Usinage CNC 3 axes vs 4 axes vs 5 axes : Différences clés expliquées

La fabrication et le traitement de pièces sous contrôle informatique constituent l'usinage CNC. L'usinage CNC désigne l'enlèvement automatique de matière par des machines à commande numérique (CNC) pour façonner et dimensionner une pièce brute. Les matériaux usuels sont le plastique ou le métal ; une fois l'enlèvement terminé, la pièce finie est obtenue.

Ce procédé est aussi appelé fabrication soustractive. Une application informatique pilote généralement le mouvement de l'outil pour réaliser l'usinage CNC.

Types courants de machines-outils CNC

Les procédés d'usinage CNC incluent principalement le fraisage CNC et le tournage CNC, suivis du rectifage, de l'électroérosion, etc.

Fraisage CNC

Le fraisage CNC utilise un outil rotatif qui intervient sur la pièce le long de 3, 4 ou 5 axes. Il permet d'usiner rapidement des géométries complexes et des pièces de précision à partir de métaux ou de thermoplastiques.

La fraiseuse CNC est un équipement automatisé dérivé de la fraiseuse conventionnelle. La technologie et la structure sont proches. On distingue les fraiseuses sans magasin d'outils et celles avec magasin (centres d'usinage).

Tournage CNC

Le tournage CNC emploie un tour pour produire des pièces à caractéristiques cylindriques. La pièce tourne sur un axe et rencontre un outil de précision pour former des arêtes arrondies, des trous radiaux et axiaux, des rainures.

Avantages de l'usinage CNC

Comparé à l'usinage manuel traditionnel, le CNC est plus efficace. Si le code est correct et conforme au design, la précision dimensionnelle est élevée et l'erreur faible.

La fabrication CNC est idéale pour le prototypage rapide. Elle peut aussi produire des pièces finales, mais reste généralement rentable seulement pour les petites et moyennes séries.

Usinage CNC multi-axes

L'usinage CNC utilise des outils rotatifs pour enlever de la matière. La pièce reste fixe, l'outil se déplace ou la pièce entre dans la machine selon un angle prédéfini. Plus la machine possède d'axes de mouvement, plus le formage est rapide et complexe.

Usinage CNC 3 axes

L'usinage 3 axes reste l'un des procédés les plus populaires. La pièce est immobile, l'outil coupe selon les axes X, Y et Z. C'est une forme relativement simple, adaptée aux structures simples, mais inadaptée aux géométries complexes.

Avec seulement 3 axes, la vitesse peut être inférieure au 4 ou 5 axes. Il peut être nécessaire de repositionner manuellement la pièce pour obtenir la forme voulue.

Usinage CNC 4 axes

En 4 axes, un quatrième axe s'ajoute au mouvement de l'outil, permettant la rotation autour de l'axe X. Les axes sont : X, Y, Z et A (rotation autour de X). La plupart des machines 4 axes permettent aussi la rotation de la pièce (axe B), fonctionnant à la fois comme fraiseuse et tour.

Plus précisément, l'usinage 4 axes signifie liaison 4 axes : la machine possède quatre axes contrôlables capables d'interpolation simultanée. Les quatre axes déplacent un point dans l'espace de manière synchronisée, à une vitesse combinée calculée par l'algorithme du contrôleur.

Pour un centre d'usinage 4 axes, il s'agit des axes X, Y, Z plus un axe de rotation A (ou B ou C). Les axes A, B, C correspondent aux rotations autour de X, Y, Z. Généralement, le quatrième axe est A (rotation autour de X) ou B (rotation autour de Y), selon l'installation sur la machine. Cet axe peut bouger seul ou en liaison avec un, deux ou les quatre axes simultanément.

Certaines machines ont 4 axes mais ne peuvent bouger qu'en indexage (4 axes, 3 liaisons). Une machine à liaison 4 axes peut avoir plus de 4 axes au total, mais sa liaison max est 4.

Pour percer sur le côté d'une pièce cylindrique, l'usinage 4 axes est idéal : il accélère le processus et assure une haute précision.

Usinage CNC 5 axes

Le 5 axes ajoute un axe de rotation par rapport au 4 axes. Le cinquième axe est la rotation autour de l'axe Y, aussi appelé axe B. La pièce peut aussi tourner sur certaines machines, parfois appelé axe B ou C.

Grâce à sa grande polyvalence, l'usinage 5 axes permet de fabriquer des pièces de précision complexes : pièces médicales (prothèses, os), composants pour l'oil & gas, l'aérospatial, le militaire.

Comment choisir entre 3, 4 ou 5 axes ?

Les 3, 4 et 5 axes ne sont pas directement comparables. Comme pour l'achat d'une voiture : sportive, camion ou berline ? Tout dépend du budget, de l'usage, etc.

De même, 3 et 4 axes ont leurs domaines. Certaines pièces sont économiques en 3 axes, d'autres nécessitent le 4 axes. En réalité, la plupart des pièces peuvent être usinées en 3 axes. De plus, les machines 4 axes sont généralement plus chères. On peut commencer par une 3 axes pour réduire le coût. Ou acheter une 4 axes pour couvrir les deux types de pièces.

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