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Usinage CNC horizontal ou vertical : quelle est la différence ?
Le fraisage est l'un des divers procédés utilisés en usinage. En fraisage, l'outil de coupe rotatif enlève de la matière de la pièce immobile ou en mouvement. Il existe différents types de fraiseuses, notamment horizontales et verticales. Dans cet article, nous discuterons des différences entre ces deux machines et de la manière d'en choisir une.
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Qu'est-ce qu'une machine CNC verticale ?
Une fraiseuse CNC verticale est un type de fraiseuse CNC dans lequel l'outil de coupe est orienté verticalement au-dessus de la pièce. L'outil tourne et descend pour couper la matière selon les instructions programmées. Aujourd'hui, deux types de machines verticales sont utilisés :
- Tours à tourelleLes fraiseuses tourelles sont généralement utilisées pour l'usinage de petites pièces de précision. Dans les fraiseuses tourelles, la broche reste stationnaire et la table se déplace dans les directions horizontale et verticale. Ses avantages sont qu'elle empêche les vibrations et offre une excellente rigidité lors de l'usinage de caractéristiques complexes.
- Fraiseuses à tableLe type le plus courant de fraiseuse à commande numérique verticale que l'on trouve dans les ateliers d'usinage est la fraiseuse à bâti. Dans les fraiseuses à bâti, la broche se déplace verticalement et la pièce se déplace horizontalement. Avec cette configuration, elle peut être utilisée efficacement pour machines à sous, des poches, des trous et des géométries complexes.
Source : HAAS
Avantages de la machine CNC verticale
- Configuration et utilisation faciles
Les machines CNC verticales permettent à un opérateur de voir l'intégralité de l'opération de coupe. Grâce à une zone de coupe ouverte, les ajustements de position et de mesure de l'outil peuvent être effectués facilement.
- Polyvalent
La machine CNC verticale peut effectuer diverses fonctions, notamment le perçage, le fraisage d'extrémité, fraisage de face, et toucher.
- Rentable
Les machines CNC verticales sont beaucoup moins chères que les machines horizontales. Outils nécessaires pour les fraiseuses verticales sont moins chers et plus disponibles.
- Précision
Avec une configuration appropriée, les machines CNC verticales sont capables de produire des pièces avec une tolérance de 0,001 pouce.
Inconvénients d'une machine CNC verticale
- Capacité de coupe limitée
Il devient très difficile d'enlever de grands volumes de matière en une seule fois (rapidement) avec les machines CNC verticales. Les fraiseuses verticales ont une capacité de coupe limitée.
- Évacuation des paillettes insuffisante
Les copeaux produits lors de l'usinage CNC vertical tombent sous l'effet de la gravité sur le composant usiné fini. Les copeaux tombent dans des cavités fraîchement coupées et peuvent créer des rayures sur la surface usinée de la pièce finie, l'endommageant.
- Ne convient pas à la production de masse
Chaque face de chaque pièce doit être montée et positionnée individuellement. La manipulation manuelle de chaque pièce entraînera de nombreux goulots d'étranglement dans la production lors de la fabrication de milliers de pièces similaires.
Qu'est-ce qu'une machine CNC horizontale ?
Dans les machines CNC horizontales, la broche est parallèle au sol. L'outil de coupe s'étend horizontalement vers l'extérieur de la colonne et vise vers le bas sur la pièce. Cette simple réorganisation peut offrir des avantages significatifs en matière de fabrication.
Une pièce est généralement montée horizontalement, perpendiculairement à la broche, sur une table. La plupart des machines CNC horizontales sont équipées de série d'au moins une des quatre tables d'indexation rotatives ou d'une fonction d'axe 4. La rotation automatisée permet à l'outil de coupe d'usiner plusieurs faces d'une pièce sans manipulation manuelle. Les machines CNC horizontales peuvent usiner quatre, et dans certains cas, cinq côtés d'une pièce à la fois.
Source :DMG MORI
Avantages d'une machine CNC horizontale
- Excellente évacuation des copeaux
Les copeaux tombent du produit à usiner selon un angle sous l'effet de la gravité. Cela signifie que les copeaux n'interfèrent pas avec le processus d'usinage ni ne se déposent sur la surface finie de la pièce.
- Production en grand volume
Un changeur de palettes automatique peut être utilisé pour produire la première pièce pendant que la seconde est chargée extérieurement. Le changeur bascule la palette automatiquement lorsque l'original a terminé son cycle. Cela réduit considérablement le temps d'inactivité entre les projets, maximisant ainsi l'utilisation de la machine.
- Taux élevé d'enlèvement de matière
La configuration horizontale de la machine permet des paramètres de coupe agressifs. En permettant à l'opérateur d'augmenter la vitesse d'avance et la profondeur de coupe, le temps de production de grandes pièces est réduit.
- Finition de la surface
La quantité de vibrations générées par la machine est minimale grâce au processus d'évacuation des copeaux propre. Cela produit des pièces d'une finition supérieure constante.
Inconvénients d'une machine CNC horizontale
- Coût plus élevé
Le prix d'achat initial est souvent trois à cinq fois plus élevé que celui des machines CNC verticales comparables. Les outils d'installation, les gabarits et les accessoires sont vendus à un prix plus élevé, ce qui augmente le coût total de possession.
- Configuration complexe
Nécessite des connaissances avancées en programmation pour le positionnement rotatif et la coordination multi-axes. Les machines CNC horizontales ont un processus de conception de montage plus complexe et prenant plus de temps.
Machines CN Horizontales vs. Verticales : Différences Clés
Orientation du fuseau
Tours verticaux : La broche est orientée verticalement, avec l'outil coupant dirigé vers le bas, en direction de la table.
Fraiseuses horizontales : Le mandrin est orienté horizontalement, le mandrin s'étendant vers l'extérieur parallèlement au sol. L'outil de coupe aborde la pièce par le côté au lieu du dessus.
Géométrie de l’outil
Fraiseuses verticales : Les fraiseuses verticales utilisent le plus souvent fraiseuses, moulins à facetteset mèches. La longueur de l'outil peut être critique pour l'efficacité de l'usinage. En effet, plus la longueur de l'outil augmente, plus la déflexion de l'outil augmente également pendant le fonctionnement.
Fraises horizontales : Les fraises horizontales utilisent un système de mandrin sur lequel elles montent généralement leurs fraises (fraises latérales, fraises de chant). Le mandrin offre deux points de contact pour le support et, par conséquent, une rigidité beaucoup plus grande qu'une fraise verticale.
Coût
Fraiseuses verticales : Les fraiseuses verticales sont nettement moins chères à l'achat que les fraiseuses horizontales. Les coûts d'exploitation des fraiseuses verticales sont également raisonnables, car les outils et les pièces de rechange peuvent être achetés à des tarifs très compétitifs.
Tours horizontaux : Les tours horizontaux nécessitent généralement un investissement de capital initial. Les coûts d'exploitation des tours horizontaux sont élevés en raison des outils spécialisés, de l'outillage et des pièces de rechange, ainsi que de la nécessité d'une maintenance continue.
Évacuation des puces
Fraiseuses verticales : Les copeaux produits lors de la fabrication de fraiseuses verticales tombent sur la surface de travail en dessous. Cela crée plusieurs problèmes, notamment la nécessité d'un nettoyage continu. Car ils peuvent rayer les pièces finies ou interférer avec la pièce pendant le processus d'usinage.
Fraiseuses horizontales : Les copeaux créés par le fonctionnement d'une fraiseuse horizontale ne posent aucun problème. La gravité évacue automatiquement les copeaux de la zone de coupe horizontale. Par conséquent, la zone de coupe horizontale reste complètement exempte de copeaux.
Spécifications de coupe
Fraiseuses verticales : Adaptées pour un enlèvement de matière et des profondeurs de coupe modérés. Le fraisage vertical fonctionne bien, réalisant des pièces complexes pour des quantités de coupe limitées, mais il n'est pas approprié pour opérations d'ébauche lourde.
Fraiseuses horizontales : Ce type de fraiseuse est conçue pour la production à gros volume avec des profondeurs de coupe importantes et des vitesses d'avance élevées. De plus, cette machine est construite pour être extrêmement rigide grâce à sa configuration. Elle est conçue pour des paramètres de coupe agressifs sans compromettre la précision dimensionnelle de la pièce ou la durée de vie de l'outil.
Volume de production
Fraiseuses verticales : Les fraiseuses verticales conviennent le mieux aux productions en petite et moyenne série.
Fraiseuses horizontales : La fraiseuse horizontale est conçue pour les processus de fabrication à fort volume de production. En tant que machine dédiée avec une fonction de changeur de palettes automatique, combinée à des temps de cycle plus rapides, cette machine est la plus adaptée pour fabriquer de grandes quantités de pièces identiques.
Taux d'enlèvement de matière
Tours de fraisage verticaux : les tours de fraisage verticaux ont des capacités d'enlèvement de matière modérées à importantes.
Fraiseuses horizontales : Les fraiseuses horizontales permettent des taux d'enlèvement de matière supérieurs lorsqu'elles sont configurées pour la coupe continue. Les coupes continues réduisent considérablement les temps de cycle lors de l'usinage de nombreux composants.
Côtés d'usinage
Fraises verticales : Vous ne pouvez accéder qu'au côté supérieur de la pièce. Pour usiner complètement une pièce à plusieurs côtés, vous devrez configurer un nouveau bridage et un nouveau centrage pour chaque opération d'usinage.
Tours à fraiser horizontaux : les tables rotatives vous permettent d'accéder à 4 ou 5 faces d'une pièce en un seul montage. Une fois la première pièce configurée, la machine démarrera automatiquement et exécutera des opérations supplémentaires sans nécessiter d'intervention de l'opérateur.
Comment choisir entre les machines CNC horizontales et verticales
Voici quelques facteurs à considérer lors du choix entre des machines CNC horizontales et verticales :
Complexité de la pièce
Vous devez déterminer le nombre de pièces que vous souhaitez fabriquer. Par exemple, les machines CNC verticales sont les mieux adaptées aux volumes faibles à moyens où seules des dizaines ou des centaines de pièces sont fabriquées. Si vous fabriquez des milliers de pièces identiques sans interruption, alors l'utilisation d'une machine CNC horizontale avec changeurs de palettes automatiques vaut la peine.
Taille de pièce
Si vous devez usiner plusieurs faces de la pièce, la machine CNC horizontale est le meilleur choix. Avec une machine CNC horizontale, vous pouvez fixer une table rotative pour accéder à quatre ou cinq faces de votre pièce. Cela vous permet d'éliminer le besoin de repositionner la pièce plusieurs fois pour garantir que la pièce est correctement usinée. Si la pièce ne présente des caractéristiques que sur une ou deux faces, alors une machine CNC verticale est le meilleur choix. La complexité supplémentaire liée au réglage de la pièce à plusieurs reprises ne justifie pas les avantages de l'utilisation d'une machine multi-axes.
Les fraiseuses verticales traitent efficacement les pièces de petite à moyenne taille grâce à la simplicité de chargement et à la conception compacte. Les composants de moins de 20 pouces se placent verticalement et sont idéaux pour une utilisation avec les centres d'usinage verticaux.
Type de matériau
Les matériaux durs (en particulier le titane et l'acier trempé) nécessitent généralement des vitesses de coupe et d'avance agressives. Ceci est mieux réalisé en utilisant la rigidité supplémentaire d'un centre d'usinage horizontal. Les matériaux plus tendres, tels que les plastiques et l'aluminium, peuvent être usinés sans les capacités supplémentaires d'un centre d'usinage horizontal.
Disponibilité de l'espace
Il existe plusieurs raisons pour lesquelles les centres d'usinage verticaux conviennent aux petites entreprises. Ils occupent moins d'espace au sol et nécessitent peu de dégagement pour le fonctionnement. En revanche, les centres d'usinage horizontaux occupent beaucoup plus d'espace au sol en raison de la place requise pour une broche plus longue, les changeurs de palettes et les convoyeurs à copeaux.
FAQ concernant les machines CNC horizontales et verticales
Quelle est la différence entre une fraiseuse verticale et une fraiseuse horizontale ?
La principale différence entre les fraiseuses horizontales et verticales réside dans l'orientation de la broche. Dans les fraiseuses verticales, la broche est perpendiculaire à la surface de la table. Dans les fraiseuses horizontales, la broche est parallèle à la surface de la table. L'évacuation des copeaux et les capacités de coupe sont influencées par cette différence d'orientation de la broche.
Quels matériaux peuvent être usinés horizontalement ?
Les fraiseuses horizontales peuvent être utilisées pour usiner différents matériaux. Par exemple, l'aluminium, l'acier, l'acier inoxydable, le titane, le laiton et le plastique. Le fraisage horizontal est particulièrement adapté pour le fraisage de matériaux durs.
Quelle est la plus précise : l'usinage CNC horizontal ou vertical ?
Les machines horizontales et verticales peuvent atteindre des niveaux de précision similaires. Les machines horizontales sont plus précises lors de coupes lourdes en raison de leur rigidité accrue. Les machines verticales peuvent atteindre le même niveau de précision pour des opérations plus légères.
Quels sont les inconvénients de la rectification horizontale ?
Les inconvénients les plus courants de l'utilisation d'une machine horizontale sont qu'elles coûtent beaucoup plus cher que les machines verticales et nécessitent une plus grande surface au sol. La configuration et la programmation sont complexes.
Quelle fraiseuse est rentable ?
La plupart des ateliers d'usinage utilisent des fraiseuses verticales car elles offrent généralement le meilleur rapport prix-performance. Les fraiseuses verticales coûtent moins cher que les machines horizontales. Les outils verticaux sont facilement disponibles et sont généralement peu coûteux par rapport aux outils horizontaux requis pour une machine horizontale.
Conclusion
Le choix d'une fraiseuse CNC dépend largement de vos besoins de production et de vos contraintes budgétaires. Les fraiseuses verticales peuvent généralement gérer de nombreuses applications d'usinage différentes, offrir la meilleure polyvalence globale et représenter une option rentable pour la plupart des entreprises. Les fraiseuses horizontales sont idéales pour la fabrication à grande échelle où une productivité accrue est essentielle.
