Choisir la bonne fraiseuse CNC 5 axes pour la production de moules

Autrefois, les fraiseuses CNC 5 axes étaient construites et commercialisées pour le domaine des fabricants aérospatiaux et de production d'énergie. Cependant, l'adoption de centres d'usinage 5 axes a augmenté pour les moulistes ces dernières années. Alors, que devriez-vous rechercher quand vous achetez une fraiseuse CNC 5 axes pour la fabrication de moules ?

Avantages de l'usinage CNC 5 axes

Il y a de nombreux avantages à implémenter l'usinage 5 axes pour la fabrication de moules, voici les plus courants :

Utiliser moins de configurations

L'usinage 5 axes permet de fraiser des formes complexes avec une seule configuration versus plusieurs configurations pour accommoder la machine, la broche et l'outillage. Cela resserre les tolérances entre les caractéristiques, surtout pour les trous ou les caractéristiques à angles composés.

Cela peut aussi réduire le temps de configuration global. Une réorientation rapide de la machine prend quelques secondes tandis que le changement de configuration peut prendre beaucoup plus longtemps — de l'ordre d'heures selon la complexité et les exigences de la pièce. Les machines 5 axes peuvent faire gagner un temps précieux, réduisant le temps de travail et vous faisant gagner plus de contrats.

Finir avec des outils plus courts

Les capacités 5 axes complètes peuvent incliner l'axe d'outil autour de la pièce, permettant des outils plus courts et des rapports L/D (longueur sur diamètre) plus petits. Cela aide à réduire les vibrations et la déflexion de l'outil pour fournir une finition de surface supérieure.

Usiner des zones plus profondes

Souvent, les zones profondes d'une pièce qui sont difficiles à atteindre directement sur l'axe Z peuvent être usinées en rotatant l'axe d'outil et en effectuant une opération 3+2 ou 5 axes simultanée.

Gagner du temps et de l'argent

L'utilisation d'outils plus courts permet souvent des vitesses d'avance plus rapides en raison de la réduction de la déflexion et des vibrations. L'usinage CNC 5 axes de zones profondes et de nervures peut réduire le besoin d'opérations EDM plus lentes, réduisant le temps d'expédition. Ensemble, ils font gagner du temps et de l'argent dans la fabrication de moules.

Dans l'ensemble, l'usinage 5 axes peut vous aider à livrer des pièces supérieures avec des tolérances plus serrées sur les caractéristiques clés en moins de temps, pour que votre entreprise reste compétitive.

3+2 versus 5 axes simultanés

Quand on discute de l'usinage 5 axes, il est important de différencier l'usinage 3+2 axes et l'usinage 5 axes simultané. Généralement, une fraiseuse CNC 5 axes aura trois axes linéaires : X, Y et Z. Elle aura aussi deux axes rotatifs, soit A&B, A&C, ou B&C. L'axe rotatif correspond à l'axe linéaire. Par exemple, l'axe rotatif A tourne autour de l'axe linéaire X. L'axe B tourne autour de Y, et l'axe C tourne autour de Z. La plupart des fraiseuses 5 axes utilisées dans la fabrication de moules sont en configuration A&C ou B&C.

Usinage 3+2 axes

La machine tourne en position, en utilisant les deux axes rotatifs, puis effectue une coupe 3 axes traditionnelle. Elle tourne d'abord, puis coupe, mais pas en même temps. Considérez cela comme la définition de tout vecteur d'outil pour un plan de travail temporaire et l'exécution d'une coupe 3 axes à partir de là. Puisque vous définissez un plan de travail, les cycles préprogrammés traditionnels, comme le perçage, peuvent généralement être utilisés pendant l'usinage 3+2 axes.

L'usinage 3+2 axes a l'avantage d'une programmation plus simple. Fusion 360 rend les opérations 3+2 particulièrement faciles — il y a simplement une case à cocher dans chaque opération de fraisage qui permet de réorienter l'outil en utilisant une sélection rapide de géométrie, des poignées graphiques ou l'alignement à la vue actuelle. Cette approche de programmation rationalisée facilite l'exploitation maximale de votre machine.

Usinage 5 axes simultané

Dans ce mode, les axes rotatifs peuvent être utilisés en même temps que les axes linéaires. C'est-à-dire que les cinq axes peuvent être utilisés simultanément. Rotation et fraisage en même temps. Le mouvement continu signifie que l'outil reste en contact avec la pièce et a potentiellement moins de rétractations ou de zones à mélanger.

Fusion 360 offre aussi des opérations 5 axes simultanées pour augmenter votre capacité pour les pièces complexes et utiliser vos machines à leur plein potentiel.

Il est important de noter que la plupart des machines 5 axes effectuent en réalité de l'usinage 3+2 environ 80 % du temps (ou plus !) dans la fabrication de moules. L'usinage simultané est réservé à certaines applications uniques — généralement quand le 3+2 ne suffit pas.

Différences de base des fraiseuses

Il existe de nombreux styles différents de conceptions de fraiseuses CNC 5 axes. Pour cet article, nous le simplifierons en deux groupes principaux : table rotative ou tête rotative.

Les conceptions à table rotative sont celles où la pièce est montée sur une table qui tourne, généralement avec un mouvement d'axe C. Soit la table effectue l'autre rotation, comme dans le cas d'une table tournante (trunnion), soit la broche a un axe de rotation pour compléter une machine 5 axes.

Les conceptions à tête rotative utilisent généralement un genou dans lequel la broche est montée. Le genou permet normalement deux axes de rotation, généralement A&C ou parfois, mais moins couramment, B&C.

Quelques avantages des conceptions à table rotative :

• Rigidité plus élevée que les conceptions à tête rotative
• Vitesse et performance supérieures aux conceptions à tête rotative

Quelques avantages des conceptions à tête rotative :

• Enveloppes de travail plus grandes et pièces plus lourdes que les conceptions à table rotative
• Plus de polyvalence avec le bridage et les pièces multiples que les conceptions à table rotative

Peu importe la configuration que vous décidez d'utiliser, Fusion 360 programme chacune de la même façon pour garder la programmation simple. Nous offrons même une bibliothèque de post-processeurs rapides, gratuits et entièrement personnalisables pour que vous puissiez adapter votre G-code à vos besoins et faire les pièces correctement.

Taille de la zone de travail

L'une des plus grandes considérations lors de l'achat d'une fraiseuse CNC 5 axes est la taille de l'enveloppe de travail. Une erreur courante est d'acheter une fraiseuse trop petite la première fois.

Tout comme dans l'usinage 3 axes, le déplacement en Z de la machine est important lors de l'usinage de cavités. Vous avez besoin d'un déplacement en Z suffisant pour accommoder la pièce et les longs outils pour les rétracter hors de la pièce. Un dégagement supplémentaire dans une machine 5 axes pour les rétractations d'outils est nécessaire tout autour de votre pièce.

Lors de vos achats, quand vous considérez une machine 5 axes, considérez la plus grande pièce que vous utiliseriez sur la machine, et ajoutez votre outil le plus long aux dimensions tout autour de la pièce. Cela aidera à vous assurer d'acheter une fraiseuse avec un dégagement suffisant.

Limitations d'axes

Quand vous considérez une fraiseuse 5 axes, tenez compte de toute limitation sur les axes rotatifs. Les limites de rotation limiteront la quantité de pièce que vous pouvez usiner en 5 axes. Si vous devez usiner des pièces avec des conditions de contre-dépouille (backdraft), assurez-vous que votre fraiseuse CNC 5 axes a assez de capacité de rotation pour accomplir cela.

Aussi, si vous utilisez une fraiseuse 5 axes typique, découvrez si l'axe C a des limites ou non. Un axe C illimité vous permet de faire tourner la pièce continuellement tout en l'usinant. Pensez à un objet comme une bouteille de soda. Avec un axe C continu, vous pouvez continuer à faire tourner la bouteille tout en l'usinant de haut en bas, les zones de contre-dépouille comprises.

Les machines avec des limites à la rotation de l'axe C seront forcées de se rétracter loin de la pièce, de dérouler l'axe, de réapprocher la pièce et de continuer l'usinage. Ces mouvements de déroulement peuvent gaspiller un temps d'usinage précieux avec des mouvements à vide simplement à cause des limites.

Contrôleur

Sans le contrôleur de la machine de fraisage, tout ce que vous avez est un gros morceau de métal cher. Son travail est de prendre les données des codeurs sur les axes linéaires et rotatifs et de contrôler ce que font les moteurs ensuite.

En 5 axes simultanés, non seulement le contrôleur doit synchroniser avec précision les mouvements linéaires X, Y et Z, mais il doit aussi gérer les axes rotatifs. C'est plus difficile à mesure que les vitesses augmentent quand les composants s'éloignent du centre de rotation.

Tous les contrôleurs 5 axes ne sont pas créés égaux. Certains font la synchronisation mieux que d'autres — certains ralentissent le processus d'usinage lors de l'exécution en 5 axes simultanés. Lors de l'achat d'une fraiseuse CNC 5 axes, il est important de regarder les vitesses réalistes disponibles en mode 5 axes simultané.

Une autre chose à considérer lors de l'achat d'une fraiseuse CNC 5 axes est la façon dont le contrôleur définit les plans de travail pour l'usinage 3+2 axes ? Tous les cycles préprogrammés sont-ils disponibles à toute inclinaison ? Qu'est-ce qui est requis dans la sortie post-traitée pour gérer cela ?

Une autre considération est de savoir si le contrôleur a un moyen de définir le RTCP (Rotation Tool Center Point) ? C'est là que le contrôleur connaît l'origine de la pièce par rapport au centre des rotations et peut calculer avec précision les mouvements nécessaires pour la pièce programmée. Une forme de RTCP (parfois appelée TCPM) est normalement utilisée en 5 axes simultané pour finir les pièces de moules.

Portage d'outils

Quand on utilise des broches et de l'outillage haute performance, le système de portage d'outils peut affecter positivement ou négativement la rigidité globale. Certains systèmes de serrage de porte-outils serrent de l'extérieur du porte-outil avec une pression vers l'intérieur. D'autres systèmes serrent de l'intérieur du porte-outil avec une force vers l'extérieur. Ces derniers systèmes, serrant de l'intérieur avec une force vers l'extérieur, sont aidés par la force centrifuge des rotations des broches à haute vitesse.

Guidages linéaires

La plupart des machines de fraisage CNC utilisent des vis à billes, qui incluent des roulements à billes pour réduire la friction, pour contrôler le mouvement. Certains développements récents dans les machines CNC consistent à remplacer le moteur et la vis à billes par un moteur linéaire. Les coûts pour les machines équipées de moteurs linéaires seront généralement plus élevés. Cependant, en moyenne, ils peuvent fournir des niveaux d'accélération plus élevés, une précision plus élevée et un fonctionnement plus fluide.

Il est important de noter que ces avantages sont comparés aux fraiseuses CNC 5 axes de milieu de gamme. Les fraiseuses 5 axes haut de gamme avec des codeurs, échelles, vis et moteurs plus robustes fournissent les mêmes vitesses et précisions disponibles avec les moteurs linéaires.

Fichiers CAO

Lors de l'exécution d'usinage 5 axes, vous voudrez simuler et vérifier vos programmes CNC avant de les exécuter sur la fraiseuse. Au fur et à mesure que vous commencez à faire tourner la pièce ou la tête, les risques de collision machine-pièce augmentent.

Des simulations précises commencent avec des données CAO 3D précises de la fraiseuse CNC 5 axes. Sans une représentation précise de la machine, la simulation est, au mieux, une estimation. Cela inclut la broche, la table et toutes les pièces qui la font tourner, quel que soit le style.

Certains fournisseurs de machines fournissent des fichiers CAO de leurs fraiseuses, certains les facturent, et d'autres ne les fournissent pas du tout. Que les fichiers CAO soient fournis, achetés, ou que vous les conceviez vous-même, vous devrez vérifier les données 3D par rapport aux dimensions réelles de la machine pour vous assurer qu'elles sont précises.

L'ajout de l'usinage 5 axes à la fabrication de moules a de nombreux avantages et peut améliorer les finitions, réduire le temps d'expédition et réduire le besoin d'opérations EDM.

Quand vous considérez une fraiseuse CNC 5 axes, envisagez de prendre une taille au-dessus de ce que vous pensez avoir besoin. Vérifiez les capacités RTCP pour l'usinage 5 axes simultané. Vérifiez la simplicité d'utilisation de différents plans de travail temporaires pour l'usinage 3+2 axes. Considérez des composants de meilleure qualité, plus robustes pour des vitesses, une précision et une qualité de finition plus élevées.

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