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Qu'est-ce que l'usinage CNC 3, 4 et 5 axes ?
La CPA est largement utilisée dans les industries manufacturières pour la fabrication de pièces métalliques complexes. L'usinage CNC offre différentes capacités d'axes, c'est-à-dire 3, 4, 5, 7 ou 9. Plus il y a d'axes, plus la capacité de créer des pièces complexes est grande.
Dans cet article, nous fournissons des informations complètes sur l'usinage à 3, 4 et 5 axes. Vous découvrirez leurs avantages, leurs limites et les facteurs à prendre en compte lors du choix d'une technique.
Qu'est-ce que l'usinage 3, 4 et 5 axes ?
L'axe signifie essentiellement la direction dans laquelle la machine peut se déplacer ou tourner. L'axe rotatif permet de façonner le matériau avec précision. Plus il y a d'axes, plus la machine peut déplacer l'outil ou la pièce dans différentes directions. Il existe deux types d'axes :
- Axe Linéaire : Un axe linéaire signifie un mouvement en ligne droite. Il existe 3 axes linéaires :
- Axe des X : gauche ↔ droite
- Axe Y : avant ↔ arrière
- Axe Z : haut ↕ bas
- Axe de rotation : L'axe rotatif permet un mouvement de rotation. L'axe rotatif se déplace en degrés. Voici ses types :
- Axe A : rotation autour de l'axe X
- Axe B : Rotation autour de l'axe Y
- Axe C : Rotation autour de l'axe Z
Usinage 3 axes
Dans l'usinage 3 axes, la outil de coupe utilise trois axes de mouvement différents (X, Y, Z) et reste vertical pendant l'usinage. La pièce reste fixée sur la table de travail de la machine-outil à commande numérique tout au long du processus d'usinage. Ce type d'usinage convient mieux à l'usinage de surfaces planes ou de géométries simples à usiner.
Avantages de l'usinage 3 axes
Les machines à 3 axes offrent plusieurs avantages aux fabricants :
Réduction des coûts : Comparé aux machines multi-axes, le coût total d'acquisition et
Le coût de maintenance des machines 3 axes est faible. Cela les rend abordables pour les petites et moyennes entreprises.
Facilité de programmation : Dans de nombreux cas, la programmation est très facile pour de nombreuses machines 3 axes. Permettant ainsi aux opérateurs d'apprendre la programmation avec une formation minimale.
Vitesse d'installation : Le temps nécessaire pour positionner ou monter la pièce sur la machine est inférieur à celui des types multiaxes. Et les machines 3 axes ne nécessitent pas de calibrage compliqué avant la production.
Disponibilité : La plupart des ateliers d'usinage emploient des machines à 3 axes. Il est facile de trouver des prestataires de services ou des pièces de rechange.
Fiabilité Étant donné que les machines à 3 axes ont moins de composants que les machines à axes multiples, le potentiel de défaillance est moindre. si elles sont entretenues régulièrement, elles peuvent fournir un service fiable et constant pendant de nombreuses années.
Limitations de l'usinage à 3 axes
Voici quelques limites de l'usinage 3 axes :
- L'outil vertical ne peut pas couper à travers un contre-dépouille ni créer une surface façonnée
- Les trous dans des poches profondes ou les trous inclinés peuvent également ne pas être réalisables avec une machine à 3 axes.
- Les pièces présentant des caractéristiques sur différents côtés nécessitent un repositionnement. Chaque repositionnement ajoute du temps et réduit la précision.
Applications de l'usinage à 3 axes
Voici quelques applications de l'usinage 3 axes :
- Plaques métalliques plates
- Encoffrements et composants de boîtier métalliques
- Engrenages
- Brides
- Dissipateurs thermiques
- Moule simple pour moulage par injection plastique
- Plaques signalétiques et étiquettes d'identification gravées
- Platines PCB (cartes de circuits imprimés)
- Entretoises et rondelles aux dimensions précises
Qu'est-ce que l'usinage 4 axes ?
L'usinage 4 axes dispose d'un axe de rotation en plus des trois mouvements linéaires existants. La pièce peut tourner sur un axe le plus souvent appelé axe A. L'ajout de cette rotation permet à la machine d'usiner des surfaces courbes ou plusieurs faces d'un objet. Il n'est pas nécessaire de repositionner manuellement l'objet.
Avantages de l'usinage 4 axes
Examinons certains avantages de l'usinage 4 axes :
Configuration moins longue : Avec la machine 4 axes qui possède l'axe de rotation supplémentaire, vous n'avez pas à retirer et remonter les pièces. Ainsi, vous pouvez usiner plusieurs faces en une seule fois, ce qui vous fait gagner plusieurs heures de manipulation manuelle.
Usinage de surfaces courbes : Vous recherchez des courbes douces ou des caractéristiques cylindriques ? L'axe de rotation vous permet de créer facilement ces caractéristiques. L'usinage 4 axes permet une gravure continue et fluide autour des pièces sans avoir à faire de pause pour réajuster le bon positionnement.
Durée de vie accrue des outils : Les outils de coupe approchent la pièce à des angles optimaux pendant le processus d'usinage, réduisant ainsi l'usure. Cela augmente la durée de vie globale de l'outil, ce qui permet d'économiser de l'argent sur le remplacement des outils.
Délais de production plus rapides : Grâce au temps de manipulation réduit entre chaque opération, vous terminerez les tâches beaucoup plus rapidement.
Limitations de l'usinage à 4 axes
Les systèmes à 4 axes présentent les limitations suivantes :
- Le coût associé à l'acquisition d'une machine 4 axes est plus élevé que celui d'une machine 3 axes.
- Si votre pièce est complexe et comporte plusieurs angles, vous pourriez avoir du mal à accéder à ces zones.
- Le développement de la trajectoire d'outil prendra plus de temps et d'efforts. Le programmeur a besoin de temps supplémentaire pour apprendre les complexités du programme de CAO.
Applications de l'usinage 4 axes
Les applications de l'usinage 4 axes comprennent :
- Viles d'arbres à cames aux profils courbés
- Arbre utilisé dans les turbines pour la production d'énergie électrique
- Produits personnalisés gravés en forme de cylindre (c'est-à-dire stylo et tube personnalisés)
- Engrenages hélicoïdaux
- Impulseurs de pompe à aubes courbes
- Vis médicales
- Canon de fusil personnalisé
- Moules cylindriques pour la fabrication de bouteilles
- Accouplements et connecteurs
Qu'est-ce que l'usinage 5 axes ?
Une machine à 5 axes possède les mêmes capacités que les systèmes à 3 et 4 axes, mais elle ajoute deux axes de rotation aux axes linéaires. L'outil de coupe peut pivoter et s'incliner lorsqu'il approche de la pièce, vous permettant ainsi d'accéder à presque tous les angles de la pièce.
De plus, l'usinage 5 axes peut produire des formes très complexes sans que la pièce ait besoin d'être déplacée dans une position différente.
Voici comment la capacité 5 axes est utilisée :
- Usinage 3+2 axes (positionnel) : En usinage positionnel, les axes rotatifs sont utilisés pour orienter l'outil ou la pièce à un angle fixe. Ensuite, l'usinage est effectué à l'aide des axes linéaires. Les axes rotatifs restent immobiles pendant le processus de coupe.
- Usinage simultané 5 axes : En usinage simultané 5 axes, les cinq axes bougent continuellement en même temps pendant la coupe. La machine peut approcher la pièce sous les cinq côtés. Il s'agit d'une méthode avancée qui permet l'usinage de géométries hautement complexes et de forme libre, ainsi que des finitions de surface supérieures.
Avantages de l'usinage 5 axes
L'usinage 5 axes présente des avantages uniques par rapport aux autres méthodes :
Une configuration L'usinage 5 axes permet de créer toutes les faces et caractéristiques de pièces complexes en un seul réglage.
Finition de surface supérieure : L'outil maintient un contact optimal avec la pièce pendant tout le cycle de coupe, ce qui se traduit par des surfaces plus lisses avec moins de marques d'outil visibles et moins de travail de finition.
Précision : La capacité d'incliner la tête vous permet d'utiliser des outils plus courts et plus rigides. Cela réduit les vibrations et les déflexions de l'outil, vous permettant d'atteindre un niveau de précision plus élevé lors de l'usinage de caractéristiques profondes.
Usinage plus rapideBien que la programmation prenne plus de temps au début, le temps de production des pièces diminue considérablement avec un outil programmée une seule fois.
Limites de l'usinage 5 axes
Les capacités d'usinage 5 axes présentent certains inconvénients, notamment :
- Une machine CNC à 5 axes coûte 3 à 5 fois plus cher qu'une machine CNC à 3 axes comparable.
- Une machine 5 axes nécessite des programmeurs en fabrication assistée par ordinateur (FAO) hautement qualifiés pour la programmer. L'embauche de programmeurs FAO expérimentés ou la formation de programmeurs internes entraînera des coûts supplémentaires élevés.
- Plus il y a de pièces mobiles sur un axe de 5 axes, plus le risque de collision entre l'outil ou la tête de l'outil et le montage ou la pièce augmente. Par conséquent, les usineurs sur 5 axes doivent prendre soin de simuler le programme avant de l'exécuter.
- Si vous ne fabriquez que des pièces simples, l'utilisation d'une machine 5 axes n'est pas efficace en raison du temps de préparation et de programmation par rapport à la vitesse à laquelle la machine peut traiter la pièce.
Applications de l'usinage 5 axes
Voici quelques applications de l'usinage 5 axes :
- Implants médicaux en titane
- Aubes de turbine aérospatiale
- Moules de panneaux de carrosserie automobile
- Composants prothétiques
- Composants de moteur prototypes, y compris les canaux de refroidissement internes
- Hélices marines
- Outillage et composants de matrices d'angles composés
- Composants de structure d'aéronef militaire avec poches de réduction de poids.
Principales différences entre l'usinage 3, 4 et 5 axes
Dans la section suivante, nous avons discuté des principales différences entre l'usinage à 3, 4 et 5 axes :
Complexité de la pièce
- Usinage 3 axes : L'usinage 3 axes permet de réaliser des pièces plates avec des caractéristiques simples (trous, poches), mais il ne peut pas réaliser de contre-dépouilles ou d'angles complexes.
- Usinage 4 axes : Avec l'usinage 4 axes, vous pouvez réaliser pièces cylindriques/de forme circulaire avec courbure, et pièces avec des caractéristiques sur plusieurs côtés.
- Usinage 5 axes : Avec l'usinage 5 axes, Les formes les plus compliquées et complexes peuvent être fabriquées. Les angles composés, les poches profondes et les courbures organiques sont fabriqués en une seule opération.
Coût
- Usinage 3 axes: Est généralement très abordable ($20 k en moyenne), et a des coûts opérationnels continus très faibles.
- Usinage 4 axes : L'usinage 4 axes vous coûtera plus cher ($75k-$250k), avec des coûts de maintenance raisonnables.
- Usinage 5 axes : Peut coûter entre $200k et $1 million ou plus), avec des coûts opérationnels/de maintenance importants.
Temps pris
- Usinage 3 axes : Capable de réaliser des pièces simples, avec un temps de retour assez rapide. Cependant, la fabrication de pièces plus complexes nécessite plusieurs montages qui peuvent affecter votre calendrier général.
- Usinage 4 axes : Élimine les temps d'arrêt en vous permettant de faire pivoter les pièces dans le montage plutôt que d'avoir à remonter complètement la pièce.
- Usinage 5 axes : Traite les pièces complexes le plus rapidement, car toute la pièce est fabriquée en un seul montage.
Exigences de programmation
- Usinage 3 axes : Ne nécessite qu'une formation de base de l'opérateur en 2-3 semaines en utilisant un progiciel FAO standard
- Usinage 4 axes : Nécessite que la ou les personnes effectuant la programmation aient une compréhension des parcours d'outils rotatifs, elles nécessiteront donc quelques mois de formation.
- Usinage 5 axes : Nécessite du personnel hautement qualifié possédant des compétences avancées en programmation FAO et en évitement de collisions.
Temps de configuration
- Usinage 3 axes : Le temps nécessaire à la configuration et à l'exécution de votre travail avec une machine à 3 axes est compris entre 15 minutes et 30 minutes.
- Usinage 4 axes : Pour une machine à 4 axes, cela prend 30 à 60 minutes car il faut fixer le montage rotatif et mettre la pièce en position.
- Usinage 5 axes : Cela prend entre 1 heure et 3 heures initialement, mais vous n'avez pas à le repositionner après cela.
Exactitude
- Usinage 3 axes : Les tolérances maintenues lors de l'utilisation de machines à 3 axes se situent dans la plage de ±0,005 pouce.
- Usinage 4 axes : Vous avez des tolérances plus précises de ±0,002 pouce car votre pièce se trouve dans cette position plus longtemps pendant l'usinage.
- Usinage 5 axes : L'usinage 5 axes a des tolérances encore plus strictes de ±0,0005 ou moins.
Qualité du fini de surface
- Usinage 3 axes : En raison de l'utilisation de machines 3 axes, les surfaces planes apparaissent bien ; cependant, les surfaces inclinées présentent des marques d'outil claires.
- Usinage 4 axes : Les surfaces cylindriques produites à partir d'un montage 4 axes offrent une finition très lisse sur toutes les courbes.
- Usinage 5 axes : La qualité de finition ultime est produite sur le 5 axes car l'outil maintient l'angle de coupe optimal sur la pièce.
Conclusion
La compréhension du fraisage CNC 3, 4 et 5 axes aide les gens dans l'industrie manufacturière à choisir la technologie qui leur convient. Un plus grand nombre d'axes permet plus de mouvement et de flexibilité. Cela permet également d'utiliser des géométries plus complexes et moins de configurations. Cependant, les machines à plus de trois axes coûteront plus cher et nécessiteront plus de compétences en programmation.
FAQ
Quelle est la différence entre l'usinage 3 axes et l'usinage 5 axes ?
La différence entre l'usinage 3, 4 et 5 axes réside dans la direction dans laquelle l'outil ou la pièce peut se déplacer. Avec trois axes, la machine ne peut se déplacer que le long de trois lignes droites. Avec quatre axes, la machine peut également tourner autour de l'axe. Avec une machine à cinq axes, la machine peut s'incliner en plus de tourner.
Existe-t-il une machine CNC 6 axes ?
Oui, les machines six axes ont été spécifiquement conçues pour offrir une flexibilité supplémentaire. Cependant, ces machines sont utilisées pour des applications spécialisées, telles que celles impliquant l'association de l'usinage robotisé avec des processus de fabrication additive.
Quel est le coût horaire de l'usinage CNC ?
Les prix d'usinage CNC varient en fonction du nombre d'axes de la machine. Par exemple, les machines à 3 axes coûteront généralement entre$40 et$75 par heure, les machines à 4 axes coûteront entre$75 et $150 par heure, et les machines à 5 axes coûteront généralement entre $150 et $300 par heure. Le coût dépend des capacités de la machine et de sa localisation géographique.
Combien coûte une machine CNC 5 axes ?
Le prix d'une machine d'usinage CNC 5 axes se situera généralement entre $200 000 et plus de $1 000 000. Les versions de bureau d'entrée de gamme de ces machines coûteront généralement au moins $50 000, mais elles auront généralement des capacités très limitées. Les machines industrielles offrant des niveaux de précision plus élevés, en revanche, coûteront de nombreuses fois plus cher.
