Usinage CNC 5 axes expliqué : précision et efficacité pour pièces complexes

Dans la fabrication soustractive, choisir la meilleure machine pour votre besoin de production particulier est très important. De la sélection des matériaux aux géométries en passant par les temps de configuration et plus encore, la bonne machine peut conduire à une efficacité de production accrue et des économies de coûts. Dans l'industrie médicale, les pièces qui nécessitent des tolérances élevées et peuvent être composées de géométries complexes utilisent souvent l'usinage CNC 5 axes. Cela réduit le nombre de configurations complexes de pièces requises lors de l'usinage de plusieurs axes vers leurs datums respectifs.

Les axes dans l'usinage CNC

Les axes 5 axes CNC sont des chemins que les pièces ou les outils peuvent parcourir simultanément. Les axes principaux : X, Y et Z, font partie du système de coordonnées cartésiennes de base proposé pour la première fois par le mathématicien et philosophe René Descartes dans les années 1500. Cela est utilisé pour décrire l'espace tridimensionnel et peut être représenté comme trois lignes perpendiculaires allant dans différentes directions. Les trois axes se croisent en un point au centre appelé l'origine qui est utilisé comme point de référence pour mesurer la longueur le long de chaque axe.

Les deux derniers axes, A et B, sont plus difficiles à comprendre. Ces deux axes tournent autour des axes principaux X et Y et peuvent être vus comme la partie de l'objet se déplaçant le long des axes principaux. L'axe supplémentaire appelé C qui tourne autour de l'axe Z existe également mais n'est généralement pas utilisé dans les processus d'usinage CNC.

Quelle est la capacité des machines CNC 5 axes ?

Une machine CNC 5 axes produit des résultats très précis. Ces machines CNC avancées sont capables de créer des pièces complexes à partir d'aluminium, d'acier, de laiton et de polymères. Et tout cela est fait en utilisant cinq types de mouvements distincts par rapport à la pièce. Par exemple, de l'aluminium en lingot usiné le long des axes X, Y et Z en plus de deux mouvements de rotation de la pièce. Ces mouvements supplémentaires offrent une flexibilité et une précision accrues. Ce n'est pas possible avec les machines 3 axes traditionnelles. L'usinage 5 axes peut produire des pièces hautement complexes et aérodynamiques, ce type d'usinage a été utilisé pour produire des trains d'atterrissage, des cloisons et plus encore.

L'enlèvement de matière lourd, ou l'allègement, est une technique courante dans la conception aérospatiale et automobile. L'allègement a augmenté la demande d'usinage 5 axes. Et elle croît en demande dans ces industries ainsi que d'autres. L'usinage 3 axes peut facilement enlever du poids pendant le processus d'ébauche, mais cette technologie ne peut pas fournir la finition propre requise pour des pièces spécifiques nécessitant une haute précision ainsi qu'avec un minimum de configurations de pièces.

Le temps de cycle réduit est un autre avantage majeur pour l'usinage CNC 5 axes par rapport à l'usinage CNC 3 ou 4 axes et l'usinage 2D. Une machine CNC 5 axes a la capacité de manipuler des formes complexes en une seule configuration. Moins de configurations égalent une diminution potentielle des problèmes de tolérance entre chaque datum de pièce. Si vous réduisez le nombre de configurations, les délais sont raccourcis. Par conséquent, les petites séries de pièces peuvent passer rapidement par le processus de production, et la réactivité client est accrue. En minimisant le mouvement des pièces dans les dispositifs de fixation, en moyenne, 40 minutes par pièce peuvent être économisées. Pour le prototypage et la production en petits lots, cette économie de temps représente des économies de coûts significatives. Avec une seule configuration, la machine 5 axes est capable d'usiner des matériaux et de créer 360 degrés de liberté pour usiner dans chaque axe.

La fixation et la réduction des repositionnements

Les machines 5 axes peuvent usiner essentiellement toutes les surfaces. Cela aide à réduire le besoin de configurations multiples ou de gabarits et fixations spéciaux. En raison de l'amplitude de mouvement de sa tête de coupe et des axes de rotation supplémentaires, ces machines peuvent atteindre 5 faces d'une pièce. Cela signifie qu'il y aura moins de re-fixation requise et moins de configurations inutiles. Cela ne permet pas seulement d'économiser du temps de cycle, mais aussi de l'argent et des erreurs d'opérateur. De plus, avec plusieurs configurations, il y a toujours une possibilité de mauvais alignement chaque fois que la pièce est déplacée.

La machine 5 axes aide à réduire le coût de main-d'œuvre par pièce

En optant pour une machine 5 axes, le temps gaspillé et le coût subséquent qui se produisaient chaque fois qu'un opérateur de machine touchait une pièce peuvent être éliminés. En réduisant le temps nécessaire pour re-fixer la pièce, les coûts de main-d'œuvre sont également réduits. C'est-à-dire que moins un opérateur a besoin de toucher une pièce, plus le coût sera bas.

Avantages du choix d'un système d'usinage CNC 5 axes

Les systèmes avancés sont considérés comme supérieurs aux machines 3 axes traditionnelles et leur popularité continue de croître chaque année. Les axes A et B supplémentaires étendent un nombre infini de capacités de fabrication. La tête de coupe et les outils peuvent maintenant approcher la pièce sous presque toutes les positions possibles. Cela assure un usinage facile sans nécessiter le repositionnement de l'ensemble du système. Cela n'est pas possible sur les machines avec moins de cinq axes à moins que la pièce ne soit repositionnée.

De plus, moins de manipulation de matériau a lieu avec le produit en raison de la réduction de la quantité de repositionnement requise. Cela conduit à des économies de temps et des réductions d'erreurs humaines ainsi que des coûts de production. Les pièces complexes peuvent maintenant être créées en utilisant les axes supplémentaires, et les travaux qui ne nécessitent que trois axes peuvent être terminés plus rapidement en utilisant une machine 5 axes. C'est parce que l'outil de coupe reste tangent à la surface de coupe, ce qui à son tour enlève plus de matériau à chaque passage.

Un autre avantage de ce processus est une finition de surface améliorée. C'est parce que le fait d'avoir différentes orientations des pièces permet au produit de se rapprocher de l'outil de coupe. Cela conduit à moins de vibration de l'outil et à une finition de surface globalement lisse. Les logiciels de conception tels que PowerMill d'Autodesk peuvent aider à compléter ce processus en offrant une vaste bibliothèque de parcours d'outils pour une plus grande optimisation et un polissage manuel minimal.

Les machines CNC 5 axes sont des machines de fabrication polyvalentes qui bénéficient de l'emploi de jusqu'à cinq axes différents simultanément. Trois axes linéaires et deux de rotation. Leurs capacités de traitement sont plus diverses qu'une machine CNC 3 axes normale. Les machines CNC 5 axes peuvent être équipées de manière à éliminer les configurations multiples et peuvent ainsi réduire le besoin de supervision constante, augmentant l'efficacité et réalisant l'usinage en configuration unique ou « Done-In-One ». Une machine CNC 5 axes est un cheval de bataille supplémentaire pour tout atelier de machines. Si elle est utilisée efficacement, elle peut fabriquer des pièces complètes sans aucune configuration supplémentaire. Cela réduit considérablement les temps d'arrêt.

Avantages de l'usinage 5 axes pour diverses industries

• Industrie automobile

L'industrie automobile exige un volume de production élevé avec une exigence critique pour la qualité et la cohérence. Chaque composant doit s'insérer dans une tolérance spécifique pour des véhicules sûrs. La plupart des composants dans l'industrie automobile sont fabriqués en utilisant des processus à faible coût et à volume élevé comme l'estampage, l'injection plastique et la fonderie. Cependant, ces techniques économiques et rapides nécessitent un outillage avancé et hautement précis et c'est une situation idéale pour l'usinage 5 axes.

• Usinage 5 axes dans l'industrie médicale

Comme l'industrie aérospatiale, l'industrie médicale a une exigence extrêmement stricte pour la qualité. Certaines pièces médicales peuvent avoir un effet direct et immédiat sur la santé ou le taux de survie d'une personne s'il y a des problèmes de qualité préjudiciables. Certains composants médicaux ont des formes organiques usinées à partir de matériaux exotiques pour leur permettre d'être implantés dans un patient. Les CNC 5 axes peuvent à la fois usiner ces types de matériaux et gérer les formes organiques de tels implants. En plus des implants, il y a aussi un besoin d'usinage 5 axes sur d'autres applications médicales connexes comme les turbines médicales et les composants de scanner CT.

• Usinage 5 axes dans l'industrie de l'énergie

L'industrie de l'énergie est un composant majeur d'autres industries. Elle est énorme et incorpore de nombreuses capacités et technologies avancées différentes. Des centrales électriques aux systèmes d'énergie solaire et même des technologies plus exotiques comme la fusion, il y a une exigence pour des composants avancés. Cette spécification exigeante de l'ingénierie, de la science des matériaux et de la fabrication est due à ces exigences intensives. Et il y a un besoin de systèmes d'usinage qui peuvent produire de manière fiable des composants avancés et c'est là que les machines 5 axes brillent vraiment.