Usinage CNC
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Martin.Mu

Expert en prototypage rapide et fabrication rapide

Spécialisé dans l'usinage CNC, l'impression 3D, le moulage d'uréthane, l'outillage rapide, le moulage par injection, le moulage de métaux, la tôle et l'extrusion.

Le guide ultime de l'usinage CNC à 3, 4 et 5 axes

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Usinage CNC est un élément essentiel de la fabrication moderne, révolutionnant la façon dont les pièces sont fabriquées dans de nombreuses industries. Cette technologie améliore considérablement l'efficacité et la précision des pièces usinées, permettant des conceptions plus complexes et plus précises. Il existe différents types de machines CNC avec différentes configurations d'axes, qui sont utilisées à des fins spécifiques en fonction de la conception et des exigences de la pièce. Dans ce guide, nous aborderons tout ce que vous devez savoir sur l'usinage CNC 3 axes, 4 axes et 5 axes et les différences entre eux.

La principale différence entre l'usinage CNC 3 axes, 4 axes et 5 axes est l'amplitude de mouvement. Sur les fraiseuses CNC à 3 axes, l'orientation de l'outil de coupe reste constante tout au long de la trajectoire de coupe, tandis que sur les fraiseuses à 4 et 5 axes, la pièce peut également se déplacer. AN-Prototype résume l'amplitude de mouvement des fraiseuses à 3, 4 et 5 axes :

Qu'est-ce qu'un « axe » ?

Les axes linéaires les plus élémentaires d'une machine-outil CNC sont les axes X, Y et Z. Les machines CNC utilisent un logiciel informatique pour contrôler le mouvement des outils de coupe autour d'une pièce. Les axes sont utilisés pour décrire le mouvement le long d’un chemin donné. Imaginons ce qui suit, l'axe X sera parallèle à l'avant de votre corps, se déplaçant de gauche à droite et éventuellement de droite à gauche. L'axe Y est la direction perpendiculaire à vous (avant et arrière), tandis que l'axe Z est vertical. Sur une fraiseuse CNC typique, la table se déplace dans le plan X/Y. La broche, qui maintient l'outil de coupe, se déplace sur l'axe Z. Notez que l'outil de coupe tourne dans la broche, mais ce mouvement de rotation n'est pas considéré comme un axe de mouvement. Ces plages de mouvement définissent un espace tridimensionnel dans lequel l'outil de coupe CNC effectue l'opération de coupe. Toutes les machines CNC sont construites autour de ces axes de base pour chaque trou, coupe et caractéristique usinée. Aujourd'hui, les machines CNC plus avancées ajoutent un quatrième ou un cinquième axe pour étendre encore plus l'usinage sans réinitialiser la pièce. En fait, la première étape dans la plupart des projets CNC consiste à « remettre à zéro » les axes. Il s'agit du processus consistant à indiquer à la machine CNC où se trouve le matériau afin d'obtenir le produit final le plus précis.

Qu'est-ce que l'usinage CNC 3 axes ?

Usinage CNC sur axe 3

L'usinage CNC 3 axes est le type de multi-axes le plus simple et reste le cheval de bataille de la fabrication moderne. Il comporte généralement une pièce fixe et une broche qui se déplace le long de trois axes (X, Y et Z). L'axe X est parallèle à l'outil de coupe, permettant à la tête de fraisage de se déplacer sur la longueur de la pièce. L'axe Y maintient une position perpendiculaire à l'outil de coupe, permettant à l'outil de coupe d'atteindre chaque extrémité de la pièce. De même, lors du réglage de l'avance Z, l'axe Z est perpendiculaire à l'outil, ce qui amène l'outil à couper le long de la surface de la pièce. L'usinage CNC 3 axes est l'option la plus simple pour usiner les six côtés d'une pièce, mais nécessite une nouvelle configuration de montage pour chaque côté, ce qui peut être coûteux. Avec une seule configuration de montage, un seul côté de la pièce peut être usiné.

L'usinage CNC à 3 axes est également le moins cher et est principalement utilisé pour fabriquer des pièces qui ne nécessitent pas beaucoup de travail de détail, par exemple, vous pouvez percer des trous, couper des arêtes vives, tarauder des trous, aplatir des surfaces et fraiser des fentes, etc. vous avez affaire à des pièces lisses de 2D à 2.5D, choisissez l'usinage CNC à 3 axes. Là encore, la pièce doit être plate et complètement immobile.

Qu’est-ce que l’usinage CNC 4 axes ?

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4 axes L'usinage CNC implique l'utilisation d'une fraiseuse à commande numérique par ordinateur à quatre axes pour créer des pièces plus complexes que les pièces CNC à 3 axes. Une fraiseuse 4 axes peut déplacer l'outil dans quatre directions grâce au mouvement du quatrième axe. L'ajout d'un quatrième axe de rotation autour de l'axe X, appelé axe A, permet de nombreuses nouvelles possibilités d'usinage. Il permet un mouvement autour d'un axe vertical, permettant à la machine d'atteindre une plage de mouvement dynamique de 360 ​​​​degrés sans aucun accessoire spécial.

Les axes supplémentaires d'une fraiseuse CNC à 4 axes en font un choix plus économique qu'une fraiseuse CNC à 3 axes. De plus, le fraisage CNC 4 axes offre une meilleure qualité globale pour les pièces fabriquées que le fraisage CNC 3 axes, car il peut usiner quatre côtés à la fois sans repositionner la pièce. Par conséquent, le processus est également exempt d’éventuelles erreurs humaines.

Qu’est-ce que l’usinage CNC 5 axes ?

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Usinage CNC 5 axes est une méthode polyvalente et populaire de fabrication de pièces structurellement complexes. Il s'agit de découper le matériau dans la forme souhaitée à l'aide d'une machine CNC à cinq axes. Il convient de noter que le nombre d'axes dans une machine CNC détermine généralement l'orientation de l'outil et de la table pendant l'usinage. Cependant, l'usinage CNC 5 axes offre des avantages considérables par rapport à l'usinage 3 axes en raison du plus grand nombre d'axes et des capacités de l'usinage CNC 5 axes. Les machines à 5 axes permettent une rotation dans deux plans et l'outil de coupe est capable de se déplacer dans trois directions. De plus, les fraiseuses CNC 5 axes peuvent gérer des tâches très complexes sans erreur.

Une machine CNC à 5 axes utilise ces trois axes linéaires et deux axes supplémentaires – A et B. L'axe A représente l'axe de rotation le long de l'axe X, tandis que l'axe B représente la rotation/mouvement autour de l'axe Y. Cependant, il arrive parfois que les mécaniciens se déplacent vers l’axe C au lieu de l’axe B. L'axe C représente la rotation le long de l'axe Z.

Il existe deux principaux types de machines CNC 5 axes : 3+2 CNC 5 axes et machines 5 axes entièrement continus.

Dans l'usinage CNC 3+2 axes, les deux axes de rotation fonctionnent indépendamment l'un de l'autre, ce qui signifie que la pièce peut être tournée à n'importe quel angle composé par rapport à l'outil de coupe pour usiner la caractéristique. Cependant, la rotation simultanée des deux axes pendant l'usinage est impossible. L'usinage 3+2 peut produire des formes 3D très complexes. L'usinage entièrement continu sur 5 axes peut faire tourner deux axes rotatifs simultanément pendant l'usinage et l'outil se déplace linéairement selon les coordonnées XYZ. L'usinage 5 axes offre aux concepteurs une énorme flexibilité pour concevoir des géométries 3D très complexes et peut également produire des pièces avec des surfaces 3D courbes complexes.

Quelle est la différence entre l'usinage CNC 3 axes, 4 axes et 5 axes ?

Il est impératif de comprendre les avantages et les inconvénients des trois types d'usinage CNC. Cela permet de maintenir un équilibre entre des facteurs tels que le coût, la qualité du produit et le délai. Lorsque l'on compare les capacités d'usinage à 3, 4 et 5 axes, l'usinage CNC à 5 axes, bien que plus efficace que l'usinage CNC à 4 et 3 axes, n'est pas toujours adapté à toutes les pièces. De plus, toutes les pièces adaptées à l'usinage CNC 3 axes ou 4 axes ne conviennent pas à l'usinage 5 axes. Cependant, si les pièces traitées par usinage 3 axes sont traitées par CNC 5 axes, le coût de fabrication augmentera de manière astronomique.

1. Exactitude et précision

La haute précision et les tolérances élevées sont quelques-unes des principales caractéristiques de l’usinage CNC. Bien que l'usinage CNC 3 axes offre une bonne précision, des erreurs humaines peuvent survenir en raison du repositionnement constant de la pièce. Cependant, pour la plupart des applications, cette marge d’erreur est insignifiante. Néanmoins, le moindre écart peut entraîner de mauvaises performances dans les applications aérospatiales sensibles.

Dans le même temps, les machines CNC à 4 et 5 axes ne nécessitent pas de repositionnements multiples ; par conséquent, ils ne souffrent généralement pas des erreurs de désalignement que provoque l’usinage CNC à 3 axes. Ces machines CNC à 4 et 5 axes peuvent ajouter des capacités d'usinage aux pièces dans plusieurs plans/emplacements à l'aide d'un seul dispositif. Cependant, un repositionnement cohérent dans l'usinage CNC 3 axes est un facteur qui affecte les écarts d'usinage.

2. Coût

comparaison des coûts d'usinage CNC

Le coût de la pièce fabriquée est un autre paramètre majeur qui différencie l’usinage 3 axes, 4 axes et 5 axes. En général, les machines CNC 3 axes constituent l’option la plus économique pour acheter, entretenir et fabriquer des pièces simples. Cependant, des facteurs tels que l'opérateur de la machine et la disponibilité des accessoires affectent souvent le coût d'exploitation d'une machine 3 axes dans l'atelier.

Dans le même temps, les machines à 4 et 5 axes sont très avancées et disposent de fonctionnalités améliorées, ce qui les rend relativement coûteuses. Cependant, leurs puissantes fonctionnalités en font le choix idéal pour des conditions uniques.

3. Demande

L’exigence ou la complexité de conception de la pièce détermine le type de service d’usinage CNC à choisir. Vous pouvez créer des composants aérospatiaux simples à l’aide d’une machine CNC à 3 axes. Cependant, le développement de composants complexes pour d’autres domaines peut être réalisé à l’aide d’un usinage CNC à 4 ou 5 axes.

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