Qu’Est-Ce Que L’Usinage 5 Axes?

Table des matières

• Qu’est-ce que l’usinage 5 Axes?
• Histoire de l’Usinage 5 Axes
• Le Processus d’Usinage 5 Axes
• Applications courantes pour l’Usinage 5 Axes

5- l’usinage d’axe est une méthode de coupe avancée qui crée certaines des pièces de la plus haute qualité. Il fonctionne avec la technologie de commande numérique par ordinateur (CNC). Alors qu’il était auparavant réservé aux seuls fabricants aux budgets les plus élevés, l’usinage 5 axes a parcouru un long chemin et est maintenant couramment disponible pour le reste du monde de la fabrication.

Les broyeurs et machines à 5 axes sont très utilisés dans les applications aérospatiales et peuvent couper même les motifs les plus complexes. Ils peuvent également offrir des améliorations de l’efficacité pour les produits qui peuvent ne nécessiter qu’un usinage 3 axes. Quelle que soit la manière dont vous choisissez de l’utiliser, un usinage 5 axes réussi peut avoir des avantages significatifs pour vos opérations de fabrication.

5- l’usinage d’axe fonctionne selon les mêmes principes que la sculpture. Vous prenez un gros bloc de matériau et retirez l’excédent avec un outil de coupe, pièce par pièce, jusqu’à ce qu’il ne reste plus que l’objet final. Ce processus est soustractif, par opposition à quelque chose d’additif comme l’impression 3D, qui ajoute du matériau à une base.

De nombreuses machines CNC fonctionnent sur trois axes, avec un axe X, un axe Y et un axe Z pour le mouvement de la machine. Dans une machine à 5 axes, vous avez toujours ces trois, mais deux d’entre eux tournent également, ajoutant un axe A et un axe B. Cette conception leur permet d’effectuer de nombreux mouvements simultanés pour créer des dessins lisses ou complexes. La configuration des axes rotatifs et statiques peut varier d’une machine à l’autre.

L’usinage CNC 5 axes est rapide et efficace, offrant une approche « un et fait ». Dans une machine à 3 axes, vous devrez faire pivoter manuellement la pièce entre les passes afin que l’outil de coupe puisse accéder à toutes les faces. Une machine à 5 axes le fera pour vous. Il peut tourner la pièce et atteindre toutes ses faces en une seule fois. Il permet également des conceptions plus compliquées avec cette large gamme de mouvements, et vous pouvez compter sur la machine pour faire pivoter automatiquement les outils que vous utilisez.

En raison de la complexité accrue des machines, vous aurez besoin d’un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO) et de fabrication assistée par ordinateur (FAO) avec des capacités 5 axes, mais c’est courant. L’évitement des collisions devient également une préoccupation, car il y a plus d’angles dans lesquels l’outil peut fonctionner.

Histoire de l’usinage 5 axes

Croyez-le ou non, les machines multi-axes étaient utilisées avec quatre à 12 axes avant même que la CNC ne soit développée. Ces machines fonctionnaient avec des leviers sur des plaques à came et servaient à contrôler les mouvements d’outil, de table et de rotation, ainsi qu’à serrer les fixations. Bien que grandes et encombrantes, ces machines manuelles multi-axes étaient bien adaptées à la production de masse. Ils ont également été les précurseurs des machines à 5 axes que nous connaissons aujourd’hui.

Les premières machines à commande numérique (CN) ont été construites dans les années 40 et le ruban perforé était ce qui les faisait fonctionner. Ils ont été développés par John T. Parsons et Frank Stulen, de Traverse City, Michigan. Parsons possédait Parsons Corp. et a eu l’idée initiale tout en travaillant sur des pièces d’hélicoptère nécessitant des structures spécifiques et complexes. Stulen a même reçu la Médaille Nationale de la Technologie et de l’Innovation en 1985 pour son travail sur la machine.

Des fonctionnalités supplémentaires de la technologie CN ont été développées au cours des années suivantes et des commandes informatiques ont été incorporées. Les machines à commande numérique se sont rapidement développées en machines à commande numérique, et elles ont acquis une telle popularité que de nombreux langages de programmation différents ont été créés et ont dû être triés. G-code est le langage de programmation couramment utilisé aujourd’hui.

Les systèmes de post-traitement constituent une autre avancée importante. Les programmes de CAO créeraient les conceptions qu’un programme de FAO mapperait dans les trajectoires d’outils et les mouvements de la machine. Le système de post-traitement convertirait les résultats de la FAO en un code pouvant être lu par la machine spécifique utilisée. En bref, un post-processeur traduit les données d’un système de FAO en code G que la machine CNC peut lire. Ce développement a permis à une conception de CAME d’être lue par n’importe quelle machine nécessaire et a ajouté une polyvalence et une facilité d’utilisation à l’ensemble de l’opération.

Avec la baisse des prix des ordinateurs dans les années 60 et 70, les machines à commande numérique sont devenues de plus en plus abordables. Maintenant, plus que les meilleurs des meilleurs pouvaient se permettre une machine à 5 axes. Les systèmes de CAME avancés ont également permis à des opérateurs moins expérimentés de faire fonctionner la machine et ont permis à des non-experts de les utiliser. Combiné à l’absence de besoin de repositionnement manuel de l’objet, le travail est devenu plus gérable. Une meilleure automatisation et une meilleure qualité de production ont incité davantage d’entreprises à adopter des machines CNC.

Quant aux machines multi-axes, elles ont mis un peu plus de temps à devenir abordables en raison de la complexité accrue. Ils ne se trouvaient principalement que dans les grandes entreprises aérospatiales qui avaient le budget et les connaissances nécessaires pour créer les projets spécifiques dont elles avaient besoin. Maintenant, les machines multi-axes sont monnaie courante dans tous les ateliers.

Mais c’est un développement plus récent. les machines à 5 axes étaient en fait sur la liste de contrôle du commerce du département de la Défense des États-Unis jusqu’en 2009. Le DoD les considérait comme une technologie de pointe et une question de sécurité nationale, de sorte que leur exportation était réglementée.

Les progrès des logiciels et de la technologie ont permis aux machines à 5 axes de devenir abordables et plus conviviales. Comme les machines à 5 axes sont devenues plus courantes, une éducation à leur sujet est également devenue nécessaire. Les collèges ont vu le rôle que jouent les machines à 5 axes dans la main-d’œuvre. Éduquer leurs étudiants à ce sujet leur donne un avantage substantiel et aide les futurs employeurs à réduire les coûts de formation supplémentaires.

Les coûts de formation des employés sont un facteur important à prendre en compte lors du passage à l’usinage 5 axes. Des opérateurs de machines qualifiés sont indispensables pour toute application à 5 axes. Sans employés formés, vous risquez de ne pas être en mesure de créer les pièces complexes dont vos clients ont besoin, et encore moins de faire fonctionner les machines en premier lieu. De plus, sans la base de connaissances présente, une machine à 5 axes n’est pas utilisée à son plein potentiel. Vous pourriez manquer des économies de coûts dans la réduction de la main-d’œuvre, l’amélioration de la qualité et les procédures d’automatisation.

Quant à son avenir, l’usinage 5 axes ne semble aller nulle part. Il n’a gagné en popularité que récemment dans des applications moins spécialisées et ses avantages sont largement répandus, même sur les travaux à 3 axes. Ces machines deviennent monnaie courante dans n’importe quel environnement de magasin.

Le processus d’usinage à 5 axes

Comme mentionné, la machine à 5 axes a deux axes de plus que son homologue traditionnel. Le « cinq » fait référence au nombre de directions que l’outil de coupe peut déplacer. Les deux supplémentaires permettent une rotation et des mouvements avancés pour trouver la meilleure connexion entre l’outil de coupe et le matériau. Plus particulièrement, cette opération simultanée offre également la possibilité de traiter jusqu’à cinq faces de la pièce en une seule passe. Jusqu’à 60% des pièces produites dans les ateliers CNC nécessitent un usinage à cinq faces, ce qui rend cette approche de plus en plus populaire.

Par rapport à une machine 3 axes, le procédé d’une machine 5 axes offre plusieurs avantages, notamment:

• Délais de livraison plus courts: Une machine à 5 axes nécessite moins de repositionnement manuel, car elle peut déplacer la pièce toute seule. Il peut également se déplacer de manière plus efficace et trouver de meilleurs angles pour augmenter l’efficacité du processus de coupe. Ces facteurs vous permettent de terminer votre partie en moins de temps.
• Plus grande précision: Les cinq axes de mouvement offrent beaucoup plus de précision qu’un processus à 3 axes. Tous les détails complexes ou complexes sont plus rapides et plus précis, et votre produit fini est sûr de respecter les spécifications de qualité et de performance.
• Outils de coupe plus courts: Avec l’amplitude de mouvement des machines à 5 axes, des fraises plus courtes peuvent être utilisées. Ceux-ci réduisent les vibrations qui se produisent souvent lors de coupes plus profondes dans une machine à 3 axes. Non seulement cela offre une finition plus lisse sur la surface, mais cela permet également des vitesses de coupe plus élevées sans pression excessive.
• Nouvelles opportunités commerciales: Une machine à 5 axes peut très bien créer plus d’opportunités pour les produits et services que vous pouvez fournir aux clients. La polyvalence de cette méthode peut ouvrir de nouvelles portes à votre entreprise.

Il existe plusieurs types de conception différents pour les machines à 5 axes qui créent différentes combinaisons d’axes rotatifs. Dans une machine verticale, les axes X et Y suivent le plan horizontal, avec Z dans la verticale. Les machines horizontales commutent les axes Z et Y.

La manipulation des cinq axes peut varier selon les machines et les fabricants. Ils peuvent utiliser des têtes pivotantes, des tables rotatives ou des tables à tourillons, entre autres caractéristiques. Chaque type d’appareil présente des avantages. Les différents types de machines à 5 axes varient en fonction de l’endroit où ils placent leurs axes de rotation — ils peuvent être à la fois dans la table, dans l’outil ou un dans chacun:

• Tourillon ou machine à table. Cela déplace la table pour atteindre sa portée et a la capacité de contenir des pièces avec un volume beaucoup plus important. Il permet également de meilleures capacités de contre-dépouille, car vous avez plus de 90 degrés de rotation dans au moins un axe. La table de tourillons utilise un axe A pour se déplacer autour de l’axe X et un axe C pour tourner autour de l’axe Z.
• Machine pivotante. Cela déplace la tête et la broche autour de la table. Il est capable de contenir des pièces beaucoup plus lourdes car la table ne se déplace pas de la même manière qu’une machine à tourillons. Une machine pivotante offre plus de polyvalence et d’accès, car elle présente moins d’interférences avec l’outil. Une machine à rotation pivotante fait tourner l’axe B autour de l’axe Y et l’axe C autour de l’axe Z.

Comme pour de nombreuses sélections d’outils, la meilleure configuration de machine à 5 axes dépend de la façon dont vous l’utiliserez.

Un autre aspect de cette équation est l’usinage 3+2, ou 5 axes positionnels. Dans ce type d’usinage, les entraînements rotatifs sont verrouillés, laissant les autres axes faire le travail. Cette approche est séparée de l’usinage 5 axes car elle ne déplace pas les pièces en continu les unes avec les autres. L’usinage 3+2 permet d’utiliser un outil de coupe plus court et plus rigide car la tête de broche peut être rapprochée de la pièce sans risque de collision. Des outils plus courts conduisent également à des vitesses plus rapides, offrant une finition de surface exceptionnelle. Le verrouillage d’un axe peut également ajouter de la stabilité à votre projet. L’usinage 3+2 nécessite moins de code tout en étant plus précis. Pour les pièces sans contours ou bords particulièrement détaillés, une approche à 3 + 2 axes peut bien fonctionner.

Applications courantes pour l’usinage 5 axes

Bien que les machines 5 axes étaient auparavant réservées uniquement aux marchés de l’aérospatiale, elles sont maintenant utilisées dans diverses industries.

Vous pouvez utiliser une machine à 5 axes partout où une machine à 3 axes est en place pour plus d’efficacité et une finition plus lisse. Il offre des cycles plus courts et nécessite moins de repositionnement manuel ou de changement d’outils. Dans une machine à 3 axes, l’opérateur doit repositionner le matériau pour que l’outil puisse atteindre toutes ses faces. Cette étape peut ouvrir le processus aux erreurs humaines et aux problèmes d’alignement. Une machine à 5 axes enlève cela, offrant un accès facile à tous les côtés.

Les logiciels de CAO et FAO pour machines à 5 axes peuvent être incroyablement avancés. Ils offrent une myriade d’options de programmation et incluent souvent l’évitement des collisions et des post-processeurs pour une connexion simple à une machine. Avec une configuration appropriée, vous pouvez même utiliser ces programmes pour l’usinage « à l’extinction », dans lequel il est laissé sans surveillance.

5- l’usinage par axes peut être utilisé pour des formes 3D complexes, ainsi que pour effectuer un usinage traditionnel sur des surfaces impaires ou inclinées. Certaines industries courantes qui utilisent l’usinage à 5 axes comprennent:

• Aérospatiale: Ce géant de la commande numérique utilise la capacité de l’usinage à 5 axes pour créer des formes lisses et des bords profilés. Les applications aérospatiales sont particulièrement uniques et géométriquement complexes, et le niveau de détail que vous pouvez obtenir d’une machine à 5 axes est extrêmement précieux, tout comme sa capacité à créer des coupes intérieures. Un autre avantage pour le marché de l’aérospatiale est qu’une pièce n’a pas besoin d’être repositionnée à chaque passage. L’utilisation de machines à 5 axes lui permet de rester aussi précis que possible en complétant une pièce en un seul passage.
• Médical: L’usinage 5 axes peut offrir des avantages aux fabricants d’équipements médicaux. La haute précision qu’il offre peut aider la production d’appareils, d’implants et d’autres équipements à répondre aux normes de santé rigoureuses. Ces produits sont petits, avec des détails complexes, et une machine à 5 axes permet d’économiser du temps et de l’argent grâce à des processus plus efficaces et à une production précise.
• Militaire: Des composants pour des équipements militaires précis se trouvent également fréquemment dans une machine à 5 axes. Outre leurs applications aérospatiales, celles-ci peuvent inclure des pièces sous-marines, des aubes de turbines et de compresseurs, des pièces de moteur hautes performances, des applications furtives, des armes intelligentes, des capteurs et même des armes nucléaires. Bien que toutes ne soient pas des applications militaires, environ la moitié des acheteurs de machines à 5 axes les achètent pour des contrats ou des projets avec le gouvernement américain.
• Équipement énergétique: Une machine à 5 axes peut créer des pièces détaillées et spécifiques dont l’équipement énergétique a besoin. Si vous travaillez avec des matériaux particulièrement rugueux et résistants, l’utilisation d’une machine à 5 axes peut apporter de la stabilité à votre espace de travail, ce qui facilite la coupe et la mise en forme. Cela peut également rendre votre processus plus efficace, réduisant l’usure de vos outils.

Les autres industries qui utilisent l’usinage à 5 axes comprennent la transformation des aliments et les produits pharmaceutiques.

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Que vous créiez des machines avancées pour un projet aérospatial haut de gamme ou des pièces simples pour un véhicule grand public, les machines 5 axes peuvent améliorer votre flux de travail. Certains projets auront besoin des capacités avancées offertes par les deux axes supplémentaires, tandis que d’autres pourront bénéficier de la réduction du travail et des erreurs. Une machine à 5 axes peut même ouvrir de nouvelles portes à ce que vous pouvez produire.

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