Guide succinct de l'usinage CNC à 5 axes

La fraiseuse CNC à 5 axes montre comment un contrôle informatique complexe peut faciliter des capacités de fabrication inégalées et, franchement, elle est fascinante à observer lorsqu'elle se déplace et tourne autour des axes. Elle est capable de traiter des géométries que les fraiseuses à 3 axes ne peuvent pas traiter, et possède le degré de liberté que les imprimantes 3D commencent tout juste à avoir.

Dans cet article, nous allons découvrir ensemble les points clés de l'usinage CNC à 5 axes.

Les 3 axes ne suffisent-ils pas ?

La commande numérique par ordinateur (CNC), plus communément désignée par son acronyme anglais CNC, désigne tout système par lequel une tête d'outil se déplace le long d'une trajectoire prédéfinie afin d'effectuer diverses tâches telles que le perçage, la découpe, l'impression ou le fraisage.

Le terme "CNC" est souvent associé au fraisage CNC - qui utilise une broche comme tête de coupe - mais la CNC ne se limite pas au fraisage ! Il existe diverses applications où la Usinage CNC est plus bénéfique que le simple broyage.

Toutefois, dans cet article, nous nous concentrerons sur le fraisage CNC : le processus d'enlèvement systématique de matière par un outil de coupe pour produire une forme géométrique finale. Dans ce processus de réduction de la matière, l'ordinateur est chargé de convertir les dessins de CAO en coordonnées, qui peuvent être utilisées par l'outil de coupe comme instructions pour savoir où enlever de la matière et révéler l'objet final.

Percer les secrets de l'usinage CNC à 5 axes

Une fraiseuse CNC à 5 axes est une version avancée des fraiseuses traditionnelles dans laquelle l'outil de coupe peut se déplacer simultanément sur cinq axes, ce qui permet de créer des formes géométriques complexes.

La fraiseuse CNC conventionnelle à trois axes, très appréciée des amateurs, ne peut pas déplacer la broche de coupe de manière à créer des cavités partielles et des surplombs, par exemple, si le matériau n'est pas ajusté manuellement pendant le processus d'usinage.

Les matériaux couramment utilisés pour le fraisage CNC sont généralement le plastique, le métal, la résine, la cire ou le bois. Comme les fraiseuses CNC peuvent être équipées de presque tous les types de mèches, elles peuvent également traiter tous les matériaux qui peuvent être percés raisonnablement et en toute sécurité.

En raison de sa capacité à fabriquer des pièces complexes à partir de matériaux robustes et durables, le fraisage CNC 5 axes est devenu une solution de fabrication et de prototypage courante dans l'industrie aérospatiale, qui nécessite indubitablement des géométries complexes à haute résistance pour répondre à des applications exigeantes.

Au-delà du troisième axe

Les lecteurs du public qui aiment les mathématiques peuvent se demander d'où viennent ces deux axes supplémentaires. Après tout, le système de coordonnées cartésiennes ne comporte que trois axes - X, Y et Z. La réponse est étonnamment simple. La CNC à 5 axes ajoute un axe de rotation supplémentaire autour des axes X et Y. Ces axes sont appelés axes de rotation. Ces axes sont appelés axes de rotation, tandis que les directions standard X, Y et Z sont appelées axes de translation.

L'image ci-dessus montre cinq axes. Certaines machines comportent en effet des axes Z rotatifs, mais en réalité, les fraiseuses CNC à 6 axes sont rares, car le sixième axe n'apporte que peu d'avantages en dehors des applications haut de gamme ou de niche. Cependant, elles existent toujours, car ces machines CNC à 6 axes offrent un troisième axe de rotation.

5 axes dans un monde à 3 axes

Les fraiseuses CNC peuvent atteindre leur capacité 5 axes grâce à deux méthodes mécaniques : la rotation de la tête de coupe ou le déplacement de l'établi (ainsi que du bloc de matériau).

Comme son nom l'indique, la machine à tête rotative peut manipuler la tête de l'outil autour du bloc de matériau, pénétrant ainsi dans des espaces étroits sous différents angles. Cette méthode permet de traiter des objets plus grands et plus lourds, car le bloc de matériau reste immobile tout au long du processus.

D'autre part, Fraiseuses CNC qui déplacent des objets sur une table (également appelés tourillons) obtiennent deux axes de liberté supplémentaires en faisant tourner la table sur laquelle le matériel est placé. L'avantage de cette méthode est la rapidité et la stabilité, bien que les objets trop grands ou trop lourds ne puissent pas être tournés de cette manière.

Fraiseuse CNC à 5 axes

L'usinage à 5 axes est une technologie complexe mais réalisable. Certaines machines sont spécialement conçues pour cette tâche et utilisent des méthodes de commande numérique continue. Il s'agit d'ajuster en permanence l'outil de coupe sur les cinq axes afin de maintenir une perpendicularité optimale entre le foret et la surface de coupe.

D'autre part, certaines machines (comme la Haas VF-4) peuvent être modifiées en ajoutant des tourillons pour obtenir deux axes supplémentaires. Il s'agit d'une méthode d'usinage 3+2 axes, qui bloque la pièce à un certain angle déterminé par les axes de rotation autour de X et Y, tandis que la tête de l'outil se déplace sur les 3 axes pour couper la pièce.

Fraisage en continu et fraisage 3+2 axes

Le principal avantage de la CNC en continu est la vitesse. Au cours de ce processus, il n'est pas nécessaire d'arrêter la coupe pour repositionner la pièce plusieurs fois, et une CNC 5 axes en continu peut achever le travail rapidement. Toutefois, il convient de noter que les têtes d'outils en mouvement continu nécessitent plus de pièces mobiles (c'est-à-dire plus d'usure) et une détection des collisions plus avancée.

Dans une machine à 3 axes, la gravité et les dispositifs de fixation travaillent ensemble pour garantir que les objets restent en sécurité pendant le traitement. Par conséquent, les pièces doivent avoir une épaisseur minimale (en fonction du matériau) pour éviter qu'elles ne se cassent lorsqu'elles sont usinées dans une direction spécifique. Pour s'assurer que la pièce est fixée sur la fraiseuse avec une force suffisante, des outils tels que des fixations hydrauliques ou des étaux à point zéro sont couramment utilisés.

Lors de l'utilisation d'outils de coupe lourds, des fragments de matériau peuvent voler à grande vitesse, d'où l'importance de veiller à ce que la tête de coupe n'entre pas en collision avec le matériau brut à des endroits inattendus. Le suivi de tous les éléments dans l'espace 3D s'est avéré être un outil de programmation important. défi.

Le rôle de la machine CNC à 5 axes

Le fraisage 5 axes permet de produire des pièces de haute qualité, mais ce n'est pas la seule méthode pour les fabriquer

Quand l'usinage 5 axes est-il utile ? C'est le meilleur choix lorsque les pièces doivent avoir une certaine résistance, être totalement exemptes de trous ou être fabriquées à partir de matériaux de base uniques. Dans ce cas, même l'imprimante 3D DMLS la plus avancée technologiquement ne peut répondre à vos besoins.

L'usinage CNC à 5 axes offre aux fabricants un moyen efficace de modifier des objets existants avec des caractéristiques complexes qui ne peuvent pas être produites à l'aide d'une machine à commande numérique. Imprimantes 3DCependant, l'usinage 5 axes seul ne leur apporte pas toujours une solution idéale à leurs dilemmes.

Limites

Il s'agit d'un processus plus complexe. Si les imprimantes 3D peuvent être mises en marche et généralement laissées à elles-mêmes, les fraiseuses CNC à 5 axes requièrent davantage de temps et d'attention. En effet, la pièce brute doit être repositionnée à plusieurs reprises, la tête de l'outil doit être calibrée et remplacée, et la FAO doit être exécutée par étapes.

Ses capacités géométriques sont encore relativement limitées. Bien qu'elle puisse réaliser les formes géométriques les plus complexes, elle est plus complexe qu'une fraiseuse à 3 axes, mais ne peut pas atteindre les mêmes résultats que de nombreuses imprimantes 3D. Par exemple, même une fraiseuse CNC à 5 axes ne peut pas fabriquer des sphères creuses à partir d'ébauches solides.

Des matériaux sont gaspillés au cours du processus de production. En fonction de la technologie de l'imprimante 3D, Fixation CNC les machines peuvent gaspiller plus de matériaux (après tout, il s'agit d'un processus de fabrication soustractif). Toutefois, cette situation peut parfois être atténuée, car les déchets d'usine tels que l'aluminium et l'acier peuvent souvent être collectés et recyclés pour constituer de nouveaux stocks.

Il est évident que ces raisons ne sont pas suffisantes pour éviter l'usinage CNC 5 axes, mais il est préférable de les garder à l'esprit lorsque l'on traite des projets qui peuvent bénéficier d'une approche 5 axes.