Quelle est la différence entre un usinage à 3, 4 et 5 axes?

Les fraiseuses CNC modernes sont des outils étonnants, capables de fabriquer des prototypes et des pièces de production de manière rapide et fiable. Pour ce faire, elles doivent être capables de se déplacer sur plusieurs axes tout en conservant une précision dimensionnelle.

Les fraiseuses à commande numérique sont donc classées en fonction du nombre d'axes sur lesquels elles fonctionnent, les fraiseuses à 3, 4 et 5 axes étant les plus courantes.Ces mouvements déterminent les caractéristiques des pièces qui peuvent être réalisées et affectent également l'efficacité et la précision de la production. D'une manière générale, plus le nombre de degrés de liberté disponibles est élevé, plus les géométries qui peuvent être produites sont complexes. Pour savoir si l'usinage CNC convient à votre prochain projet, explorons les avantages et les utilisations de ces différents types.

1. Comment se déplace une machine CNC ?

Il est clair que nous ne parlons pas de la machine elle-même qui se lève et s'en va. Nous décrivons plutôt le mouvement de l'outil de coupe par rapport à la pièce à usiner, qui est ce qui importe ici.

Tout d'abord, comment déterminer quel axe est le bon ? Imaginez que vous êtes face à une fraiseuse CNC typique à 3 axes. Depuis votre point de référence, l'axe X est parallèle à l'avant de votre corps et se déplace de gauche à droite. L'axe Y est alors la direction perpendiculaire à vous, d'avant en arrière, tandis que l'axe Z est vertical.

Dans une fraiseuse typique, la table de travail se déplace sur le plan X/Y. La broche, qui tient l'outil de coupe, se déplace sur l'axe Z. Notez également que l'outil de coupe tourne dans la broche, mais ce mouvement de rotation n'est pas considéré comme un axe de mouvement.

L'ensemble de ces mouvements définit un espace tridimensionnel, un volume cubique, à l'intérieur duquel la machine effectue des opérations de coupe.

2. A quoi sert une fraiseuse 3 axes ?

Nous utilisons des machines à 3 axes tous les jours pour une variété d'opérations de fraisage. Elles sont idéales pour un enlèvement de matière rapide et efficace et pour la réalisation de surfaces planes ou plates. Ces formes géométriques sont dites prismatiques, essentiellement rectilignes, par opposition aux formes plus organiques. Oui, une fraiseuse à 3 axes peut réaliser des profils arrondis, mais elle n'est pas idéalement adaptée à cette tâche.

Les fraises à 3 axes sont couramment utilisées pour percer et tarauder des trous, mais uniquement le long de l'axe Z. En effet, la broche se déplace dans le sens de la longueur. En effet, la broche se déplace de haut en bas et ne peut pas pénétrer dans la pièce par le côté. C'est une limitation pour de nombreuses pièces qui nécessitent des trous ou des poches usinés sur plusieurs faces, auxquelles la machine à 3 axes ne peut normalement pas accéder.

Bien sûr, cette limitation peut être surmontée si la pièce est démontée de la table de travail, puis repositionnée. C'est acceptable s'il n'y a pas d'autre choix, mais la pièce doit alors être réindexée. Cela signifie qu'il faut utiliser des palpeurs pour établir un nouveau point de référence avant de pouvoir reprendre l'usinage.

Il s'agit d'un processus lent et il existe un risque réel de créer des erreurs dimensionnelles. C'est pourquoi il faut toujours éviter, dans la mesure du possible, de sortir une pièce de son dispositif de fixation et de la repositionner au milieu d'un travail.

Une fraiseuse à 3 axes peut réaliser des caractéristiques circulaires, mais uniquement sur le plan X/Y. Néanmoins, la simplicité relative du mouvement convient à de nombreux projets qui ne nécessitent pas de complexité et qui bénéficient plutôt d'un débit de pièces et d'une efficacité de processus maximum.

3. Quels sont les avantages d'une fraiseuse CNC à 4 axes ?

L'ajout d'un quatrième axe de mouvement ouvre de nombreuses nouvelles possibilités d'usinage. Cela se fait généralement par l'ajout d'un mouvement rotatif le long de l'axe X. Cette rotation supplémentaire le long de l'axe X est appelée "mouvement de rotation". Cette rotation supplémentaire le long de l'axe X s'appelle l'axe A.

La table rotative permet au machiniste de monter une pièce sur une extrémité, puis de la faire tourner pour accéder aux autres côtés de la pièce. Cela évite le problème du remontage et de la ré indexation que vous auriez sur une fraiseuse à 3 axes. Comme la pièce est partiellement suspendue - c'est-à-dire qu'elle ne touche pas la surface de la table de travail - il est maintenant possible de percer des trous ou d'autres caractéristiques qui pénètrent complètement dans une pièce.

Plus important encore, la rotation de la pièce en cours d'usinage permet de réaliser des courbes et des contours plus complexes. Une pièce peut même être tournée comme sur un tour, créant ainsi des profils cylindriques et sphériques. Cependant, la fraiseuse à 4 axes n'est pas optimisée pour ce type d'opération, qui sera donc plus lente que sur un tour dédié.

4. Quels sont les avantages d'une fraiseuse CNC 5 axes ?

On peut encore ajouter un autre degré de liberté, cette fois le long de l'axe Y. La rotation autour de Y est appelée l'axe B.

Pour obtenir cinq axes de liberté, une fraiseuse à 3 axes peut être équipée ultérieurement d'une tête de trémolo. Il s'agit d'un accessoire auxiliaire qui permet le déplacement sur les axes A et B. Si l'on ajoute à cela les autres capacités d'une fraiseuse à trois axes, il est désormais possible de fabriquer des formes plus sophistiquées, comme des rotors hélicoïdaux. Ces derniers présentent des courbes composées complexes dans plusieurs directions, qui ne peuvent être réalisées que sur une machine à 5 axes.

Toutefois, une machine à 3 axes équipée d'une tête de trémail présente des limites. D'une part, une machine 5 axes dédiée est généralement beaucoup plus rigide. En effet, elle doit maintenir la précision même en se déplaçant simultanément dans de nombreuses directions. Cette précision implique des tolérances plus étroites, même pour des pièces relativement simples.
5. Combien d'axes supplémentaires y a-t-il ?

 

Afin de fabriquer des pièces toujours plus sophistiquées rapidement et avec un minimum de réglages, les centres d'usinage à commande numérique augmentent considérablement leurs capacités. Les machines à 9 axes combinent les fonctions de tournage et de fraisage avec une robotique avancée pour fournir des solutions tout-en-un. Cependant, elles sont généralement volumineuses et coûteuses à utiliser. Ces machines sont généralement utilisées pour des applications aérospatiales, militaires ou scientifiques.

Pour la plupart des produits, 5 axes suffisent pour fabriquer des pièces riches en fonctionnalités avec des tolérances serrées. C'est ce que vous pouvez attendre lorsque vous contactez 3D PRINT pour un devis gratuit sur votre prochain projet de prototypage rapide CNC ou de fabrication en petites et moyennes séries.