Usinage CNC 5 axes : définition, processus et types | JS Precision

Dans la quête moderne de l'ingénierie pour atteindre la performance ultime, les formes des produits actuels sont devenues de plus en plus complexes : des pales de turbines à la surface parfaitement aérodynamique, aux squelettes aérospatiaux de forme irrégulière développés pour réduire le poids, en passant par les implants médicaux qui fusionnent avec le squelette humain.

La fabrication de ces pièces pose des défis quasi obsessionnels aux techniques d'usinage traditionnelles. L'usinage CNC 5 axes représente la solution idéale à ce défi.

Il ne s'agit pas simplement d'une machine-outil capable de se déplacer dans cinq directions, mais d'une philosophie visant à obtenir une « forme parfaite en une seule opération » grâce à une réflexion complexe sur l'usinage CNC.

Ce guide vous permettra de comprendre pleinement la définition, le processus et les différents types d'usinage CNC 5 axes, afin d'utiliser cette technologie en toute sérénité et de déterminer si elle convient à votre projet. Il présente également l'expérience pratique de JS Precision dans ce domaine, vous offrant ainsi une référence fiable pour vos besoins de fabrication.

Résumé des réponses principales

Guide de l'ingénieur de précision JS : Explication complète de la technologie d'usinage 5 axes

L'usinage CNC 5 axes chez JS Precision est profondément impliqué dans ce secteur depuis 12 ans et y a joué un rôle décisif, et pas seulement grâce à cela.

Notre entreprise est certifiée ISO 9001 (système de management de la qualité), AS9100 (industrie aérospatiale) et ISO 13485 (système de management de la qualité des dispositifs médicaux). Nous disposons également de 30 machines CNC 5 axes haut de gamme de marques telles que DMG MORI et Mazak.

Nous avons traité plus de 100 000 pièces complexes pour plus de 800 clients des secteurs de l’aérospatiale, du médical et des drones, dont un important fabricant aérospatial et une entreprise leader dans le domaine des dispositifs médicaux.

Par exemple, les pièces structurelles de la chambre de combustion du moteur fabriquées pour un client du secteur aérospatial ont été traitées avec un alliage de titane Ti6Al4V et ont atteint une tolérance de ±0,005 mm.

Nous avons finalisé la production mensuelle de 5 000 pièces d'implants rachidiens en PEEK de qualité médicale destinées à des clients du secteur médical, avec un taux de réussite supérieur à 99,8 %. Par ailleurs, nous avons atteint une capacité de production annuelle de 20 000 châssis intégrés pour un fabricant de drones, garantissant un taux de défauts inférieur à 0,1 %.

Ce document n'est pas un guide théorique, mais le fruit de plusieurs années d'expérience pratique. Chaque point a été vérifié en situation réelle, et vous pouvez avoir une confiance absolue en son professionnalisme et son aspect pratique.

Pour vos besoins en usinage CNC 5 axes, JS Precision bénéficie d'une vaste expérience et de certifications reconnues. Notre équipement haut de gamme vous garantit une solution d'usinage de précision. N'hésitez pas à nous communiquer vos spécifications ; nous vous recontacterons rapidement. Contactez-nous et commençons votre projet !

Qu'est-ce qu'une machine CNC 5 axes ? Une révolution industrielle au-delà des trois dimensions.

Après avoir compris l'expertise de JS Precision en matière d'usinage CNC 5 axes, vous vous demandez peut-être : qu'est-ce qu'une machine CNC 5 axes exactement ? Pourquoi est-elle considérée comme une révolution industrielle au-delà des trois dimensions ?

Définition de base

Une machine-outil CNC à 5 axes est un appareil avancé qui ajoute deux axes rotatifs aux trois axes linéaires traditionnels : les axes X, Y et Z contrôlent respectivement les mouvements d’avant en arrière, de gauche à droite, de haut en bas de la machine.

Cela permet à l' outil de coupe d'approcher la pièce à usiner sous plusieurs angles, réalisant ainsi un usinage sur cinq faces et un usinage de surface spatiale continu qui ne pourraient pas être effectués par une machine-outil à 3 axes.

Analyse du type de noyau

L'atout majeur d'une machine CNC 5 axes réside dans sa capacité à effectuer une seule opération, une seule configuration, et tout est terminé. Comparée à l'usinage 3 axes, elle augmente l'efficacité de plus de 50 %, élimine les erreurs de positionnement et permet de traiter des géométries complexes, ce qui explique son influence révolutionnaire sur la fabrication.

Figure 1 : Les deux axes supplémentaires d'une machine à cinq axes déterminent comment les axes A et B tournent autour de X, Y et Z.

Comment l'usinage CNC 5 axes atteint-il une précision étonnante de ±0,01 mm ?

Après une introduction aux principes de base des machines-outils à commande numérique 5 axes, on peut se demander comment il est possible d'atteindre une précision aussi étonnante que ±0,01 mm. Cette précision est bien inférieure au diamètre d'un cheveu humain , qui est d'environ 0,05 mm.

1. Élimination des erreurs :

La configuration en une seule étape est essentielle pour éliminer les erreurs. L'usinage CNC 3 axes conventionnel nécessite de nombreux bridages, et l'accumulation d'erreurs de conversion de données affecte la précision. À l'inverse, l'usinage CNC 5 axes réalise toutes les opérations d'usinage en une seule configuration, sans accumulation d'erreurs.

2. Avantages des outils plus courts :

Grâce au réglage de l'angle de la pièce par deux axes de rotation, l'outil de coupe pénètre toujours avec un angle optimal par rapport à la surface usinée. Plus l'outil est court, moins il vibre à haute vitesse. Il présente également une moindre déformation , ce qui améliore la qualité de surface et la stabilité dimensionnelle .

3. Compensation dynamique de précision :

Les machines CNC 5 axes haut de gamme adoptent plusieurs méthodes de compensation de précision, parmi lesquelles certains modèles peuvent fournir une correction de déviation en temps réel dans un système de rétroaction en boucle fermée utilisant un codeur linéaire, des paramètres ajustés en température pour la compensation de la déformation thermique et une compensation du jeu pour l'élimination des erreurs de jeu afin de garantir une haute précision lors de la découpe à grande vitesse.

Une précision allant jusqu'à ±0,01 mm est obtenue grâce à des machines-outils haut de gamme, des ateliers à température contrôlée et un étalonnage régulier.

Quels matériaux offrent les meilleures performances sur une machine CNC 5 axes ?

Outre sa précision, l'usinage CNC 5 axes présente l'avantage d'être très polyvalent, car il s'adapte à une grande variété de matériaux. Quels sont les matériaux les plus adaptés à une machine CNC 5 axes ?

L'usinage CNC 5 axes permet de traiter la quasi-totalité des matériaux usinables, notamment ceux de valeur ou difficiles à usiner. JS Precision bénéficie d'une vaste expérience dans l'usinage de centaines de matériaux et propose des outils spécifiques pour prévenir le durcissement des alliages de titane, garantissant ainsi la biocompatibilité du PEEK de qualité médicale dans des conditions environnementales rigoureusement contrôlées.

CNC 3 axes vs CNC 5 axes : Quel est votre retour sur investissement ?

En matière d'adaptabilité des matériaux, on se concentre souvent sur les coûts. Quel est le retour sur investissement (ROI) d'une machine CNC 3 axes par rapport à une machine CNC 5 axes ? Il est essentiel de considérer à la fois les économies réalisées et la création de valeur.

Économies de coûts apparentes

Augmenter la valeur cachée

La plupart des entreprises investissent dans des machines 5 axes, ce qui représente un coût et un risque élevés. Opter pour des services professionnels d'usinage CNC 5 axes permet de bénéficier de capacités optimales, d'éviter les risques et de réduire les coûts.

Si vous hésitez entre l'usinage CNC 3 axes et 5 axes , JS Precision propose des services d'usinage CNC 5 axes à un excellent rapport qualité-prix. N'hésitez pas à nous soumettre vos plans et spécifications techniques pour obtenir une solution personnalisée et ainsi optimiser votre investissement en équipement.

Figure 2 : Quelle est la différence de retour sur investissement entre une CNC 3 axes et une CNC 5 axes ?

Comment développer un processus d'usinage 5 axes pour des pièces complexes usinées par CNC ?

Une fois que vous avez opté pour l'usinage 5 axes, comment élaborer un plan de processus pour une pièce complexe usinée par CNC ? Voici notre méthode de planification de processus en quatre étapes :

1. Conception pour la fabrication (DFM) : Dès les premières étapes de la conception des pièces, les clients doivent collaborer étroitement avec les ingénieurs de JS Precision afin de réaliser une analyse de conception pour la fabrication. En fonction des caractéristiques de l’usinage 5 axes, la structure de la pièce sera optimisée : positionnement des perçages ajusté, surfaces simplifiées, fabricabilité améliorée, coûts réduits et temps de cycle raccourci.

2. Choix de la stratégie : Adopter la stratégie combinant l’usinage à axes fixes « 3+2 » et l’usinage simultané 5 axes. La configuration « 3+2 » est adaptée à l’ébauche et à l’usinage multi-angles, offrant une efficacité élevée, tandis que l’usinage simultané 5 axes convient à la finition de surface pour garantir précision et qualité de surface.

3. Optimisation de la trajectoire d'outil : Appliquer le fraisage hélicoïdal et l'usinage de contour, entre autres techniques, pour réduire les chocs, stabiliser les forces de coupe, éviter les surcoupes dues aux vibrations et protéger l'outil tout en améliorant la qualité.

4. Conception des dispositifs de fixation : Ces dispositifs sur mesure sont essentiels à la réussite des opérations d’usinage CNC complexes . Ils doivent garantir la rigidité des pièces, empêchant tout balancement, tout en préservant l’amplitude de rotation des axes afin d’éviter les interférences.

Nous usinons des pièces et proposons également des solutions de processus complètes, de la conception à la production en série.

Pour l'usinage CNC de pièces complexes nécessitant une conception de processus, JS Precision propose des services d'usinage CNC 5 axes avec un accompagnement complet, de l'analyse DFM à la conception des montages. Nous assurons un suivi à chaque étape pour garantir la réalisation efficace de votre projet. Contactez-nous pour démarrer cette collaboration.

Quels sont les paramètres optimaux pour l'usinage CNC haute vitesse à 5 axes ?

L'usinage CNC 5 axes à grande vitesse permet d'améliorer encore l'efficacité. Cependant, il ne s'agit pas d'augmenter la vitesse, mais de maîtriser les paramètres clés. Quels sont donc ces paramètres ?

Concept d'usinage à grande vitesse

Le principe fondamental de l'usinage CNC 5 axes à grande vitesse repose sur trois piliers : « vitesse élevée, avance rapide, faible profondeur de passe et faible pas d'usinage ». Autrement dit, une vitesse d'outil élevée, une grande course, une faible profondeur de passe et un faible pas d'usinage permettent d'enlever plus de matière par unité de temps et de réduire l'effort de coupe, ce qui améliore la qualité de surface.

L'art de la coordination des paramètres

1. Adaptation de la vitesse de broche et de l'avance : calculée en fonction du diamètre de l'outil, du nombre de dents et du matériau. Par exemple, lors de l'usinage d' un alliage d'aluminium avec un outil carbure à 4 dents de 10 mm, la vitesse de broche doit être réglée à 10 000 tr/min et l'avance à 1 500 mm/min afin de maintenir une épaisseur de copeau optimale et de prévenir l'usure de l'outil.

2. Applications du fraisage trochoidal : Le domaine d'application des trajectoires d'outil trochoidales concerne les cavités profondes/rainures étroites, sans coupe sur toute la largeur, ce qui réduit les contraintes sur l'outil, le protégeant ainsi et assurant une efficacité accrue, notamment dans les applications impliquant des matériaux difficiles à usiner.

3. Fonction d'accélération et d'anticipation : Une forte accélération de la machine-outil permet aux outils d'atteindre rapidement leur vitesse de croisière, réduisant ainsi les temps morts. La fonction d'anticipation analyse les événements à venir sur la trajectoire de l'outil, notamment les paramètres nécessaires pour éviter les ralentissements ou les déformations de surface.

Nous disposons d'une bibliothèque de milliers de paramètres validés, offrant un équilibre optimal entre efficacité et qualité.

Pour vos besoins en usinage CNC 5 axes à grande vitesse , JS Precision dispose de bibliothèques de paramètres professionnelles et de machines-outils haut de gamme. Nous usinons efficacement les pièces de nos clients, qu'il s'agisse de cavités profondes ou de surfaces complexes. Il vous suffit de nous indiquer vos exigences, et nous sélectionnerons les paramètres optimaux.

Étude de cas : Comment JS Precision remodèle le châssis principal d'un drone grâce à l'usinage à grande vitesse sur 5 axes

Défi du client

Un fabricant de drones industriels devait produire un châssis principal monobloc en alliage d'aluminium 7075. Traditionnellement, l'entreprise utilisait une machine-outil à 3 axes qui nécessitait l'usinage du châssis en 5 pièces, puis un assemblage de plus de 12 heures.

L'erreur de précision du cadre assemblé atteignait ±0,1 mm, ce qui ne répond pas aux exigences de stabilité en vol. De nombreux connecteurs, pesant jusqu'à 1,2 kg, réduisaient l'autonomie de vol et présentaient des risques pour la solidité de la structure ; certains connecteurs desserrés ont été observés lors des essais.

La solution de JS Precision

1. Intégration de la conception :

Nous avons d'abord intégré les éléments de conception en fonction des exigences, en transformant les 5 pièces initiales en une structure unique. Cette conception a permis d'éliminer complètement tous les connecteurs et de résoudre à la source les problèmes d'erreurs d'assemblage et de poids .

Usinage à grande vitesse sur 2,5 axes :

Le centre d'usinage à grande vitesse 5 axes adopté était le DMG MORI DMC 850 Vec. Tout d'abord, il a rapidement enlevé 70 % du matériau supplémentaire en utilisant le mode d'axe fixe « 3+2 », puis est passé au mode d'usinage simultané 5 axes pour la finition, qui comprenait certaines structures complexes comme la surface courbe irrégulière et le canal d'écoulement interne sur le cadre sans serrage secondaire tout au long du processus.

3. Paramètres optimisés :

Pour l'alliage d'aluminium 7075, la vitesse de broche a été fixée à 18 000 tr/min, l'avance à 8 000 mm/min et la profondeur de passe à 0,2 mm. De plus, une stratégie de fraisage trochoïdale a été employée afin d'éviter la surcharge de l'outil lors de l'usinage de rainures internes étroites. La régularité du mouvement pendant l'usinage de surface a été assurée par la fonction d'anticipation à 100 segments du système CNC.

Réalisations et valeur de notre entreprise

Au final, nous avons réduit le temps d'usinage global de 12 à 4 heures, tout en augmentant l'efficacité de 300 %. Cela permet de diminuer le poids du cadre de 15 % pour atteindre 1,02 kg, avec une augmentation de 10 % de l'autonomie, et une rigidité globale accrue de 40 % lui confère une meilleure résistance aux chocs importants.

L'usinage à une seule pince permet d'obtenir des tolérances de pièce de ±0,008 mm, ce qui répond aux exigences de stabilité en vol et assure une étanchéité parfaite sans laisser l'eau de pluie pénétrer dans les circuits internes.

Grâce à ce châssis, les clients ont atteint une charge utile et une autonomie supérieures à celles de leurs concurrents, obtenant ainsi un avantage concurrentiel considérable sur le marché.

Figure 3 : Châssis principal intégré de véhicule aérien sans pilote en alliage d’aluminium 7075

Comment identifier et collaborer avec un fournisseur de services d'usinage CNC 5 axes fiable ?

Compte tenu des avantages mentionnés ci-dessus concernant l'usinage 5 axes, vous pourriez être amené à rechercher un prestataire de services adapté. Comment identifier et collaborer avec un prestataire fiable en usinage CNC 5 axes ? Voici cinq critères d'évaluation clés.

1. Équipement technique : Vérifiez la marque de la machine-outil, sa précision et ses capacités de fraisage et de tournage. Par exemple, vérifiez si elle dispose d’une machine-outil 5 axes comme DMG MORI ou MAZAK, et si sa précision de positionnement atteint ±0,005 mm.

2. Équipe d'ingénierie : Veuillez fournir un aperçu de leur expérience en programmation FAO et en ingénierie des procédés de fabrication de pièces. Ils doivent maîtriser les logiciels UG et Mastercam, être capables de définir des procédés et de proposer des solutions adaptées aux besoins spécifiques des pièces.

3. Système qualité : Vérifiez si l’entreprise dispose d’équipements de contrôle complets, tels que des machines à mesurer tridimensionnelles et des scanners laser. Il est très difficile de garantir la précision des pièces sans capacités de contrôle.

4. Expertise sectorielle : Analysez leurs études de cas réussies liées à votre secteur. Par exemple, l’aérospatiale exige une expérience des matériaux résistants aux hautes températures, les applications médicales une expérience en biocompatibilité.

5. Communication et transparence : Vérifiez s’ils sont capables d’établir des plans de processus clairs, de fournir des retours d’information sur l’avancement des travaux et de rédiger des rapports d’inspection. Une communication transparente est gage de sérénité.

Les cinq standards de JS Precision comprennent 30 machines-outils haut de gamme à 5 axes, dont 10 centres de fraisage-tournage, des ingénieurs ayant en moyenne plus de 8 ans d'expérience, un équipement de test entièrement opérationnel, de nombreuses études de cas dans de nombreux domaines et un suivi transparent de l'avancement des projets.

Nous nous efforcerons constamment de devenir un « département externe de R&D et de fabrication » fiable pour nos clients dans le domaine complexe de l'usinage CNC.

Figure 4 : Évaluer la fiabilité des fournisseurs de services d'usinage CNC 5 axes en examinant leur équipement technique.

FAQ

Q1 : Quelle est la tolérance minimale généralement atteignable en usinage 5 axes ?

La précision peut atteindre ±0,01 mm grâce à un équipement de haute qualité et à un contrôle rigoureux chez JS Precision, voire ±0,005 mm pour certaines caractéristiques, répondant ainsi aux exigences des pièces de haute précision.

Q2 : La programmation 5 axes est-elle très chronophage et difficile ?

La programmation des machines 5 axes est plus complexe que celle des machines 3 axes. Elle exige des logiciels de FAO avancés et une grande expérience. Chez JS Precision, nous prenons en charge cette difficulté grâce à nos équipes de programmation professionnelles et leurs méthodes de travail efficaces.

Q3 : Quelle est la différence entre l'usinage « 3+2 » et l'usinage simultané 5 axes ?

L'usinage « 3+2 » est un usinage à axes fixes, où l'angle de la pièce est maintenu constant après le fraisage 3 axes. Il est adapté aux pièces présentant des caractéristiques multi-angulaires. L'usinage simultané 5 axes, quant à lui, utilise les 5 axes simultanément et convient à l'usinage de surfaces courbes complexes. Ces deux méthodes peuvent être réalisées sur la même machine-outil.

Q4 : Quelles sont les exigences particulières pour l'usinage des alliages de titane sur une machine-outil à 5 ​​axes ?

L'usinage des alliages de titane exige des machines-outils d'une grande rigidité, des outils de coupe spéciaux, un refroidissement interne haute pression, des paramètres précis et la prévention de l'écrouissage. Ces procédés sont maîtrisés afin d'éviter une surchauffe pendant la coupe. C'est précisément le savoir-faire de JS Precision.

Q5 : Est-il possible d'effectuer des opérations de tournage sur une machine-outil à 5 ​​axes ?

Oui, un centre d'usinage multi-tournage combine les capacités de fraisage et de tournage 5 axes, permettant un usinage véritablement « tout-en-un » . JS Precision possède également ce type d'équipement.

Q6 : Quelles sont les dimensions des pièces 5 axes que JS Precision peut prendre en charge ?

L'usinage 5 axes de précision de JS Precision est extrêmement performant et permet de traiter des pièces de dimensions allant du millimètre au mètre. Veuillez préciser les dimensions souhaitées ; nous mettrons en relation les ressources appropriées.

Q7 : Comment obtenir une finition miroir lors de l'usinage 5 axes de pièces en aluminium ?

Grâce à l'utilisation d'outils diamantés, à des paramètres de finition à grande vitesse optimisés et à un environnement de coupe stable, JS Precision peut réaliser des pièces en aluminium avec une rugosité Ra inférieure à 0,2 μm.

Q8 : Quel est le délai de livraison d'un projet d'usinage 5 axes, de la passation de commande à la livraison ?

Le délai de réalisation dépend de la complexité de la pièce. Pour les prototypes simples, 3 à 5 jours suffisent, mais pour les pièces complexes, il peut falloir jusqu'à 2 ou 3 semaines. JS Precision vous communiquera une date de livraison en fonction de votre projet.

Q9 : Fournissez-vous un traitement de surface après usinage 5 axes ?

Oui, chez JS Precision, nous proposons un service de traitement de surface complet comprenant l'anodisation, le sablage, la peinture, la passivation et le plaquage électrolytique, assurant ainsi la livraison de pièces complètes sans avoir besoin de faire appel à d'autres prestataires de services.

Q10 : Comment obtenir un devis pour un usinage CNC 5 axes auprès de JS Precision ?

Il vous suffit d'envoyer vos dessins 3D et vos exigences techniques à JS Precision, notre équipe de professionnels vous fournira un devis détaillé et transparent dans les plus brefs délais.

Conclusion

L'usinage CNC 5 axes représente bien plus que deux axes supplémentaires : il constitue le fondement d'une révolution industrielle permettant d'atteindre une précision de ±0,01 mm et d'usiner des pièces d'une complexité accrue. Il contribue à réduire les coûts, à améliorer les performances des produits et à accélérer leur mise sur le marché. Un atout majeur pour les secteurs de l'aérospatiale, du médical et des drones.

En tant que prestataire de services d'usinage CNC 5 axes professionnel, la mission de JS Precision est de transformer cet avantage technologique en une réelle valeur ajoutée pour vous en simplifiant les processus de fabrication complexes.

Ne laissez pas les contraintes de l'usinage traditionnel freiner l'innovation de vos produits. Envoyez dès maintenant votre fichier CAO à l'équipe d'experts de JS Precision et découvrez la précision, l'efficacité et la valeur ajoutée de services d'usinage CNC 5 axes haut de gamme. Vous recevrez une analyse de faisabilité initiale et un devis compétitif en moins de 6 heures.

Donnons vie ensemble à votre prochaine grande idée !