Les fabricants sont souvent confrontés à des problèmes de pièces complexes. Nombre d'entre elles nécessitent des tolérances plus strictes et des délais de livraison plus courts. Les tours standard ne peuvent pas traiter toutes les formes et tous les angles. Si vous avez besoin de pièces complexes fabriquées rapidement, les tours à 5 axes pourraient être la solution. Ces machines coupent les matériaux sous plusieurs angles en un seul réglage, ce qui permet de gagner du temps et de réduire les erreurs.
De nombreux ateliers adoptent des tours à 5 axes pour obtenir de meilleurs résultats. Vous êtes curieux de savoir comment fonctionnent ces machines et ce qu'elles peuvent faire ? Ce guide vous aidera à démarrer.
Qu'est-ce qu'un tour à 5 axes ?
Un tour à 5 axes est une machine CNC qui tourne et déplace l'outil de coupe le long de cinq axes. Il s'agit des axes linéaires habituels X, Y et Z, ainsi que de deux axes rotatifs, souvent désignés par A et B ou B et C. Cette configuration permet à l'outil d'approcher la pièce sous presque n'importe quel angle.
La machine peut tourner la pièce et fraiser des caractéristiques complexes sans la sortir du mandrin. Cela réduit les erreurs de repositionnement et améliore la précision globale. C'est un grand pas en avant par rapport aux installations à 3 ou même 4 axes, qui nécessitent souvent des opérations et des montages multiples.
En bref, il combine les fonctions de tournage et de fraisage en une seule machine. C'est pourquoi il est souvent utilisé pour les pièces présentant des courbes, des contre-dépouilles ou des caractéristiques sur plusieurs faces.
Évolution de la technologie de l'usinage multiaxial
Le passage des tours manuels aux machines CNC multi-axes s'est fait sur plusieurs décennies. Les premières machines CNC utilisaient 2 ou 3 axes et nécessitaient plusieurs réglages pour les pièces complexes. Ces réglages ralentissaient la production et augmentaient les erreurs.
La demande de tolérances plus serrées et d'une production plus rapide ayant augmenté, les fabricants ont mis au point des systèmes à 4 et 5 axes. Ces machines offrent une plus grande liberté de mouvement et réduisent le travail manuel.
Aujourd'hui, les tours à 5 axes sont plus disponibles et plus abordables que jamais. Ils sont utilisés dans de nombreuses industries, de l'aérospatiale aux appareils médicaux, où la précision et l'efficacité sont essentielles.
Principe de fonctionnement d'un tour à 5 axes
Les tours à 5 axes combinent le tournage et le fraisage. Ils déplacent l'outil ou la pièce le long de cinq trajectoires contrôlées pour créer des géométries complexes.
Comprendre les axes de rotation et les axes linéaires
Un tour à 5 axes se déplace dans trois directions linéaires - X, Y et Z. Ces directions sont les mêmes que celles de la plupart des machines de base.
- L'axe X déplace l'outil d'un côté à l'autre.
- L'axe Y permet d'avancer et de reculer.
- L'axe Z le déplace vers le haut et vers le bas.
En outre, il tourne autour de deux axes - les axes A, B ou C, selon la configuration. Ces rotations permettent à l'outil ou à la pièce de s'incliner et de tourner, ce qui signifie que l'outil peut atteindre des angles impossibles à obtenir avec une machine à 3 axes.
Cette liberté supplémentaire permet à la machine de découper des caractéristiques sur toutes les faces d'une pièce sans la repositionner.
Usinage 5 axes simultanés ou indexés
Une machine à 5 axes peut fonctionner de deux manières : simultanée et indexée.
L'usinage simultané à 5 axes déplace les cinq axes simultanément. Il est utilisé pour les formes très complexes, comme les pales de turbines ou les implants médicaux. Il permet de découper des courbes douces et des caractéristiques détaillées en un seul passage.
L'usinage 5 axes indexés déplace d'abord la pièce dans une position fixe, puis la coupe avec un mouvement 3 axes. C'est plus simple, mais cela permet de réduire le nombre de configurations. Cette méthode est utile pour les pièces qui nécessitent des coupes sous plusieurs angles, mais pas toutes en même temps.
Les deux méthodes améliorent l'efficacité. Le choix dépend de la complexité de la pièce.
Comment la machine se déplace-t-elle pendant les opérations ?
Pendant l'usinage, l'outil ou la pièce tourne et se déplace en fonction de la trajectoire programmée. Le tour peut faire tourner la pièce tandis que la tête de fraisage s'incline et coupe sous différents angles.
Par exemple, la broche peut faire tourner une pièce tandis que la tourelle fraise des éléments sur le côté. Les axes rotatifs inclinent l'outil pour couper des surfaces angulaires. Le contrôleur assure la synchronisation de tous les mouvements.
Cette coordination permet à un tour à 5 axes de créer des pièces avec des courbes, des pentes et des trous à des angles bizarres, le tout en un seul réglage.
Processus d'installation et d'exploitation
L'utilisation d'un tour à 5 axes nécessite une planification, une configuration et un contrôle minutieux. Chaque étape influe sur la précision des pièces et la vitesse d'usinage.
Préparation de la pièce et des outils
Commencez par choisir la bonne matière première. L'ébauche doit être suffisamment grande pour être usinée, mais pas trop. Fixez-le dans le mandrin ou le dispositif de fixation en le serrant fermement. Un mauvais serrage peut entraîner des vibrations ou des mouvements.
Sélectionnez ensuite des outils pour le tournage et le fraisage. Utilisez des porte-outils adaptés à la broche et à la tourelle de la machine. Vérifiez deux fois la longueur des outils et l'état des plaquettes. Les outils usés réduisent la précision et augmentent le risque de défaillance pendant la coupe.
Réglez les décalages d'outils avec précision. Des décalages incorrects peuvent entraîner des collisions ou la mise au rebut de pièces.
Programmation avec le logiciel de FAO
Créez le parcours d'outil à l'aide d'un logiciel de FAO (fabrication assistée par ordinateur). Le logiciel traduit la conception de votre pièce en instructions précises pour la machine.
Pour le travail en 5 axes, l'orientation de l'outil doit correspondre à la surface de la pièce en tout point. Il faut donc régler correctement les angles de rotation des axes et les vitesses d'avance.
Le logiciel de FAO définit également les changements d'outils, les vitesses de broche et l'utilisation du liquide de refroidissement. Cette étape est essentielle pour les pièces complexes. Toute erreur à ce niveau peut entraîner des résultats médiocres ou des pannes.
Simulation de parcours d'outils et prévention des collisions
Avant d'envoyer le code à la machine, effectuez une simulation complète à l'aide du logiciel de FAO. Cette simulation montre comment l'outil se déplace et s'il risque de heurter quelque chose.
Surveillez l'apparition de problèmes tels que
- Collisions du porte-outil avec la pièce ou le corps de la machine
- Mouvements rapides dépassant les limites
- Caractéristiques manquées en raison d'une mauvaise orientation
Ajustez la trajectoire de l'outil ou les limites de la machine si nécessaire. Une bonne simulation vous permet de détecter les problèmes à temps, avant qu'ils n'entraînent des temps d'arrêt ou la défaillance d'une pièce.
Contrôle et ajustements en temps réel
Une fois que le programme est en cours d'exécution, surveillez attentivement l'opération. Vérifiez les bruits inhabituels, les déviations de l'outil ou les mauvais états de surface. Ces éléments peuvent signaler une usure de l'outil ou des erreurs de programmation.
De nombreuses machines sont désormais équipées de capteurs qui contrôlent les charges, les températures et les vibrations de la broche. Ces données peuvent être utilisées pour affiner les vitesses ou les avances.
Si le volume de travail est important, révisez les premières parties avant de continuer. Apportez de petites modifications en temps réel pour améliorer la précision ou la vitesse. La stabilité du processus au cours de la première passe permet de réduire les problèmes dans les lots suivants.
Avantages de l'utilisation d'un tour à 5 axes
Les tours à 5 axes offrent des avantages indéniables en termes de précision, de vitesse et de flexibilité. Ces avantages permettent aux ateliers de rester compétitifs et de répondre à des exigences de production plus strictes.
Amélioration de la précision et de l'état de surface
Comme la pièce reste dans la même configuration, il y a moins de risques d'erreurs dues au repositionnement. L'outil peut atteindre plusieurs surfaces en une seule fois, ce qui améliore l'alignement et maintient des tolérances serrées. De plus, les mouvements fluides de l'outil sur cinq axes permettent d'obtenir de meilleurs états de surface.
Réduction du temps d'installation et du repositionnement manuel
Les machines traditionnelles nécessitent souvent plusieurs réglages pour atteindre tous les côtés d'une pièce. Chaque repositionnement prend du temps et augmente le risque d'erreur. Un tour à 5 axes réduit ou supprime ces étapes supplémentaires. Il permet d'usiner des caractéristiques complexes en un seul passage.
Complexité accrue des pièces avec moins d'opérations
Les surfaces courbes, les poches profondes et les angles bizarres sont difficiles à usiner avec des outils standard. Mais un tour à 5 axes peut les traiter sans problème. Vous pouvez concevoir des pièces aux formes plus complexes, sans les diviser en plusieurs étapes.
Réduction des coûts de production au fil du temps
Si les machines à 5 axes coûtent plus cher au départ, elles permettent d'économiser de l'argent à long terme. Moins de réglages signifient moins de fixations et moins de travail manuel. Des cycles plus rapides et de meilleurs rendements réduisent les taux de rebut. Enfin, une répétabilité élevée réduit les coûts d'inspection et de retouche.
Défis et limites
Même s'ils présentent de nombreux avantages, les tours à 5 axes ne sont pas sans poser de problèmes. Les ateliers doivent planifier avec soin avant d'en ajouter un à leur flux de travail.
Coût d'investissement initial élevé
Les tours à 5 axes sont plus chers que les machines standard. Le coût comprend la machine elle-même, les commandes avancées et les outils de réglage. Certains modèles nécessitent également des fixations et des accessoires personnalisés, ce qui peut représenter un défi pour les petits ateliers ou les entreprises en phase de démarrage dont le budget est limité.
Besoin d'un opérateur qualifié
L'utilisation d'un tour à 5 axes n'est pas simple. Elle exige une expérience de la programmation CNC, de la configuration de la machine et de l'inspection des pièces. Tous les machinistes ne possèdent pas cet ensemble de compétences, et trouver et former du personnel qualifié prend du temps et de l'argent.
Complexité des logiciels et de la programmation
La programmation de l'usinage 5 axes est plus difficile que celle de l'usinage 3 axes. Le logiciel de FAO doit gérer l'inclinaison et la rotation de l'outil, ainsi que les trajectoires à angles multiples. De petites erreurs dans les angles ou la longueur de l'outil peuvent provoquer un crash. Le logiciel est plus coûteux et nécessite un ordinateur rapide pour effectuer des simulations.
Applications dans tous les secteurs d'activité
Les tours à 5 axes sont utilisés dans de nombreux secteurs. Ces machines permettent de fabriquer des pièces nécessitant des tolérances serrées et des finitions lisses en moins d'étapes.
Aérospatiale
Les pièces aérospatiales présentent souvent des surfaces courbes, des contours complexes et des ajustements serrés. Les tours à 5 axes peuvent usiner des pales de turbine, des boîtiers et des composants structurels sans déplacer la pièce d'un réglage à l'autre. Cela réduit les erreurs et garantit un meilleur équilibre et une plus grande solidité.
Médical
Les pièces médicales sont petites, détaillées et souvent fabriquées dans des matériaux résistants comme l'acier inoxydable ou le titane. Un tour à 5 axes peut découper des vis à os, des outils chirurgicaux et des implants avec une grande précision.
Automobile
Les équipementiers automobiles utilisent des tours à 5 axes pour les pièces de moteur, les composants de transmission et les suspensions. Ces pièces nécessitent souvent un usinage sous plusieurs angles. Avec moins de réglages, les ateliers peuvent réduire les délais et répondre aux besoins de production en grande quantité.
Défense et énergie
Dans les secteurs de la défense et de l'énergie, les composants sont souvent confrontés à des environnements difficiles. Les pièces doivent être solides, précises et fiables. Il s'agit par exemple de pièces de missiles, de composants de systèmes d'alimentation en carburant et de connecteurs. Les tours à 5 axes manipulent des matériaux exotiques et produisent des formes complexes qui répondent à des normes de qualité strictes.
Comparaison entre les tours à 5 axes et les autres machines CNC
Comprendre comment les tours à 5 axes se situent par rapport à d'autres machines vous aide à décider ce qui convient le mieux à votre flux de travail.
Fraisage 3 axes et tournage 5 axes
Fraisage à 3 axes utilise des mouvements linéaires X, Y et Z pour découper une pièce fixe. Il convient pour les pièces plates, les fentes et les contours simples. En revanche, il a du mal à traiter les pièces angulaires ou à géométrie complexe.
Le tournage 5 axes combine le fraisage et l'usinage tournant. Il ajoute deux axes rotatifs, permettant à l'outil ou à la pièce de s'incliner pendant la coupe. Cela permet d'accéder à plus de côtés de la pièce en un seul réglage.
Les broyeurs à 3 axes peuvent avoir besoin agencementsIl est donc nécessaire de disposer de plusieurs machines ou d'installations supplémentaires pour traiter plus de travaux qu'un tour à 5 axes ne peut le faire en une seule fois.
Quand choisir l'usinage multiaxial？ ?
Choisissez l'usinage 5 axes lorsque :
- Les pièces présentent des caractéristiques sur plusieurs faces
- Vous avez besoin d'une finition de surface et d'une précision élevées
- Le repositionnement ajouterait du risque ou du temps
- La géométrie comprend des contre-dépouilles ou des courbes
- La vitesse de production et la répétabilité sont importantes
Pour les pièces simples et plates ou les petits budgets, les machines à 3 axes fonctionnent encore bien. Toutefois, lorsque la pièce devient plus complexe, un tour à 5 axes permet de gagner du temps, d'améliorer la qualité et de réduire le coût par pièce.
Conseils pour choisir le bon tour à 5 axes
Le choix de la bonne machine dépend du type de pièces que vous fabriquez et de votre installation actuelle. Voici quelques facteurs clés qui vous aideront à prendre votre décision.
Tenir compte de la géométrie et de la taille des pièces
Commencez par examiner la forme et la taille de vos pièces. Si vos pièces nécessitent des coupes sur plusieurs côtés, des cavités profondes ou des trous obliques, un tour à 5 axes peut être le bon choix.
Vérifiez le diamètre de tournage et la portée de fraisage maximum. La machine doit être capable de traiter vos plus grosses pièces sans atteindre les limites de l'axe.
Évitez également d'acheter trop cher. Un modèle compact à 5 axes peut être plus rentable si la plupart des pièces sont petites et simples.
Évaluer les exigences en matière de tolérance et de surface
Certains travaux exigent des tolérances serrées et des finitions lisses. Un tour 5 axes de haute précision peut vous aider à répondre à ces spécifications en moins de temps.
Vérifiez l'indice de répétabilité de la machine. Si votre travail l'exige, recherchez des options telles que des broches à grande vitesse, un contrôle thermique et des systèmes de surveillance des outils.
Plus le contrôle et la stabilité de la machine sont bons, plus il est facile d'atteindre vos objectifs de précision.
Évaluer les capacités de l'atelier et les compétences des opérateurs
Les machines à 5 axes ont besoin d'espace, d'énergie et d'un environnement propre. Assurez-vous que votre atelier dispose de l'espace nécessaire pour l'installation, les chariots d'outils et les systèmes de refroidissement.
En outre, si les opérateurs sont novices en matière d'usinage à 5 axes, examinez l'expérience de votre équipe et prévoyez une formation. Certaines machines sont dotées d'interfaces conviviales, mais les logiciels de FAO nécessitent des connaissances et de l'attention.
La courbe d'apprentissage peut ralentir la production et augmenter les coûts si votre équipe n'est pas prête.
Conclusion
Un tour à 5 axes combine le tournage et le fraisage pour créer des pièces complexes en moins de temps. Il se déplace sur cinq axes pour découper des caractéristiques à différents angles avec une grande précision, ce qui réduit le repositionnement manuel, raccourcit le temps de production et améliore la finition de la surface.
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Hey, je suis Kevin Lee
Au cours des dix dernières années, j'ai été immergé dans diverses formes de fabrication de tôles, partageant ici des idées intéressantes tirées de mes expériences dans divers ateliers.
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Kevin Lee
J'ai plus de dix ans d'expérience professionnelle dans la fabrication de tôles, avec une spécialisation dans la découpe au laser, le pliage, le soudage et les techniques de traitement de surface. En tant que directeur technique chez Shengen, je m'engage à résoudre des problèmes de fabrication complexes et à favoriser l'innovation et la qualité dans chaque projet.
