Comprendre les machines CNC 5 axes : fonctionnement, avantages et mode d'opération

Prenez un moment pour imaginer à quel point il aurait été difficile pour les machinistes du début du 20e siècle de fabriquer des pièces et structures. Les meilleurs outils disponibles étaient le ciseau, le marteau et le tour manuel. Mais tout a changé après que Richard Kegg a développé la première machine à commande numérique (CNC) en 1952.

Depuis, la technologie d'usinage CNC a continué d'avancer, évoluant d'une simple machine trois axes contrôlée par cartes perforées à une machine CNC 5 axes plus sophistiquée.

Une machine CNC 5 axes est une technologie d'usinage offrant des possibilités infinies quant à la taille et aux formes de pièces que vous pouvez fabriquer. Elle offre une haute précision et exactitude, et est fortement utilisée par les ateliers de premier ordre pour fabriquer pratiquement n'importe quel design.

Dans cet article, nous couvrirons les bases des machines CNC 5 axes. Nous commencerons par expliquer ce qu'est une machine CNC 5 axes et comment elle fonctionne avant de discuter de ses avantages par rapport aux types conventionnels de machines CNC.

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

Pour comprendre ce qu'est une machine 5 axes, commençons par expliquer ce qu'un nombre d'axes signifie en usinage CNC.

Le nombre d'axes d'usinage décrit le nombre de directions dans lesquelles l'outil de coupe CNC (ou la pièce) peut se déplacer pour produire la pièce usinée désirée. Par exemple, les machines CNC conventionnelles ont généralement un nombre d'axes de trois, ce qui signifie que leur outil de coupe peut se déplacer sur les axes X, Y et Z — latéralement sur l'axe X, verticalement sur l'axe Y, et d'avant en arrière sur l'axe Z (voir Figure 1).

Une machine CNC 5 axes ajoute à ces trois axes linéaires la capacité d'incliner (et faire pivoter) la table supportant la pièce, comme montré Figure 1. Ces deux nouveaux axes de rotation sont généralement appelés axe A (ou axe de table inclinable) et axe C (ou axe de rotation de table) ; ils permettent d'usiner des géométries plus complexes que les machines CNC 3 axes.

Fig. 1 Les cinq axes d'une fraiseuse CNC 5 axes typique

Comment fonctionne une machine CNC 5 axes ?

Comme toute autre machine CNC, une machine CNC 5 axes s'appuie sur des instructions informatiques pour contrôler le mouvement de l'outil de coupe (et de la pièce) pour fabriquer la pièce désirée.

Le processus d'usinage CNC 5 axes commence par la création par le concepteur d'un modèle CAO 3D de la pièce désirée à l'aide d'outils CAO comme SolidWorks et Autodesk Inventor. Ensuite, le machiniste exporte ce modèle CAO dans un logiciel FAO (fabrication assistée par ordinateur), qui convertit le dessin en un programme informatique (aussi appelé G-code).

Le G-code contient des ensembles d'instructions qui contrôlent le mouvement des outils de coupe le long des axes linéaires (X, Y, Z) et le mouvement de la table de travail le long des axes rotatifs (A et C) pour produire les pièces désirées.

5 axes — D'où cela vient-il

Tout revient à René Descartes, philosophe et mathématicien français. L'histoire ressemble à celle de la pomme de Newton. Un jour, Descartes était au lit lorsqu'il a remarqué une mouche. En la regardant, il a réalisé qu'il pouvait décrire sa position dans la pièce en utilisant trois nombres, représentés par les variables X, Y et Z — ce que nous appelons maintenant le système de coordonnées cartésiennes, encore utilisé aujourd'hui malgré les plus de 300 ans écoulés depuis la mort de Descartes.

Maintenant, vous vous demandez peut-être d'où viennent les deux autres axes. Outre la description de la position de la mouche dans l'espace, il est aussi possible de décrire son orientation. Ainsi, la mouche roulant autour de X serait le quatrième axe, tandis que le cinquième axe serait la mouche tournant autour de Y. Certains affirment qu'il existe un sixième axe, la rotation autour de l'axe Z.

5 axes — Configurations possibles

La configuration que vous choisissez pour la fraiseuse CNC 5 axes détermine lequel des trois axes de rotation sera utilisé. Il y a deux configurations principales — une machine de type poupée (trunnion) et une machine de type pivot-rotation (swivel-rotate).

La fraiseuse CNC 5 axes de type poupée utilise l'axe A tournant autour de l'axe X et l'axe C tournant autour de l'axe Z, tandis que la fraiseuse CNC 5 axes de type pivot-rotation utilise l'axe B tournant autour de l'axe Y et l'axe C tournant autour de l'axe Z.

La principale différence est la manière dont les axes de rotation sont exprimés — dans le type poupée, cela se fait par le mouvement de la table, tandis que dans le type pivot-rotation, c'est par le pivotement de la broche. Les deux ont leurs avantages, le choix dépend surtout de ce qui doit être fait.

Quels sont les avantages des machines CNC 5 axes ?

Plus de la moitié des pièces produites en CNC nécessitent un usinage cinq faces, c'est pourquoi de plus en plus de fabricants décident de l'inclure dans leurs services. De plus, l'usinage CNC 5 axes offre de nombreux avantages comparé, par exemple, à l'usinage 3 axes, tels que :

Avantage #1 Configuration unique (Single setup)

Grâce à ses cinq axes, les machines CNC 5 axes vous permettent de configurer votre pièce une seule fois ; la machine gère ensuite toutes les opérations d'usinage nécessaires pour créer votre pièce désirée. C'est très différent des machines 3 axes conventionnelles, où vous auriez besoin de plusieurs configurations pour fabriquer une géométrie complexe.

La nature à configuration unique des machines CNC 5 axes permet d'usiner des pièces complexes rapidement tout en réduisant les coûts et en atténuant les erreurs prévalentes dans les machines CNC conventionnelles.

Avantage #2 Outils de coupe plus courts et meilleures finitions de surface

Les quatrième et cinquième axes des machines CNC 5 axes vous permettent d'approcher la pièce de l'outil de coupe. Cela signifie que vous pouvez utiliser des outils de coupe plus courts, moins sensibles aux vibrations et permettant d'obtenir de meilleures finitions de surface.

Avantage #3 Meilleure précision

Grâce à la flexibilité de mouvement, les machines CNC 5 axes sont bien plus précises que les machines 3 axes, c'est pourquoi elles ne produisent pas seulement des pièces plus lisses, mais peuvent aussi produire des pièces trop complexes pour une machine 3 axes.

Avantage #4 Plus d'affaires

L'usinage CNC 5 axes peut être utilisé pour produire de nombreuses pièces pour lesquelles l'usinage 3 axes n'est simplement pas adapté.

Bien qu'il y ait plus d'avantages associés à l'usinage CNC 5 axes, ce sont les plus importants.

Article connexe : 9 types d'outils utilisés dans les machines CNC pour fabriquer des pièces de précision de qualité

Usinage CNC 5 axes — Usages courants

L'usinage CNC 5 axes peut produire des pièces utilisées dans de nombreuses industries différentes grâce à leur efficacité et leur capacité à produire des formes complexes. Voici quelques exemples d'industries qui profitent le plus de cette technologie :

• Aérospatial — cette industrie nécessite une machine très précise, car les formes sont très complexes et uniques.
• Médical — l'usinage CNC 5 axes peut aider les fabricants d'équipements médicaux dans la production de dispositifs, implants, et autres équipements nécessitant une précision extrême pour répondre aux normes de santé rigoureuses (à juste titre).
• Militaire — une autre industrie utilisant l'usinage CNC 5 axes. Applications possibles : pièces de sous-marins, pièces de moteurs haute performance, aubes de turbines et compresseurs, armes intelligentes, capteurs, applications furtives, et dans certains cas, armement nucléaire.
• Équipements énergétiques — la production de pièces pour équipements énergétiques nécessite souvent des matériaux difficiles à travailler. Avec l'usinage CNC 5 axes, vous pouvez rendre le processus plus facile et plus efficace.

Usinage CNC 5 axes : Gensun peut vous aider

Maintenant que vous savez au moins quelque chose sur l'usinage CNC 5 axes, vous pouvez passer à la fabrication de pratiquement n'importe quel design avec des machines CNC 5 axes, n'est-ce pas ? Absolument pas !

Sans aucun doute, les machines CNC 5 axes simplifient la fabrication de pièces complexes. Cependant, tous les designs ne valent pas la peine d'être créés avec des machines 5 axes. Par exemple, vous feriez mieux de fabriquer des trous de haute précision, découpes et cavités avec des machines CNC 3 ou 4 axes. C'est pourquoi nous recommandons toujours de parler à un expert en usinage CNC avant de vous lancer dans la fabrication.

Gensun Precision Machining est un fournisseur de services d'usinage CNC de premier ordre en Asie et dans le monde. Non seulement nous avons des experts et ingénieurs en usinage CNC, mais nous disposons aussi d'une large gamme de technologies d'usinage CNC avancées, y compris des machines CNC 3, 4 et 5 axes.

Parlez-nous de votre projet, afin que nous puissions vous aider à déterminer quelle technologie d'usinage correspond le mieux à vos besoins.