Services d'usinage CNC 5 axes : Guide complet et solutions

Les services d'usinage CNC 5 axes peuvent résoudre de nombreuses difficultés liées à l'usinage de pièces complexes. L'usinage CNC 3 axes conventionnel devient insuffisant lorsque votre conception implique des surfaces complexes, des caractéristiques multi-angles ou des caractéristiques intégrées difficiles.

Réaliser l'usinage complet en une seule opération et ainsi bénéficier d'une liberté géométrique quasi infinie : tel est le potentiel révolutionnaire de l'usinage CNC 5 axes. Toutefois, pour exploiter efficacement cette technologie de pointe, il est nécessaire de relever un ensemble de défis systémiques, allant des stratégies de programmation à la gestion des coûts, en passant par la prévention des collisions.

Ce guide combine l'expérience de JS Precision pour proposer une analyse approfondie des principaux avantages, de la logique de précision et de la philosophie de conception des services d'usinage CNC 5 axes, et révèle comment collaborer avec un fournisseur véritablement expert pour transformer vos conceptions les plus ambitieuses en une réalité fiable.

Résumé des réponses clés

Points clés à retenir :

• La principale valeur de l'usinage 5 axes réside dans « l'intégration complexe », car elle permet de réduire le temps de serrage, d'obtenir une plus grande précision des surfaces complexes et de traiter des surfaces complexes, ce qui en fait la solution d'usinage la plus avancée.
• Le succès commence par une « conception axée sur la fabricabilité » : une collaboration précoce avec les fournisseurs pour l'analyse DFM est essentielle pour optimiser les processus, éviter les pièges de la programmation et maîtriser les coûts.
• En analyse DFM : la précision découle de la qualité du système, et non du nombre d’axes. Un centre d’usinage 5 axes de haute précision, caractérisé par une grande stabilité et des exigences de processus rigoureuses, est essentiel pour garantir la production de pièces CNC 5 axes de haute précision.
• Choisir un partenaire, c'est choisir un partenaire qui a fait ses preuves. Il est primordial d'évaluer des études de cas réussies sur des projets comparables (comme un bras robotisé à 5 axes) plutôt que de se contenter de comparer les coûts.

Pourquoi choisir une machine 5 axes ? Guide pratique et solutions de JS Precision

JS Precision bénéficie d'une vaste expérience de 15 ans dans le secteur de l'usinage CNC 5 axes, avec plus de 5 000 clients dans 12 secteurs clés : l'aérospatiale, le médical et les nouvelles énergies, entre autres.

Notre travail a notamment consisté à concevoir des trains d'atterrissage intégrés pour des entreprises leaders mondiales du secteur des drones, à usiner des implants avec une précision de 0,005 mm pour des sociétés de dispositifs médicaux et à produire en série des bras robotiques à 5 axes en alliage de titane. Dans le cadre d'un projet de pièces aérospatiales, nous sommes même parvenus à réduire le poids de 35 % tout en réalisant 200 000 cycles de tests de fatigue sans défaillance.

Notre équipe a travaillé sur plus de 100 000 dessins de pièces complexes, relevant de nombreux défis dans divers secteurs d'activité, tels que l'usinage de cavités profondes, les problèmes de déformation et l'évitement des collisions.

Ce guide n'est pas un recueil de théories et d'opinions, mais plutôt la synthèse d'expériences accumulées à travers des milliers de projets réussis, chaque recommandation ayant été vérifiée dans la réalité.

La norme ISO 10791-1:2015 Machines de fraisage et centres d'usinage CNC — Vérification de la précision — Partie 1 : Précision géométrique, constitue la base de l'étalonnage de précision des machines à 5 axes et est également l'une des normes les plus importantes que nous suivons afin de garantir la précision de la machine.

Vous recherchez une solution rapide pour l'usinage CNC 5 axes de pièces complexes ? Partagez-nous vos exigences et spécifications techniques, et nous vous fournirons un rapport de faisabilité gratuit ainsi qu'un plan de processus personnalisé pour simplifier et fiabiliser l'usinage complexe !

Pourquoi choisir l'usinage CNC 5 axes pour les pièces complexes ?

L'usinage CNC 5 axes ne se limite pas à l'intégration de deux axes rotatifs ; il révolutionne et redéfinit les concepts liés à la liberté de conception et à la fabrication, qui rendaient auparavant l'usinage de pièces complexes inefficace.

Avantage principal n° 1 : La conquête ultime de la complexité géométrique

• Usinage continu de surfaces complexes : finition des roues et des pièces de turbines en une seule opération sans marques d’usinage, rendant ainsi inutile tout travail de rectification ultérieur.
• Formation de caractéristiques multi-angles : réduit le nombre d’étapes de serrage nécessaires pour les trous inclinés, les chanfreins, etc.

Avantage principal n° 2 : Amélioration globale de la qualité, de l’efficacité et des capacités

• Gain de précision : Il diminue les positionnements répétitifs, élimine l'accumulation d'erreurs et offre un gain de précision de plus de 30 %, contrairement à la méthode conventionnelle.
• Révolution d'efficacité : grâce à l'utilisation d'outils rigides à arêtes courtes, la posture de l'outil est optimisée. Il est ainsi possible de réaliser des usinages de grande envergure en réduisant le temps de cycle de 40 à 60 %.
• Franchissez la zone interdite : traitez facilement les cavités profondes et les joints étroits inaccessibles par les systèmes à trois axes, sans avoir besoin de démonter les pièces.

Dévoilement de la précision : Quelles sont les normes suivies par les pièces CNC 5 axes de haute précision ?

La précision dans la fabrication de pièces CNC 5 axes est toujours restée une procédure d'ingénierie systématique qui implique des machines-outils, des processus, des environnements et des mesures, dans laquelle chaque facteur affecte le résultat.

Deux systèmes fondamentaux qui se sont révélés influencer la précision

• Précision inhérente de la machine-outil : grâce à la dépendance à la fonction RTCP pour des trajectoires d’outil précises, les axes linéaires et rotatifs ont une précision au micron près , la déformation thermique étant corrigée par compensation thermique.
• Stabilité de la chaîne de processus : la régularité de la trajectoire de l’outil influence les surfaces, tandis que les paramètres de coupe correspondants et les dispositifs de fixation rationnels absorbent les vibrations.

Livraison de précision vérifiable

• Certification standard : Respect strict des spécifications ASME Y14.5 ou ISO 1101 , conformément aux systèmes ISO 9001/AS9100, avec rapports d'inspection complets.
• Techniques d'inspection : Utilisation de machines à mesurer tridimensionnelles de haute précision et de trackers laser pour vérifier les dimensions complexes dans l'espace.

Figure 1 Mesure de la précision d'une pièce usinée CNC 5 axes avec une machine à mesurer tridimensionnelle Zeiss.

Quels matériaux difficiles peuvent être traités par les services professionnels d'usinage CNC 5 axes ?

Le principal avantage des services d'usinage CNC 5 axes proposés ne réside pas seulement dans l'usinage de formes complexes, mais aussi dans la prise en charge de différents matériaux difficiles à usiner en fonction des exigences de l'industrie.

Stratégies d'usinage des métaux et alliages haute performance à l'aide de machines 5 axes

• Alliages aérospatiaux : Alliage de titane Ti-6Al-4V à haute résistance et faible conductivité thermique pour réduire la chaleur générée lors de la coupe, du refroidissement à haute pression et de l'usinage cycloïdal.
• Acier à moules : Lors de l'usinage de moules à cavité profonde comme le H13, le porte-à-faux optimal de l'outil contribue à obtenir la précision des parois latérales et la finition de surface.

Usinage des matériaux non métalliques et composites

• Matériaux non métalliques et composites : Dans le cas des plastiques techniques et des PRFC, qui ont tendance à former des délimitations et des bavures, un usinage de meilleure qualité est réalisé à l’aide d’outils spécialisés et de gabarits d’adsorption sous vide.

Stratégies d'adaptation de l'usinage 5 axes pour les matériaux courants

Vous avez besoin d'usiner des matériaux difficiles à travailler ? Indiquez-nous les matériaux dont vous disposez et vos besoins en usinage, et nous adapterons notre solution à nos services d'usinage CNC 5 axes pour vous permettre d'obtenir des pièces certifiées AS9100D .

Comment éviter fondamentalement les collisions dans l'usinage CNC complexe à 5 axes ?

Les collisions constituent le principal risque lié à l'usinage CNC 5 axes. Elles peuvent endommager les outils et les pièces, voire la machine-outil elle-même. Mieux vaut prévenir que guérir.

Plusieurs mesures de protection au niveau logiciel :

• Simulation FAO de pointe, utilisant le logiciel Vericut pour simuler le mouvement sur une fraiseuse CNC à un niveau comparable à la programmation des machines CNC, afin d'analyser les interférences potentielles.
• Modèle d'outil VM : Création d'une réplique à l'échelle 1:1 pour le centre d'usinage 5 axes, basée sur ses mouvements structurels et de course.

Gestion des processus et sur site :

• Bibliothèque de serrage standardisée : Utilisation d’une vérification simulée des dispositifs de fixation standard pour atténuer les risques de collisions avec les dispositifs de fixation personnalisés.
• Procédure de découpe d'essai : La première découpe de composant est effectuée à des vitesses plus lentes, et ce sous la supervision d'ingénieurs expérimentés.

Figure 2 Les programmeurs doivent apprendre à utiliser les paramètres de contrôle des collisions, qui limitent l'angle d'inclinaison et la direction de l'outil.

Comment maîtriser son budget avec les services d'usinage CNC 5 axes ?

Bénéficier de l'efficacité et de la précision des services d'usinage CNC 5 axes ne signifie pas forcément dépenser une fortune. L'essentiel est de trouver la solution la plus adaptée et la plus performante, et non pas nécessairement la moins chère.

Optimisations impliquant un choix décisif

• Services de consultation DFM (Conception pour la fabrication) : Nos ingénieurs optimisent les rayons de congé, les angles de dépouille et les rapports d’aspect des pièces, réduisant ainsi les zones qui nécessitent des outils de coupe extra longs ou un usinage extrêmement inefficace.
• Conception d'intégration des pièces : En collaboration avec les avantages intégrés de l'usinage CNC 5 axes, plusieurs pièces d'assemblage sont intégrées en une seule unité afin de réduire les coûts et les poids d'assemblage.

Programmation et optimisation des processus

• Stratégie de processus hybride : Elle combine de manière optimale l'usinage de positionnement 3+2 et l'usinage simultané 5 axes en fonction de différentes zones de la pièce à usiner afin de garantir une meilleure efficacité sans affecter la précision.
• Optimisation de la trajectoire d'outil : Utilisation de techniques de fraisage à grande vitesse avec des chevauchements d'étapes plus faibles, des vitesses de broche plus élevées et des vitesses d'avance plus rapides, ce qui a permis d'obtenir des qualités de surface améliorées avec des temps d'usinage réduits.

Quelle est la différence essentielle entre un excellent centre d'usinage 5 axes et un centre d'usinage traditionnel à trois axes ?

Les machines-outils constituent la base de l'usinage 5 axes. Un centre d'usinage 5 axes spécialisé se distingue nettement des machines-outils 3 axes équipées d'accessoires rotatifs par ses capacités, sa précision et sa rigidité.

Rigidité structurelle et système d'entraînement

• Technologie de contrôle et d'entraînement du mouvement : La structure intégrée en fonte est plus rigide et précise que les autres modèles comportant une table rotative, tandis que les moteurs à couple assurent un mouvement rapide, une haute précision et un fonctionnement sans entretien.
• Système CNC : Les systèmes CNC haut de gamme sont équipés de la capacité d'effectuer des opérations sur 5 axes en conjonction avec l'utilisation d'un réseau circulaire, d'une rétroaction en boucle fermée dans les systèmes Heidenhain et Siemens 840D.

Écosystème de systèmes et logiciels CNC

• Système CNC haut de gamme : Les systèmes CNC haut de gamme tels que Heidenhain et Siemens 840D prennent en charge des fonctionnalités avancées natives à 5 axes, axées sur des capacités de contrôle et de compensation améliorées.
• Système de rétroaction en boucle fermée : des réseaux circulaires de haute précision sur les axes rotatifs permettent une rétroaction précise sur la position de mouvement, garantissant une véritable précision du système de rétroaction en boucle fermée.

Vous souhaitez en savoir plus sur les conditions d'utilisation d'un centre d'usinage 5 axes ? Appelez notre service d'assistance téléphonique et faites-nous part de vos besoins ; nous vous proposerons gratuitement une configuration machine.

Guide de conception : Comment rendre votre modèle CAO naturellement adapté à la fabrication de pièces CNC 5 axes ?

Les bons concepteurs comprennent l'intersection entre la fonctionnalité et la capacité de fabrication, en utilisant les modèles CAO créés dans la fabrication de pièces CNC 5 axes.

Règles d'or du design géométrique

• Évitez les angles vifs inaccessibles et prévoyez des congés accessibles à l'outil.
• Tenez compte du rapport longueur/diamètre de l'outillage, prévoyez de l'espace dans les conceptions de cavités profondes ou optez pour des parois latérales coniques.
• Tirer parti des éléments standard pour minimiser l'utilisation d'équipements spécialisés.

Fabriqué pour la précision et l'efficacité

• Fournir un moyen d'établir un système de référence facile à aligner et à mesurer.
• Optimiser la conception des nervures à parois minces pour éviter les vibrations ou les déformations dues à l'usinage.

Figure 3. L'usinage CNC à cinq axes offre une plus grande flexibilité dans la modélisation des pièces. Vous pouvez ainsi concevoir des pièces plus complexes sans vous soucier des difficultés de production.

Quels sont les défis uniques rencontrés lors de la fabrication d'un bras robotique à 5 axes à hautes performances dynamiques ?

Un bras robotisé à 5 axes se caractérise par sa conception légère, sa rigidité et ses cavités internes complexes. Ces éléments constituent l'essence même d'une capacité d'usinage 5 axes complète, car ils représentent un véritable défi en matière de fabrication.

Défis liés à la structure intégrée et à la légèreté

• Intégration et allègement : grâce à une conception optimisée de la topologie des nervures biomimétiques, l’intégration de la réduction du poids et de la rigidité est réalisée, tandis que les canaux d’écoulement complexes usinés en une seule pièce éliminent les fuites.
• Précision et équilibrage dynamique : les alésages des paliers doivent présenter des tolérances géométriques de l’ordre du micron, tandis que l’équilibrage de la masse des pièces rotatives amortit les vibrations à haute vitesse.

Équilibre entre précision et performances dynamiques

• Contrôle précis des interfaces d'accouplement clés : la tolérance géométrique des trous de montage des roulements d'articulation doit être contrôlée à des valeurs micrométriques, sinon cela entravera la flexibilité et la précision du bras robotique à 5 axes .
• Considérations relatives à l'équilibrage dynamique : Dans les pièces rotatives, il sera nécessaire d'obtenir des masses égales, et une optimisation de l'équilibrage dynamique devra être effectuée lors de la conception et de la fabrication afin d'éviter les vibrations lors des déplacements à grande vitesse.

Comment surmonter les défis liés à la fabrication d'un bras robotisé à 5 axes ? Nous vous invitons à discuter de vos besoins.

Étude de cas : Comment l’usinage 5 axes peut réduire le poids de 35 % et améliorer la résistance du train d’atterrissage d’un drone

Le train d'atterrissage des drones, élément structurel porteur, doit impérativement être léger et extrêmement résistant. Les technologies conventionnelles ne permettent pas de réunir simultanément toutes ces propriétés.

Le goulot d'étranglement de la conception originale : le dilemme performance et coût causé par l'assemblage multicomposant.

La solution classique utilise le soudage et l'assemblage d'un alliage d'aluminium, ce qui donne un total de 28 pièces autonomes pesant 2,1 kg.

Principaux problèmes : Les soudures présentent des fissures après plus de 50 000 cycles d’essais d’atterrissage. L’assemblage des différentes pièces engendre des erreurs cumulées supérieures à ±0,3 mm , ce qui compromet la fiabilité du système de déploiement et de décollage. L’assemblage d’un ensemble prend 4 heures.

Solution intégrée 5 axes de JS Precision : Restructuration de la conception et fabrication de précision

• Côté conception : Nous utiliserons l'optimisation topologique et la conception générative pour réutiliser le composant structurel principal et créer un modèle global léger en alliage de titane (Ti-6Al-4V) et nervures biomimétiques.
• Partie fabrication : Grâce à l'utilisation de l'usinage CNC 5 axes , il est possible de fraiser des surfaces complexes, des surfaces de montage de forme irrégulière et des trous de réduction de poids en une seule configuration avec une conformité géométrique à 100 %.

Résultats quantitatifs : Gain de performance et optimisation des coûts du cycle de vie

• Intégration : En combinant la conception et l'usinage, le nombre de pièces est réduit de 28 à une seule, sans erreurs d'assemblage.
• Réduction de poids : Le poids a été réduit à 1,37 kg, soit une diminution remarquable de 35 %, ce qui augmente l’endurance.
• Haute fiabilité : durée de vie en test de fatigue > 200 000 cycles, fiabilité améliorée de plus de 300 %.
• Haute efficacité : le temps d'assemblage a été réduit à 0,5 heure par ensemble, l'efficacité a été améliorée de 85 % et le coût a été considérablement réduit.

Vous souhaitez également optimiser les performances de vos composants ? Faites-nous part de vos exigences et des points à améliorer, et nous concevrons pour vous une solution d’usinage CNC 5 axes sur mesure. Cette solution permettra de réaliser des progrès considérables en matière de réduction de poids, d’amélioration de l’efficacité et de réduction des coûts, afin d’accroître la compétitivité de vos produits.

Figure 4 Train d'atterrissage du drone

Pourquoi faire confiance aux services d'usinage CNC 5 axes de JS Precision ?

Le choix d'un prestataire de services d'usinage CNC 5 axes repose sur la maîtrise de son potentiel technologique. JS Precision bénéficie d'une vaste expérience et d'un service après-vente fiable.

Des équipements techniques aux laboratoires d'idées sur les talents

Nous possédons un groupe de machines-outils haut de gamme entièrement intégré , doté d'une fonction d'entraînement direct et de correction thermique pour garantir la stabilité d'usinage, ainsi qu'une équipe d'ingénieurs de haut niveau dédiés aux services techniques couvrant l'ensemble de la chaîne technique, de la conception à la production en série.

Culture de la qualité et assurance des projets

Nous mettons en œuvre un système de contrôle qualité numérique en boucle fermée avec une traçabilité complète des données . Nos chefs de projet assurent également le bon déroulement de chaque projet complexe afin de garantir une communication fluide lors de la livraison.

FAQ

Q1 : Quelle est la taille minimale d'un lot pour l'usinage à cinq axes, et peut-elle être utilisée pour des applications de prototypage ?

Le prototypage est possible grâce à l'usinage 5 axes. Nous nous concentrons sur le prototypage et la production de petites et moyennes séries, en commençant par la production de pièces unitaires. Pour le prototypage complexe , l'usinage 5 axes permet de finaliser la conception plus rapidement, sans avoir à assembler ni à mettre au point de nombreux composants simples.

Q2 : Quel type de finition de surface peut-on obtenir par usinage 5 axes ?

Grâce aux techniques de finition rapide et aux performances stables des machines-outils, la valeur Ra habituelle de la qualité de finition de surface pour l'usinage 5 axes peut atteindre 0,4 à 0,8 μm , et une qualité encore meilleure peut être assurée dans certaines conditions pour satisfaire aux exigences des pièces de précision.

Q3 : Quelles sont les dimensions maximales et minimales des pièces à 5 axes avec lesquelles vous êtes capable de travailler ?

Nos capacités d'usinage 5 axes s'étendent de la fabrication de plaques osseuses micromédicales de quelques millimètres à l'usinage de pièces structurelles aérospatiales jusqu'à 2 000 mm de diamètre. Certaines dimensions doivent être vérifiées à l'aide de plans et en fonction des capacités de la machine.

Q4 : Existe-t-il une différence significative de coût ou de délai d'exécution pour l'usinage 5 axes de pièces en aluminium et en acier ?

La variation est considérable. Comparé à l'usinage de pièces en acier et en alliage de titane, l'usinage de pièces en aluminium est plus rapide et beaucoup moins coûteux. Une évaluation précise de la solution sera nécessaire, prenant en compte les propriétés du matériau.

Q5 : Quelles mesures adoptez-vous pour garantir la cohérence entre le modèle CAO et la pièce usinée sur des surfaces courbes complexes ?

Nous garantissons la précision de l'usinage grâce à une programmation FAO rigoureuse et aux performances dynamiques de nos machines-outils. De plus, nous effectuons des mesures sur machine ou un post-traitement par comparaison de relevés de coordonnées afin d'assurer la conformité entre la pièce usinée et le modèle CAO.

Q6 : Comment géreriez-vous le problème du retrait et du refroidissement des puces dans les composants à cavité profonde ?

Nous utilisons des outils à refroidissement interne et un système de refroidissement haute pression, où l'eau est acheminée par le centre de la broche. La trajectoire de l'outil est également optimisée pour favoriser l'évacuation des copeaux, évitant ainsi la casse de l'outil due à la génération de chaleur et à l'enchevêtrement des copeaux.

Q7 : Comment puis-je vérifier si mon rôle est adapté à l'usinage 5 axes ?

L'aptitude de la pièce à l'usinage 5 axes dépend de la présence d'opérations de bridage multiples, de formes inclinées, de surfaces courbes complexes ou d'un allègement extrême. Nous vous invitons à nous faire parvenir vos plans pour une évaluation professionnelle.

Q8 : Je souhaite réaliser des travaux d’usinage sur 5 axes. Que dois-je faire en premier ?

Pour la phase initiale d'un projet d'usinage 5 axes, veuillez nous soumettre un modèle 3D au format STEP/IGES ainsi que les spécifications techniques de base (matériaux, nombre de pièces, etc.). Nous vous proposerons gratuitement une analyse DFM et des solutions de conception.

Résumé

L'usinage CNC 5 axes ne représente pas une simple évolution technologique, mais une véritable innovation dans la fabrication de composants complexes. Il permet de surmonter de nombreux obstacles liés à la forme, aux matériaux et à la précision, garantissant ainsi la réalisation exacte du concept, tout en réduisant les coûts grâce à un usinage en une seule étape.

Choisir un partenaire professionnel et tirer parti des compétences clés de l'usinage 5 axes vous permettra d'optimiser la performance et les coûts de vos produits. JS Precision vous offre bien plus que de simples heures d'usinage : des solutions éprouvées, fiables et performantes pour vos pièces.

Le moment est venu de faire passer vos conceptions innovantes de l'idéation à un processus de fabrication hautement efficace et déterministe.

→ Téléchargez le modèle complexe de votre pièce pour obtenir une analyse DFM experte et des recommandations de processus de la part de nos ingénieurs.

→ Organisez une discussion technique, au cours de laquelle notre équipe d'experts 5 axes analysera votre projet et vous aidera à concevoir une stratégie de mise en œuvre adaptée à vos besoins.