Technologie CNC 5 axes - Le guide complet

La technologie CNC 5 axes permet quant à elle de découper des pièces dans n'importe quelle perspective, ce qui confère à ce type d'usinage une grande liberté de conception. Dans ce guide, l'auteur compare l'usinage 5 axes à l'usinage 3 axes, notamment en ce qui concerne les capacités, les avantages pour les fabricants, les applications, les lignes directrices pour la sélection de la machine et l'avenir. Le guide complet des procédés d'usinage multi-axes.

Technologie CNC 5 axes : Débloquer des géométries complexes dans la fabrication

La technologie CNC à 5 axes est devenue l'un des processus de fabrication les plus importants, car elle permet de créer des géométries d'une complexité inédite. Alors que sur les machines de fraisage et de tournage conventionnelles à 3 axes, le mouvement de l'outil est limité aux axes X, Y et Z, la technologie à 5 axes permet à l'outil de se déplacer sur les deux axes rotatifs supplémentaires, de sorte que les contours peuvent être usinés dans n'importe quelle direction. Cette approche de traitement prometteuse a véritablement et littéralement créé un monde de nouvelles opportunités dans la conception de pièces et d'outils pour des tonnes d'industries.

Qu'est-ce que l'usinage CNC ? et en quoi une telle capacité multi-axes diffère-t-elle des conceptions plus familières à 3 axes ? Les avantages du 5 axes pour accroître la précision, la productivité et la rentabilité seront également abordés. Les principaux domaines d'application seront passés en revue, ainsi que les facteurs à prendre en compte lors de la sélection de la technologie CNC 5 axes appropriée. Enfin, nous vous donnerons un aperçu de l'orientation future de cette technologie.

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

La technologie CNC à 5 axes signifie que la Usinage CNC a la capacité de contrôler la pièce sur cinq axes. Cela signifie que la tête de l'outil a une direction de mouvement linéaire dans les directions X, Y et Z, ainsi qu'un mouvement rotatif dans les directions A et B. Les nouveaux axes de rotation permettent de découper des formes beaucoup plus élaborées en moins d'opérations, ce qui nécessiterait normalement un usinage à trois axes.

Sur l'usinage 5 axes, tous les contours peuvent être usinés dans n'importe quelle orientation, quelle que soit leur configuration. De nombreuses pièces courbes et tordues qui ne pourraient pas être coupées en un temps raisonnable sur un 3 axes sont facilement réalisables. L'usinage 5 axes est donc très bien adapté aux secteurs de l'aérospatiale, des moules et des appareils médicaux, où les pièces ont souvent des formes sculptées ou contournées.

Les avantages de l'usinage multiaxial

La technologie CNC à 5 axes présente plusieurs avantages importants par rapport à la technologie traditionnelle à 3 axes :

• Augmentation de la productivité grâce à la réduction des réglages. Les pièces complexes ne nécessitent souvent qu'un seul réglage sur une machine à 5 axes, contre plusieurs réglages sur une machine à 3 axes. Cela représente un gain de temps et d'argent considérable.
• Qualité de surface supérieure. Étant donné que les pièces sont usinées en moins d'étapes avec le 5-axes, il y a moins de risques d'erreurs dues à des fixations ou des manipulations supplémentaires. La finition de la surface est également améliorée grâce à la réduction des joints entre les surfaces usinées.
• Possibilité d'usiner des matériaux plus durs. Les axes de rotation permettent une évacuation plus efficace des copeaux sur les alliages difficiles à usiner. Les outils de coupe ont une durée de vie plus longue et des taux d'enlèvement de métal plus élevés peuvent être atteints.
• Flexibilité pour les changements de conception. L'architecture ouverte de l'usinage 5 axes signifie que les modifications apportées à la conception des pièces à un stade avancé du processus ont moins d'impact qu'avec un outillage 3 axes dédié. Cela permet d'économiser de l'argent et d'accélérer la mise sur le marché.

En résumé, les centres de technologie CNC à 5 axes offrent une précision, une productivité et une souplesse de conception qui élargissent les possibilités des industries de fabrication à haute valeur ajoutée. La capacité multi-axes permet de réaliser des géométries de pièces totalement nouvelles.

Améliorer la précision et l'efficacité de la fabrication

Précision accrue grâce à la technologie 5 axes

Les axes de rotation supplémentaires d'une technologie CNC à 5 axes permettent une précision et un contrôle sans précédent lors des opérations d'usinage. Avec 5 axes contigus interpolés, chaque point de la surface d'une pièce peut être atteint sans erreur de position due à des joints ou à des coupes interrompues entre les réglages. Ce niveau de mouvement continu permet d'obtenir des trajectoires d'outils plus fluides et des surfaces qui correspondent mieux à la réalité. CAO et FAO des dessins.

Les formes hautement sculptées qu'il serait difficile, voire impossible, d'usiner avec précision sur un 3 axes peuvent être reproduites de manière répétée à l'aide de la technologie 5 axes. Des tolérances plus étroites peuvent être obtenues, ainsi qu'un meilleur état de surface et une réduction des marques d'usinage. En ce qui concerne les industries où des exigences telles que des géométries précises sont critiques - l'aérospatiale et les appareils médicaux -, la technologie 5 axes est le summum de la perfection en matière d'usinage.

Augmentation de la productivité et réduction des coûts

Outre une précision accrue, la technologie CNC à 5 axes permet de réaliser des gains significatifs en termes d'efficacité de fabrication et de réduction des coûts par rapport à la technologie conventionnelle à 3 axes.

Avec moins de réglages nécessaires par pièce grâce aux axes de rotation, le 5-axes raccourcit les temps d'usinage. Cela se traduit directement par une augmentation du débit et de la capacité. Les opérateurs passent moins de temps à refixer les pièces, ce qui améliore également l'efficacité de la main-d'œuvre.

La réduction des réglages minimise également le risque d'erreur humaine et garantit une plus grande répétabilité d'un cycle à l'autre. La probabilité de défauts d'usinage est réduite, ce qui permet d'éviter les rebuts et les reprises.

Les coûts du cycle de vie sont réduits grâce à l'allongement de la durée de vie de l'outil en 5 axes, résultant d'une meilleure évacuation des copeaux sur les matériaux difficiles et d'une réduction des coupes interrompues. Les coûts de fabrication globaux par pièce sont réduits grâce à une productivité plus élevée et à de meilleures capacités de tolérancement permises par la technologie CNC 5 axes.

Pour les fabricants de précision qui doivent maximiser leur efficacité tout en maintenant les normes de qualité les plus élevées, le 5-axes représente un investissement crucial pour rester compétitif aujourd'hui et à l'avenir. Les capacités améliorées apportent des améliorations significatives et quantifiables à la production.

Débloquer les conceptions de pièces complexes

La polyvalence de l'usinage 5 axes

Les axes de rotation de Machines CNC à 5 axes constituent une solution polyvalente pour les ingénieurs qui cherchent à réduire le nombre de pièces et à simplifier les conceptions. Avec le 5-axes, les caractéristiques interdépendantes qui nécessiteraient normalement plusieurs réglages peuvent désormais être produites de manière séquentielle en un seul serrage. Les concepteurs disposent ainsi d'une plus grande liberté pour combiner les opérations et consolider les pièces.

Les contours complexes des moules, des pales de turbine et des composants aérospatiaux qui s'enroulent autour des coins ou se fondent en douceur entre les surfaces sont bien adaptés à la technologie CNC à 5 axes. Sans être limité par les joints de fixation et les positions de transition inhérentes à l'usinage 3 axes, il est possible d'usiner en continu pratiquement n'importe quel profil d'inclinaison ou de déclin.

L'architecture ouverte fait également du 5 axes un choix agile pour la fabrication de faibles volumes. Les changements fréquents de conception qui nécessiteraient de nouvelles fixations et de nouveaux outils en 3 axes peuvent généralement être pris en charge avec plus de souplesse grâce aux capacités multitâches du 5 axes.

Répondre aux exigences de la fabrication avancée

Les progrès technologiques continus dans tous les secteurs d'activité conduisent à des conceptions de pièces plus complexes et optimisées que jamais. La technologie CNC à 5 axes représente un outil essentiel pour les fabricants qui s'efforcent de répondre à ces exigences techniques.

Les formes organiques complexes pour les implants médicaux, les supports aérospatiaux avec des transitions de torsion et les moules profilés avec des cavités en contre-dépouille nécessitent un accès sur 5 côtés pendant les opérations d'usinage. Le 5-axes répond à ce besoin en offrant une véritable capacité d'usinage sur 5 côtés.

La mise en œuvre de la technologie CNC à 5 axes garantit aux fabricants la capacité d'usiner des conceptions de plus en plus sophistiquées tout en maximisant l'efficacité, la qualité et la rentabilité. La flexibilité multiaxiale permet de répondre à la fois aux besoins de prototypage de faible volume et aux exigences de production de haute précision.

Réaliser des géométries complexes grâce à la capacité multiaxiale

Les axes de rotation de CNC pilotée par l'IA débloquent un nouveau domaine de géométries qui repoussent les limites de la fabrication traditionnelle. Les formes sculptées de manière complexe pour l'automobile, l'aérospatiale et les biens de consommation sont rendues possibles grâce au parcours d'outil continu à 5 axes.

Les cavités en contre-dépouille, les transitions torsadées et les surfaces étroitement mélangées qui définissent les conceptions industrielles modernes exigent l'interpolation simultanée à 5 axes que seules ces machines peuvent fournir. Les formes organiques complexes et les structures légères optimisées sont rendues possibles grâce à la technologie CNC à 5 axes.

Des applications très répandues dans tous les secteurs d'activité

Exploiter l'usinage 5 axes dans les composants aérospatiaux

Les concepteurs de pièces d'avion s'efforcent continuellement de gagner en efficacité grâce à des géométries avancées. Les pales de ventilateur, les aubes de compresseur et les composants de la cellule ont souvent des profils profilés qui s'enroulent autour de courbes complexes. Les machines CNC à 5 axes permettent d'usiner avec précision ces conceptions complexes à partir de billettes solides en une seule fois.

Les principaux fabricants de l'industrie aérospatiale font confiance à la technologie 5 axes pour la production de faibles volumes de composants de moteurs ainsi que de sections d'ailes et de fuselage. L'usinage de lignes de moulage extérieures et de cavités intérieures en une seule opération permet de rationaliser la production. La technologie 5 axes offre la précision requise pour respecter les tolérances exigeantes de l'aérospatiale.

Les dispositifs médicaux bénéficient de l'usinage de précision 5 axes

Les implants orthopédiques et cardiovasculaires ont des profils longs qui serpentent à travers l'anatomie humaine. L'accès à l'outil sous plusieurs angles est crucial pour l'usinage de ces géométries d'implants incurvées. La technologie CNC à 5 axes permet d'effectuer les coupes complexes nécessaires à l'obtention de détails de l'ordre du micron.

Des tiges orthopédiques aux stents, le multi-tâches 5-axes raccourcit les cycles de production des implants médicaux complexes par rapport à l'assemblage de pièces. Une qualité de surface élevée permet d'éviter la contamination. Le contrôle dimensionnel cohérent répond aux directives strictes de la FDA.

L'industrie automobile adopte la production de pièces complexes

À mesure que les voitures adoptent des matériaux légers plus sophistiqués et des conceptions plus complexes, l'usinage 5 axes de l'aluminium et des matériaux composites devient de plus en plus courant. Les composants du moteur, comme les culasses, intègrent désormais des passages d'huile et des contours complexes.

La production multiaxiale permet d'usiner en tant que pièces unitaires des nœuds moulés sous pression et des boîtiers de transmission en magnésium trempé qui étaient auparavant assemblés à partir de pièces soudées. Les capots et les panneaux de carrosserie complexes sont également à la portée de la capacité de fabrication de la technologie CNC à 5 axes.

Choisir la bonne machine 5 axes

Configurations des machines

Plusieurs facteurs clés doivent être pris en compte lors de la sélection d'une machine à 5 axes :

• Espace de travail - Taille de la table et capacité maximale en termes de taille et de poids des pièces. Veillez à ce qu'elle puisse traiter les pièces prévues.
• Système d'outillage - Les changeurs d'outils automatisés permettent de gagner du temps par rapport à l'outillage manuel. L'outillage en groupe augmente le rendement.
• Technologie des broches - Broches de grande puissance pour les matériaux résistants. Les broches refroidies à l'eau gèrent bien la chaleur.
• Configuration des axes rotatifs - La configuration la plus courante est celle d'un tourillon (axe B) et d'une poupée (axe A). D'autres choix présentent des inconvénients.
• Rigidité - La rigidité de la machine est essentielle pour assurer la précision à des vitesses et des avances élevées.
• Options d'automatisation - Les cellules de chargement/déchargement automatiques intègrent la machine dans les flux de production.

Sélection des commandes et des fonctions supplémentaires

Le système de contrôle est la clé du déverrouillage les utilisations des machines CNC les capacités. Recherchez :

• Contournage simultané sur 5 axes pour les surfaces complexes
• Programmation/simulation extensive des parcours d'outils avant l'usinage
• Intégration avec les logiciels de CAO/FAO
• Logiciel d'automatisation pour les opérations d'extinction des feux

Des ajouts tels que des systèmes de sonde, des fixations pivotantes et des alimentateurs de barres améliorent la flexibilité.

Évaluer les coûts par rapport aux capacités

La technologie CNC à 5 axes à capacité plus élevée implique un investissement plus important, mais offre des avantages en termes de performances :

• Usinage plus rapide des pièces difficiles grâce à l'accès simultané sur 5 faces
• Une plus grande liberté de conception grâce aux parcours d'outils à 5 axes
• Réduction des coûts d'outillage et de fixation grâce à des opérations multi-surfaces consolidées
• Augmentation de la productivité grâce à l'usinage simultané sur 5 axes et aux fonctions automatisées

La proposition de valeur consiste à maximiser le rendement des travaux complexes tout en obtenant la précision et la qualité de surface exigées par l'industrie.

Tenez compte des besoins de production actuels et de l'évolution possible de l'entreprise pour sélectionner une machine 5 axes capable de répondre aux exigences à long terme. Un investissement initial peut s'avérer payant à long terme.

Maintenir les performances optimales des machines à 5 axes

Mise en place de pratiques d'entretien de routine

Pour maximiser le temps de fonctionnement et la productivité d'une technologie CNC à 5 axes, il est impératif de procéder à une maintenance diligente. Élaborez des programmes pour :

• Graissage hebdomadaire des rails linéaires, des câbles et des articulations pour minimiser l'usure
• Nettoyer/aspirer quotidiennement les copeaux métalliques susceptibles de provoquer des défauts
• Changer le liquide de refroidissement tous les mois pour maintenir les surfaces de coupe lubrifiées
• Inspecter/remplacer annuellement les composants usés tels que les vis à billes.
• Effectuer des révisions majeures semestrielles des armoires électriques, des moteurs, etc.

Travaillez en partenariat avec un fournisseur de services de machines-outils qui connaît bien l'équipement.

Garantir la précision grâce à un étalonnage régulier

L'étalonnage permet de vérifier que la précision est maintenue tout au long du cycle de vie de la machine :

• L'étalonnage au laser vérifie trimestriellement la position de l'axe linéaire pour détecter les dérives.
• Testez les rotations des axes A/B deux fois par an à l'aide d'une table rotative.
• Vérifier annuellement la précision de divers montages et surfaces.

Utilisez un équipement d'étalonnage certifié et des techniciens d'étalonnage qualifiés.

Maintenir les logiciels et les composants à jour

Pour une performance optimale :

• Installez toutes les mises à jour matérielles et logicielles recommandées par le fabricant.
• Remplacez de manière proactive les consommables tels que les lampes des machines et les écrans.
• Maintenir le postprocesseur à jour avec les dernières versions du système de FAO
• Maintenir les contrats d'assistance pour les contrôleurs et les composants critiques
• Stockez les pièces de rechange recommandées pour un remplacement rapide en cas de besoin.

Grâce à une maintenance proactive, la fiabilité et la précision de la technologie CNC 5 axes peuvent être maintenues pour des capacités de fabrication optimales pendant des décennies.

L'avenir de l'usinage CNC 5 axes

Évolution avec les technologies habilitantes

La CNC 5 axes continue de s'accélérer avec l'émergence de nouvelles technologies :

• L'IA intégrée optimise les parcours d'outils et réduit les réglages en reconnaissant les caractéristiques.
• La réalité augmentée aide les opérateurs, améliore la formation et l'assistance à distance
• La mesure automatisée des outils garantit la précision avant les opérations critiques
• La fabrication additive permet d'imprimer des gabarits souples pour l'usinage à 5 axes de passages complexes de liquide de refroidissement
• La connectivité de l'industrie 4.0 permet une maintenance prédictive via la surveillance des capteurs.

En tant que la puissance de calcul augmenteLe potentiel d'automatisation des processus et de contrôle de la qualité en temps réel s'accroît.

L'innovation au service du développement durable

Les initiatives écologiques sont prioritaires :

• Les entraînements régénératifs captent l'énergie de freinage, réduisant ainsi la consommation d'énergie.
• Les collecteurs de brouillard de liquide de refroidissement réduisent la consommation de liquide de plus de 95%
• Les concepts de broches hybrides/électriques réduisent l'encombrement des machines
• Les nouveaux matériaux comme la fibre de carbone exigent de nouvelles méthodes d'usinage
• L'axe 5 à pince unique réduit les réglages et les défauts, ce qui diminue les taux de rebut.

Les progrès durables s'étendent aux outils de coupe, aux processus d'usinage et à bien d'autres choses encore.

Rester une pierre angulaire de l'excellence manufacturière

La technologie multi-axes continuera à différencier les meilleurs producteurs :

• L'aérospatiale, le secteur médical et d'autres industries de précision s'appuient sur le 5-axes pour assurer la qualité de leurs produits.
• Les moules complexes, les matrices et les pièces automobiles légères favorisent l'adoption du 5-axes
• La production de faibles volumes bénéficie de la flexibilité de la production 5 axes
• Dans tous les secteurs, l'optimisation des conceptions favorise la mise en œuvre du 5-axes.

À mesure que les géométries des pièces évoluent, la technologie CNC à 5 axes permettra aux fabricants de réaliser les concepts les plus complexes. Associée à la transformation numérique, elle permet aux usines de rester compétitives à l'échelle mondiale.

Conlusion

En conclusion, la technologie CNC 5 axes a véritablement révolutionné la fabrication en débloquant une gamme étendue de conceptions et de géométries de pièces complexes. L'amélioration des capacités de production entraîne une mise en œuvre généralisée de la technologie 5 axes dans des secteurs aussi divers que les suivants aérospatiale, automobile, dispositifs médicaux et plus encore.

En permettant d'usiner des contours dans toutes les directions simultanément, les machines à 5 axes offrent une précision inégalée, des mises en place réduites, une fixation simplifiée et des finitions de surface optimales. Ces avantages se traduisent directement par une augmentation de la productivité et une réduction des coûts par pièce. Comme les technologies habilitantes continuent de progresser, le potentiel d'évolution des techniques de fabrication 5 axes reste vaste.

L'adoption de centres technologiques CNC à 5 axes et de machines multitâches a établi une nouvelle norme pour l'excellence de la production à l'échelle mondiale. Ceux qui recherchent des capacités de pointe, une flexibilité de conception maximale et une véritable automatisation sans lumière adoptent des solutions multi-axes. La sophistication des conceptions de pièces étant appelée à s'accroître, l'usinage 5 axes restera dans l'avenir un processus fondamental à la base d'une fabrication de classe mondiale.

FAQ

Q : Quels matériaux les machines à 5 axes peuvent-elles découper ?

A : Pratiquement tous les alliages métalliques, composites ou plastiques peuvent être usinés avec la technologie CNC à 5 axes, en fonction de la puissance et de la rigidité de la machine. Les matériaux courants sont l'aluminium, le titane, l'inconel, le carbure et les aciers trempés.

Q : Quel est le coût d'une machine 5 axes par rapport à une machine 3 axes ?

A : Les machines à 5 axes coûtent généralement entre 2 et 3 fois le prix d'une machine à 3 axes de taille équivalente. Toutefois, les capacités accrues permettent un usinage plus efficace des pièces complexes, ce qui contribue à compenser l'investissement initial.

Q : Quelles sont les connaissances en programmation nécessaires pour utiliser l'axe 5 ?

A : Les logiciels de FAO modernes rendent la technologie CNC à 5 axes très accessible aux programmeurs ayant une expérience à 3 axes. Pour les pièces complexes, une formation supplémentaire sur les stratégies de parcours d'outils multi-axes peut s'avérer bénéfique.

Q : Quelles sont les industries qui bénéficient le plus du 5-axes ?

A : Les secteurs de l'aérospatiale, des moules et matrices, de la médecine et de l'énergie sont les plus rentables en raison de l'utilisation fréquente de modèles aux contours complexes et des tolérances serrées requises.