Introduction
L'industrie de l'usinage CNC innove constamment pour combler les vides fonctionnels laissés par une machine. Ce faisant, elle crée des machines qui se distinguent les unes des autres.
L'une des innovations les plus répandues dans le domaine de l'usinage est l'ajout de mouvements de coupe. Comme l'exprime son "axe", plus une machine a de mouvements, plus elle est capable et polyvalente.
Nous comparons ci-dessous la différence entre une machine CNC à 3 axes et une machine CNC à 5 axes. Nous détaillons leurs avantages et leurs inconvénients, ainsi que leurs différences.
Que signifie "axe" ?
Avant d'expliquer les machines-outils présentées, nous allons d'abord apprendre ce que signifie le terme "axe". Après tout, vous vous demandez probablement, vous aussi, "Qu'est-ce qu'un axe dans une machine CNC ?"
Comme dans la plupart des applications, le mot "axe" indique une direction. Dans l'usinage CNC, le terme "axe" exprime le nombre de mouvements ou de directions dans lesquels l'outil de coupe ou la pièce peut se déplacer. Souvent, une machine-outil comporte au moins trois axes linéaires, appelés respectivement axes XYZ.
L'axe X correspond au mouvement linéaire de l'outil de coupe de droite à gauche ou inversement. L'axe Y exprime le mouvement avant-arrière, tandis que l'axe Z désigne le mouvement haut-bas. Dans une machine à 3 axes, la pièce est souvent immobile tandis que l'outil de coupe se déplace.
Toutefois, outre ces axes linéaires, certaines machines sont dotées d'axes rotatifs, désignés par le sigle ABC. Le quatrième axe (axe A) ajoute un mouvement de rotation autour de l'axe X. Parallèlement, l'axe B complète la rotation autour de l'axe Y.
L'ajout d'axes rotatifs permet un processus de coupe plus rapide et plus précis. Comme il y a plus de mouvements, l'outil de coupe peut travailler sur plus de côtés et d'angles. Cela confère à la machine une plus grande flexibilité et des capacités accrues.
Usinage 3 axes
Une machine CNC à 3 axes est un outil standard utilisé dans les projets de fabrication de base. Elle comporte un outil qui peut se déplacer le long des axes XY et Z pour la coupe en profondeur. D'autres machines CNC à 3 axes disposent d'une table mobile pour permettre le mouvement de haut en bas, tandis que l'outil est spécifique aux axes XY.
Ces outils se déplacent dans des directions linéaires et sont limités à des tâches non complexes. Les machines à trois axes sont idéales pour la fabrication d'objets en 2D ou 2,5D, mais rarement pour des conceptions complexes en 3D. Les géométries doivent être minimales pour permettre la fabrication en 3D.
Les machines CNC à trois axes sont surtout utilisées pour des fonctions de base telles que la découpe d'arêtes, le perçage de trous ou le taraudage. Leurs mouvements limités signifient également une capacité et une capacité de fabrication limitées.
Voici les types de machines CNC à 3 axes les plus courants sur le marché :
- Fraiseuses CNC
- Tours à commande numérique
- Machines de perçage à commande numérique
Usinage 5 axes
Une machine CNC à 5 axes fonctionne sur les axes "XYZ plus AB". Aux mouvements linéaires standard s'ajoutent deux mouvements rotatifs. Cela permet à la machine de travailler avec des formes complexes sur un objet.
Les mouvements ajoutés varient en fonction du type d'outil d'usinage à 5 axes. Il peut s'agir d'une machine CNC à 5 axes dont l'outil de coupe ne se déplace que sur les axes XYZ, mais dont la tête d'outil et la table pivotent entre les opérations. Vous pouvez également disposer d'une machine qui permet à la pièce à usiner et à l'outil de coupe de tourner simultanément pendant l'opération. Un autre type de machine utilise une broche qui peut être fixe ou pivoter dans la plupart des directions.
Les deux axes supplémentaires permettent des capacités plus précises et plus polyvalentes. Avec une machine à 5 axes, vous pouvez créer des pièces complexes en 3D avec une finition encore plus lisse.
Le fraisage en continu est également possible car les fraises peuvent suivre les courbes du dessin. Vous pouvez approcher un dessin sous tous les angles et réduire la nécessité de repositionner les pièces. Même une pièce complexe en 3D peut être finie en une seule opération.
Les machines à 5 axes les plus courantes sont les suivantes
- Défonceuses CNC
- Machine CNC 5 axes en continu
- Fraiseuses CNC à 5 axes
Machine à 3 axes et machine à 5 axes
La différence dans le nombre d'axes de ces machines semble marginale. Pourtant, cette simple différence les différencie sur de nombreux aspects comparables. Voyons comment les machines à 3 axes se comparent aux machines à 5 axes ci-dessous.
1. L'application
Les machines CNC à 3 axes sont indéniablement limitées par rapport à la variante à 5 axes. La première se limite donc à des conceptions simples qui ne nécessitent pas de contours ou d'angles supplémentaires. Souvent, les machines à 3 axes sont utilisées pour produire des pièces simples basées sur des objets plats. Elles sont idéales pour effectuer des tâches simples telles que le perçage de trous ou la découpe d'arêtes. Les machines à 3 axes sont courantes dans la fabrication de pièces pour l'automobile, l'électronique et la production.
En comparaison, les machines à 5 axes fabriquent des pièces précises destinées à un usage médical ou aérospatial. Ces machines offrent une finition plus lisse et un résultat plus précis. Elles s'adaptent aux géométries complexes et aux détails rigoureux.
2. Vitesse de production
Dans cette catégorie, la machine à 5 axes l'emporte sur la machine à 3 axes. Le mouvement XYZ limité de la machine à 3 axes se traduit par un temps d'exécution plus lent pour la fabrication. Non seulement la vitesse est limitée, mais il faut aussi changer d'outil entre les opérations. Vous devez également repositionner manuellement la pièce à usiner, car la table ne pivote pas.
Tous ces écarts ne constituent pas un défi pour les machines à 5 axes. Non seulement le mouvement supplémentaire ajoute de la vitesse, mais il élimine également les changements d'outils. Vous pouvez insérer la pièce et laisser la machine automatiser la majeure partie du travail.
3. L'entretien
La règle empirique en matière d'usinage est que plus la machine est complexe, plus elle est difficile à entretenir. La maintenance des machines à trois axes est moins exigeante, car il s'agit d'outils plus simples. Avec moins de pièces mobiles et une construction plus petite, la machine à 3 axes n'a pas besoin de mesures supplémentaires pour rester au top.
En revanche, la machine à 5 axes nécessitera des mesures de maintenance plus spécifiques. L'augmentation de la maintenance est due à l'ajout de pièces mobiles et à la complexité de la structure. En raison du plus grand nombre de mouvements pendant le fonctionnement, les pièces sont plus sujettes à l'usure.
4. L'efficacité
Il ne fait aucun doute que les deux machines sont des équipements efficaces. Elles fonctionnent efficacement pour leurs applications respectives. Mais les machines à 5 axes sont plus flexibles. Elles peuvent accomplir plus que les fonctions de base d'une machine à 3 axes avec une meilleure qualité.
Le fonctionnement de la machine à 5 axes permet également de gagner du temps, car il nécessite moins d'interventions manuelles. Les changements d'outils sont réduits grâce aux mouvements intégrés. Vous pouvez terminer une pièce en une seule opération sans repositionner les outils ou l'objet.
5. Coût
Un autre facteur qui crée un écart important entre les deux est le coût global. De l'achat à la programmation en passant par l'exploitation, le coût représente une grande différence.
Une machine CNC standard à trois axes peut coûter environ US$25 000 à US$50 000selon le type et la marque. Il s'agit du prix d'achat moyen de ces machines, qui peut inclure ou non les coûts de programmation.
L'achat d'une machine CNC à 5 axes nécessite au moins $80 000 USD. Les machines plus grandes et les marques les plus populaires peuvent coûter plus de $500 000 USD.
Outre le prix de l'installation initiale, vous devrez payer les coûts de programmation et d'exploitation. Les machines CNC consomment beaucoup d'électricité. Une machine CNC de 20 ch d'une puissance de 7kw/h peut vous coûter $1,400 la facture d'électricité mensuelle.
La plupart des machines sont équipées d'un ensemble d'outils standard. Vous devrez supporter des coûts supplémentaires si vous avez besoin d'outils plus spécifiques qui ne sont pas inclus dans le kit. Enfin, les coûts de maintenance doivent également être pris en compte. En fin de compte, les machines CNC à 5 axes vous coûteront plus cher.
6. Manipulation
Les besoins opérationnels d'une machine CNC à 3 axes sont inférieurs à ceux des machines CNC à 5 axes. Cela s'explique par la complexité de l'exploitation des deux.
Le 5-axes étant plus complexe, une formation et une expertise spécialisées sont nécessaires pour le programmer et le faire fonctionner. Un plus grand nombre de pièces mobiles implique également une surveillance critique pendant le fonctionnement. La machine à 3 axes étant moins complexe, elle est plus facile à gérer et à utiliser. Le dépannage des erreurs opérationnelles est également plus critique et plus difficile pour les machines à 5 axes.
Conclusion
Il existe un écart considérable entre le fonctionnement d'une machine CNC à 3 axes et celui d'une machine à 5 axes. Entre autres facteurs, les deux ont des offres distinctes qui conviennent à des applications différentes.
Lorsqu'il s'agit de choisir entre les deux, l'application doit être le facteur principal qui dicte votre choix. Si votre fabrication consiste à produire des pièces simples, une machine à 3 axes est faite pour vous. Bien qu'elle n'ait pas la flexibilité d'une machine à 5 axes, elle est adaptée à ce type d'application.
N'optez pour une machine à 5 axes que si vous devez produire des pièces plus complexes qu'une machine à 3 axes ne peut traiter. La compréhension de l'échelle de vos besoins de production est également essentielle pour obtenir la machine la plus appropriée.