En tant que fournisseur professionnel de composants mécaniques de précision, notre équipe d'ingénierie reçoit fréquemment des demandes de clients telles que : "Cette pièce nécessite-t-elle absolument un usinage sur 5-axes, ou peut-elle être réalisée à moindre coût sur une machine à 4 axes ?" ou "Si nous choisissons l'usinage 3 axes pour économiser de l'argent, mais que cela nécessite six opérations de repositionnement et de serrage, cela affectera-t-il de manière significative le produit fini ?" Dans le domaine de la fabrication de précision, le choix du bon type de machine-outil n’est pas seulement une question technique mais aussi une question de rentabilité.
S'appuyant sur sa vaste expérience en matière de fabrication de précision, Hansheng vous propose une comparaison approfondie-de l'usinage CNC à 3 axes, 4 axes et 5 axes en termes de coût, de précision, de géométrie et de taille de lot, vous aidant ainsi à faire le choix le plus approprié.
Pour une lecture plus approfondie, cet article se concentre principalement sur les comparaisons. Si vous souhaitez en savoir plus sur les détails d’une technologie spécifique, veuillez vous référer à nos articles dédiés :
Qu’est-ce que l’usinage CNC 4 axes ?
Qu'est-ce que l'usinage CNC 5 axes ?
Comparaison de base
Pour rendre la comparaison entre les trois options plus claire, nous avons compilé un tableau comparatif complet pour votre référence rapide.
| Dimension | Usinage CNC 3 axes | Usinage CNC 4 axes | Usinage CNC 5 axes |
|---|---|---|---|
| Principe de mouvement | Mouvement linéaire sur les axes X, Y, Z. L'outil de coupe est toujours perpendiculaire à la pièce. | Mouvement linéaire sur les axes X, Y, Z + axe A- (la pièce tourne autour de l'axe X-). | Mouvement linéaire sur les axes X, Y, Z + axes A/B/C (la pièce peut tourner/incliner dans toutes les orientations). |
| Capacité de base | Peut usiner uniquement la surface supérieure ou un seul plan de référence. | Peut usiner quatre côtés en une seule configuration ; adapté aux pièces cylindriques et aux caractéristiques hélicoïdales. | Peut usiner cinq faces en une seule configuration ; capable d'usiner des surfaces continues et des contre-dépouilles très complexes. |
| Coût d'usinage | Les plus bas (par exemple, taux horaires inférieurs). | Modéré (rentable-, réduit les coûts de configuration manuelle). | Le plus élevé (équipement coûteux, programmation complexe). |
| Complexité de la programmation | Simple, peut être mis en place par un opérateur régulier. | Modéré, nécessite la prise en compte des interférences de l’axe rotatif. | Très élevé, nécessite un logiciel de FAO avancé et des ingénieurs expérimentés. |
| Pièces appropriées | Plaques plates, boîtiers simples, pièces avec perçage sur un seul côté-. | Arbres, engrenages, carters à trous latéraux, gravure cylindrique. | Aubes de turbines, composants structurels aérospatiaux, implants orthopédiques. |
| Principales limites | Plusieurs configurations sont requises pour l'usinage multiface-, entraînant une accumulation d'erreurs et une faible efficacité. | Impossible d'usiner des trous inclinés non perpendiculaires à l'axe rotatif ; des zones mortes existent toujours. | Coût élevé ; exigences extrêmement élevées en matière de conception de luminaires. |
Comment choisir en fonction de votre projet ?
Hansheng Automation vous aide à évaluer le nombre d'axes requis pour votre projet sous deux angles.
Caractéristiques géométriques et complexité des parties du projet
1. Si les pièces sont principalement planes, avec des caractéristiques (trous, fentes, cavités) concentrées dans une ou deux directions opposées, ou si la pièce ne nécessite pas d'usinage sur plus de deux surfaces et que les exigences de tolérance permettent un retournement manuel (par exemple, +/- 0.05 mm ou plus), alors l'usinage 3 axes est l'option la plus économique.
2. Si les pièces du projet sont cylindriques ou si les caractéristiques sont réparties autour d'un axe central (comme des engrenages ou des bagues avec des trous latéraux), ou si vos pièces carrées nécessitent un usinage approfondi sur les côtés, l'usinage 4 axes peut terminer le travail sur quatre surfaces en une seule configuration, évitant ainsi les problèmes de perte de référence associés aux configurations répétées sur une machine à 3 axes.
3. Si votre conception comprend des surfaces organiques complexes (telles que des roues), des trous angulaires spatialement complexes (non - verticaux, non - horizontaux) ou des cavités profondes et des fentes étroites qui nécessitent une inclinaison de l'outil pour maintenir la rigidité, ou si vous devez maintenir des tolérances de précision de position extrêmement élevées (par exemple, +/- 0.01 mm) sur cinq surfaces d'une pièce de précision, alors seul l'usinage sur 5 axes peut répondre à vos besoins.
Aspects économiques du projet et échelle de production
1.Pour les prototypes et les très petits lots (environ 1-10 pièces), l'usinage 3 axes est généralement le choix préféré en raison de son coût initial le plus bas. À moins que la géométrie ne vous oblige à utiliser l'usinage multi-axes, essayez de simplifier la conception pour l'adapter à l'usinage 3 axes.
2.Pour la production en volume-moyen (10-500 pièces), l'usinage 4 axes offre la meilleure rentabilité. Bien que le taux horaire d'une machine à 4 axes soit légèrement supérieur à celui d'une machine à 3 axes, il permet d'économiser un temps considérable de configuration manuelle. Par exemple, une pièce nécessitant trois retournements sur une machine à 3 axes peut être réalisée en une seule configuration sur une machine à 4 axes, ce qui entraîne une réduction significative du coût global.
3.Pour une production en grand volume-avec des exigences de précision élevées et la nécessité de garantir une précision de positionnement extrêmement élevée, ou si les pièces sont extrêmement complexes, notre recommandation est que, bien que l'usinage sur 5-axes ait un coût unitaire plus élevé, il élimine les temps d'attente et les risques de rebut dans les flux de travail multi-processus, et peut être plus rentable en termes de cycle global du projet.
Idées fausses courantes sur l'usinage multi-axes
Idée fausse n°1 : « Plus une machine possède d'axes, meilleure sera la qualité d'usinage. »
Cette compréhension n’est pas entièrement correcte. La qualité de l'usinage dépend de plusieurs facteurs, tels que la rigidité de la machine-outil, le choix des outils de coupe et le niveau de compétence des ingénieurs. Nous ne devrions pas poursuivre aveuglément la haute technologie en optant pour des machines à cinq-axes ; nous devrions considérer les besoins réels du projet.
Idée fausse 2 : "Les machines-outils à cinq-axes peuvent tout faire."
La vérité est que les machines à cinq-axes ont également des limites. Ils présentent un risque très élevé d'interférence avec les fixations et la longueur de l'outil est limitée. De plus, le temps de programmation et de débogage pour l'usinage à cinq-axes est beaucoup plus long que pour l'usinage à trois-axes. Pour des pièces simples, utiliser une machine à cinq-axes, c'est comme "utiliser une supercar pour livrer des plats à emporter"-c'est possible, mais c'est un énorme gaspillage de ressources.
En conclusion
Chez Hansheng Automation, nous adhérons à une philosophie de « fabrication pratique ». Nous n'essaierons pas de vous vendre des procédés coûteux simplement parce que nous disposons d'équipements haut de gamme. Au lieu de cela, nous nous engageons à trouver l’équilibre optimal entre qualité et coût grâce à l’analyse DFM (Design for Manufacturability).
FAQ
Q : Si ma pièce peut être usinée sur une machine 3 axes, puis-je quand même demander un usinage 5 axes ?
R : Techniquement, c'est possible, mais c'est généralement un gaspillage inutile. À moins que vous ayez des exigences extrêmement élevées en matière de finition de surface de la pièce (par exemple, nécessiter un usinage simultané sur 5-axes pour réduire les marques de coupe d'une fraise à boule-), nous vous recommandons de suivre le « principe de processus le plus simple » et d'utiliser l'usinage 3 axes pour la meilleure rentabilité.
Q : Du point de vue de la conception, comment puis-je réduire le coût de l'usinage multi-axes- ?
R : Maximisez le rayon des congés internes (évitez d'utiliser des outils de très petit diamètre).
Réduisez le nombre de fonctionnalités avec des tolérances extrêmement serrées (spécifiez uniquement des tolérances strictes sur les surfaces de contact).
Concevoir des fonctionnalités avec des dimensions standard dans la mesure du possible pour permettre l'utilisation d'outils standard au lieu d'outils personnalisés.
Q : Quels formats de fichiers acceptez-vous pour l’évaluation ?
R : Pour déterminer avec précision si une pièce est adaptée à l'usinage 3 axes, 4 axes ou 5 axes, nous avons besoin d'un modèle CAO 3D (format .STEP ou .IGES). Veuillez également inclure un dessin PDF 2D pour spécifier les trous avec les tolérances, les spécifications de filetage et les exigences de rugosité de surface.
Q : L'usinage 5 axes aura-t-il un délai de livraison plus long ?
R : Cela dépend de la complexité de la pièce. Les temps de programmation initiale (CAM) et de simulation de collision pour l'usinage 5 axes sont en effet plus longs que pour l'usinage 3 axes. Cependant, une fois l’usinage commencé, la vitesse de production réelle est souvent plus rapide car elle réduit le temps de transfert et d’attente entre les processus. Pour les prototypes urgents et complexes, l’option 5 axes est généralement l’option la plus rapide.
Références
Manuel des machines (31e édition) – Presse industrielle, 2020
Série ISO 10791 : Conditions d'essai pour les centres d'usinage – Organisation internationale de normalisation