L'usinage CNC 5 axes représente le summum de l'efficacité et de la précision dans la fabrication soustractive moderne. Hansheng Automation vous guidera à travers une compréhension complète de la technologie CNC 5 axes sous quatre aspects : la définition, la cinématique, les principaux avantages et les applications industrielles.
Usinage CNC 5 axes
L'usinage à cinq -axes est une technologie de machine-outil CNC qui utilise la liaison de trois axes linéaires (X, Y et Z) et de deux axes rotatifs pour usiner des surfaces courbes complexes. Sa trajectoire de mouvement est contrôlée par interpolation linéaire telle que définie par les normes ISO.
Essentiellement, l'usinage CNC à cinq -axes est un processus d'usinage qui utilise un système de commande numérique par ordinateur (CNC) pour contrôler l'outil de coupe ou la pièce à usiner afin qu'il se déplace simultanément le long de cinq axes différents.
Contrairement aux machines-outils traditionnelles à trois -axes qui se déplacent le long des axes linéaires X, Y et Z, les machines-outils à cinq-axes introduisent deux axes rotatifs supplémentaires. Cette fonctionnalité permet à l'outil d'approcher la pièce dans presque toutes les directions, permettant ainsi l'usinage des cinq faces d'une pièce avec une seule configuration.
Déconstruire l’axe : quels sont les cinq axes ?
Selon la règle de droite-de l'Organisation internationale de normalisation (ISO), le système de coordonnées d'une machine-outil à 5 axes est généralement défini comme suit :
Axes linéaires :
Axe X- : mouvement horizontal (gauche/droite).
Axe Y- : mouvement vertical (avant/arrière).
Axe Z- : mouvement vertical (haut/bas).
Axes rotatifs : Deux axes rotatifs tournent autour des axes linéaires :
Axe A- : pivote autour de l'axe X-.
Axe B- : tourne autour de l'axe Y-.
Axe C- : tourne autour de l'axe Z-.
Remarque : La configuration spécifique d'une machine-outil 5 axes est généralement une combinaison d'axes X, Y, Z plus des axes A/C ou B/C.
Liaison 5 axes vs. 3+2 usinage de positionnement
L'usinage simultané à cinq-axes et l'usinage de positionnement 3+2 utilisent tous deux la même architecture matérielle et peuvent tous deux être appelés usinage à cinq-axes, mais il existe des différences fondamentales.
Usinage simultané sur cinq axes (5 axes simultanés)
Il s'agit d'un véritable usinage sur 5-axes. Les cinq axes (X, Y, Z et deux axes rotatifs) se déplacent simultanément. Pendant la coupe, le vecteur de maillage entre l'outil et la surface de la pièce reste dynamiquement constant. Son application principale est l'usinage de surfaces complexes de forme libre, de formes organiques, de roues et d'aubes de turbine. Il s'appuie sur un logiciel de FAO avancé et sur la fonction « Rotation Tool Center Point Control » (RTCP) pour garantir une précision absolue de la trajectoire de la pointe de l'outil.
3+2 Usinage de positionnement (position 5 axes / 3+2 axe)
Les axes rotatifs servent uniquement à positionner la pièce à usiner selon un angle spécifique, puis à la verrouiller en place. La machine-outil effectue ensuite des opérations de fraisage 3 axes standards. Pendant le processus de coupe proprement dit, les axes rotatifs ne bougent pas. Il est le plus souvent utilisé pour les pièces prismatiques qui doivent être usinées sur plusieurs surfaces, dans des cavités profondes et dans des perçages inclinés.
Son avantage est que par rapport à l'usinage continu, sa programmation est relativement simple, tout en conservant la grande efficacité du "serrage unique".
Comparaison des usinages 3 axes, 4 axes et 5 axes
Usinage 3 axes
Le mouvement est limité aux axes X/Y/Z. L'outil ne peut approcher la pièce que par le haut. L'usinage des côtés nécessite un arrêt, un démontage, un retournement et un resserrage manuels de la pièce.
Usinage 4 axes
Ajoute un axe rotatif (généralement l'axe A-). Convient pour l'usinage continu de surfaces cylindriques ou le perçage circonférentiel de tuyaux.
Usinage 5 axes
Permet d'accéder aux cinq surfaces sauf le fond sans démonter la pièce. Résout le compromis-entre efficacité et complexité géométrique.
Cinq avantages fondamentaux de l'usinage CNC 5 axes
Efficacité d'une seule configuration
Le plus grand avantage est sa capacité à réaliser l’usinage de pièces complexes en une seule configuration. Les processus traditionnels peuvent nécessiter 3 à 5 appareils distincts et la technologie des axes d'opérations. 5- résout ce problème, réduisant considérablement les délais de livraison.
Haute précision et exactitude
L'usinage 5 axes garantit une précision extrêmement élevée dans les tolérances de position des éléments entre les différentes surfaces d'une pièce en maintenant un point zéro unique tout au long du processus d'usinage, ce qui entraîne des erreurs de serrage extrêmement faibles.
Durée de vie prolongée de l'outil et qualité de surface améliorée
Lors de l'usinage de cavités profondes en usinage 3 axes, des outils longs doivent être utilisés pour éviter les interférences du porte-outil, qui entraînent un faux-rond et un broutage de l'outil.
Les machines-outils 5 axes permettent d'utiliser des outils plus courts et plus rigides en inclinant la broche ou la table. Une rigidité élevée signifie des paramètres de coupe plus élevés, moins de vibrations et une rugosité de surface (Ra) supérieure sans avoir besoin d'un polissage ultérieur.
Forte capacité d’usinage de géométries complexes
Les contre-dépouilles, les flancs abrupts et les surfaces aérodynamiques profilées sont presque impossibles à réaliser sur des machines-outils à 3-axes. La technologie CNC à cinq axes permet à l'outil de coupe d'éviter les zones d'interférence et de couper en douceur le long de chemins complexes.
Empreinte optimisée
Une seule machine-outil à 5 axes peut remplacer une combinaison d'un tour, d'une fraiseuse verticale et d'une fraiseuse horizontale, économisant ainsi un espace précieux dans l'atelier. De plus, le débit de production rapide accélère la conversion des matières premières en produits finis.
Structure de la machine-outil : type à berceau ou type pivotant
Type de berceau-(Table-Table)
La table de travail s'incline et tourne. Convient aux pièces de petite et moyenne-pièces. Le poids de la pièce est limité car la table de travail doit supporter le mouvement de la pièce.
Tête pivotante-(Tête-Tête)
La tête de broche s'incline et tourne, tandis que la table de travail reste immobile (ou ne se déplace que linéairement). Convient pour l'usinage de pièces lourdes et de grande taille.
Fraisage-Centre de tournage
Combine les fonctions de tournage et de fraisage 5 axes, permettant l'usinage complet de pièces rotatives complexes en un seul cycle.
Applications industrielles majeures
Aérospatial
Fabrication de disques aubagés intégraux (Blisks), de roues à aubes et de cadres structurels de fuselage.
Médical
Fabrication de plaques osseuses en titane, d'articulations artificielles de la hanche et d'implants rachidiens.
Automobile
Collecteurs d'admission et d'échappement du moteur, composants de turbocompresseur et moules d'injection complexes.
Outils et matrices
Usinage de moules à cavité profonde et perçage de trous d’eau de refroidissement à angles complexes.
Fin
L'usinage CNC sur 5-axes résout le problème de l'incompatibilité entre le temps, le coût et la qualité en permettant un "serrage unique-d'un usinage multiface", tout en offrant une plus grande précision et une livraison plus rapide.
Pour les ingénieurs et les acheteurs à la recherche de partenaires de fabrication de précision, le choix d’un fournisseur de services doté de capacités d’usinage 5 axes matures est crucial pour garantir l’intégrité de la conception et l’efficacité de la chaîne d’approvisionnement.
En savoir plus sur Hansheng AutomationServices d'usinage CNC.
Références
ISO 841 :2001 - Systèmes d'automatisation industrielle et intégration - Commande numérique des machines - Système de coordonnées et nomenclature des mouvements.
Smid, Pierre. Manuel de programmation CNC : un guide complet de la programmation CNC pratique. Presse industrielle, 3e édition.
Documentation Siemens SINUMERIK. 5-Technologie d'usinage des axes et cinématique.
Manuels techniques Heidenhain. Commandes TNC pour les opérations d'usinage 5 axes.
FAQ
Q : L’usinage 5 axes est-il plus coûteux que l’usinage 3 axes ?
R : Oui. Cependant, compte tenu de l’efficacité globale et des coûts de fabrication, l’usinage 5 axes offre de plus grands avantages économiques.
Q : Ma pièce est plate ; ai-je besoin d'un usinage 5 axes ?
R : Si la pièce ne nécessite qu'une simple découpe sur un seul plan, l'usinage 3 axes est un choix plus économique. Mais si la pièce doit être percée ou chanfreinée sur plusieurs côtés, l'utilisation du mode « positionnement 3+2 » d'une machine-outil à 5 axes peut éviter un retournement manuel, améliorant ainsi l'efficacité et la précision.
Q : Toutes les machines-outils à 5 axes peuvent-elles effectuer un « usinage simultané » ?
R : La grande majorité des machines-outils 5-axes modernes disposent de capacités d'usinage simultanées. Cependant, certains modèles plus anciens ou certains contrôleurs bas de gamme peuvent uniquement prendre en charge l'usinage de positionnement "3+2".
Q : Quels matériaux l’usinage 5 axes peut-il traiter ?
R : L'usinage 5 axes convient à presque tous les matériaux rigides, notamment les alliages d'aluminium, l'acier inoxydable, les alliages de titane, les superalliages d'Inconel, les plastiques techniques (PEEK) et les aciers à outils trempés.
Q : Qu'est-ce que le RTCP (Tool Center Point Control) ?
R : RTCP (Rotation Tool Center Point) est une fonction essentielle des systèmes CNC 5 axes haut de gamme. Il compense automatiquement les erreurs géométriques causées par le mouvement des axes rotatifs, garantissant que la pointe de l'outil reste toujours précisément sur la trajectoire programmée sans avoir besoin de recalculer la longueur du pendule dans le logiciel CAM.