Usinage CNC multi-axes : 3, 4 ou 5 axes — Lequel convient à votre projet ?

L'usinage multi-axes est devenu un choix dominant parmi les ateliers d'usinage CNC et les fabricants. Les vastes capacités des machines CNC à créer différents produits de haute qualité qui répondent à des exigences de ultra-précision en font les options préférées de nombreux professionnels.

Cependant, sélectionner le bon type de machine en usinage multi-axes CNC est essentiel pour garantir les meilleures possibilités de conception, les capacités globales du processus d'usinage et les coûts. Cet article discute de l'usinage multi-axes et de ses principaux types et avantages. Plongeons-y !

Qu'est-ce que l'usinage multi-axes ?

L'usinage CNC multi-axes est un processus qui permet la rotation/le mouvement de l'outil de coupe dans trois ou plus directions différentes. Généralement, la Commande Numérique par Ordinateur commande le mouvement de l'outil de coupe. L'usinage multi-axes est plus complexe en raison du nombre plus élevé d'axes. Plus le nombre d'axes d'une machine CNC est élevé, plus la technologie et les complexités de programmation requises sont élevées.

Tout nombre d'axes supérieur à 3 dans une machine CNC est considéré comme de l'usinage multi-axes. Pratiquement, les machines CNC ont maintenant jusqu'à 12 axes. En conséquence, les fraiseuses CNC avec un nombre d'axes plus élevé peuvent créer des composants usinés avec des spécifications complexes.

Principaux types d'usinage multi-axes

Il existe plusieurs machines CNC avec jusqu'à trois à douze axes uniques dans des plans variables. Voici les principaux types de configurations de machines multi-axes.

Usinage 3 axes

L'usinage CNC 3 axes est le type multi-axes le plus simple. Il a généralement une pièce fixe et une broche qui se déplace le long de trois axes – X, Y et Z. L'usinage CNC 3 axes est le choix le plus facile pour usiner une pièce sur ses six faces.

Les fraiseuses CNC 3 axes possèdent un axe linéaire et deux axes de rotation indépendants. Une liaison électrique ou mécanique relie les trois axes, permettant la rotation de l'outil de coupe le long de chaque axe.

L'axe X est parallèle à l'outil de coupe, permettant à la tête de fraisage de se déplacer le long et à travers la longueur de la pièce. L'axe Y maintient une position perpendiculaire à l'outil de coupe, permettant à la tête de fraisage d'atteindre chaque extrémité de la pièce. De même, l'axe Z est perpendiculaire à l'outil de coupe tout en ajustant l'avance Z, permettant à l'outil de coupe de couper le long de la surface de la pièce.

Usinage 4 axes

L'usinage CNC 4 axes implique l'utilisation de fraiseuses à commande numérique avec quatre axes pour réaliser des pièces tridimensionnelles. Ces fraiseuses CNC peuvent déplacer leur outillage dans quatre directions. Elles sont plus puissantes et offrent des précisions plus élevées que les machines 2 et 3 axes.

L'augmentation de la précision dans les machines 4 axes est due aux mouvements du quatrième axe. Il permet les mouvements autour de l'axe vertical, donnant aux machines une gamme de mouvement dynamique de 360 degrés sans dispositifs spéciaux.

L'axe supplémentaire sur la fraiseuse 4 axes en fait une option plus économique qu'une fraiseuse CNC 3 axes. De plus, le fraisage 4 axes offre une meilleure qualité globale que le fraisage 3 axes car il peut usiner quatre faces à la fois sans avoir besoin de repositionner la pièce. En conséquence, le processus évite les cas probables d'erreurs humaines.

Usinage 5 axes

L'usinage 5 axes est une méthode de fabrication soustractive multi-axes polyvalente et populaire. Elle implique l'utilisation de machines avec cinq axes pour couper un matériau brut à une forme désirée. Il serait utile de noter que le nombre d'axes dans une machine détermine souvent la direction de l'outil et de la table en usinage.

Cependant, l'usinage CNC 5 axes possède un avantage considérable sur l'usinage 3 axes en raison de son nombre d'axes plus élevé et de ses capacités. Les machines 5 axes permettent la rotation dans deux plans couplée avec la capacité des outils de coupe à se déplacer dans trois directions. Plus encore, les fraiseuses CNC 5 axes peuvent gérer des tâches hautement complexes sans erreurs.

Une machine 5 axes utilise ces trois axes linéaires et deux axes supplémentaires – A et B. L'axe A indique l'axe rotatif le long de l'axe X, tandis que l'axe B indique la rotation/le mouvement autour de l'axe Y. Cependant, il y a des cas où la machine se déplace vers l'axe C au lieu de l'axe B. L'axe C indique la rotation le long de l'axe Z.

Avantages de l'usinage multi-axes

Les ateliers d'usinage CNC et les entreprises bénéficient de la vaste gamme d'avantages que l'usinage multi-axes offre, en faisant le processus idéal pour plusieurs applications. Voici certains de ces avantages :

1. Coûts de main-d'œuvre et temps de production réduits

Les machines multi-axes sont des machines avancées utilisant la commande numérique par ordinateur. C'est un processus d'usinage automatisé qui réduit les coûts de main-d'œuvre car il y a peu ou pas d'implication de l'opérateur dans les opérations d'usinage.

L'usinage multi-axes ne nécessite pas de travail manuel comme le re-dispositif. Ainsi, vous pouvez usiner des pièces beaucoup plus rapidement sans changer continuellement les configurations. Vous pouvez également fabriquer des pièces avec des designs complexes plus rapidement, optimisant le temps de mise sur le marché de votre produit.

2. Finition de surface de haute qualité

Les outils de coupe des machines multi-axes sont généralement plus courts et ont une grande manœuvrabilité, permettant la proximité de ces outils avec la surface en cours de coupe. Par conséquent, cela réduit les vibrations ou le grattage d'usinage lorsque ces outils de coupe CNC se déplacent à grande vitesse. Les pièces usinées obtiendront des finitions de surface supérieures.

3. Précision des pièces plus élevée

Une précision plus élevée des pièces usinées est un autre avantage de l'usinage multi-axes en raison de sa grande gamme de mouvement. Ces fraiseuses CNC aident à créer des pièces complexes ou à couper n'importe quelle surface en une seule configuration. En conséquence, cela réduit le nombre nécessaire de processus et d'équipements pour produire une pièce tout en assurant une précision géométrique accrue. De même, cela élimine les éléments humains qui pourraient causer des erreurs d'usinage.

4. Durée de vie accrue des outils

Les machines traditionnelles utilisent des outils de coupe pour couper un matériau de pièce qui s'use souvent rapidement, entraînant un temps de cycle de production retardé et une faible précision. Cependant, l'outil de coupe des fraiseuses CNC multi-axes ne s'use pas rapidement en raison de l'inclinaison constante de l'outil ou de la table pour un angle de coupe parfait.

De plus, vous pouvez programmer les machines multi-axes pour couper avec différents côtés de chaque lame pour assurer la longévité de l'outil de coupe.

5. Production de formes complexes

Les machines multi-axes permettent aux fabricants d'usiner des angles et des arcs complexes en douceur grâce aux mouvements/axes supplémentaires. Les usineurs doivent utiliser des dispositifs spéciaux et un étau d'usineur pour construire des motifs sophistiqués pour les machines 3 axes traditionnelles. Cependant, les machines multi-axes aident à rendre la production de designs complexes plus économique.

Quelles différences entre l'usinage CNC 3, 4 et 5 axes ?

Comprendre les défis et considérations des différents usinages CNC multi-axes est impératif. Cela aide à maintenir un équilibre entre des facteurs tels que les coûts, la qualité du produit et le temps.

En comparant les capacités d'usinage 3, 4 et 5 axes, l'usinage CNC 5 axes n'est pas toujours adapté à tous les produits malgré son efficacité supérieure à l'usinage CNC 4 axes et 3 axes.

De plus, tous les produits éligibles pour l'usinage 3 axes ne sont pas idéaux pour l'usinage 5 axes. Cependant, si un produit traité avec l'usinage 3 axes est adapté à l'usinage 5 axes, ses coûts de production augmenteront astronomiquement.

Comprendre les différences entre ces processus d'usinage aide à garantir que vous choisissez la machine appropriée pour votre produit sans compromettre les paramètres essentiels. Voici les différences entre ces usinages multi-axes.

1. Précision et exactitude

La haute précision et les faibles tolérances sont certaines des propriétés primaires de l'usinage CNC. Bien que l'usinage CNC 3 axes ait une bonne précision, il y a des chances probables d'erreurs en raison du repositionnement continu de la pièce. Cependant, cette marge d'erreur est insignifiante pour la plupart des applications. Néanmoins, la plus légère déviation peut entraîner des complications pour les applications aérospatiales sensibles.

Pendant ce temps, les machines 4 et 5 axes ne nécessitent pas de repositionnement ; par conséquent, elles n'ont généralement pas d'erreurs de déviation comme l'usinage 3 axes. Ces machines CNC 4 et 5 axes peuvent ajouter des caractéristiques à une pièce sur plusieurs plans/positions avec un seul dispositif. Cependant, le repositionnement constant dans l'usinage 3 axes est un facteur qui affecte la déviation d'usinage.

2. Principes de fonctionnement

Tous les usinages CNC ont le même principe de fonctionnement. L'outil de coupe à Commande Numérique Contrôlée tourne autour du matériau de la pièce pour faire les coupes désirées. De plus, les G-Codes ou M-Codes commandent le mouvement de l'outil de coupe des machines CNC par rapport à la pièce.

Cependant, la capacité de rotation autour de différents plans indique les différences entre les machines 3, 4 et 5 axes. Les machines CNC 5 axes et 4 axes permettent la rotation/le mouvement le long d'un autre axe, permettant l'usinage de produits avec des formes et géométries complexes.

3. Applications

Les exigences d'un produit ou ses complexités de conception plutôt que l'industrie déterminent l'usinage multi-axes idéal pour un produit. En conséquence, vous pouvez créer un composant aérospatial simple en utilisant une machine 3 axes. Cependant, le développement de composants complexes pour d'autres secteurs peut être fait en utilisant une fraiseuse CNC 4 ou 5 axes.

4. Coûts

Les coûts sont un autre paramètre principal dans les différences entre l'usinage 3 axes, 4 axes et 5 axes. Généralement, la machine 3 axes est l'option la plus économique à acheter et à maintenir. Néanmoins, des facteurs tels que la disponibilité des opérateurs de machine et des dispositifs affectent souvent le coût d'exploitation des machines 3 axes dans un atelier.

Pendant ce temps, les machines 4 et 5 axes sont avancées et offrent des capacités améliorées, les rendant relativement chères. Cependant, leurs vastes capacités en font un choix parfait pour des conditions uniques.

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FAQ

En quoi l'usinage CNC multi-axes est-il meilleur que l'usinage manuel ?

L'usinage CNC multi-axes a l'avantage sur l'usinage manuel dans des domaines tels que la précision et l'exactitude, la vitesse de production, les coûts et l'efficacité. De plus, l'usinage CNC a un taux de rebut inférieur comparé à l'usinage manuel.

En quoi la machine 5 axes est-elle meilleure que la machine 3 axes ?

L'usinage 5 axes, comparé à l'usinage 3 axes, offre une plus grande précision, une exactitude plus élevée, une flexibilité de conception étendue et des délais plus rapides.