Usinage CNC 3 Axes vs 5 Axes : Différences Clés Expliquées

L'usinage à commande numérique (CNC) est un procédé de fabrication soustractif qui permet aux fabricants de créer avec précision et rentabilité des pièces de haute précision. L'usinage CNC retire l'excès de matière brute des pièces brutes avec des outils de coupe pour créer un produit fini précis à partir de matériaux comme le plastique, le métal et les composites.

Aujourd'hui, les équipes produit ont de nombreuses options en matière d'usinage multi-axes, du 3 axes au 5 axes, voire 9 axes. Quelle est la différence entre chaque type ? Dans cet article, nous détaillerons les similitudes et différences clés entre deux types populaires d'usinage CNC (3 axes vs 5 axes) — et expliquerons quand il peut être judicieux d'utiliser l'un plutôt que l'autre.

Usinage 3 axes

Une fois que l'opérateur a entré les instructions de fraisage dans un ordinateur, la machine CNC 3 axes exécutera automatiquement la tâche en utilisant un outil pour couper le long de trois axes — X, Y et Z, soit gauche-droite, avant-arrière et haut-bas. Le fraisage CNC et le tournage CNC relèvent tous deux de l'usinage 3 axes. Cependant, ils fonctionnent légèrement différemment.

Avec une fraiseuse CNC 3 axes, le bloc de matière reste fixé dans un étau ou sur une table de machine. Des forets rotatifs ou outils de coupe sont connectés à une broche et se déplacent le long des axes X, Y et Z, enlevant des copeaux pour former précisément le composant final. Les fraiseuses CNC 3 axes sont excellentes pour produire la plupart des géométries et pièces simples.

En revanche, dans le processus de tournage CNC, la pièce est fixée à une broche rotative, et un tour façonne le composant. Alors que la broche tenant la pièce tourne, un foret central ou un outil de coupe trace les périmètres extérieur et intérieur du composant ou crée des trous le long de l'axe central. Comparées aux fraiseuses CNC, les machines de tournage CNC produisent des pièces plus vite et offrent des coûts unitaires moins élevés, ce qui est avantageux pour les séries de production à haut volume.

Puisqu'une machine CNC 3 axes ne peut couper que le long de trois axes, elle peut peiner avec des formes non conventionnelles ou des designs avec des cavités profondes et étroites difficiles d'accès. Lors du traitement de pièces aux géométries complexes, les opérateurs peuvent devoir repositionner manuellement la pièce, ce qui peut ralentir la vitesse de traitement, augmenter les coûts de main-d'œuvre et d'usinage, et aboutir à un produit fini imparfait.

Usinage 5 axes

Les machines 5 axes reposent sur un outil qui se déplace dans cinq directions différentes — X, Y et Z, ainsi que A et B, autour desquels l'outil pivote. L'utilisation d'une machine CNC 5 axes permet aux opérateurs d'aborder une pièce sous tous les angles en une seule opération, éliminant le besoin de repositionner manuellement la pièce entre les opérations. L'usinage CNC 5 axes fait gagner du temps et est idéal pour créer des pièces complexes et précises comme celles des industries médicale, pétrolière, gazière et aérospatiale. Il existe plusieurs types de machines 5 axes que les équipes produit devraient connaître, notamment les machines CNC 5 axes indexées, les machines CNC 5 axes continues, et les centres de tournage-fraisage CNC.

Comme pour le fraisage CNC 3 axes, l'outil de coupe ne se déplace que le long de trois axes et ne maintient pas un contact continu avec la pièce en usinage CNC 5 axes indexé. Cependant, la table d'usinage et la tête d'outil peuvent pivoter automatiquement dans deux directions entre les opérations. L'usinage 5 axes indexé est idéal pour fabriquer des boîtiers, gabarits et fixations. Il se situe entre le fraisage CNC 3 axes et l'usinage CNC 5 axes continu en termes de vitesse, précision et capacité à gérer les géométries complexes.

En usinage CNC 5 axes continu, l'outil de coupe et la pièce peuvent pivoter et se déplacer simultanément pendant l'opération, gagnant du temps et permettant aux opérateurs de fabriquer des géométries complexes avec des surfaces organiques. L'usinage CNC 5 axes continu offre une finition de surface, une vitesse et une stabilité dimensionnelle améliorées, mais a le coût par pièce le plus élevé.

Les centres de tournage-fraisage CNC sont pratiquement identiques aux machines de tournage CNC, avec une exception — ils sont équipés d'équipement de fraisage CNC. La pièce est fixée à une broche qui peut soit tourner, soit rester stationnaire pendant que les outils de coupe enlèvent la matière. En combinant les éléments des machines de tour CNC avec des outils de fraisage, les centres de tournage-fraisage offrent des niveaux élevés de précision et de polyvalence géométrique, les rendant excellents pour créer des pièces avec des symétries de rotation lâches, comme des arbres à cames ou compresseurs centrifuges.

Non seulement ces types de fraiseuses CNC 5 axes offrent une plus grande précision pour l'usinage de pièces profondes et de matériaux durcis, mais ils offrent aussi des rendements plus élevés et des vitesses d'usinage plus rapides. Cependant, l'usinage 5 axes est plus coûteux en raison de l'équipement spécialisé nécessaire et du besoin d'opérateurs experts.

Usinage 3 axes vs 5 axes

La principale différence entre les fraiseuses 3 axes et 5 axes est que la pièce peut être travaillée sur trois axes avec la première et cinq axes avec la seconde. Les deux sont des processus de production hautement polyvalents, automatisés et reproductibles qui vous permettront de créer rapidement et rentablement des composants précis. Cependant, vous pourriez choisir l'un plutôt que l'autre pour diverses raisons.

Si vous avez un budget limité ou n'avez besoin que d'usiner une surface plane, les machines 3 axes pourraient convenir. En plus d'être plus abordables que celles à cinq axes, les machines 3 axes sont plus simples à programmer, donc vous n'aurez pas à supporter le coût de programmeurs et opérateurs experts coûteux. De plus, le temps de préparation est plus court avec l'usinage 3 axes.

Si vous devez produire une pièce profonde ou à géométrie complexe, vous voudrez probablement utiliser l'usinage 5 axes. L'utilisation de machines 5 axes vous permet d'usiner la pièce sous tous les angles — sans rotation manuelle requise. Avec l'usinage 5 axes, vous aurez des rendements plus élevés, une plus grande précision, une liberté de mouvement accrue, ainsi que la capacité de fabriquer des pièces plus grandes plus vite.

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