Le guide essentiel de l'usinage CNC 5 axes

Vous souhaitez en savoir plus sur l'usinage CNC 5 axes ? Curieux de savoir comment une machine-outil CNC 5 axes peut vous aider à augmenter votre capacité de fabrication ?

Vous devez lire ce guide essentiel des machines CNC 5 axes pour découvrir leur fonctionnement, quels sont leurs avantages, ainsi que les types de machines-outils disponibles.

Développées pour mieux répondre aux besoins de plus en plus sophistiqués des industries de pointe telles que l'ingénierie aérospatiale, la médecine, la défense, la robotique et la fabrication automobile, les machines-outils CNC multi-axes ont révolutionné la fabrication.

Une étape majeure est le développement de machines-outils CNC 5 axes . Aussi connus sous le nom de centres d'usinage 5 axes, la capacité et la flexibilité de ces machines sont bien supérieures aux centres d'usinage 3 axes standard.

Pour vous aider à décider si les machines CNC 5 axes sont pertinentes pour votre production, cet article couvrira les questions fréquemment posées suivantes concernant cette technologie :

• Qu'est-ce que l'usinage CNC 5 axes ?
• Quand avez-vous besoin d'une machine-outil CNC 5 axes ?
• Quels sont les avantages de l'usinage CNC 5 axes ?
• Que rechercher dans une machine-outil CNC 5 axes ?
• Types de machines-outils CNC 5 axes disponibles auprès de Hwacheon

#1 Qu'est-ce que l'usinage CNC 5 axes ?

Les techniques d'usinage CNC à 5 axes utilisent un centre d'usinage à commande numérique par ordinateur (CNC) pour positionner ou synchroniser une pièce sur 5 axes différents pour un accès facile aux outils de coupe. Cela permet d'usiner la pièce avec trois axes principaux - X, Y et Z - ainsi que deux axes rotatifs supplémentaires (A et C ou B et C).

Veuillez consulter le diagramme ci-dessous pour voir comment cela fonctionne.

Le contrôle du mouvement d'une pièce sur plusieurs axes donne à l'outil de coupe la flexibilité d'être multidirectionnel. Il peut ainsi atteindre la plupart des angles, même négatifs, et tirer pleinement parti des outils de coupe standard dans une plus large gamme de formes et de dimensions.

Versions 3+2 axes

Dans la version 3+2 axes , 3 axes quelconques peuvent être contrôlés simultanément tandis que les 2 axes restants sont utilisés pour positionner la pièce.

Voici comment cela fonctionne :

• Vous pouvez utiliser X &Z &C ensemble, tandis que les axes Y &A sont utilisés pour le positionnement.
• Vous pouvez utiliser Y &Z &A ensemble, tandis que X &C sont ensuite utilisés pour le positionnement.

Versions 4+1 axes

Pour les versions 4+1 axes , n'importe lequel des 4 axes peut être contrôlé simultanément tandis que l'axe restant est utilisé pour le positionnement.

Voici comment cela fonctionne :

• Vous pouvez utiliser X &Z &A &C ensemble, tandis que Y est utilisé pour le positionnement.
• Vous pouvez utiliser X &Y &Z &A ensemble, tandis que C est utilisé pour le positionnement.

Versions complètes à 5 axes

Enfin, il existe les versions complètes à 5 axes où tous les 3 axes (linéaires) et 2 axes (rotatifs) peuvent être contrôlés simultanément.

Dans cette version, les axes sont configurés en 3 axes linéaires (normalement appelés X, Y &Z), et deux axes de rotation (normalement appelés A &C). L'axe A est l'axe d'inclinaison tandis que l'axe C est l'axe de rotation. Dans une telle configuration, il y aura généralement une surface de table sur laquelle la pièce est montée.

Axe rotatif

Pour les machines-outils CNC à 5 axes avec une table Trunnion, la table fournit à l'outil deux axes de rotation :

• A-Axe – La surface de la table pivote (inclinaison) vers l'opérateur ou loin de l'opérateur (par exemple, M2-5AX, M3-5AX, M4-5AX de Hwacheon. Sur le D2-5AX, la surface de la table s'incline vers la gauche ou la droite à partir du point de l'opérateur de vue).

Selon le modèle, une large gamme d'angles d'inclinaison peut être obtenue. De manière générale, les machines avec une plage d'inclinaison plus large de +/- 120° (comme les M3-5AX et M4-5AX) sont exceptionnelles. Ces conceptions de table et les gammes disponibles peuvent incliner la pièce pour donner accès à des angles encore plus complexes.

Dans le cas de modèles comme le D2-5AX, la table est montée dans le sens de la longueur en vue de l'opérateur et offre une plage d'inclinaison de +30° vers la droite et de -110° lors de l'inclinaison vers la gauche.

• Axe C – La surface supérieure de la table (la pièce est montée dessus) tourne vers la gauche (dans le sens des aiguilles d'une montre) ou vers la droite (dans le sens inverse des aiguilles d'une montre). La rotation peut être jusqu'à un maximum de 360° fournissant un cercle complet sans qu'il soit nécessaire de revenir à nouveau à la position zéro. Cela permet à la pièce d'être positionnée à n'importe quelle position de rotation requise. Les 3 axes linéaires offrent la possibilité de positionner le mouvement linéaire à la position requise. L'axe d'inclinaison fournit les angles par rapport à la position inclinée requise.

Avec les 3 axes linéaires (X, Y et Z) et les axes rotatifs A et C des machines à 5 axes, la pièce à usiner peut être manœuvrée et déplacée vers les angles et les positions les plus idéaux pour la coupe.

#2 Quand avez-vous besoin d'une machine-outil CNC 5 axes ?

Compte tenu de leur plus grande flexibilité et adaptabilité, les machines-outils 5 axes sont utiles pour une large gamme d'opérations d'usinage dans de multiples industries pour des besoins d'usinage spécifiques.

Voici 7 des applications les plus courantes.

1) Lorsque des opérations de coupe, de perçage ou de taraudage sont nécessaires sur les 5 faces avec des angles spécifiques

L'usinage 5 axes est le plus répandu dans les secteurs de l'aérospatiale, du médical, de l'automobile, des pièces générales, des moules et matrices ou du pétrole et du gaz, pour n'en nommer que quelques-uns. Ces pièces ont généralement une forme inhabituelle, des contours et des surfaces complexes, ou des surfaces, des emplacements et des positions avec des angles spécifiques. Ils comprennent des turbines d'avions ou de navires, des roues et des pièces telles que des fusées d'essieu qui nécessitent des opérations sur les 5 faces et des angles spécifiques supplémentaires.

2) Lorsque vous avez besoin de solutions d'ingénierie plus flexibles

Les opérations d'usinage 5 axes simultanées sont courantes dans les moules et matrices ainsi que dans les industries de fabrication de pièces aérospatiales. Avec la possibilité de positionner ou de déplacer la pièce dans divers axes, les machines-outils à 5 axes offrent aux ingénieurs de conception une plus grande liberté pour concevoir même les formes les plus difficiles. Par conséquent, les pièces à travailler peuvent être plus complexes, ce qui se traduit par de meilleures solutions d'ingénierie globales dans pratiquement toutes les industries.

3) Lorsque vous avez besoin d'une production à haut volume et faible mix

Les pièces fabriquées en volumes plus petits mais répétitifs sont en augmentation. De nos jours, les industries ont tendance à éviter les commandes de gros volumes, préférant des lots plus petits qui peuvent être répétés juste à temps si nécessaire. Les fabricants doivent être très flexibles pour faire face aux changements rapides de leur production. Ce faisant, les fabricants peuvent éviter des stocks inutiles coûteux et être plus flexibles en matière de prix.

4) Lorsque vous recevez des commandes pour des pièces de forme complexe

L'usinage 5 axes est idéal pour les entreprises qui ont besoin de pièces très complexes et précises telles que les industries aérospatiale, médicale, automobile, pétrolière et gazière, des semi-conducteurs et de l'électronique. Les fabricants de ces secteurs ont besoin à la fois du bon savoir-faire et du bon équipement pour les aider à produire des pièces avec précision et des performances constantes et durables.

Avec la bonne machine, une bonne CAO/FAO, des outillages et un opérateur/programmeur formé, ces fabricants peuvent rentabiliser leur production tout en se démarquant des entreprises de fabrication standard.

5) Lorsque vous souhaitez réduire les délais et augmenter l'efficacité

Avec des dispositifs de serrage standard et moins nécessaires pour fabriquer même les pièces les plus complexes, les machines-outils CNC à 5 axes éliminent le besoin de déplacer votre pièce vers plusieurs machines-outils avec une seule machine. La possibilité d'effectuer un usinage à configuration unique offre des avantages commerciaux significatifs, d'autant plus que les tailles de lot diminuent tandis que les pièces deviennent plus complexes.

6) Lorsque vous souhaitez améliorer la qualité et la précision de votre pièce

En éliminant le besoin de configurations multiples de diverses machines-outils, les erreurs humaines et machine sont réduites. Cela améliore la précision de votre pièce usinée lorsque vous utilisez les fonctionnalités d'usinage 5 faces et 5 axes dans une seule configuration. De telles machines permettent également l'utilisation d'outils standards. Cela peut se traduire clairement par des économies de coûts car aucun outil spécial n'est requis (par exemple, des outils très longs ou des outils de formage).

7) Lorsque vous souhaitez une flexibilité, une vitesse de production et une précision accrues

Alors qu'une machine-outil configurée en 3+2 axes est une amélioration par rapport aux machines standard à 3 et 4 axes, une machine conçue en 4+1 offre une flexibilité encore meilleure - on estime que les machines 4+1 peuvent produire 85 % de toutes les pièces requises par n'importe quelle industrie . C'est une aubaine pour les fabricants de pièces qui doivent répondre à toutes sortes de travaux et ne peuvent pas être trop sélectifs. Une machine 3 + 2 axes (généralement un centre d'usinage 3 axes standard avec une table 2 axes en option ajoutée) nécessite chaque nouvel outil à la position de départ et est limitée en taille de pièce et en complexité d'usinage. Une machine complète à 5 axes simultanés est nécessaire pour les formes très complexes telles que les roues de turbine, les sections de moulage de pneu, les pièces de rechange humaines, etc. Celles-ci sont estimées couvrir la gamme restante de 15 % de toutes les pièces nécessaires, c'est-à-dire qu'elle peut couvrir 100 % des besoins d'usinage standard à complexes.

#3 Quels sont les avantages des machines-outils CNC 5 axes ?

Avec l'usinage 5 axes simultanés, votre machine-outil CNC peut travailler sur des surfaces de contour extrêmement complexes qui sont difficiles, voire impossibles à produire avec des machines-outils plus simples. L'usinage autour des 5 côtés d'une pièce en une seule configuration signifie que vous pouvez effectuer des opérations sur les 5 côtés d'une pièce en une seule configuration, ce qui vous permet d'économiser du temps de préparation, du resserrage et des efforts.

Au-delà de cela, l'usinage 5 axes augmente votre flexibilité et votre précision car vous pouvez éliminer le besoin de déplacer les pièces sur plusieurs machines. Cela réduit encore le besoin de divers dispositifs de serrage et de configurations.

Voici quelques-uns des avantages dont vous pouvez profiter avec un centre d'usinage 5 axes.

1) Configuration de machine réduite

Avec un processus de configuration unique (alias « Done-in-One »), vous pouvez réduire considérablement le temps de préparation et augmenter l'efficacité de l'homme et de la machine. Cela réduit également les erreurs humaines et machine qui résultent du travail sur plusieurs configurations pour chaque étape de l'usinage. L'équipement de serrage plus simple utilisé pour placer la pièce dans la position requise dans la machine permet également de gagner du temps, de l'argent et de réduire les erreurs potentielles.

2) Capacité à gérer des conceptions complexes

Avec l'usinage 5 axes, les formes et conceptions complexes peuvent être facilement traitées. Cela peut inclure les éléments suivants :pièces de systèmes hydrauliques, boîtiers de pompes à eau, boîtiers de boîtes de vitesses, roues dentées, moules à injection, équipements pétroliers et gaziers, équipements médicaux ou de transfusion sanguine et bien d'autres.

3) Précision d'usinage plus élevée

En réduisant le nombre de réglages manuels requis, l'usinage multi-axes contribuera à améliorer la précision globale de la pièce produite.

4) Meilleure finition de surface

Les machines 5 axes construites avec une qualité mécanique supérieure, telles que les centres d'usinage Hwacheon M2-5AX, M3-5AX, M4-5AX et D2-5AX, fournissent la base pour obtenir des vibrations réduites, des surfaces de haute qualité plus lisses et une précision constante. L'opérateur de votre machine n'a pas besoin de serrer à nouveau la pièce car elle reste serrée pendant tout le cycle d'usinage. Cela améliore grandement la qualité des finitions.

5) Enlèvement plus rapide des matériaux

Spécialement conçu pour enlever rapidement et efficacement les matériaux les plus durs, un centre d'usinage CNC 4+1 ou 5 axes complet réduira considérablement tout effort manuel. Cela conduit à une plus grande efficacité et stabilité dans l'usinage.

6) Gain de temps significatif

Il devient de plus en plus important de se pencher sur les coûts de fonctionnement et de main-d'œuvre, compte tenu de l'augmentation des coûts de main-d'œuvre, du manque de main-d'œuvre qualifiée et de la nécessité d'augmenter la productivité des usines. Grâce au réglage tout-en-un de ces machines-outils, les opérateurs n'ont pas besoin de reserrer et de déplacer les pièces vers d'autres machines pour l'opération suivante. Au lieu de cela, ils peuvent se concentrer sur la gestion de machines supplémentaires, augmentant ainsi leur productivité.

7) Augmentez la capacité de l'usine et la flexibilité de la production

Pour les équipementiers et sous-traitants, investir dans un centre d'usinage 5 axes améliore la flexibilité et l'agilité de vos productions. Avec ses multiples applications, ces machines-outils vous permettent de maximiser vos machines pour les grandes et les petites commandes de fabrication. De telles capacités peuvent ne pas être présentes avec des machines standard à moindre coût qui ont des capacités clairement limitées.

En bref, une machine-outil CNC à 5 axes peut améliorer considérablement votre productivité et votre rentabilité. De plus, ils distinguent votre capacité de fabrication de vos concurrents.

#4 Que faut-il prendre en compte dans un outil d'usinage CNC 5 axes ?

Maintenant que vous connaissez les avantages d'un outil d'usinage 5 axes, la question suivante est la suivante :comment choisir la bonne machine-outil CNC 5 axes ?

Pour vous aider à le faire, nous vous proposons une liste de contrôle pratique.

1) Puissance de traitement CNC adéquate

Assurez-vous que la puissance de traitement de la commande CNC est suffisamment élevée pour calculer, calculer et contrôler le nombre d'axes utilisés en même temps.

2) Faire correspondre la fonction d'anticipation au type de machine

La fonction d'anticipation pour une machine 4+1 axes doit être d'au moins 200 blocs. Pour des séquences d'usinage 4 axes plus complexes, 400 blocs seraient préférables. Pour un fonctionnement simultané complet sur 5 axes, une commande CNC à calcul plus rapide est nécessaire. Cela pourrait être le Fanuc 31i B5 avec la norme de bloc HAI 600, ou la fonction d'anticipation de bloc 1000 en option, offrant une vitesse de calcul très élevée.

3) Puissance et rigidité suffisantes de la broche de la machine

Une puissance et une rigidité suffisantes de la broche de la machine sont un facteur important et souvent négligé. Cependant, une broche puissante nécessite le support d'une conception mécanique encore plus rigide. Pour garantir une coupe fluide et sans erreur, le cœur du centre d'usinage 5 axes - la broche de la machine - doit non seulement être suffisamment puissant pour gérer les contraintes et les charges qui lui sont imposées, mais également disposer de réserves suffisantes jusqu'à la limite. En fonction de la matière à usiner, une broche moins puissante de 11-15Kw avec un couple maximum inférieur à 100Nm peut limiter les capacités de votre machine. De telles machines peuvent être moins chères à court terme, mais pas à plus long terme.

(Le nouveau centre d'usinage 4+1 ou 5 axes D2-5AX de Hwacheon est spécialement conçu mécaniquement dès le départ pour gérer une broche de 37Kw et un couple de 310Nm. Bien que cela puisse entraîner un coût initial plus élevé de la machine, sa large gamme d'applications et sa longue durée les économies à terme s'avéreront plus rentables. Toutes les broches Hwacheon sont des systèmes à entraînement direct sans courroie, et sont conçues et fabriquées en interne.)

4) Système de porte-outils approprié

Vérifier que les systèmes de porte-outils utilisés sont soit BBT soit HSK pour éliminer les vibrations. Ils doivent fournir la meilleure connexion entre la broche et le porte-outil à tout moment et dans toutes les conditions d'usinage.

5) Capacité à adapter la vitesse d'alimentation et les conditions de coupe

En fonction de vos besoins d'usinage, vous souhaiterez peut-être maintenir une vitesse d'avance de coupe constante ou la faire varier pour différentes conditions de coupe. Dans ce contexte, vous aurez besoin d'une machine capable de mieux contrôler chaque situation pour optimiser l'avance de coupe.

(Pour ce faire, Hwacheon a développé ses systèmes HECC (Hwacheon Efficiency Contouring Control), HTLD (Hwacheon Tool Load Detect) ou OPTIMA (Hwacheon Cutting Feed Optimization System).) Ce progiciel d'usinage est livré en standard pour chaque centre d'usinage Hwacheon .)

6) Degré élevé de tolérance et de durabilité de la machine

Pour vous assurer que votre machine-outil offre des degrés élevés de tolérance et de durabilité, vous devez tenir compte de la façon dont elle est construite et conçue.

Il y a généralement deux étapes ici :

• La conception mécanique et la construction/construction mécanique de la machine
• L'utilisation de systèmes électroniques pour l'optimisation et l'étalonnage Méfiez-vous des fabricants d'outils à bas prix qui lésinent et économisent sur les aspects mécaniques de la conception, et utilisent des systèmes électroniques pour compenser leurs faiblesses.

(Hwacheon investit dans des conceptions mécaniques et des méthodes de construction rigides. Nous coulons plus de pièces pour assurer la supériorité mécanique de nos machines, en veillant à ce qu'elles aient une plus grande longévité et tolérance.)

7) Contrôle de la chaleur de la broche et gestion du refroidissement

En tant que cœur de toute machine CNC - en particulier pour une machine-outil CNC 5 axes - il est important de gérer le contrôle de la chaleur dans la broche et le bâti. Cela permet non seulement de prolonger la longévité de ce mécanisme vital; cela fournira également une meilleure qualité et précision pour vos pièces. Pour éviter une surchauffe de la broche, il est essentiel que le carter de broche ainsi que le nez de broche soient efficacement refroidis. La prévention de la chaleur est nécessaire pendant les travaux d'usinage intensifs, pour réduire et contrôler la chaleur générée par le moteur et les roulements lors de vitesses plus élevées et de cycles d'usinage plus longs.

N'oubliez pas qu'une broche intégrée a le moteur fonctionnant à l'intérieur du boîtier de la broche. Ainsi, il est essentiel que le carter de broche, y compris le nez de broche, soit efficacement refroidi par sections. Le système de refroidissement de Hwacheon est défini en segments - ainsi, le fluide de refroidissement ne devient jamais "chaud". Cela garantit une température contrôlée à tout moment. Deuxièmement, et surtout, Hwacheon utilise un système de lubrification et de refroidissement des roulements à jet d'huile.

Cela empêche non seulement nos roulements d'être surchauffés, mais garantit que de l'huile fraîche est introduite dans le système à tout moment. Comparez cela à ce que certains fabricants utilisent :pack de graisse ou broches lubrifiées air-huile. Ceux-ci ne fourniront pas une condition de température sécurisée pour les roulements.

#5 Quels sont les types de machines-outils CNC à 5 axes disponibles chez Hwacheon

Comme vous pouvez le constater, de nombreux facteurs doivent être pris en compte dans l'usinage 5 axes. Des techniques utilisées aux types d'outils disponibles, les choix peuvent être déroutants pour les premiers acheteurs. Forts de nos près de 70 ans d'expérience en tant que pionniers de la fabrication de machines-outils CNC en Corée du Sud, nous avons concentré nos forces sur la conception, le test et le perfectionnement des meilleures machines-outils CNC 5 axes du marché.

Centre d'usinage vertical VESTA-1000+ - 3+1 axes ou 4+1 axes

Modulaire et flexible, le centre d'usinage vertical VESTA-1000+ peut être installé avec une table rotative NC pour permettre des opérations contrôlées simultanément sur 3+1 axes. Si une table 2 axes est ajoutée, le VESTA- 1000+ permet une production 4+1 axes.

Capable de produire efficacement des pièces complexes plus petites (sous réserve de la table utilisée et d'autres options), le VESTA-1000+ aide les usines avec leurs travaux d'usinage 4+1. Cependant, il ne remplace pas un centre d'usinage 4+1 conçu et construit ou un centre d'usinage 5 axes simultanés.

D2-5AX – Centre d'usinage 5 axes

De conception compacte, le D2-5AX est un centre d'usinage 5 axes de taille moyenne facilement automatisé, idéal pour la production "High Mix- Low Volume".

Principaux avantages du D2-5AX :

• Son axe B pivote vers la droite et vers la gauche (vu de l'opérateur devant la machine)
• Le vrai 0° est atteint lorsque la surface de la table est positionnée horizontalement.
• La table peut se déplacer dans une plage de -30° (la surface de la table pointe vers la droite) à +110° (la surface de la table pointe vers la gauche)
• L'axe C rotatif a un mouvement circulaire complet de 360 ° tout autour.

M2-5AX / M3-5AX / M4-5AX – Centres d'usinage 5 axes

La série de centres d'usinage complets à 5 axes de Hwacheon est conçue pour produire même les formes et les conceptions les plus complexes. Conçu pour répondre aux normes élevées de fabrication de moules et de matrices ou pour répondre aux demandes de formes et de contours très complexes et pour produire les pièces utilisées dans les industries aérospatiales ou marines.

Notre modèle haut de gamme M4-5AX est conçu pour des applications spéciales - il est conçu pour l'usinage efficace de matériaux extrêmes comme l'Inconel, le titane ou l'acier inoxydable résistant à la chaleur. Avec une broche intégrée d'une puissance allant jusqu'à 55 kW, il fournit jusqu'à 1 009 Nm de couple et 8 000 tr/min, avec une option pour une broche de 12 000 tr/min avec 420 Nm.

L'axe Z de la machine est conçu avec des rails de guidage solides pour garantir que la puissance de la broche reste sous contrôle même dans les conditions de coupe les plus critiques. Conçue et construite par Hwacheon, la table à tourillons à 2 axes utilise des entraînements à engrenages à rouleaux de grande dimension pour son axe A + C. Avec un poids total allant jusqu'à 28 500 kg, le M4-5AX est une centrale d'usinage qui n'est pas facilement disponible sur le marché.

SIRIUS 2500-5AX – Centre d'usinage à double colonne 5 axes

Dans ce modèle, la pièce usinée est serrée sur la table (axe X) tandis que la tête de la machine fournit les axes Y &Z plus A &B. En tant que centre d'usinage à double colonne, le Hwacheon SIRIUS 2500-5AX est principalement utilisé pour les pièces ou les moules plus grands. Pour de telles applications, une machine avec une table à tourillon deviendrait trop grande et coûteuse à construire.

Si vous souhaitez usiner des pièces plus grandes d'une certaine taille et d'un certain poids, il est recommandé d'utiliser une tête de fraisage à 2 axes.

Conclusion

Nous espérons que cet article complet sur l'usinage 5 axes et les machines-outils disponibles pour de tels travaux vous sera utile.

Une machine-outil CNC 5 axes offre aux usines la possibilité d'entreprendre des travaux qu'elles n'étaient pas en mesure de réaliser auparavant. Pour les fabricants qui utilisent actuellement l'usinage 3 axes, la progression vers une machine 4+1 ou même 5 axes peut être la prochaine étape logique dans la planification de votre production et de vos investissements.

Cependant, en raison du coût de ces machines, il est conseillé de bien comprendre quels processus répondent le mieux à vos besoins de production spécifiques. Vous devez également choisir la bonne machine-outil CNC pour réaliser pleinement l'efficacité et la rentabilité de votre production.

Si vous souhaitez en savoir plus sur l'usinage 5 axes, contactez-nous pour en discuter. Nous serons heureux de vous conseiller sur la technologie qui répond le mieux à vos besoins et objectifs de production.