Usinage CNC 5 axes : Guide complet | JS Precision

Avec une machine-outil conventionnelle, les nombreux resserrages et ajustements nécessaires pour une pièce aérospatiale complexe ou un implant médical profilé prennent des jours et introduisent des erreurs cumulatives.

Là où plusieurs dispositifs de serrage étaient autrefois nécessaires, un seul suffit désormais à une machine-outil polyvalente pour réaliser avec précision tous les usinages, quel que soit l'angle. Il ne s'agit pas d'une technologie futuriste, mais d'une réalité rendue possible par l'usinage CNC 5 axes .

Ce document, rédigé par des experts de JS Precision, analysera en profondeur pourquoi l'usinage CNC 5 axes est le choix incontournable pour résoudre les défis complexes de la fabrication de haute précision et vous aidera à comprendre comment tirer parti de cette technologie pour optimiser vos projets.

Grâce à des années d'expérience pratique chez JS Precision, nous avons compilé ce guide complet, des concepts de base aux exemples concrets, afin de vous donner une compréhension complète de l'usinage CNC 5 axes.

Résumé des réponses principales

Pourquoi ce guide est-il différent ? JS Precision dévoile des techniques pratiques pour l’usinage CNC 5 axes.

JS Precision bénéficie de 12 ans d'expérience professionnelle dans l'usinage CNC 5 axes et a fourni des services à plus de 6 000 clients dans un large éventail de secteurs, notamment l'aérospatiale, les dispositifs médicaux, les drones et les pièces automobiles.

Par exemple, nous avons usiné un composant articulaire artificiel pour une entreprise du secteur médical. Cette pièce, de forme sphérique complexe, doit être fabriquée en alliage de titane et présenter une précision de ±0,005 mm. Grâce à notre technologie d'usinage CNC 5 axes, nous avons atteint cette précision et réduit considérablement le cycle de production, le faisant passer de 15 jours (moyenne du secteur) à 8 jours.

Parmi d'autres exemples, citons notre support de fuselage intégré pour une entreprise de drones, où nous avons réduit le poids du composant de 35 % tout en augmentant sa rigidité de 50 %.

Ce livre n'est pas un recueil théorique, mais plutôt le fruit de douze années d'expérience pratique acquises par JS Precision. Il présente les techniques fondamentales et les erreurs courantes liées à l'usinage de différents matériaux et à la fabrication de pièces complexes. Vous pouvez donc avoir une confiance absolue en son aspect pratique et son professionnalisme.

JS Precision bénéficie de 12 ans d'expérience pratique en usinage CNC 5 axes , ce qui lui permet de résoudre efficacement de nombreux problèmes d'usinage de pièces complexes. Il vous suffit de nous soumettre vos exigences concernant les pièces, et nous vous fournirons une analyse technique et un devis sous 24 heures afin de faire avancer votre projet au plus vite.

Qu’est-ce que l’usinage CNC 5 axes ? Au-delà de la fabrication traditionnelle

Comprendre l'essence même et la structure de l'usinage CNC 5 axes vous aidera à prendre des décisions éclairées quant à son adéquation à vos besoins.

Que signifie CNC 5 axes ?

L'usinage CNC 5 axes représente une technologie de pointe dans le domaine de la fabrication. Il ajoute deux axes rotatifs aux trois axes linéaires de base X, Y et Z.

Cette structure permet à l'outil d'approcher la pièce dans n'importe quelle direction, de dépasser les limitations des restrictions traditionnelles à direction fixe sur 3 axes et, par conséquent, d'être parfaitement adaptée à l'usinage de surfaces courbes très complexes et à l'usinage de caractéristiques multi-angles .

Quels sont les 5 axes d'une machine CNC ?

Chacun des cinq axes possède des fonctions et des modes de mouvement différents, qui apparaîtront tous clairement dans le tableau suivant :

Un type courant de structure de machine-outil à 5 axes est la « table rotative + tête pivotante ». L'axe B fait tourner la pièce sur la table rotative, et l'axe A effectue une rotation de la tête, permettant ainsi à l'outil d'atteindre toutes les surfaces de la pièce.

Le plus grand atout de l'usinage CNC 5 axes réside dans le principe du « un seul serrage, et c'est tout », réduisant le temps d'usinage de plus de 40 % et évitant fondamentalement les erreurs cumulatives des serrages multiples, améliorant ainsi la précision des pièces.

Que vous souhaitiez comprendre le fonctionnement des 5 axes d'une machine CNC ou usiner des pièces complexes, les services d'usinage CNC 5 axes de JS Precision répondront à vos besoins. Nous élaborerons un plan d'usinage personnalisé en fonction des caractéristiques de la pièce afin de garantir un résultat optimal.

Figure 1 : Contrairement aux processus d'usinage traditionnels qui fonctionnent sur trois axes (X, Y et Z), l'usinage 5 axes ajoute deux axes de rotation pour améliorer la flexibilité et la précision.

Comment l'usinage CNC 5 axes parvient-il à une précision aussi incroyable ?

Parmi les différents facteurs, de nombreuses entreprises optent pour l'usinage CNC 5 axes. La raison principale réside dans sa capacité à atteindre une haute précision, difficilement réalisable avec les techniques d'usinage traditionnelles. Cette précision n'est pas le fruit du hasard ; elle est déterminée par trois facteurs clés.

1. Moins d'erreurs : un seul serrage élimine les erreurs cumulatives

L'usinage traditionnel 3 axes de pièces complexes nécessite 3 à 5 bridages. Chaque bridage introduit des erreurs de positionnement qui peuvent s'accumuler et dépasser les tolérances. L'usinage CNC 5 axes permet de réaliser l'usinage de toutes les caractéristiques en une seule opération.

Prenons l'exemple de l'usinage de moules complexes : alors que l'usinage traditionnel à 3 axes présente une erreur cumulée de ±0,1 mm, l'usinage CNC à 5 axes permet de contrôler l'erreur à ±0,025 mm près , répondant ainsi pleinement aux exigences de haute précision.

2. Avantages des outils courts : vibrations réduites, qualité améliorée

L'usinage CNC 5 axes utilise des outils courts. L'angle d'usinage optimal est maintenu grâce à la rotation de la pièce ou de l'outil sur la machine. Ceci réduit considérablement les vibrations de coupe. Il en résulte une rugosité de surface Ra ≤ 0,8 µm et une durée de vie de l'outil accrue de plus de 50 % , ce qui diminue les coûts d'usinage.

3. Étalonnage et compensation de qualité professionnelle : maintien d’une précision au micron près

Les centres d'usinage 5 axes haut de gamme maintiennent leur précision grâce à des technologies telles que la compensation dynamique de précision, la correction en temps réel des erreurs minimes et la compensation de déformation thermique, contrant ainsi la déformation due à la température.

JS Precision applique des exigences strictes en matière de centres d'usinage CNC 5 axes. Les broches et les glissières sont calibrées tous les six mois, tandis que la température de l'atelier est maintenue à 20 ± 2 °C et l'humidité relative entre 40 % et 60 %. Ces mesures, associées à un contrôle complet à 100 % par machine à mesurer tridimensionnelle, garantissent une précision constante des pièces.

Figure 2 : En usinage CNC 5 axes, l’extension des mouvements d’outil et l’accessibilité accrue à la pièce sont assurées par deux axes de rotation supplémentaires. Cette capacité est essentielle pour réduire les réglages et obtenir une précision supérieure.

Quels matériaux excellent sur un centre d'usinage 5 axes ?

L'un des principaux avantages du centre d'usinage 5 axes réside dans sa grande adaptabilité. Il permet d'obtenir d'excellents résultats avec la quasi-totalité des matériaux usinables. Le tableau ci-dessous présente les caractéristiques d'usinage et les secteurs d'activité concernés pour différents matériaux.

Dotée d'une bibliothèque de plus de 200 technologies de traitement des matériaux, allant de la découpe à basse température au contrôle de la température des matériaux en alliage de titane, en passant par le réglage des broches pour éviter la déformation des plastiques PEEK, JS Precision a traité plus de 50 types de matériaux pour répondre aux besoins de nombreuses industries.

Qu'il s'agisse d'alliages de titane, de plastiques PEEK ou de matériaux composites en fibre de carbone, notre centre d'usinage 5 axes JS Precision est capable de traiter efficacement ces matériaux difficiles à usiner. Nous optimisons l'ensemble du processus d'usinage en fonction des caractéristiques du matériau afin de garantir la qualité des pièces et une livraison rapide.

Comment choisir la meilleure configuration de centre d'usinage 5 axes pour votre projet ?

La configuration optimale d'un centre d'usinage 5 axes permet d'obtenir un équilibre parfait entre efficacité d'usinage et coût. Voici les étapes à suivre :

Définissez vos besoins

Les paramètres clés de la pièce à identifier sont :

• Dimensions : longueur, largeur et hauteur maximales.
• Complexité : chacune présentant des surfaces courbes continues ou des trous obliques.
• Taille des lots : petit lot de 10 pièces, grand lot de 1000 pièces.
• Précision cible : ±0,025 mm ou ±0,05 mm.
• Matériau : métal ou plastique. Ces paramètres sont déterminés en fonction de la configuration de la machine.

Considérations clés en matière de configuration

Dimensions de la table et course : La course détermine la taille maximale des pièces usinables. Par exemple, une machine-outil avec une course de 600 × 500 × 400 mm permet d’usiner des pièces jusqu’à 500 × 400 × 300 mm. Les dimensions de la table doivent être adaptées au poids de la pièce et aux exigences de montage. Les pièces lourdes nécessitent une table à forte capacité de charge.

Structure à axe rotatif : La structure à plateau rotatif est adaptée aux pièces lourdes. Les structures à tête pivotante conviennent aux pièces présentant des surfaces courbes complexes. La structure hybride (plateau rotatif + tête pivotante) offre une grande flexibilité.

Capacité du magasin d'outils et vitesse de changement d'outils : 24 outils pour les petites et moyennes séries, plus de 48 outils pour les grandes séries et la fabrication de pièces complexes. La rapidité du changement d'outils réduit les temps d'attente.

Système CNC : Seuls les systèmes haut de gamme peuvent permettre une programmation simultanée complexe sur 5 axes, tels que le FANUC 31i et le SIEMENS 840D.

Analyse des investissements et des rendements

Le prix d'une machine CNC 5 axes se situe généralement entre 100 000 et 500 000 dollars, les configurations plus complexes entraînant des prix plus élevés. Cependant, les machines-outils haut de gamme permettent de réduire les délais de livraison jusqu'à 30 % et d'augmenter le rendement jusqu'à 20 %, ce qui se traduit par des coûts globaux moindres à long terme. La plupart des entreprises n'ont donc pas besoin de les acquérir elles-mêmes.

Il leur suffit d'opter pour les services d'un fournisseur comme JS Precision pour accéder à des configurations de centres d'usinage 5 axes haut de gamme sans avoir à supporter eux-mêmes les coûts d'équipement.

Prix de la machine CNC 5 axes dévoilé : où va votre investissement ?

Le prix des machines CNC 5 axes varie considérablement, de 100 000 $ à 500 000 $. Les principaux coûts concernent :

1. Coûts des composants de base

Les principaux facteurs de coût sont les axes rotatifs doubles de haute précision, les structures mécaniques rigides, les broches électriques de forte puissance et les systèmes CNC avancés. Par exemple, un axe rotatif double de haute précision coûte entre 20 000 et 50 000 $, une broche électrique de 15 kW entre 10 000 et 30 000 $, et les systèmes CNC haut de gamme de FANUC et SIEMENS entre 20 000 et 40 000 $.

Ces composants déterminent directement la précision et la stabilité de la machine-outil.

2. Valeur ajoutée technologique

Les technologies « invisibles » telles que les logiciels de compensation dynamique (correction d'erreurs en temps réel), les technologies de contrôle des vibrations et les technologies de stabilisation thermique (réduction de l'impact de la température) contribuent au coût élevé des machines-outils.

Par exemple, un logiciel de compensation dynamique peut coûter entre 5 000 et 10 000 dollars, et une technologie de stabilisation thermique entre 4 000 et 9 000 dollars. Ces technologies permettent à la machine-outil de conserver une haute précision sur de longues périodes.

3. Marque et fiabilité

Les marques de premier rang, représentées par DMG MORI et FANUC, sont environ 20 à 30 % plus chères que les marques de second rang, mais en contrepartie, leur stabilité, leur précision et leur service après-vente sont mieux garantis.

Par exemple, les machines-outils de marque haut de gamme ont un MTBF moyen de plus de 8 000 heures, tandis que celles de deuxième gamme n’en ont qu’environ 5 000, et leur service après-vente est plus rapide.

Pour la plupart des clients, l'acquisition d'un centre d'usinage 5 axes indépendant représente un investissement important en termes d'achat, de maintenance et de personnel. En collaborant avec JS Precision, vous éliminez ces coûts et bénéficiez de services d'usinage CNC 5 axes performants et économiques.

Vous hésitez quant au prix d'une machine CNC 5 axes ? Profitez dès aujourd'hui des services d'usinage CNC 5 axes économiques de JS Precision pour réaliser des économies sur l'achat et la maintenance de votre équipement. Envoyez-nous vos spécifications et nous vous proposerons un tarif transparent et des services d'usinage performants.

Figure 4 : L'image montre une machine-outil horizontale CNC à cinq axes haut de gamme, dont le prix peut facilement dépasser 250 000 dollars américains.

Quels sont les points clés pour garantir le succès des services d'usinage CNC 5 axes ?

En vous concentrant sur les quatre aspects clés suivants, vous pourrez tirer pleinement parti des services d'usinage CNC 5 axes pour votre projet :

1. Analyse de faisabilité en phase de conception

Dès les premières étapes de la conception, il est important de communiquer avec le prestataire de services afin d'optimiser la pièce du point de vue de l'usinage. Par exemple, assurez-vous que l'épaisseur de paroi soit d'au moins 1 mm et que la profondeur de la cavité ne dépasse pas 10 fois le diamètre de l'outil. Cela permettra de réduire la difficulté et le coût d'usinage.

Nos conseils professionnels, prodigués par les ingénieurs de JS Precision, contribuent à réduire les coûts d'usinage de 30 % en moyenne.

2. Programmation et simulation professionnelles

Comparée à la programmation 3 axes, la programmation 5 axes est beaucoup plus complexe et exige des logiciels plus performants (comme UG et Mastercam) ainsi que des programmeurs expérimentés. La simulation de la trajectoire d'outil est primordiale pour détecter au plus tôt les risques de collision.

En simulant la trajectoire d'outil avec RoboDK depuis plus de 10 ans, notre équipe de programmation a atteint un taux de réussite de 100 % sans aucune collision.

3. L'art de la conception des luminaires

Les dispositifs d'usinage 5 axes doivent maintenir fermement la pièce à usiner avec une force de serrage d'au moins 500 N et ne pas interférer avec l'outil. Les dispositifs conçus sur mesure s'adaptent mieux aux formes des pièces, garantissant ainsi la précision.

JS Precision dispose d'une équipe professionnelle de conception de montages qui personnalise les montages en fonction des caractéristiques des pièces afin de garantir un usinage stable des machines.

4. Contrôle qualité complet

Le contrôle qualité est effectué à chaque étape : lors de l'inspection des matières premières, par analyse spectrale pour confirmer la composition des métaux, lors de la mesure en ligne, grâce à des sondes de machines-outils détectant les dimensions critiques en temps réel, et lors de l'inspection finale, par inspection complète à l'aide d'une machine à mesurer tridimensionnelle.

JS Precision fournira un rapport d'inspection qualité complet pour chaque pièce afin de garantir le respect des exigences.

JS Precision propose des services d'usinage CNC 5 axes, de l'optimisation de la conception au contrôle qualité. Il vous suffit de nous fournir le plan et les spécifications de la pièce ; nous nous chargeons du reste, avec notre expertise, pour un usinage réussi et une totale tranquillité d'esprit.

Étude de cas : Comment JS Precision a surmonté la complexité des pièces de drones/modèles réduits d’avions grâce à la commande numérique 5 axes

Les exigences en matière de légèreté et de précision des pièces de drones et d'avions miniatures sont extrêmement élevées. JS Precision a relevé ce défi en usinant un support de fuselage intégré pour une équipe de course de drones de haut niveau. Le processus est le suivant :

Défi client

Le support de fuselage intégré, fabriqué en alliage d'aluminium 7075, doit peser moins de 100 g. La pièce présentait des surfaces aérodynamiques complexes avec des erreurs de surface ≤ 0,03 mm, tout en devant intégrer trois supports de montage à différents angles, avec une tolérance de positionnement ≤ 0,02 mm.

L'assemblage conventionnel des composants pesait 150 g, soit plus que les exigences du cahier des charges ; la résistance à la rupture s'est avérée n'être que de 200 MPa, ce qui ne pouvait pas non plus répondre aux exigences de la compétition.

Solution par JS Precision

1. Optimisation de la conception : La conception de la topologie allégée a été optimisée en collaboration avec le client par la suppression des matériaux superflus. L’épaisseur des parois a été réduite de 2 mm à 1,2 mm, tout en préservant les points de contrainte critiques. L’ajustement précis des angles des supports de fixation a facilité l’usinage.

2. Planification du processus : Le centre d'usinage 5 axes DMG MORI a été adopté avec une stratégie combinant l'ébauche à axes fixes « 3+2 », ce qui a augmenté l'efficacité de 40 %, et la finition simultanée à 5 axes.

3. Exécution de précision : L’usinage a été entièrement réalisé en une seule opération. Des palpeurs de machine-outil ont été utilisés pendant le traitement pour la mesure en ligne et la correction des erreurs ; la précision de positionnement finale a atteint ±0,025 mm et la rugosité de surface Ra était de 0,4 µm.

Résultats et valeur

Le support final ne pesait que 92 g ( soit une réduction de 38,7 % ), avec une résistance à la rupture accrue de 280 MPa (en hausse de 40 %) et une résistance à l'air réduite de 15 %. Cette pièce a valu à l'équipe le deuxième prix du Concours national d'usinage de vitesse.

Jusqu'alors, le client résolvait tous ses problèmes de conception et de fabrication en un seul lieu, chez JS Precision, réduisant ainsi le cycle de R&D de 45 jours à 20 jours.

Figure 4 : châssis de drone en alliage d'aluminium de haute précision

Comment collaborer efficacement avec votre fournisseur de services d'usinage CNC 5 axes ?

En collaborant efficacement avec votre prestataire de services d'usinage CNC 5 axes, vous réduisez les délais de vos projets et améliorez ainsi considérablement la qualité de l'usinage. Concrètement, cela peut se faire notamment en :

1. Préparation de votre paquet de données

Veuillez fournir un modèle CAO 3D complet au format STEP pour une meilleure compatibilité. Veuillez également fournir des plans techniques 2D. Les principales tolérances dimensionnelles, le traitement de surface et les spécifications des matériaux doivent être clairement indiqués sur les plans 2D. Un dossier complet permettra au prestataire de services de comprendre rapidement vos besoins, réduisant ainsi les coûts de communication.

2. Définir clairement les exigences techniques

Fournissez au prestataire de services des spécifications exactes sur les matériaux, tels que l'alliage d'aluminium 7075-T6 ou le PEEK 450G, les traitements de surface comme l'anodisation ou la peinture, les tolérances dimensionnelles critiques, y compris ±0,02 mm, et le type d'environnement opérationnel auquel les pièces seront confrontées, comme la résistance à la chaleur ou à la corrosion, afin d'aider le prestataire de services à élaborer une solution précise.

3. Communiquer les attentes et le budget

Indiquez clairement les objectifs du projet, qu'il s'agisse de la vérification d'un prototype ou de la production en série , la quantité (par exemple, 50 ou 500 unités) et la fourchette budgétaire (par exemple, 10 000 $ ou 50 000 $). Ainsi, le prestataire de services adaptera le processus en conséquence, proposera une solution rentable et évitera les ajustements dus à des écarts budgétaires.

Le processus de collaboration avec JS Precision est simple et efficace : vous envoyez votre dossier de données → confirmation par nos ingénieurs sous 24 h → traitement du dossier, devis et planification de la livraison → confirmation de votre commande → production et livraison avec rapport de contrôle qualité. L’ensemble du processus est transparent et performant, et vous pouvez le suivre à tout moment.

FAQ

Q1 : L'usinage CNC 5 axes est-il uniquement destiné à la production de masse ?

Non. Bien qu'elle soit adaptée à la production de masse, son principal avantage réside dans le prototypage rapide et la fabrication de petits lots de pièces complexes grâce aux économies réalisées sur les coûts d'outillage et de montage ainsi que sur le temps de préparation.

Q2 : Quelles sont les tolérances minimales typiques en usinage 5 axes ?

De manière générale, la tolérance est de ±0,025 mm, selon les matériaux et la taille de la pièce. Pour certaines pièces de précision, elle peut atteindre ±0,005 mm. Une tolérance donnée doit être évaluée et déterminée par l'ingénieur.

Q3 : L'usinage 5 axes peut-il complètement remplacer l'usinage 3+2 axes ?

Non, il ne peut pas le remplacer entièrement. L'usinage simultané 5 axes est utilisé pour les surfaces complexes et continues, tandis que pour les formes multi-angles, on utilise 3+2 axes. Les machines-outils 5 axes haut de gamme peuvent fonctionner dans les deux modes, offrant ainsi une grande liberté d'utilisation.

Q4 : Quels sont les avantages de l'usinage 5 axes pour les matériaux difficiles à usiner comme les alliages de titane ?

Le procédé d'usinage à 5 axes maintient les meilleurs angles de coupe et les vitesses de coupe constantes, ce qui contrôle efficacement la chaleur générée par la coupe, prolonge la durée de vie des outils et améliore la qualité et l'efficacité de l'usinage des pièces en alliage de titane.

Q5 : La programmation 5 axes est-elle extrêmement difficile et plus coûteuse ?

C'est effectivement plus complexe qu'une machine à 3 axes et cela requiert un logiciel spécialisé ainsi qu'une expertise pointue. Cependant, JS Precision dispose d'une équipe de programmeurs et de logiciels professionnels, et a optimisé ce coût dans ses prestations ; les clients peuvent donc l'utiliser en toute sérénité.

Q6 : Ma pièce nécessite un usinage sur cinq faces, mais avec peu de surfaces courbes. Ai-je besoin d’un usinage 5 axes ?

Oui. Dans ce cas, le mode d'usinage à axes fixes « 3+2 » est particulièrement efficace, une des fonctions d'une machine-outil à 5 axes qui peut aider à éviter les erreurs résultant de plusieurs opérations de serrage.

Q7 : Quel est le prix général d'un centre d'usinage 5 axes ?

Cela représente une fourchette de prix très large , de 100 000 $ à 500 000 $, selon les spécifications, la marque et la configuration. La plupart des entreprises ont intérêt à opter pour des services d'usinage 5 axes professionnels.

Q8 : Quelles sont les dimensions des pièces 5 axes que JS Precision peut prendre en charge ?

L'équipement de JS Precision peut traiter des pièces allant de très petites, comme des pièces de 2 mm de diamètre, à de grands composants structurels tels que des pièces de 1000 × 800 × 600 mm. Des ressources de correspondance dimensionnelle précises sont nécessaires.

Résumé

L'usinage CNC 5 axes propulse l'industrie manufacturière de la simple « capacité à fabriquer » à un niveau supérieur de « fabrication intelligente ». Il s'agit de bien plus que cinq axes mobiles : une philosophie visant à dépasser les limitations géométriques, à intégrer les étapes de production et à libérer le potentiel de conception.

Si l'usinage de pièces complexes vous pose problème, ne vous souciez pas de la configuration de l'équipement ni du prix. JS Precision, forte de 12 ans d'expérience et équipée de centres d'usinage 5 axes de pointe, répond aux exigences les plus élevées et propose des services complets , de l'optimisation de la conception à la livraison finale, pour résoudre les problèmes de fabrication de ses clients et accélérer la mise en œuvre de leurs projets.

Envoyez-nous vos fichiers CAO dès maintenant et bénéficiez d'une précision, d'une efficacité et d'un rapport qualité-prix exceptionnels pour l'usinage CNC 5 axes avec l'équipe d'experts de JS Precision. Nous vous fournirons une analyse de faisabilité de fabrication professionnelle et un devis compétitif sous 6 heures.