de telles solutions personnalisées concernant l'usinage CNC 5 axes

Types de configuration pour centre d'usinage 5 axes

Table-table, tête-table et tête-tête sont des exemples de combinaisons courantes de machines CNC à 5 axes.

La première configuration est la configuration table-table, également qualifiée de machine à tourillon. Les deux axes rotatifs sont contenus dans la table à tourillon et la tête est toujours immobile, faisant tourner la pièce sur la table. Cette configuration est basée sur une machine CNC standard à 3 axes, avec les deux axes rotatifs utilisés pour positionner la pièce dans l'orientation souhaitée. La machine CNC à tourillon offre de meilleures capacités de contre-dépouille, des volumes de travail plus importants, ainsi qu'une vitesse et une durabilité améliorées. La machine à tête pivotante ou articulée, disponible en configuration tête-tête ou table de tête, est la deuxième configuration machine 5 axes.

Contrairement à une machine tête-tête de type tourillon, où la tête effectue toutes les rotations, la table est statique. La machine à table de tête, mais de l'autre côté, est composée d'une tête inclinable et d'une table tournante, ce qui permet d'utiliser des outillages plus courts ou de longueur plus standard. Les machines à tête pivotante peuvent déplacer la tête de l'outil autour du bloc pour s'adapter aux petits espaces. Le pivotement de la broche permet de configurer des axes rotatifs afin que des matériaux plus lourds puissent être facilement traités et façonnés dans des machines CNC à 5 axes.

Pourquoi opter pour l'usinage CNC 5 axes ?

Les avantages des machines CNC 5 axes sont vastes. Ces machines sont utilisées dans différents groupes de fabrication tels que les instruments médicaux qui nécessitent des formes très lisses et complexes, les équipements aérospatiaux qui nécessitent une finition de surface haut de gamme et des extrémités lisses, d'autres secteurs qui nécessitent une tolérance serrée et fabriquent des produits en vrac.

L'un des besoins fondamentaux du processus d'usinage 5 axes est l'agilité pour effectuer des processus soustractifs et obtenir ces géométries complexes qui sont assez difficiles à obtenir avec l'usinage CNC 3 axes conventionnel. Par exemple, lorsque nous avons besoin d'opérations de coupe, de perçage et de taraudage en même temps sur différentes faces d'une pièce de matériau sous différents angles, une simple machine CNC nécessite beaucoup d'efforts pour le faire. L'utilisateur doit avoir à changer les positions du travail pour créer des angles tout au long du processus de coupe s'il opte pour un simple processus d'usinage CNC. Cela prendra beaucoup de temps et d'efforts pour le faire. C'est là que les machines CNC à 5 axes terminent efficacement le travail.

La machine CNC à 5 axes peut créer de telles formes et angles en une seule fois, réduisant ainsi le temps et les efforts avec une précision et des qualités de finition de surface accrues. Lorsque différentes formes et géométries sont obtenues et que le délai d'exécution est réduit, cela augmente le volume de production avec une production homogène. Des industries comme l'aérospatiale, l'automobile, la médecine et d'autres similaires qui exigent que leurs produits soient des profils très précis et précis, l'usinage 5 axes sert le meilleur. Comme l'implication humaine est réduite dans le processus d'usinage, une tolérance et des normes élevées sont atteintes avec les machines CNC à 5 axes. Toute personne disposant de la bonne machine avec de bonnes connaissances en CAO (conception assistée par ordinateur) et en sélection de matériaux peut utiliser les machines CNC à 5 axes pour créer leurs produits en dehors de la fabrication de l'entreprise.

Avantages de l'usinage CNC 5 axes

Quand nous arrivons à ce point, nous pouvons conclure les avantages des machines CNC 5 axes comme suit :

1. Réduire les délais et augmenter la vitesse de production
2. Améliorer la précision et la qualité du processus d'usinage
3. Agilité pour obtenir des géométries et des formes complexes
4. Développer la capacité de production
5. Remplacer les différents équipements d'usinage par une seule machine CNC 5 axes
6. Réduire les erreurs potentielles à chaque étape du processus d'usinage
7. Durée de vie de coupe plus longue grâce à la sélection automatique de l'outil et à la vitesse optimisée de l'outil de coupe.
8. Finition de surface haut de gamme grâce à moins de vibrations dans les machines CNC 5 axes

Programmation d'une machine CNC à 5 axes

La procédure de création de code G pour la machine CNC commence à partir d'un modèle CAO conçu dans n'importe quel logiciel de modélisation. Ensuite, le modèle CAO est généralement transformé en un algorithme, c'est-à-dire un code G qui contient toutes les informations requises telles que la vitesse de la broche, l'avance et les mouvements axiaux des outils de coupe. Les algorithmes utilisés pour contrôler l'outil de coupe à grande vitesse des machines CNC à 5 axes ne sont pas très différents du G-Code d'usinage 3 axes conventionnel. Cependant, le déplacement de l'outil de coupe à différents angles ou inclinaison de la position de la table nécessite l'information d'angles d'avancement et de trajectoires de courbure.

Lors de la programmation sur les 5 axes, nous avons deux possibilités pour contrôler les mouvements de rotation et les positions. Nous pouvons utiliser des angles de rotation ou des vecteurs d'outils pour sortir les données. Les vecteurs d'outils sont essentiellement les commandes déployées à la fin des axes X, Y et Z qui donnent l'information à l'outil pour faire pivoter ou s'incliner à un angle spécifique. L'application est unique pour chaque configuration de machine différente en raison de l'utilisation de vecteurs d'outils IJK. La machine est autorisée à utiliser tous les axes dont elle dispose pour positionner l'outil à la position et à l'angle d'inclinaison commandés, car elle ne commande aucune légende d'axe spécifique (A, B ou C). Cette flexibilité permet de partager la même pièce programmée sur plusieurs machines de l'atelier, quelle que soit la configuration de la machine.

Il existe différentes combinaisons de logiciels de programmation CNC qui peuvent être utilisées pour créer le code G qui est déployé dans les machines CNC à 5 axes. Des logiciels comme Autodesk, Mastercam, Siemens NX, PowerMill et Edgecam sont les logiciels les plus couramment utilisés pour programmer des machines 5 axes.

Étapes à prendre en compte lors du processus d'usinage CNC 5 axes

• Assurez-vous que la vitesse de traitement de la machine CNC est suffisante pour contrôler la trajectoire de l'outil de coupe commandée par le code G téléchargé dans la machine CNC.
• Pour effectuer des opérations CNC entièrement fonctionnelles, assurez-vous également que les fonctions d'anticipation permettent à la machine CN de calculer plus rapidement.
• Choisissez le meilleur système de porte-outil pour le processus d'usinage CNC qui garantit le mouvement sans vibration de l'outil tout en créant un profil sur le matériau.
• Contrôler la vitesse d'alimentation pendant la condition pour maintenir la durabilité de l'outil de coupe. Le contrôle de la vitesse des outils de coupe sur différents matériaux est la clé de base pour augmenter la durée de vie de l'outil de coupe.
• Un autre facteur très important à surveiller est le contrôle de la chaleur de la broche en utilisant un liquide de refroidissement approprié. Par conséquent, différents lubrifiants ou systèmes à jet d'eau sont utilisés pour maintenir la température de la pointe de l'outil de coupe à un niveau bas et éliminer les déchets de la position de l'outil de coupe.
• De plus, avant de soumettre votre pièce à la fabrication directement dans la machine CNC à 5 axes, il est préférable de faire une simulation de trajectoire d'outil qui peut garantir que le bon processus est effectué avec des résultats corrects.

Outils de coupe pour processus d'usinage CNC

Le matériau des outils de coupe utilisé pour couper ou façonner le travail soumis dans les machines CNC à 5 axes n'est pas différent des machines CNC à 3 axes. Cependant, les stations porte-outils sont assez différentes et la capacité de changement d'outils dans la CNC 5 axes est bien améliorée. Ils comprennent également des changements automatiques de pièces ou un changeur de palettes automatique qui réduit l'interaction humaine avec l'outil de coupe et le matériau pendant le processus de fabrication. Cette flexibilité permet également la production High Mix ou Low Volume, ce qui augmente l'efficacité de toute entreprise de fabrication. Dans l'usinage CNC 5 axes, il y a 60 à 120 postes d'outillage dans le magasin du changeur d'outils automatique. Un plus grand nombre de postes d'outillage permet d'ajuster le travail sur des conceptions assez complexes.

La sélection du matériau de l'outil de coupe dépend de différents facteurs tels que les matériaux de l'outil doivent être de 40 à 60 % plus résistants que le matériau sur lequel il travaille. De même, il doit avoir une conductivité thermique élevée avec un faible coefficient de frottement. En outre, les fabrications de matériaux d'outils de coupe doivent être faciles afin qu'elles puissent être facilement accessibles. Certains des matériaux de coupe utilisés dans l'usinage CNC sont indiqués ci-dessous :

Acier au carbone

Ce matériau est le matériau de coupe le plus populaire utilisé dans l'usinage CNC en raison de sa disponibilité et de son faible coût. Celui-ci contient une petite quantité de manganèse et de silicium avec 0,6 à 1,5 % de teneur en carbone.

Acier rapide

Ce matériau est le deuxième plus abondamment utilisé dans l'usinage CNC en raison de sa durabilité et de sa grande résistance à l'usure. Il contient du tungstène, du chrome, du molybdène avec une quantité raisonnable d'acier au carbone.

Carbures cémentés

Ces matériaux sont utilisés pour les opérations de coupe à très grande vitesse, car ce matériau a une résistance thermique élevée et peut supporter des températures telles que 1000 degrés centigrades. Sa composition implique principalement du tungstène, du titane et du tantale.

Céramique

Ce matériau est chimiquement inerte et ne se corrode pas, il peut donc durer plus longtemps que les outils de coupe métalliques dans des environnements corrosifs. Ces outils sont même dix fois plus rapides que HSS. Leur matériau est principalement composé de nitrure de silicium et d'oxyde d'aluminium.

D'autres matériaux d'outils de coupe incluent une pointe de diamant, des nitrures de carbone et de bore ou du cermet.

Géométries des outils de coupe

Les outils de coupe à 5 axes sont légèrement différents des outils conventionnels car ils sont soumis à une coupe d'angle, ils doivent donc être plus flexibles avec leurs formes pour effectuer le travail.

Fraises en bout : Ce sont les outils de coupe rotatifs qui peuvent être utilisés pour enlever des matériaux, en particulier dans les machines CNC à 5 axes. La fraise en bout comme le foret est utilisée pour des opérations d'usinage plus polyvalentes. Les fraises en bout sont des outils de coupe latérale qui coupent dans n'importe quelle direction, contrairement aux forets, qui peuvent couper axialement au matériau. Les différentes catégories de fraises sont :

Fraises à bout hémisphérique : Ce type de fraise en bout a une action de contour 3D idéale qui génère des profils incurvés de niveau supérieur. L'inclinaison de l'axe de l'outil permet aux flûtes de saisir le matériau, de l'éloigner de la pièce plutôt que de le pousser, ce qui le fait se construire sur lui-même, sur la fraise et sur la surface de la pièce.

V-Bits : Ce sont également une sorte de fraises en bout et sont généralement disponibles en deux variantes, c'est-à-dire 90 ^o ou 60 ^o cela dépend entièrement de la dépression requise sur le matériau en cours de fabrication.

Fraises multi-goujures : Lorsqu'il y a plus d'arêtes en jeu avec plus de cannelures sur un outil de coupe, le processus d'usinage peut maintenir des vitesses et des avances plus élevées. De plus, les cannelures supplémentaires augmentent la surface de coupe de l'outil, ce qui prolonge la durée de vie de l'outil. Ces avantages se traduisent par des taux d'enlèvement de copeaux nettement plus élevés, une meilleure finition de surface et un contrôle des coûts globaux.

Exercices torsadés : Cet outil de coupe a deux cannelures à deux côtés pour retirer le matériau du travail. Il s'agit du type d'outils de coupe le plus couramment utilisé dans l'usinage CN. Il comporte trois parties principales comme les autres outils de coupe, la tige, le corps et le tranchant.

Prix des machines CNC 5 axes

Le coût d'achat d'une machine CNC 5 axes varie beaucoup. Il peut varier de mille dollars à cinq cent mille dollars. Le prix dépend de la taille, des caractéristiques et du type de machine CNC. Certains facteurs importants pour la variation de prix des machines CNC 5 axes sont :

• Type de matériau de la pièce, c'est-à-dire qu'il s'agisse d'acier, d'aluminium, de titane ou autres
• Conception de la machine CNC de type tourillon ou pivotant
• Catégorie d'axes tels que 3+2, 4+1 ou machine CNC à 5 axes
• Taille de la machine et autres caractéristiques telles que la capacité de maintien de l'outil et la puissance de la broche

Une comparaison simple pour les différents types de machines CNC 5 axes est donnée ci-dessous :

• La fraiseuse CNC 3+2 à 5 axes peut coûter entre 35 000 $ et 200 000 $
• La fraiseuse CNC à 5 axes de type tourillon coûte environ 200 000 à 500 000 USD
• La fraiseuse CNC 5 axes à tête pivotante coûte entre 150 000 et 500 000 USD
• Les prix des mini-fraiseuses CNC à 5 axes varient de 3 000 à 10 000 USD
• La petite fraiseuse CNC 3+2 à 5 axes peut être achetée dans une fourchette de 25 000 $ à 40 000 $

En règle générale, les prix des machines CNC à 5 axes sont assez élevés, mais quiconque a besoin de services de machines CNC à 5 axes peut également obtenir une fabrication CNC personnalisée à des tarifs horaires.

Services d'usinage CNC 5 axes conçus sur mesure

Le besoin d'usinage CNC 5 axes s'est accru dans le monde entier en raison de sa finition lisse, de sa tolérance précise et de sa rapidité. Cependant, pour la fabrication à faible volume, les machines CNC peuvent être très coûteuses à l'achat et ne pas tirer le maximum de la machine CNC lorsqu'il n'y a pas assez de travail ou que vous n'en avez pas besoin pendant longtemps. Ainsi, les grandes entreprises ou les fabricants proposent également des services d'usinage CNC. Les prestations sont facturées sur une base horaire. Les prix pour l'utilisation horaire des machines 5 axes peuvent encore varier selon le type de machine CNC. Cependant, le client obtient des solutions personnalisées et une fabrication de pièces personnalisées en obtenant ces services. Le prix d'un service d'usinage CNC 5 axes peut aller de 50 $ à 200 $ et peut être négocié et traité directement par l'entreprise prestataire.

Conclusion

L'usinage CNC 5 axes est en fait différent de l'usinage CNC 5 faces. Il existe 5 types différents de machines CNC 5 axes. Du point de vue professionnel, l'usinage multi-axes comme l'usinage 3+2 et l'usinage 4+1 est soit un usinage 5 axes tout à fait complet. Ce qu'ils peuvent faire, c'est l'usinage sur 5 faces. Mais le traitement 4+1CNC est plus performant que le traitement 3+2.