La sélection du bon type de machine pour l’usinage CNC multi-axes fait partie des décisions les plus cruciales. Il détermine les capacités globales du processus, les conceptions possibles et les coûts globaux. L'usinage CNC 3 axes, 4 axes ou 5 axes est un débat populaire et la bonne réponse dépend des exigences du projet.
Ce guide examinera les bases de l'usinage CNC multi-axes et comparera l'usinage CNC 3 axes, 4 axes et 5 axes pour vous aider à faire le bon choix.
Introduction à l'usinage 3 axes
La broche se déplace linéairement dans les directions X, Y et Z et la pièce a besoin de fixations qui la maintiennent dans un plan. La possibilité d'opérer sur plusieurs plans est possible dans les machines modernes. Mais ils nécessitent des montages spéciaux qui sont légèrement coûteux à fabriquer et qui prennent également beaucoup de temps.
Il existe cependant certaines limites à ce que les CNC 3 axes peuvent également faire. De nombreuses fonctionnalités sont soit économiquement non viables, malgré les prix relatifs des CNC 3 axes, soit tout simplement impossibles. Par exemple, les machines à 3 axes ne peuvent pas créer de fonctionnalités angulaires ou quoi que ce soit qui se trouve sur le système de coordonnées XYZ.
À l’inverse, les machines à 3 axes peuvent créer des fonctionnalités de contre-dépouille. Cependant, ils ont besoin de plusieurs pré-requis et de fraises spéciales comme des fraises à rainure en T et à queue d'aronde. Répondre à ces exigences peut parfois faire monter les prix en flèche et il devient parfois plus viable d'opter pour une solution de fraisage CNC à 4 ou 5 axes.
Introduction à l'usinage 4 axes
L'usinage 4 axes est plus avancé que ses homologues 3 axes. En plus du mouvement de l'outil de coupe dans les plans XYZ, ils permettent également à la pièce de tourner sur l'axe Z. Cela signifie que le fraisage sur 4 axes peut fonctionner sur jusqu'à 4 côtés sans aucune exigence particulière comme des fixations ou des outils de coupe uniques.
Comme indiqué précédemment, l'axe supplémentaire sur ces machines les rend plus viables économiquement dans certains cas où les machines à 3 axes peuvent faire le travail, mais avec des exigences particulières. Le coût supplémentaire nécessaire pour fabriquer les bons montages et outils de coupe sur 3 axes dépasse la différence de coût globale entre les machines 4 axes et 3 axes. Ce qui en fait un choix plus viable pour certains projets.
De plus, un autre aspect important du fraisage 4 axes est la qualité globale. Puisque ces machines peuvent travailler sur 4 côtés à la fois, il n'est pas nécessaire de repositionner la pièce sur les fixations. Minimisant ainsi les risques d’erreur humaine et améliorant la précision globale.
Aujourd'hui, il existe deux types d'usinage CNC 4 axes ; continu et indexé.
L'usinage continu permet à l'outil de coupe et à la pièce de se déplacer en même temps. Cela signifie que la machine peut couper du matériau pendant qu'elle tourne. Cela rend les arcs et les formes complexes comme les hélices très simples à usiner.
L’usinage d’indexation, en revanche, s’effectue par étapes. L'outil de coupe s'arrête une fois que la pièce commence à tourner autour du plan Z. Cela signifie que les machines d'indexation n'ont pas les mêmes capacités car elles ne peuvent pas créer des arcs et des formes complexes. Le seul avantage est que la pièce peut désormais être usinée sur 4 faces différentes sans avoir besoin de dispositifs spéciaux indispensables sur une machine à 3 axes.
Introduction à l'usinage 5 axes
L'usinage 5 axes va encore plus loin et permet une rotation sur deux plans. Cette rotation multi-axes ainsi que la capacité de l'outil de coupe à se déplacer dans trois directions sont les deux qualités essentielles qui permettent à ces machines de gérer les travaux les plus complexes.
Il existe deux types d'usinage CNC 5 axes disponibles sur le marché. Usinage 3+2 axes et usinage continu 5 axes. Les deux fonctionnent dans tous les plans mais la première a les mêmes limites et le même principe de fonctionnement qu’une machine indexeuse à 4 axes.
L'usinage CNC 3+2 axes permet aux rotations d'être indépendantes l'une de l'autre mais restreint l'utilisation des deux plans de coordonnées en même temps. A l’inverse, l’usinage continu 5 axes ne s’accompagne pas de telles restrictions. Permettant ainsi un contrôle supérieur et la possibilité d’usiner facilement les géométries les plus complexes.
Principales différences entre l'usinage CNC 3, 4 et 5 axes
Comprendre les complexités et les limites du type d'usinage CNC est essentiel pour garantir le meilleur équilibre entre le coût, le temps et la qualité du processus.
Comme indiqué précédemment, de nombreux projets seraient plus coûteux avec un fraisage 3 axes autrement économique en raison des subtilités liées aux montages et aux processus. De même, opter simplement pour un fraisage 5 axes pour chaque projet serait synonyme de combattre les cafards à la mitrailleuse. Cela ne semble pas efficace, n'est-ce pas ?
C'est précisément la raison pour laquelle il est essentiel de comprendre les principales différences entre l'usinage 3 axes, 4 axes et 5 axes. Cela peut garantir que le meilleur type de machine est sélectionné pour un projet particulier sans aucun compromis sur les paramètres de qualité essentiels.
Voici les 5 principales différences entre les types d’usinage CNC.
Principe de fonctionnement
Le principe de fonctionnement de tous les usinages CNC est le même. L'outil de coupe guidé par un ordinateur tourne autour de la pièce pour enlever de la matière. De plus, toutes les machines CNC utilisent des codes M ou des codes G pour déchiffrer le mouvement de l'outil par rapport à la pièce.
La différence réside dans la capacité supplémentaire de pivoter sur différents plans. Le fraisage CNC à 4 et 5 axes permet une rotation autour de différentes coordonnées et cette qualité se traduit par la création de formes plus complexes avec une relative facilité.
Précision et exactitude
L'usinage CNC est connu pour sa précision et ses faibles tolérances. Cependant, le type de CNC affecte les tolérances finales du produit. La CNC 3 axes, bien que très précise, aura plus de risques d'erreurs aléatoires en raison du repositionnement cohérent de la pièce. Pour la plupart des applications, cette marge d'erreur est négligeable. Cependant, pour les applications sensibles liées à l’aérospatiale et à l’automobile, même le plus petit écart peut causer des problèmes.
L'usinage CNC 4 axes et 5 axes ne pose pas ce problème car ils ne nécessitent aucun repositionnement. Ils permettent de découper sur plusieurs plans sur un seul appareil. De plus, il est important de noter que c'est également la seule source d'écart dans la qualité de l'usinage 3 axes. En dehors de cela, la qualité globale en termes de précision et d’exactitude reste la même.
Applications
Plutôt qu'une application à l'échelle de l'industrie, les différences entre les types de CNC concernent la nature du produit. Par exemple, la différence entre les produits de fraisage à 3, 4 et 5 axes dépendra de la complexité globale de la conception plutôt que de l'industrie elle-même.
Une pièce simple destinée au secteur aérospatial peut être développée sur une machine à 3 axes tandis qu'une pièce complexe pour tout autre secteur peut nécessiter l'utilisation d'une machine à 4 ou 5 axes.
Frais
Les coûts font partie des principales différences entre le fraisage CNC à 3, 4 et 5 axes. Les machines 3 axes sont naturellement plus économiques à l’achat et à l’entretien. Cependant, les dépenses liées à leur utilisation dépendent de facteurs tels que les installations et la disponibilité des opérateurs. Si les dépenses engagées pour les opérateurs restent les mêmes dans le cas des machines 4 axes et 5 axes, les montages représentent toujours une part importante des dépenses.
En revanche, les usinages 4 et 5 axes sont plus avancés technologiquement et présentent de meilleures fonctionnalités. Ils sont donc naturellement chers. Cependant, ils apportent de nombreuses capacités et constituent un choix viable dans de nombreux cas uniques. L'un d'entre eux a déjà été évoqué précédemment, à savoir qu'une conception théoriquement possible avec une machine à 3 axes nécessiterait de nombreux montages personnalisés. Augmentant ainsi les coûts globaux et faisant de l’usinage 4 axes ou 5 axes une option plus viable.
Délai de mise en œuvre
En ce qui concerne les délais de livraison globaux, les machines à 5 axes en continu fournissent les meilleurs résultats globaux. Ils peuvent traiter même les formes les plus complexes dans les plus brefs délais grâce à l’absence d’arrêts et d’usinage en une seule étape.
Les machines continues à 4 axes viennent ensuite car elles permettent une rotation sur un axe et ne peuvent gérer que des caractéristiques angulaires planes en une seule fois.
Enfin, les machines CNC 3 axes ont les délais les plus longs car la découpe s'effectue par étapes. De plus, les limites des machines à 3 axes impliquent de nombreux repositionnements de la pièce, ce qui entraînerait une augmentation des délais globaux de réalisation de tout projet.
Fraisage 3 axes, 4 axes ou 5 axes, quel est le meilleur ?
Dans le secteur manufacturier, il n’existe pas de méthode absolument meilleure ni de solution universelle. Le bon choix dépend des subtilités du projet, du budget global, du temps et des exigences de qualité.
3 axes, 4 axes ou 5 axes, tous ont leurs avantages et leurs inconvénients. Naturellement, le 5 axes peut créer des géométries 3D plus complexes, tandis que le 3 axes peut produire rapidement et systématiquement des pièces plus simples.
En résumé, il n’y a pas de réponse à la question de savoir lequel est le meilleur choix. Toute méthode d’usinage offrant un équilibre parfait entre coût, temps et résultats serait un choix idéal pour un projet particulier.
Lire la suite : Fraisage CNC vs tournage CNC : quel est le bon choix
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Conclusion
Toutes les CNC à 3, 4 et 5 axes sont différentes et chaque type a ses forces ou ses faiblesses. Toutefois, le bon choix dépend des exigences uniques d’un projet et de ses exigences. Il n’existe pas de bon choix dans le secteur manufacturier. La bonne approche consiste à trouver la combinaison la plus optimale entre qualité, coût et délai. Quelque chose que les trois types de CNC peuvent offrir en fonction des exigences d'un projet particulier.
Heure de publication : 29 novembre 2023