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Qu'est-ce que l'usinage CNC 4 axes et 5 axes ?

Découvrez les avancées en matière d'usinage CNC 4 axes et 5 axes pour les industries aérospatiale et médicale, améliorant la précision et l'efficacité de la production.
HITOP / Blog / <a href="https://hitopindustrial.com/fr/usinage-cnc-4-axes-et-5-axes/" title="Qu'est-ce que l'usinage CNC 4 axes et 5 axes ?">Qu'est-ce que l'usinage CNC 4 axes et 5 axes ?

En ce qui concerne l'industrie manufacturière, une technique qui a dominé tout le reste au cours des dernières décennies est Usinage CNC. La curiosité suscitée par le développement rapide de cette technologie est réelle et compréhensible.

La CNC, ou commande numérique informatisée, est l'endroit où un logiciel préprogrammé spécialisé est utilisé pour faire fonctionner les machines de fabrication. Le système d'usinage est un terme plus large qui en englobe d'autres comme le tournage CNC, Fraisage CNC, perçage CNC, etc. Les systèmes d'usinage CNC sont devenus partie intégrante d'industries comme l'aérospatiale et la médecine, entre autres.

Il a été prouvé qu’après la mise en œuvre de systèmes CNC, les besoins en main-d’œuvre ont été considérablement réduits. Ces systèmes sont hautement optimisés et sans erreur, et la vitesse de livraison du produit fini a également été maximisée.

Les systèmes CNC fonctionnent le plus souvent sur 3 axes, X, Y et Z. À mesure que nous évoluons, de meilleures méthodes 4 axes et 5 axes sont également apparues. Dans cet article, nous essaierons de comprendre la nécessité, l’existence et les avantages de ces systèmes évolutifs.

Gros plan d'une machine-outil CNC dotée d'une tête multi-axes, axée sur l'usinage de haute précision dans un environnement industriel moderne

Le besoin d’usinage CNC 4 axes et 5 axes 

Chaque fois que nous discutons de la nécessité de quelque chose de mieux, nous devons aborder l’existence et les limites de son prédécesseur. Dans ce cas, il s’agirait d’un usinage CNC 3 axes.

Qu’est-ce que l’usinage 3 axes ?

Le processus de découpe et de façonnage de matériaux selon les axes X, Y et Z avec une machine CNC est connu sous le nom d'usinage CNC à 3 axes. Chaque axe symbolise une direction de mouvement distincte :

Axe X : mouvement horizontal de gauche à droite.

Axe Y : mouvement horizontal de l’avant vers l’arrière.

Axe Z : mouvement vertical de haut en bas.

Ce processus d'usinage à 3 axes a la capacité de former des conceptions détaillées à partir de nombreux matériaux, notamment le métal, le bois et le plastique. Cette méthode est principalement utilisée pour produire prototypes, pièces et composants avec une excellente reproductibilité et précision. 

Limites de l'usinage 3 axes ?

1. Complexité de surface limitée: L'usinage 3 axes ne peut déplacer l'outil de coupe que dans trois directions. Cela limite leur capacité à accéder à toutes les sections d’une surface compliquée. Cette restriction peut rendre impossible la création de géométries complexes sans nécessiter de configurations supplémentaires ou de travail humain.

2. Contre-dépouilles et surplombs: L'usinage 3 axes a du mal à usiner les contre-dépouilles et les porte-à-faux en raison de l'orientation fixe de l'outil de coupe. Ces caractéristiques nécessitent que l'outil atteigne la pièce sous différents angles en même temps. C'est quelque chose que le 3 axes ne peut pas réaliser sans nécessiter un repositionnement de la pièce ou des processus de coupe supplémentaires.

3. Moins efficace pour les composants compliqués: La production de pièces complexes aux géométries complexes nécessite souvent plusieurs configurations ou repositionnements de la pièce dans des machines CNC à 3 axes. Cela entraîne une augmentation des temps de configuration et une efficacité réduite.

4. Accès restreint aux outils: Il y a des moments où il est impossible d'atteindre toutes les parties de la pièce. Cela se produit particulièrement s'il y a des objets ou des éléments sur le chemin. Cette restriction peut entraîner un usinage incomplet du composant ou nécessiter un travail manuel.

Usinage 4 axes et 5 axes : définition et différences

Pour résoudre les problèmes auxquels l'industrie était confrontée en raison des limitations de l'usinage 3 axes, l'usinage 4 axes et 5 axes ont été inclus. Discutons-en en détail.

Outil de coupe de précision en action sur une machine CNC à 4 axes, démontrant une technologie avancée dans la fabrication automatisée des métaux

Usinage 4 axes

Une technique de fabrication qui produit des pièces complexes et précises avec une efficacité inégalée est appelée usinage 4 axes. L'usinage 4 axes ajoute un axe de rotation, généralement appelé axe A, au-dessus du trio original X, Y et Z. Cet axe supplémentaire augmente la mobilité de l'outil autour de la pièce.

L'adaptabilité globale du processus d'usinage augmente grâce à la mobilité supplémentaire offerte par l'axe A.

L'usinage 4 axes est avantageux car il peut atteindre différents côtés d'une pièce sans trop bouger. Cela conduit à l’optimisation de la vitesse, maximisant finalement la productivité. Des conceptions plus complexes et élaborées sont possibles avec cette configuration, grâce à l'utilisation du mouvement rotatif.

L'usinage 4 axes est le choix idéal pour le secteur aérospatial ; les articles tels que les aubes de turbine et les pièces de moteur ont des spécifications strictes. Dans les applications aéronautiques, un usinage précis de géométries complexes sous différents angles est nécessaire pour garantir d’excellentes performances et fiabilité. Par ailleurs, le fabrication de moules, matrices et outillage pour le automobileLes secteurs de l'électronique grand public, du médical et de l'électronique grand public utilisent fréquemment l'usinage 4 axes.

Selon les spécificités du projet, la rotation de l'axe A en usinage quatre axes peut être soit continue, soit indexée. La pièce à usiner peut tourner en douceur indéfiniment, ce qui la rend parfaite pour former des formes complexes. Pour un positionnement angulaire précis ou l'usinage d'éléments symétriques autour d'un axe central, la rotation indexée déplace avec précision l'axe A.

Des outils spécialisés, tels que des axes rotatifs inclinables ou des tables rotatives, sont nécessaires pour effectuer un usinage 4 axes. Ces pièces s'intègrent facilement aux centres d'usinage CNC (Computer Numerical Control), permettant un contrôle précis des mouvements rotatifs et linéaires. 

Usinage 5 axes

L'usinage à cinq axes ajoute deux axes de rotation supplémentaires aux trois axes de mouvement standard (X, Y et Z) utilisés dans l'usinage à 3 axes. Cela permet une plus grande amplitude de mouvement pour l'outil. 

Cette flexibilité accrue crée de nombreuses nouvelles opportunités pour produire des pièces complexes et géométriquement difficiles. Tout ce que vous devez savoir sur l’usinage 5 axes est mentionné ci-dessous.

Fondamentalement, une machine-outil avec deux axes rotatifs et trois axes linéaires est utilisée dans l'usinage 5 axes. Les axes rotatifs permettent à l'outil de coupe de s'incliner et de tourner dans de nombreuses directions. D'un autre côté, les axes linéaires correspondent aux actions de l'outil le long des axes X, Y et Z. 

L'usinage 5 axes réduit les temps de configuration et produit des produits finaux détaillés et précis. Les composants complexes peuvent souvent être usinés dans une seule configuration à l'aide de machines à 5 axes. Cette fonctionnalité spécifique élimine le besoin de plusieurs réglages et réduit le risque d'erreurs lors du déplacement de la pièce. 

Des réductions significatives de temps et de coûts peuvent résulter de cette simplification du processus de fabrication, en particulier pour les composants de haute précision. La capacité de l'usinage à créer des produits avec des tolérances plus élevées et des finitions de surface plus fines constitue un autre avantage important.

Les secteurs de l'aéronautique, de l'automobile, du médical et fabrication de moules Les secteurs ne sont que quelques-uns des domaines dans lesquels l'usinage 5 axes est utilisé. Par exemple, l'usinage 5 axes est utilisé dans le industrie aérospaciale pour créer des pièces pour avions, telles que des carters de moteur et des accessoires structurels. Il est utilisé dans le secteur automobile pour fabriquer des moules, des matrices et des prototypes de formes complexes et remplis de fonctionnalités.

De même, l'usinage 5 axes est utilisé dans la profession médicale pour fournir des géométries exactes et des configurations uniques pour les implants orthopédiques, les équipements chirurgicaux et les prothèses.

Avantages de l'usinage 4 axes et de l'usinage 5 axes par rapport à l'usinage 3 axes

L'usinage 4 axes et l'usinage 5 axes offrent plusieurs avantages par rapport à l'usinage traditionnel 3 axes. Discutons-en en détail.

Avantages de l'usinage 4 axes

1. Usinage de géométrie compliquée: La capacité de l'usinage 4 axes à gérer des géométries complexes est l'un de ses principaux avantages. Avec les machines traditionnelles à 3 axes, il serait difficile, voire impossible, de produire des formes complexes, des contre-dépouilles et des éléments angulaires. Cependant, l’axe supplémentaire rend cela réalisable.

Parce que les pièces de ces secteurs ont souvent des conceptions sophistiquées, comme aérospatial, automobile et médical, cette flexibilité est très appréciable.

2. Temps d'installation plus court: L'usinage sur quatre axes permet de couper simultanément les côtés de la pièce. Contrairement à l'usinage 3 axes, où la pièce devrait être ajustée plusieurs fois, cela implique que moins de réglages sont nécessaires. Des temps de configuration plus courts se traduisent par un rendement et une efficacité plus élevés ainsi qu'une main d'œuvre moins chère.

3. Finition de surface améliorée: Dans l'usinage 4 axes, la possibilité d'incliner la pièce ou l'outil de coupe peut aider à maintenir les conditions de coupe à leurs niveaux idéaux. Il en résulte de meilleurs états de surface et des trajectoires d'outils plus fluides. 

Il est indispensable pour les pièces qui doivent être très précises et esthétiques. Du temps et des ressources peuvent être économisés en réduisant le besoin de processus de finition ultérieurs lorsque la qualité de la surface est améliorée.

4. Durée de vie accrue de l'outil: En permettant des trajectoires d'outils et des techniques de coupe plus efficaces, l'usinage 4 axes peut contribuer à augmenter la durée de vie des outils. L'usinage sur 4 axes minimise les mouvements inutiles des outils et maximise les angles de coupe pour réduire l'usure des outils et augmenter la durée de vie des outils de coupe. Les fabricants peuvent économiser de l’argent en dépensant moins pour l’entretien et le remplacement des outils.

Avantages de l'usinage 5 axes

Usinage CNC 5 axes en cours, démontrant la découpe complexe d'un engrenage métallique complexe avec une précision et une efficacité élevées

1. Meilleure finition de surface: L'usinage sur 5 axes peut maintenir des angles de coupe idéaux dans la surface de la pièce en inclinant l'outil de coupe dans différentes directions. Les finitions de surface sont plus lisses et, par conséquent, moins d'étapes de finition secondaires sont nécessaires. Le amélioré polissage des surfaces sera particulièrement utile pour les pièces qui doivent être visuellement agréables.

De plus, pour les pièces qui doivent satisfaire à des exigences fonctionnelles telles qu'une friction réduite ou une meilleure aérodynamique.

2. Chemins d'outils optimaux: Pour créer des trajectoires d'outils optimales, les logiciels d'usinage 5 axes utilisent fréquemment des algorithmes sophistiqués. Ces itinéraires se traduisent par des opérations d'usinage plus efficaces en prenant en compte plusieurs variables, comme taux d'enlèvement de matière et l'orientation de l'outil. Une usure réduite des outils, une meilleure évacuation des copeaux et des performances d'usinage globalement améliorées peuvent résulter de trajectoires d'outils optimisées.

3. Productivité améliorée: Par rapport aux opérations séquentielles sur les machines à axe inférieur, l'usinage 5 axes peut réduire considérablement les durées de cycle. Ce processus est capable de le faire en effectuant des opérations d'usinage simultanées sur plusieurs faces d'une pièce. Une efficacité globale de production améliorée, des délais de livraison plus courts et des délais d’exécution plus rapides sont tous les résultats de cette productivité améliorée. 

En plus de cela, cela réduit les exigences d’intervention manuelle et diminue le risque d’erreurs de repositionnement de la pièce.

4. Économies de coûts: Bien que l'usinage 5 axes puisse initialement coûter plus cher que les paramètres d'usinage standard, avec le temps, la productivité globale augmente, ce qui entraîne des économies. En outre, la capacité de produire des pièces complexes en interne, plutôt que de les sous-traiter à des installations spécialisées, pourrait réduire encore davantage les dépenses.

Usinage 4 axes et 5 axes dans le moulage par injection : utilisations et avantages

Afin de produire moules compliqués avec une précision et une efficacité extrêmes pour moulage par injection, des processus de production tels que l'usinage à 4 et 5 axes sont utilisés. Voici quelques utilisations et leurs avantages :

Pour moulage par injection, des moules sophistiqués et précis sont fabriqués à l'aide de procédés de fabrication, notamment l'usinage à 4 et 5 axes. Ce type d'usinage a ouvert la voie à l'usinage de géométries spécifiques. Cela a été possible grâce à la possibilité de contre-dépouille puisque l'outil de coupe se déplace le long et au-delà des axes X, Y et Z. 

L'outil de coupe peut approcher le matériau du moule sous différents angles. La possibilité d'approcher les pièces sous plusieurs angles réduit le besoin de procédures de finition supplémentaires. Ces processus permettent la production de polis de surface complexes et améliorés. 

Les deux méthodes sont nécessaires pour satisfaire les exigences du moulage par injection contemporain. Ces méthodes permettent de créer des moules aux géométries extrêmement complexes et d’atteindre une précision et une productivité accrues. L'usinage 4 axes et 5 axes est essentiel pour étendre le potentiel de technologie de moulage par injection.

Conclusion

En conclusion, l’usinage CNC 4 axes et 5 axes représente le summum de l’ingénierie de précision dans la fabrication. Ces méthodes de pointe ont transformé des secteurs, dont l'aérospatiale, automobile, et fabrication de dispositifs médicaux. L'usinage 4 axes et 5 axes offre une polyvalence qui dépasse les méthodes traditionnelles en donnant aux outils de coupe des axes de mouvement supplémentaires. 

L'adoption de l'usinage CNC 4 axes et 5 axes restera sûrement essentielle à la quête d'innovation des processus mondiaux. Pour bénéficier de services de fabrication de moules de précision ou de moulage par injection de haute qualité, Contactez-nous. Notre équipe se fera un plaisir de vous aider.

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