Les machines à commande numérique (CNC) sont essentielles à tous les processus de fabrication modernes. Elles sont utilisées dans tous les domaines, de la fabrication de pièces de précision pour prototypes à la production en grande série. C'est pourquoi ces machines ont évolué et se déclinent en de nombreux types différents afin de répondre aux exigences spécifiques de chaque application.
Les machines CNC multiaxes sont devenues l'option privilégiée parmi les nombreux types disponibles. Elles peuvent fabriquer des pièces d'une grande complexité ou nécessitant une précision extrême.
Du fait de leur technologie avancée, de nombreux professionnels s'interrogent sur les principes de base des machines CNC multiaxes et leur pertinence pour des applications spécifiques. Cet article explore ces questions et propose des conseils pour optimiser les résultats du processus de fabrication grâce aux machines CNC multiaxes.
Qu'est-ce que l'usinage CNC multi-axes ?
L'usinage CNC multi-axes est un type de procédé d'usinage CNC dans lequel l'outil de coupe peut se déplacer dans quatre directions ou plus. L'outil de coupe est commandé par Commande numérique par ordinateur (CNC).
L'usinage multiaxes est beaucoup plus complexe que l'usinage à deux ou trois axes. L'ajout d'axes nécessite des technologies supplémentaires et une programmation plus complexe.
Tout nombre d'axes supérieur à 3 axes d'une machine CNC est compté dans l'usinage multiaxes, comme 4, 5, 6, 10, 12.
En pratique, des machines CNC ont été développées avec jusqu'à 12 axes. Généralement, les machines à plus grand nombre d'axes permettent de produire des pièces de meilleure qualité, mais augmentent considérablement les coûts.
Comment fonctionne l'usinage CNC multi-axes ?
Les procédés d'usinage CNC standard, tels que l'usinage CNC 3 axes, comportent trois axes de mouvement : X, Y et Z. L'usinage multiaxes va plus loin en ajoutant un ou plusieurs axes au mouvement de l'outil de coupe. Il est également courant de répartir le mouvement de ces axes supplémentaires entre l'outil de coupe et la pièce à usiner.
Principaux composants d'une machine CNC multi-axes
Les principaux composants d'une machine CNC multi-axes sont plus ou moins les mêmes. Ces composants comprennent :
- Outil de coupe : L'outil de coupe est l'élément principal de la machine CNC. Il s'agit de la partie qui entre en contact avec la pièce à usiner et qui enlève de la matière. Ces outils se présentent sous différentes formes, selon le type d'usinage CNC et la forme finale souhaitée.
- Broche principale : La broche principale est souvent appelée broche CNC ou simplement broche. En termes simples, la broche est la pièce qui supporte l'outil de coupe et le fait tourner. Elle détermine la vitesse d'usinage et la précision atteignable. La broche se déplace selon l'axe Z et la tête de broche effectue une rotation selon l'axe C.
- Broche de prélèvement : La broche de maintien, également appelée contre-broche, sert à maintenir la pièce pendant son usinage. Elle peut pivoter autour de l'axe C, tandis que la tête de broche se déplace le long de l'axe Z. L'élément de la tête de broche qui maintient la pièce est appelé pince de serrage.
- Panneau de commande CNC : Le panneau de commande CNC est l'interface où l'opérateur programme et exécute la machine. Il permet de modifier les différents paramètres de la machine et offre souvent la possibilité de guider manuellement l'outil de coupe.
Quels sont les différents axes des machines CNC ?
Les machines multiaxes peuvent comporter de quatre à sept axes distincts, disposés sur des plans séparés. Les axes X, Y et Z, présents en usinage CNC 3 axes, sont également communs à toutes les machines multiaxes. Actuellement, la configuration de ces machines peut atteindre 12 axes. Examinons chaque type de machine multiaxes afin de comprendre son amplitude de mouvement.
Usinage CNC 3 axes
L'usinage 3 axes est la forme la plus simple d'usinage multiaxes et aussi la plus répandue en raison de son coût plus abordable. Cependant, ces machines ne répondent pas techniquement aux critères de l'usinage CNC multiaxes. La pièce à usiner est fixe. Il est important de noter qu'une machine 3 axes peut se déplacer simultanément dans ces trois directions sans aucun réajustement de la pièce ni de l'outil de coupe. Les trois axes de ces machines sont :
- Axe X : L'axe X déplace l'outil de coupe de droite à gauche. L'axe X est parallèle à la table de travail.
- Axe Y : L'axe Y déplace l'outil de coupe d'avant en arrière sur la table de travail. Cet axe est parallèle à la table.
- Axe z: L'axe Z est l'axe selon lequel la broche se déplace verticalement et entre en contact avec la pièce à usiner. Cet axe est parallèle à la tête de broche et perpendiculaire à la table de travail.
Avantages de l'usinage CNC 3 axes
- Il présente un bon niveau de précision par rapport à d'autres procédés de fabrication.
- Des coûts initiaux réduits permettent une solution plus économique pour les petites entreprises.
- outillage simple
Inconvénients de l'usinage CNC 3 axes
- Ces machines ne peuvent pas travailler sur des pièces complexes.
- Ils ne peuvent pas travailler sur plusieurs faces d'une pièce.
- La vitesse de fabrication est plus lente que celle de l'usinage CNC multi-axes.
Applications de l'usinage CNC 3 axes
L'usinage CNC 3 axes est idéal pour la fabrication de pièces en deux dimensions (2D) ou en deux dimensions et demie (2.5D). Il est possible d'usiner toutes les faces d'une pièce avec une machine 3 axes, mais cela nécessite plusieurs réglages pour chaque face. Par conséquent, une machine 3 axes peut être utilisée pour la réalisation ponctuelle de pièces complexes.
Usinage CNC 4 axes
L'usinage 4 axes ajoute un axe supplémentaire à l'usinage 3 axes. Cependant, la complexité des pièces n'augmente pas significativement et la pièce reste immobile. Ces machines possèdent un quatrième axe de rotation en plus des trois axes standard. L'outil de coupe peut se déplacer simultanément sur ces quatre axes sans aucun réajustement. La structure des axes est la suivante :
- Axe X : Déplacement de droite à gauche de la table de travail
- Axe Y : Déplacement du haut vers le bas de la table de travail
- Axe Z : Déplacement vertical de la broche perpendiculaire à la table de travail
- Axe A : Axe rotatif qui fait tourner l'outil de coupe le long de l'axe X
Avantages de l'usinage CNC 4 axes
- Capacité à créer des formes angulaires sur une base bidimensionnelle.
Désavantages
- L'avantage par rapport à la version à 3 axes est minime compte tenu de la hausse de prix.
Applications de l'usinage CNC 4 axes
Les machines CNC à 4 axes sont adaptées lorsque le projet nécessite des applications 2D de découpe à 3 axes, ainsi qu'une exigence supplémentaire particulière telle que la gravure.
Usinage CNC 5 axes
L'usinage CNC 5 axes est l'option la plus courante pour l'usinage multiaxes. En effet, il offre une puissance nettement supérieure à celle d'une machine 3 axes, ce qui est indispensable pour de nombreux projets. Outre les axes linéaires X, Y et Z, il comporte deux axes supplémentaires. La structure des axes de ces machines est la suivante :
- Axe X
- Axe Y
- Axe z
- Axe A : Axe de rotation le long de l'axe X
- Axe B : Axe de rotation le long de l'axe Y
Dans certains cas, au lieu du mouvement selon l'axe B, la machine se déplace selon l'axe C.
- Axe C : Axe de rotation le long de l'axe Z (remplace l'axe B)
Usinage 3+2
L'usinage 3+2 est souvent confondu avec l'usinage 5 axes, mais il s'agit de deux techniques bien distinctes. L'usinage 3+2 est une variante de l'usinage 3 axes, utilisant une table de coupe rotative. Cette table immobilise la pièce à usiner, puis l'usinage 3 axes est réalisé. En revanche, l'usinage 5 axes nécessite le mouvement simultané de plusieurs axes.
Avantages de l'usinage CNC 5 axes
- Plusieurs facettes d'une pièce peuvent être usinées simultanément.
- Un outil de coupe plus court peut être utilisé grâce à une meilleure portée de l'outil.
- Pièces de machines en trois dimensions
- Haut débit
- Temps de cycle court
Inconvénients de l'usinage CNC 5 axes
- Une machine CNC coûte très cher.
- Des exigences de maintenance plus fréquentes et plus coûteuses
- Nécessite une programmation complexe
- Nécessite un opérateur très qualifié
Applications de l'usinage CNC 5 axes
L'usinage CNC 5 axes est parfaitement adapté à la production de pièces 3D sans géométrie interne complexe. Ces machines sont utilisées pour la fabrication d'équipements chirurgicaux, de pièces de défense, de structures d'aéronefs, de composants de moteurs, etc.
Usinage CNC 6 axes
L'usinage CNC 6 axes est une évolution de l'usinage 5 axes et inclut les trois axes de rotation. En pratique, l'usinage 6 axes n'apporte pas d'avantage significatif par rapport à l'option 5 axes. C'est pourquoi la plupart des fabricants lui préfèrent l'usinage CNC 7 axes. La structure des axes de ces machines est la suivante :
- Axe X : Axe linéaire 1
- Axe Y : Axe linéaire 2
- Axe Z : Axe linéaire 3
- Axe A : Axe linéaire 4
- Axe B : Axe linéaire 5
- Axe C : Axe linéaire 6
Avantages d'une machine CNC à 6 axes
- Vitesse supérieure à celle d'une machine CNC à 5 axes
- Précision supérieure
Inconvénients de la machine CNC à 6 axes
- Augmentation significative des prix
Applications des machines CNC à 6 axes
Les machines CNC 5 axes peuvent répondre à la plupart des besoins. L'usinage 6 axes est utilisé pour fabriquer des pièces aux spécifications très précises, comme les blocs-moteurs et les aubes de turbines.
Usinage CNC 7 axes
La machine à 7 axes comprend tous les axes linéaires et les axes rotatifs. De plus, elle permet la rotation du bras porte-outil. Généralement, l'un des axes rotatifs est fixé à la table de travail. Ainsi, la pièce peut pivoter dans une ou plusieurs directions grâce à l'articulation de la table. La structure des axes de ces machines est la suivante :
- Axe X
- Axe Y
- Axe z
- Axe A
- Axe B
- axe C
- Axe E : Rotation du bras / Mouvement de torsion du bras
Avantages de l'usinage CNC 7 axes
- Délai de livraison plus rapide
- Précision extrême
Inconvénients de la machine CNC à 7 axes
- Coût élevé
- Inabordable pour les petites entreprises
Applications de l'usinage CNC 7 axes
Une machine à 7 axes est utilisée pour des applications de niche nécessitant une géométrie complexe. Cela concerne généralement la fabrication pour les secteurs militaire et aérospatial.
Usinage CNC 8 axes
L'usinage CNC 8 axes s'effectue à l'aide de deux machines 4 axes simultanément. Cette technologie à deux machines offre des résultats exceptionnels pour l'usinage de surfaces courbes. Ces machines utilisent généralement un système hydraulique pour leurs mouvements. Elles se déclinent en trois configurations : tours, fraiseuses et centres d'usinage.
Avantages d'une machine CNC à 8 axes
- La pièce entière peut être usinée en une seule opération.
- Haute précision
- Opérations à grande vitesse
- Résultat de haute qualité lors de l'usinage de surfaces courbes
Inconvénients de la machine CNC à 8 axes
- Coûts élevés
- Nécessite des compétences exceptionnelles en programmation et en opérateur
Applications
L'usinage 8 axes est privilégié pour l'usinage de surfaces courbes. L'industrie aéronautique représente un marché important pour ces machines. Parmi les pièces couramment fabriquées avec ces machines figurent les pignons, les arbres à cames et les boîtes de vitesses.
Usinage CNC 9 axes
Une machine CNC 9 axes est obtenue en combinant une fraiseuse 5 axes et un tour 4 axes. Dans cette configuration d'usinage multiaxes, la fraiseuse et le tour effectuent leurs opérations respectives. La fraiseuse façonne la structure externe de la pièce, tandis que le tour usine ses interfaces internes.
Avantages de la configuration à 9 axes
- Aucun assemblage de pièces secondaires n'est requis
- Fabrication plus rapide
- Pas de fixations
- Chargement manuel non nécessaire
Inconvénients de la configuration à 9 axes
- Programmation très complexe
Applications
Cette méthode d'usinage multiaxes trouve ses principales applications dans le secteur médical. Elle permet la fabrication de dispositifs et de pièces médicales implantables. Les implants dentaires font également appel à l'usinage à 9 axes.
Usinage CNC 12 axes
L'usinage CNC 12 axes représente le summum de la science de la fabrication. Ce système d'usinage multiaxes utilise deux têtes de coupe. Chaque tête de coupe est un outil CNC 6 axes à part entière. On compte donc deux ensembles d'axes A, B, C, X, Y et Z. Les deux têtes de coupe sont pilotées par une seule commande numérique et un seul programme.
Avantages de l'usinage 12 axes
- Doubler le débit de production
- Temps d'usinage réduit de moitié
- Précision extrême
Inconvénients de l'usinage 12 axes
- Programmation complexe
- Configuration la plus coûteuse
- Installations de travail coûteuses
Applications des machines CNC à 12 axes
Les machines à 12 axes sont rares dans les ateliers d'usinage en raison de leur coût élevé et de leur complexité accrue. La difficulté de programmation de ces machines rend d'autres options préférables. Néanmoins, elles peuvent être utilisées lorsque la cadence de production est primordiale.
Quels sont les avantages de l'usinage multi-axes ?
L'usinage multiaxes présente plusieurs avantages par rapport aux autres opérations à axes linéaires. Ces avantages sont les suivants :
- Le temps d'usinage est considérablement réduit.
- L'usinage multiaxes permet de créer des pièces très complexes.
- Le débit de production est augmenté.
- Grâce à une rotation de production rapide, les surcoûts sont réduits.
- La précision s'améliore de façon exponentielle.
- Une précision élevée signifie moins de rejets.
- Cela contribue à réduire les déchets globaux.
- Il permet d'utiliser des outils plus courts, ce qui réduit le risque de casse d'outils.
- Les coûts de main-d'œuvre sont réduits.
- L'usinage multi-axes peut répondre aux exigences de la production de masse.
- La finition de surface est supérieure.
- Cela peut éliminer le besoin de finitions secondaires.
- L'usinage multiaxes permet de créer la géométrie interne des pièces.
Industries utilisant l'usinage multi-axes
L'usinage multiaxes est devenu une composante essentielle du génie mécanique. De nombreuses industries utilisent ces machines sur leurs chaînes de montage. En voici quelques exemples :
Industrie aérospatiale et aéronautique
L'industrie aérospatiale utilise tous les types de technologies d'usinage multiaxes, de 3 à 9 axes. Elle repose sur l'innovation et la fabrication de pièces complexes, et l'usinage multiaxes répond aisément à ses exigences.
Industrie médicale
La précision est primordiale dans la fabrication de dispositifs médicaux, car une petite erreur peut être fatale pour les patients. C'est pourquoi les instruments chirurgicaux et les implants médicaux sont fabriqués grâce à l'usinage multiaxes. Les prothèses sont également réalisées par usinage CNC multiaxes.
Industrie automobile
Les châssis et les composants internes des automobiles nécessitent un usinage multiaxes. Les blocs-moteurs et les boîtes de vitesses sont presque toujours fabriqués par cette méthode. L'usinage multiaxes permet d'atteindre une haute précision, garantissant ainsi la régularité indispensable au secteur automobile.
Industrie de la bijouterie
L'industrie de la joaillerie recourt largement à l'usinage multiaxes en raison de ses avantages en matière de personnalisation et d'extrême précision. Les machines multiaxes permettent de répondre à toutes les exigences, même les plus complexes, des clients.
Industrie du meuble
L'industrie du meuble a souvent recours à des sculptures et des moulures pour des raisons esthétiques. Celles-ci sont réalisées à l'aide de machines multiaxes. D'autres éléments de mobilier, comme les pieds de tables et de chaises, peuvent être fabriqués plus rapidement grâce à ce type de machine.
Industrie de la défense
L'industrie de la défense dépend des machines multiaxes en raison de la grande complexité des pièces militaires. Ces machines présentent également l'avantage de pouvoir usiner des matériaux difficiles à travailler.
Comment choisir une machine CNC multiaxes ?
Toutes les machines multiaxes ne se valent pas. Quelques conseils peuvent améliorer votre expérience lors de leur utilisation. Ces conseils sont les suivants :
- Définissez un budget que vous pouvez allouer à l'usinage. Le coût de l'usinage dépend du prix de la machine, de l'outillage, des matériaux et de nombreux autres facteurs. Si le processus est trop onéreux pour vous, envisagez de sous-traiter l'usinage.
- Déterminez le nombre d'axes nécessaires à votre projet. Les machines multiaxes sont disponibles en configurations de 4 à 12 axes.
- Les fonctionnalités des logiciels de fabrication assistée par ordinateur (FAO) constituent un paramètre important à prendre en compte pour les machines à commande numérique. Ces logiciels déterminent les trajectoires d'outil, la rotation de la tête d'outil, le débit du liquide de refroidissement et bien d'autres fonctions.
- Évaluer le niveau de compétences en programmation et en opérateur requis pour la machine multiaxes.
Prestataire de services d'usinage multiaxes
3ERP, atelier d'usinage et fabricant de premier plan, est la solution idéale si vous envisagez d'externaliser vos besoins en usinage. 3ERP dispose d'un parc de machines multiaxes de pointe, capable de répondre à toutes les exigences de vos projets.
De plus, une équipe interne d'experts vous accompagne à chaque étape. Leur savoir-faire permet d'éviter tout problème lors de la programmation, de la production ou de la post-production. Les délais de production pour tous les services d'usinage CNC sont exceptionnellement courts afin de répondre aux exigences de la chaîne d'approvisionnement.
Conclusion
L'usinage multiaxes a révolutionné les processus de fabrication modernes. Grâce à cette technologie, les pièces les plus complexes peuvent être réalisées en une seule opération.
La qualité exceptionnelle, la réduction de la main-d'œuvre et la durée de vie accrue des outils ne sont que quelques-unes des raisons pour lesquelles les fabricants privilégient cette technologie. Si vous recherchez un procédé de fabrication pour votre prochain projet, cette technologie pourrait parfaitement convenir.
