Pièces usinées CNC sur mesure | Fabricant OEM/ODM de pièces de tournage et de fraisage CNC de précision
⚙️Que signifie l'usinage à 3, 4 et 5 axes ?
Les machines CNC offrent différentes capacités d'usinage par axes ; les configurations à 3, 4 et 5 axes sont les plus courantes. Chaque axe définit la capacité de déplacement des outils de coupe dans une direction précise.
L'usinage 3 axes signifie que l'outil se déplace dans 3 directions linéaires, X, Y et Z.
Direction horizontale de gauche à droite
Direction de l'avant vers l'arrière
Direction verticale (haut et bas)
En résumé, une fraiseuse 3 axes couvre les trois dimensions par rapport à la pièce fixe. Elle permet de réaliser des formes simples et, pour usiner différentes faces d'une pièce, un repositionnement est nécessaire.
Une fraiseuse CNC 4 ou 5 axes permet d'usiner des surfaces planes, en profondeur et en contour en une seule opération, ce qui la rend idéale pour les conceptions complexes et extrêmement détaillées. Elle peut réaliser des usinages multifaces, créer des formes angulaires et des profils complexes.
🔍Principales différences entre l'usinage à 3 axes, à 4 axes et à 5 axes
Il existe différents types de machines CNC, dont la fraiseuse. Au sein de cette catégorie, la fraiseuse est elle-même subdivisée selon le nombre d'axes : fraiseuse 3, 4 ou 5 axes. Chacune possède des capacités spécifiques.
Leur complexité d'installation, leurs capacités d'usinage, leur programmation CNC, leur fonctionnement, leur coût, leur efficacité en termes de temps, leur précision et leurs exigences de maintenance diffèrent également. Il est essentiel de comprendre ces différences avant de choisir la solution la plus adaptée à la fabrication de vos pièces et produits.
🔧Configuration et programmation de la machine
Les fraiseuses 4 et 5 axes, ayant des axes d'usinage plus hauts, sont plus complexes à régler. Elles exigent un bridage précis et un alignement parfait du centre de la pièce avec l'axe de rotation. En revanche, une fraiseuse CNC 3 axes est beaucoup plus simple à régler. Cependant, elle nécessite un resserrage pour le fraisage multifaces.
Sur 3 axes, Codes G et M de base Pour les mouvements linéaires, cela suffit. Mais pour les axes supérieurs, il faut des codes complexes et longs, comme l'ajout d'un nouvel angle de rotation fixe après une découpe linéaire par indexation ou un mouvement continu pour une découpe et une rotation simultanées.
🖥️Complexité opérationnelle
Les centres d'usinage et fraiseuses CNC 5 axes nécessitent des programmes complexes, ce qui rend leur utilisation plus délicate que celle des machines 3 axes. De petites erreurs de configuration ou de programmation peuvent entraîner des problèmes de précision, voire des pannes. De plus, la complexité du parcours d'usinage accroît le risque de collision d'outils.
Par conséquent, l'utilisation d'une fraiseuse CNC à 5 ou 4 axes nécessite des techniciens et des ingénieurs experts possédant une vaste expérience.
⚡Vitesse de production
Les machines 4 et 5 axes, capables de faire pivoter la pièce et d'enlever de la matière sous plusieurs angles, sont à la fois plus rapides et plus précises. Une seule opération d'usinage peut être réalisée avec différents outils et usiner la pièce simultanément sur plusieurs faces. Ce processus continu élimine les réglages et alignements multiples : les différents outils se déplacent selon des trajectoires prédéterminées et enlèvent la matière, tandis que la pièce pivote sur plusieurs faces jusqu'à l'obtention de la forme finale. Toutefois, si l'usinage ne concerne qu'une seule face de la pièce, les fraiseuses 3 axes offrent une vitesse de production satisfaisante.
💰Efficacité en matière de coûts
L'usinage 4 et 5 axes est plus coûteux que l'usinage CNC 3 axes, mais il est préférable pour les applications exigeant une grande précision et une fonctionnalité optimale, comme les cames complexes ou les profils hélicoïdaux. En revanche, les formes et profils simples sont plus économiques et mieux adaptés à la fabrication sur machines 3 axes.
🎯Précision et exactitude
Les opérations d'usinage à 4 et 5 axes offrent des résultats plus précis et exacts, tant pour le prototypage que pour la production en série. La différence de tolérance entre le fraisage CNC à 3, 4 et 5 axes est d'environ ±0,001″, ±0,001″/±0,01°, et ±0,0005″/±0,008° Simultanément. Le risque d'erreur est particulièrement élevé lors de l'utilisation de machines à 3 axes pour des tâches multifaces, car elles nécessitent des serrages répétés.
🏗️Pièces/Produits de conception complexe
Comme mentionné précédemment, les fraiseuses 4 et 5 axes sont largement privilégiées pour l'usinage de pièces complexes et détaillées. Les fraiseuses 3 axes ne travaillent que sur une seule face de la pièce à la fois (2,5D) ou nécessitent un réajustement pour usiner l'autre face. En revanche, les fraiseuses 3+1 ou 3+2 axes permettent la rotation de la pièce et un fraisage continu.
- 3 axes : Des modèles simples avec des caractéristiques telles que des profils plats, des poches et des fentes, des trous verticaux, des bossages, des chanfreins, des surfaces étagées, etc.
- 4 axes : Motifs à base radiale, rainures en spirale ou hélicoïdales, trous latéraux, découpes en angle, etc.
- 5 axes : Des conceptions complexes avec des caractéristiques élaborées telles que des surfaces de forme libre, des contre-dépouilles, des trous inclinés sur plusieurs axes, etc.
✨Qualité de la finition de surface
Les opérations CNC à 5 ou 4 axes permettent d'obtenir une finition fine et miroir, avec une valeur Ra pouvant atteindre 0,4 µmCela s'explique par des angles d'outils optimaux, des outils plus courts et une coupe continue. Par ailleurs, le fraisage 3 axes permet de produire des surfaces présentant une rugosité minimale de 1,6 µm.
🏭Applications du fraisage à 3, 4 et 5 axes
Le processus d'usinage CNC L'usinage CNC trouve des applications dans de nombreux secteurs, indépendamment du nombre d'axes. La seule différence réside dans le nombre d'axes : les machines à grand nombre d'axes servent à produire des pièces complexes et critiques, tandis que celles à plus petit nombre d'axes (comme 3) sont principalement utilisées pour fabriquer des pièces moins exigeantes en précision et présentant des caractéristiques géométriques simples. Par exemple, la fabrication de plaques et de boîtiers électroniques simples est rentable avec une machine CNC 3 axes, tandis que des pièces comme les implants médicaux sur mesure ou les composants de moteurs d'avion sont fabriquées avec des machines CNC 5 axes, voire plus, en raison des exigences de haute précision.
Le tableau suivant illustre la différence d'application entre le fraisage CNC à 3, 4 et 5 axes dans les industries courantes avec des exemples ;
| Industrie | Applications de fraisage 3 axes | Applications de fraisage 4 axes | Applications de fraisage 5 axes |
| Automobile | Supports d'étriers de frein, plaques de fixation du moteur, pièces de moyeu de roue. | Arbres à cames, culasses, carter d'engrenages | Orifices de culasse, prototypes de jantes en alliage, collecteurs d'admission moteur, |
| Aérospatial | Supports, fixations, etc. | Empreintes de pales d'éoliennes, raccords d'extrémité de longerons d'éoliennes et supports sur mesure. | Injecteurs de carburant, pièces du train d'atterrissage et sections de fuselage |
| Médical | Mobilier médical, plateaux et outils simples. | Empreintes de pales d'éoliennes, raccords d'extrémité de longerons d'éoliennes et supports sur mesure. | Culasses, moules, prototypes d'essai, composants de transmission. |
| Électronique | Circuits imprimés, dissipateurs thermiques, boîtiers, connecteurs, coffrets | Implants sur mesure (hanche/genou/dentaire), robots chirurgicaux, prothèses, pièces détachées pour appareils de diagnostic | Dissipateurs thermiques sur mesure avec ailettes denses, micro-connecteurs |
| Outillage de moulage et de matrice | Moules avec éléments angulaires, canaux de refroidissement, ouvertures pour broches d'éjection | Moules d'injection complexes, cavités profondes, contre-dépouilles, profils de moules à finition miroir, | Outils de fond de puits, aubes de turbine, pièces de compresseur, vannes complexes |
| Énergie | Pièces standard, supports, soupapes simples, blocs-cylindres | Corps de vannes, rotors, turbines. | Aubes de turbine, pièces de compresseur, vannes complexes |
📊Avantages et inconvénients du fraisage 3 axes
- La commande numérique par ordinateur (CNC) à 3 axes est simple et économique ; elle ne nécessite pas d'opérateurs hautement qualifiés ni de programmation complexe.
- Il excelle dans l'usinage de surfaces planes, comme le perçage, le planage, le rainurage, etc.
- La configuration des outils est beaucoup plus simple et rapide que sur les machines à plusieurs axes.
- Il peut être utilisé pour l'usinage multifaces en resserrant la pièce et en ajustant l'outil.
- Il est difficile de réaliser des formes géométriques complexes avec le fraisage 3 axes, comme des cavités profondes, des contours irréguliers, des formes angulaires et des contre-dépouilles.
- Son temps de cycle est plus long et sa précision dimensionnelle relativement faible.
📊Avantages et inconvénients du fraisage 4 et 5 axes
- Quatre axes permettent la rotation de la pièce autour de l'axe x, et cinq axes permettent la rotation autour des axes X et Y. On obtient ainsi une plus grande flexibilité lors du fraisage.
- Précision et cohérence accrues, même pour les conceptions complexes.
- Vous pouvez usiner toutes les faces de la pièce sans en modifier l'orientation, ce qui réduit le temps de cycle et augmente la précision.
- Il est facile d'effectuer des opérations d'usinage angulaires et des contournages complexes.
- Cela réduit les coûts d'installation et de montage car vous pouvez faire tourner la pièce et fraiser en continu.
- En particulier, les fraises maintiennent un angle de contact optimal, ce qui contribue à obtenir une qualité de finition de surface supérieure.
- Des opérateurs hautement qualifiés et une modélisation FAO complexe sont nécessaires pour faire fonctionner les fraiseuses à 4 et 5 axes.
- Elles peuvent s'avérer coûteuses pour les prototypes et les produits plus simples en raison des coûts élevés liés aux machines et à la mise en place initiale.
- Le coût de production n'est justifié que pour les pièces de qualité industrielle et applications d'usinage CNC nécessitant un haut niveau de précision pour son fonctionnement.
🧭Comment choisir entre le fraisage à 3, 4 et 5 axes ?
Il est impossible de répondre directement à la question de savoir quelle fraiseuse est la meilleure entre 3, 4 et 5 axes. Le choix dépend des exigences et de la complexité de la pièce à usiner.
Voici quelques considérations essentielles :
Tout d'abord, déterminez le type de caractéristiques géométriques de votre conception : des formes simples en 2,5D et planes, ou des formes complexes comme des contre-dépouilles et des contours irréguliers ? Si la forme est complexe, vous devrez usiner votre pièce avec un nombre d'axes plus élevé (4 ou 5). C'est le cas, par exemple, des aubes de turbines et des outils de moulage plastique.
Avez-vous besoin de tolérances très serrées, de l'ordre de 0,0127 mm (0,0005″), pour des performances et une fonctionnalité optimales, ou des tolérances standard suffisent-elles ? Si oui, seules les machines 4 et 5 axes peuvent garantir une précision et une régularité exceptionnelles. Sinon, optez pour le fraisage 3 axes.
Il est également essentiel de tenir compte du secteur d'activité pour lequel vous fabriquez. Si les pièces ou prototypes sont destinés à des industries de haute précision comme l'aérospatiale, le médical ou la défense, vous devrez peut-être opter pour des machines avec un nombre d'axes plus élevé. Sinon, vous pouvez choisir des machines à 3 axes.
Le volume de production et le coût sont liés. En particulier pour l'usinage à grand nombre d'axes, les volumes importants réduisent considérablement le coût de production par pièce. En effet, les coûts de programmation, d'étape et d'outillage sont répartis sur plusieurs lots. Pour les petites séries, il est possible d'utiliser des fraiseuses 3 axes en ajustant la configuration, même pour des conceptions de complexité modérée.