USINAGE 5 AXES SIMULTANÉS OU
CINQ PLANS EN UN SERRAGE
La croissance de l’usinage 5 axes se poursuit
Ces dix dernières années, les machines CNC à 5 axes ont gagné pas mal de terrain. A l’origine, la technologie semblait surtout indiquée pour fraiser des surfaces de forme libre mais lorsque les entreprises ont découvert l’usinage 3+2 et que les constructeurs de machines y ont réagi par des machines à 5 plans spéciales, moins chères, la croissance a réellement été stimulée. Quels sont les avantages et désavantages des différents concepts?
USINAGE 5 AXES (SIMULTANES)
Bien que de nombreuses entreprises continuent d’utiliser beaucoup leurs machines CNC à 5 axes pour usiner une pièce sur cinq plans en un seul serrage, le nombre d’applications du fraisage 5 axes simultanés augmente. Dans ce cas, tous les axes se déplacent en même temps. Sur une machine 3+2 est en fait exécuté un programme d’usinage 3 axes, tandis que la pièce occupe une position fixe. Ce résultat peut aussi être atteint par l’intégration d’un 4e et 5e axe supplémentaire sur une machine à 3 axes. L’indexation va un pas plus loin parce que l’outil peut être tourné le long des axes de rotation.
Le gain de temps pouvant être atteint par le fraisage à 5 axes est important. Plus long est le temps de conversion par usinage, plus importante est l’économie de cycle totale. Les attentes sont que l’utilisation de fraiseuses CNC 5 axes simultanés progressera dans les prochaines années. Des chercheurs allemands ont placé le fraisage à 5 axes en bonne place sur la liste des technologies de production ayant la croissance la plus rapide jusqu’en 2025. Selon eux, la raison en est la progression que connaît la fabrication additive. Cela induit des pièces plus complexes, aux formes capricieuses, parce que la fabrication additive s’y prête. Afin de donner à ces pièces une précision ou qualité de surface suffisante sur certains points, elles doivent être post-usinées. La machine 5 axes est alors souvent la seule option.
AVANTAGES ET DESAVANTAGES
Lors de l’investissement dans une machine à 5 axes, il convient de commencer par s’interroger sur la nécessité des 3, 4 ou 5 axes. La géométrie de la pièce est déterminante, en plus de l’efficacité de la machine, du fait que l’on peut usiner plusieurs plans sur une 5 axes. Si le choix final se porte sur une machine à 5 axes, vous devez encore vous demander si vous cherchez une solution pour usiner cinq plans en un seul serrage ou si vous voulez usiner avec 5 axes simultanés. Les différences de ces concepts de machine induisent quelques avantages et désavantages.
Machine 3+2
Une machine dite 3+2 peut éventuellement encore être programmée sur la machine. Le logiciel FAO offre, il est vrai, de nombreux avantages supplémentaires, comme les stratégies de fraisage modernes et le gain de temps dans la programmation mais n’est pas indispensable en soi. Pour celui qui n’en est pas encore là, ceci peut être un argument en faveur du choix de la machine 3+2. Mais l’inconvénient est de ne pas pouvoir fraiser des chambres profondes et d’avoir souvent besoin d’outils plus courts. Les outils plus courts offrent encore toujours la possibilité d’usiner un plus gros volume, en raison de la stabilité.
Fraisage à 5 axes simultanés
Un avantage du fraisage à 5 axes simultanés est un temps d’usinage probablement plus court parce que l’indexation de la pièce exige plus de temps. Comme relevé, le logiciel FAO est nécessaire. Et également un bon logiciel de simulation parce que le risque de collisions dans un tel type de machine est plus grand. En fait, on doit toujours se demander si le fraisage à 5 axes simultanés sera nécessaire à l’avenir. Dans ce cas, il vaut mieux d’emblée investir dans un tel type de machine. Un point général valable pour les centres d’usinage CNC à 5 axes est la plage de travail. Des expériences montrent que les entreprises qui achètent leur première machine à 5 axes déclarent qu’une machine ayant une portée juste un peu plus grande aurait été plus pratique.
DIFFERENTS CONCEPTS
Presque chaque constructeur de machines compte actuellement dans son portefeuille des machines à 5 axes. 3+2 égale, il est vrai, 5, mais avec cette technologie, le résultat n’est pas toujours le même cinq. En effet, il existe plusieurs concepts pour les 4e et 5e axes dans un centre d’usinage CNC.
Table trunnion
Un concept très connu est la table trunnion. Ce principe rend la transition du 3 axes vers le 5 axes relativement facile parce qu’on ajoute deux axes sur la table. De tels axes supplémentaires se placent même au-dessus de la table d’une machine à 3 axes. Sur la table trunnion, un axe rotatif (l’axe A) est monté sur palier à gauche et à droite, et par-dessus se trouve la table de serrage ronde avec un axe rotatif (l’axe B).
Construction tournante-pivotante
Un autre concept est la construction tournante-pivotante, qui se trouve aussi bien dans la broche que dans la table. Dans ce cas, l’axe B tourne autour de l’axe Y et l’axe C autour de l’axe Z. Cette solution abaisse le centre de gravité et la différence de poids entre les différents axes est plus petite.
Une machine avec table trunnion convient le plus souvent aux pièces plus grandes. Car la portée est couramment plus grande, tandis que la construction se prête aussi aux entraînements à couple plus élevé. Par contre, l’axe tournant-pivotant connaît le plus souvent une dynamique plus grande. Un concept idéal pour usiner de petits composants. Si les axes B et C se situent dans la tête de fraisage, des pièces plus lourdes peuvent être serrées sur la table parce qu’elles ne bougent pas. Le risque de collision d’un des outils est plus faible. Un avantage non négligeable de la machine à 5 axes type trunnion est l’accessibilité. Dans ce cas, on peut placer les 4e et 5e axes loin vers l’arrière, afin que l’opérateur de la machine marche littéralement dans la machine et accède bien partout. Une construction typique pour une machine 3+2 typique, dont une variante actuelle consiste parfois à placer un axe tournant dans la table pour le fraisage et le tournage éventuellement combinés.
La solution la plus appropriée dépend en partie de l’automatisation ou pas d’une machine par un robot. Sur un type trunnion, le robot ne peut pas toujours être chargé par le côté. Les variations pour les axes A et B concernent surtout la façon de construire l’axe A. Certaines constructeurs de machines ancrent l’ace A à gauche et à droite du bâti de la machine, ce qui accroît la stabilité. D’autres choisissent une suspension d’un seul côté. Cela ne doit pas poser problème pour des pièces plus petits et plus légères, et peut même favoriser la dynamique de la machine. D’autres constructeurs encore choisissent l’axe B qui est entraîné du côté arrière et l’attachent à l’avant.
COMMANDE PUISSANTE
Un élément important de la machine CNC à 5 axes est la commande, certainement s’il s’agit d‘une machine pour l’usinage à 5 axes simultanés. Le CPU est alors très sollicité. De plus, le temps de réaction doit être court, pour éviter les collisions. La commande doit pouvoir traiter en souplesse la grande quantité de données des trajets de fraisage parce qu’autrement ceci se voit dans la qualité de surface de la pièce. Egalement important – en fait aussi sur les machines 3 axes – est que la commande est en mesure d’anticiper une solide quantité de blocs de codes. Les exigences au système FAO augmentent aussi au fur et à mesure que les produits fraisés 5 axes deviennent plus complexes. Idem aussi quand on travaille avec un logiciel de simulation pour éviter les collisions. Les commandes CNC modernes ont parfois déjà intégré un collision avoiding tool dans la commande.
FRAISAGE À 5 AXES SUR TOUR CNC
Pour certaines applications, certainement quand il s’agit d’éléments plus petits, il existe actuellement des alternatives aux fraiseuses à 5 axes simultanés. En fait ce sont les machines multitâches, des centres de tournage CNC dotés d’une broche de fraisage à parti entière dan laquelle sont intégrés les 4e et 5e axes.
Bien que ceci soit une toute autre façon de produire, deux avantages y sont liés. Le premier est le fait que ces machines sont souvent livrées avec une broche de reprise. A ce moment-là, la 6e face de la pièce peut aussi être usinée de telle sorte que le produit sort de la machine entièrement fini. Un second avantage est qu’une telle machine peut être pourvue relativement aisément d’une évacuation automatique des barres. En fait, ceci est la forme la moins chère de l’automatisation encore flexible. Tant que le produit s’insère dans un diamètre de barre standard, cela peut se faire de façon automatique sur une telle machine. Cela exige tout au plus un temps de cycle supplémentaire du fait qu’on doit usiner plus de matériau parce que le matériau de sortie est trop grand. Mais ceci est largement compensé par le gain du chargement automatique. Comme les outils de serrage sont flexibles, on peut réaliser relativement facilement plusieurs petites séries, voire des pièces uniques sur une telle machine sans intervention humaine. Egalement des pièces 5 axes typiques.
Merci à Yamazaki Mazak, Okuma (Gelderblom), Chiron, DMG Mori, Yasda et Axile (De Ridder) et HAAS.
