Services d'usinage CNC 5 axes : Tout ce que vous devez savoir | JS Precision

L'usinage CNC 5 axes est la solution idéale pour le traitement de pièces complexes telles que les turbines, les cavités de précision et les structures irrégulières rencontrées lors de l'usinage de turbines complexes pour l'aérospatiale, de cavités de précision pour les articulations robotiques et de structures irrégulières pour les produits biomédicaux. Cette technologie offre une flexibilité et une précision supérieures aux possibilités de l'usinage traditionnel.

Cependant, l'usinage CNC 5 axes représente bien plus qu'une simple amélioration des machines ; il s'agit d'un système global d'optimisation des processus, de la conception à la livraison.

Ce document ne se limite pas à une analyse technique ; il sert également de cartographie de la valeur pour illustrer comment les avantages de l'usinage CNC 5 axes se traduisent par une meilleure fonctionnalité des composants, un coût total de possession plus faible et un délai de mise sur le marché plus court.

Tableau des réponses principales

Conclusion principale :

1. Précision grâce à une intervention humaine réduite : une seule configuration garantit que les niveaux de tolérance d'usinage CNC 5 axes de haute précision restent exempts d'erreurs de positionnement répétitives.

2. Le coût réel est basé sur le coût total de possession (CTP) : Bien que le coût horaire d'une machine à 5 axes soit certainement plus élevé, l'élimination des processus, des dispositifs de fixation et des rebuts compense souvent le coût supplémentaire de l'usinage à 3 axes.

3. Le succès exige une conception pour la fabrication additive (DFAM) : L'optimisation du positionnement des pièces, des approches en matière d'accessibilité des outils de coupe et des techniques de coupe en phase de conception garantit une utilisation optimale des capacités d'usinage 5 axes.

4. Des fournisseurs experts sont indispensables : les composants sensibles requièrent l’expertise d’ingénieurs et une connaissance approfondie des procédés. JS Precision permet d’éliminer les risques liés aux tâtonnements.

Choisissez les services d'usinage CNC 5 axes de JS Precision : pour répondre à vos besoins de fabrication complexes.

Dans le domaine de l'usinage CNC 5 axes, l'expérience est primordiale. JS Precision œuvre dans ce domaine depuis 12 ans et a réalisé plus de 6 000 usinages de pièces complexes pour quatre secteurs de haute précision : l'aérospatiale, les dispositifs médicaux, la robotique industrielle et l'optique.

Nous avons réalisé l'usinage de pales de turbines avec une précision de ± 0,008 mm pour des constructeurs aéronautiques, effectué le moulage de surfaces complexes de dispositifs orthopédiques pour des hôpitaux et fabriqué des unités de poignet avec poignets intégrés pour des fabricants de robots.

Ces exemples englobent des travaux d'usinage impliquant des alliages de titane, des alliages haute température et des plastiques techniques, renforçant ainsi notre expertise interne dans l'usinage de composants à parois minces, de composants à cavités profondes et de composants aux formes inhabituelles.

Conformément aux exigences de constance d'usinage de la norme internationale ISO 13041-4:2004 « Évaluation de la précision des machines-outils à commande numérique - Partie 4 : Machines-outils à cinq axes », la stabilité de notre processus a été certifiée par cette norme.

Chaque point et chaque ensemble de données présentés dans ce guide repose sur une expérience pratique ; il n'y a pas de théorie vide ici, seulement de l'expérience.

Vous souhaitez savoir si notre technologie convient à vos composants complexes ? Partagez vos exigences dès aujourd’hui et JS Precision vous fournira une analyse de faisabilité gratuite, conforme aux normes ISO, afin que vous puissiez choisir en toute confiance nos services d’usinage CNC 5 axes.

Exploiter le potentiel : Comment fonctionnent les services d'usinage CNC 5 axes ?

Une formation en usinage CNC 5 axes n'est pas complexe et implique les connaissances suivantes :

L'usinage à 3 axes s'apparente à la peinture d'un mur selon des angles fixes et se limite aux surfaces planes, tandis que l'usinage CNC à 5 axes s'apparente au bras humain et peut également se déplacer vers le haut, le bas, la gauche et la droite (mouvement linéaire XYZ) et également faire pivoter le poignet et le coude (mouvement rotatif AC ou BC), ce qui permet de positionner le « pinceau » pour toucher n'importe quel angle du « mur » - ce qui est essentiel pour traiter des composants complexes.

Analyse du mouvement de base : La magie combinée des axes linéaires XYZ et des axes rotatifs AC/B

Dans les machines-outils à 5 axes, l'avantage fondamental réside dans la combinaison des mouvements de rotation et de translation, de préférence proposée en deux configurations :

• Configuration à table rotative : dans cette configuration, la pièce est montée sur une table rotative (rotation autour des axes A et C) et l’outil de coupe est fixe. Cette configuration convient à l’usinage de pièces multifaces de petite et moyenne taille.
• Configuration à tête pivotante : Dans cette configuration, l’outil de coupe est monté sur une tête de broche pivotante (pivotement autour de l’axe B, rotation autour de l’axe C), et la pièce à usiner est fixe. Cette configuration est adaptée à l’usinage de surfaces courbes complexes sur des pièces de grande taille.

Ces deux méthodes permettent à l'outil d'accéder facilement à la pièce à usiner par le côté, les contre-dépouilles et même par l'arrière, et sont donc idéales pour l'usinage de chanfreins et autres zones difficiles d'accès, typiques de l'usinage 3 axes.

De la CAO à la découpe : le rôle clé des jumeaux numériques et de la planification des trajectoires d’outils

L'usinage CNC 5 axes nécessite un logiciel de CAO/FAO performant. Le modèle CAO 3D importé pour la création du jumeau numérique implique la planification de trajectoires continues sans collision, prenant en compte des facteurs tels que la longueur de l'outil et les angles de coupe. La simulation virtuelle permet d'identifier les éventuels problèmes d'évitement de collision et de surusinage.

L'équipe de programmation FAO de JS Precision bénéficie d'une expérience moyenne de plus de 8 ans et de la capacité d'optimiser le parcours de composants complexes.

Au-delà du plan : Duel de précision entre l'usinage CNC 5 axes et 3 axes

Lors de l'usinage d'une même pièce complexe, l'écart de précision entre l'usinage CNC 5 axes et l'usinage CNC 3 axes est considérable.

L'usinage 3 axes implique des réglages et des changements d'orientation, y compris des erreurs de positionnement dans chaque orientation. Le processus d'usinage CNC 5 axes réalise tout l'usinage dans une seule orientation dans la chaîne de tolérance la plus courte, y compris l'utilisation d'une précision de positionnement supérieure à ±0,01 mm et une précision de contour améliorée de plus de 30 %.

Selon la norme ASME B5.54-2020 « Norme d'évaluation des performances des machines-outils CNC et des centres d'usinage », la précision de positionnement spatial des centres d'usinage à 5 axes doit respecter la norme de ±0,015 mm/m, et toutes nos machines ont satisfait à cette norme.

Le terminateur des erreurs cumulatives : pourquoi « bien faire les choses du premier coup » est-il plus précis ?

La principale cause d'imprécision en usinage 3 axes réside dans la multiplication des opérations de réglage. En supposant une erreur de positionnement de ±0,005 mm à chaque réglage, l'erreur cumulée de quatre réglages peut atteindre ±0,02 mm. En usinage 5 axes, un seul réglage est nécessaire, rendant ainsi l'erreur de positionnement négligeable.

Nos expériences montrent que lors de l'usinage d'une pièce cubique avec 3 trous sécants, la valeur de coaxialité pour l'usinage 3 axes est de 0,035 mm, mais pour l'usinage 5 axes, elle est de 0,008 mm, soit une amélioration de 77 % en précision.

Un bond en avant en matière de qualité de surface : marques d’outil continues et conditions de coupe optimales

L'usinage simultané sur 5 axes permet à l'arête latérale de l'outil d'être en contact avec la surface courbe selon un angle optimal en permanence, assurant ainsi des marques d'outil constantes sur la pièce. La rugosité de surface (Ra) est de seulement 0,8 µm ou moins, ce qui réduit considérablement le besoin de polissage et permet même d'obtenir des pièces finies.

Vous souhaitez en savoir plus sur la différence de précision entre l'usinage CNC 5 axes et 3 axes ? Contactez-nous pour obtenir notre manuel de comparaison, qui contient des informations sur la précision et des photos des états de surface des différentes pièces afin de faciliter votre choix.

Figure 1 L'usinage à trois axes peut entraîner des marques d'outils et des bavures sur la surface de la pièce, tandis que l'usinage à cinq axes permet d'obtenir une surface plus lisse.

Investir dans la complexité : facteurs clés déterminant le coût d'usinage CNC 5 axes

Certaines préoccupations des clients concernent le coût de l'usinage CNC 5 axes, mais ce coût dépend principalement du projet et des exigences de traitement. La transparence des coûts permet d'optimiser la conception et d'éviter les dépenses imprévues. Par ailleurs, le coût d'usinage 5 axes de pièces complexes dépend de la complexité géométrique, du matériau et des tolérances.

Principaux facteurs de coûts : temps de programmation, cycle d’usinage et matériaux

Les principaux éléments du coût d'usinage CNC 5 axes :

• Temps de programmation : La planification des trajectoires de composants complexes prend de plusieurs heures à quelques jours pour les ingénieurs expérimentés. Les cavités profondes et les composants en contre-dépouille nécessitent des simulations répétées de collisions, ce qui influe sur les devis.
• Coût du cycle d'usinage : La vitesse de coupe des machines CN 5 axes n'est pas inférieure à celle des machines 3 axes, mais l'usinage continu de surfaces courbes complexes prend plus de temps et le prix par heure machine est 1,5 à 2 fois plus élevé que pour les machines 3 axes.
• Coût des matériaux : Les matériaux spéciaux comme les alliages de titane coûtent 3 à 5 fois plus cher que les aciers ordinaires, et leur faible usinabilité prolonge encore le temps d’usinage.

Optimisation de la conception et des dépenses : la collaboration et son importance

L'optimisation de la conception peut permettre de réduire considérablement les coûts.

Par exemple, la pièce du client présentait un rayon d'angle intérieur de 0,5 mm, ce qui nécessitait des micro-outils spécifiques et un cycle de traitement de 8 heures. Nous avons proposé de réduire ce rayon à 1,5 mm avec des outils conventionnels, des cycles plus courts de 3 heures et une réduction des coûts de 40 %.

L'amélioration du rapport hauteur/largeur avec des dimensions appropriées (ne dépassant pas un rapport de 5:1) serait utile pour réduire les coûts, en plus d'un choix approprié du support vierge.

Vous souhaitez réduire vos coûts tout en obtenant une modélisation précise de composants complexes ? Partagez votre projet avec JS Precision et nos ingénieurs vous proposeront gratuitement des solutions pour optimiser le coût de votre usinage CNC 5 axes.

Comment l'usinage CNC 5 axes peut-il permettre de réaliser des économies globales ?

Nombreux sont ceux qui ne retiennent que le coût horaire plus élevé des machines-outils 5 axes, ignorant leurs avantages en termes de coûts de processus . Les bénéfices de l'usinage CNC 5 axes ne se limitent pas à la précision et à l'efficacité ; ils se traduisent également par une réduction du coût total de possession (CTP). La rentabilité globale des pièces complexes surpasse largement celle de l'usinage 3 axes.

Réduction des coûts directs : équipements, heures de travail et surface au sol

Les systèmes d'usinage à 5 axes permettent de réduire directement les coûts de la manière suivante :

• Coût d'équipement réduit : l'usinage 3 axes nécessite plusieurs montages complexes dont le coût de conception et de fabrication se chiffre en milliers de dollars. L'usinage 5 axes, quant à lui, requiert des montages standardisés, ce qui permet de réduire les coûts de plus de 70 %.
• Réduction des coûts de main-d'œuvre : lors de l'intégration de différents processus, si certaines pièces nécessitent 3 processus sur une machine à 3 axes, tous ces processus peuvent être effectués en une seule fois sur une machine à 5 axes, augmentant ainsi l'efficacité de 40 % à 60 %.
• Réduction de l'encombrement : une unité 5 axes peut remplacer 2 à 3 unités 3 axes, réduisant ainsi l'espace d'atelier et l'investissement en équipement.

Amélioration indirecte de la valeur : simplification de la conception, accélération et réduction des risques

L'usinage 5 axes offre également d'importants avantages indirects :

• Simplification de la conception : le fait de combiner plusieurs pièces assemblées en une seule structure réduit le coût d’assemblage et le coût des connecteurs, et augmente la rigidité.
• Délais de livraison réduits : Le cycle de production est réduit de 30 à 50 %, permettant ainsi au client de saisir rapidement les opportunités du marché.
• Moins de risques : grâce au serrage unique, les erreurs des opérateurs humains sont éliminées, ce qui permet d’atteindre un taux de réussite du premier coup supérieur à 98 %.

Défier l'échelle du micron : Réaliser l'ingénierie système avec une tolérance d'usinage CNC 5 axes stricte

L'obtention de tolérances d'usinage CNC 5 axes strictes (telles que ± 0,01 mm) exige bien plus que de simples machines-outils de haute précision. Il s'agit d'une ingénierie système impliquant de multiples étapes, et JS Precision a mis en place un système de garantie global qui assure le respect des tolérances requises pour l'usinage 5 axes des pièces complexes.

Les machines-outils ne sont que la base : stabilité thermique, étalonnage et gestion des outils

La clé d'un usinage de haute précision réside dans la stabilité des conditions de fonctionnement et de l'équipement.

• Atelier à température constante. La température est maintenue à 20 ± 0,5 °C afin d'inhiber la dilatation et la contraction dues à la température.
• Étalonnages périodiques : étalonnage trimestriel par interféromètre laser et vérification rapide mensuelle pour garantir la précision de la machine-outil.
• Gestion des outils : Utilisation de porte-outils hydrauliques ou à frettage avec une précision de serrage inférieure à 0,002 mm, fourniture d'un indicateur d'usure d'outil permettant une surveillance constante.

La nature des processus et de la programmation : approches spécialisées pour surmonter des obstacles particuliers

Divers composants complexes nécessitent des stratégies de traitement spécialisées :

• Usinage de pièces à parois minces : facteurs de force de coupe faibles, plusieurs petites passes d’enlèvement de matière et dispositifs de support réduisant la déformation.
• Usinage de cavités profondes : L’utilisation de porte-outils longs et le fraisage dynamique permettent d’amortir les vibrations et d’optimiser la trajectoire d’usinage afin d’éviter les erreurs.
• Ordre de coupe : ébauche avant finition, extérieur avant intérieur, caractéristiques principales avant secondaires et détente des contraintes après l’ébauche.

Vous exigez une précision au micron près pour l'usinage CNC 5 axes ? Faites appel aux experts en diagnostic de procédés de JS Precision : notre équipe vous proposera un plan de garantie de précision sur mesure pour l'usinage 5 axes de vos pièces complexes.

Figure 2 La sonde CMM mesure la pièce métallique fixée dans l'étau d'usinage.

Maîtriser la complexité : défis uniques et contre-mesures dans l’usinage de pièces complexes sur 5 axes

L'usinage 5 axes de pièces complexes est souvent confronté à des défis extrêmes, tels que les espaces réduits des turbines, les canaux d'écoulement complexes des enveloppes de vortex et la déformation des composants à parois minces. Ces sections exigent une précision, une vitesse et une stabilité d'usinage élevées ; les services d'usinage 5 axes permettent de résoudre ces problèmes.

La « danse » de l'outil et de la pièce : trajectoires d'outil intelligentes pour éviter les collisions

Les collisions constituent l'un des principaux risques lors de l'usinage de pièces complexes. Lors de la programmation FAO, nous fournissons un modèle 3D complet (pièce, dispositif de fixation, outil, broche) avec « usinage par couches + optimisation de trajectoire » et utilisons des outils à lames courtes ou des porte-outils sur mesure dans les espaces restreints afin d'éliminer tout risque de collision.

Garantir la résistance et la précision : déformation et vibrations d’usinage

Les composants complexes sont susceptibles de se déformer et de vibrer. Nous proposons :

• Contrôle de la déformation : ébauche et finition progressives, relaxation des contraintes après l’ébauche, et faibles quantités de coupe et vitesse de broche élevée lors de la finition.
• Contrôle des vibrations : machines-outils et fraises à haute rigidité, optimisation des paramètres de coupe et amortisseurs de vibrations dans les porte-outils pour cavités profondes ou structures minces.

Figure 3 : La machine à 5 axes est adaptée au traitement de pièces géométriques complexes, telles que des turbines, des implants orthopédiques, des moules d'injection et des supports aérospatiaux.

Caractéristiques clés de l'usinage CNC 5 axes pour bras robotisés

Les exigences de l'industrie robotique concernant les composants de base sont de plus en plus strictes : légèreté, robustesse, précision et conception sur une plateforme unique. L'usinage CNC 5 axes pour bras robotisés répond parfaitement à toutes ces exigences et s'est imposé comme la solution la plus courante, ses avantages étant particulièrement manifestes dans ce domaine.

Un paradigme d'usinage intégré : des assemblages multiples à un seul composant complexe

Les pièces robotiques traditionnelles sont principalement des structures assemblées, avec poids élevé, rigidité insuffisante et erreurs cumulatives importantes.

L'usinage 5 axes permet un moulage intégré. Par exemple, un composant de poignet robotisé, qui se compose traditionnellement de neuf pièces distinctes pesant 2,5 kg, peut être produit avec un composant équivalent fabriqué à partir d'une seule pièce et une machine globale ne pesant que 2,1 kg, avec une rigidité améliorée de 40 %.

L'importance de la précision : exactitude des sièges de paliers critiques et des interfaces de transmission

Les niveaux de précision requis pour les composants critiques, tels que les logements de paliers des articulations du robot et les surfaces de fixation des engrenages, sont beaucoup plus élevés : la coaxialité du trou de palier doit être de ±0,01 mm et la perpendicularité de la face d’extrémité de 0,005 mm/m. L’utilisation d’un bridage simple sur 5 axes garantit la précision de positionnement, en tenant compte des erreurs géométriques de ces composants.

Intégration accrue de 300 %, coûts réduits de 28 % : Fabrication intelligente intégrée de modules de poignet pour robots collaboratifs

En matière d'usinage CNC 5 axes pour bras robotisés , il s'agit d'un domaine très illustratif qui met pleinement en évidence la valeur des services d'usinage CNC 5 axes.

Le problème du client

Un client développait ainsi une nouvelle génération de modules de poignet compacts pour robots collaboratifs. La solution initiale comportait 9 composants en aluminium assemblés, et trois problèmes étaient à noter concernant ces composants :

La coaxialité du trou de palier n'était que de 0,03 mm, ce qui rendait difficile l'obtention d'un mouvement précis ; les fils internes étaient désorganisés, provoquant des difficultés et des pannes fréquentes ; et les composants de connexion ajoutaient du poids et des moments d'inertie, ralentissant ainsi la vitesse de réponse dynamique.

JS Precision Solution

Notre équipe d'ingénieurs a travaillé en étroite collaboration avec un client pour lui proposer la solution complète suivante :

Conception par optimisation topologique : grâce à une analyse par éléments finis, les fonctionnalités des 9 composants ont été fusionnées en un seul. Des cavités de montage de haute précision pour les capteurs, des cavités légères et des canaux de câbles intégrés ont été usinés directement dans ce composant unique , lui conférant ainsi une grande robustesse tout en conservant un poids réduit.

Formage de précision 5 axes : Grâce à l’utilisation d’un centre d’usinage à cinq axes, l’usinage de toutes les surfaces de montage, des surfaces courbes et même des pièces internes a été réalisé. Réalisée en une seule opération de serrage, éliminant ainsi tout risque d'erreurs d'assemblage.

Optimisation du processus : Des outils de coupe et des paramètres de traitement appropriés ont été sélectionnés en fonction des qualités de traitement des tôles d’aluminium, et une technologie de traitement de coupe à grande vitesse a été utilisée.

Résultats finaux de réussite

La fabrication intelligente entièrement intégrée met en œuvre des améliorations globales, avec une réduction du nombre de composants de 9 à 1, améliorant ainsi l'intégration de 300 %, réduisant le poids de 18 % et améliorant la flexibilité de 40 %, avec une valeur de coaxialité du trou de roulement de 0,008 mm, réduisant le coût global de fabrication de 28 % et raccourcissant le cycle d'assemblage de 80 %.

Vous souhaitez en savoir plus sur des exemples réussis d'usinage CNC 5 axes pour bras robotisés ? Veuillez indiquer votre secteur d'activité et le type de pièce, et JS Precision vous communiquera des exemples similaires.

Figure 4 Robot compact à poignet creux

FAQ

Q1 : L'usinage 5 axes peut-il remplacer l'usinage 3 axes ?

Pas tout à fait. L'usinage 5 axes a été développé pour les pièces complexes et permet de réaliser des formes complexes comme des pièces à surfaces multiples ou à cavités profondes, difficiles à produire avec l'usinage 3 axes. Cependant, pour les pièces planes et les alésages simples, l'usinage 3 axes est considéré comme plus économique et plus approprié.

Q2 : Peut-on se fier à l'usinage 5 axes pour obtenir une tolérance de ±0,025 mm ?

Extrêmement fiable. Grâce à l'atelier à température constante, aux machines-outils de précision et à la garantie de processus professionnelle de JS Precision, une précision de +/-0,025 mm est la norme pour la tolérance des machines CNC 5 axes, et des exigences encore plus précises peuvent être facilement satisfaites.

Q3 : Le temps de programmation devrait-il être assez long ?

La programmation 5 axes est certes plus longue que la programmation 3 axes, mais nous disposons d'ingénieurs expérimentés et d'une bibliothèque de processus éprouvée pour réaliser ce travail efficacement. De fait, ce travail de programmation se justifie par l' accélération des délais de traitement et d'assemblage.

Q4 : Proposez-vous des services de conseil en solutions d'usinage pour mes pièces ?

Absolument. C'est l'un de nos services essentiels. Il vous suffit de nous fournir votre modèle 3D et vos exigences d'usinage, et nous vous proposons une analyse de faisabilité et une optimisation gratuites. Ce service est assuré par notre équipe d'experts en usinage 5 axes.

Q5 : La technologie d’usinage 5 axes peut-elle être utilisée pour la production en petites séries (à partir de

Parfaitement adapté. L'usinage cinq axes ne requiert aucun usinage complexe ; les composants sont facilement remplaçables par simple arrêt du programme, sans nécessiter d'autres outils. C'est la technique d'usinage la plus efficace pour la production de petites séries de composants aux conceptions complexes.

Q6 : Avez-vous travaillé sur des projets similaires dans notre secteur (par exemple, médical/optique) ?

Notre expérience et notre expertise couvrent plusieurs secteurs de haute précision, tels que l'aérospatiale, le médical, la robotique et l'optique, pour différentes pièces. Veuillez nous indiquer votre secteur d'activité ; nous vous fournirons des études de cas non confidentielles à titre de référence.

Q7 : La logistique et la communication sont-elles pratiques pour réaliser le processus d'usinage 5 axes en Chine ?

C'est extrêmement pratique. En tant qu'organisation, nous disposons d'une équipe de gestion de projet professionnelle qui assure des mises à jour constantes sur l'avancement des travaux grâce à la messagerie instantanée. De plus, nous collaborons avec des entreprises de logistique réputées afin de garantir la livraison sûre et ponctuelle des composants.

Q8 : Comment démarrer mon projet d'usinage 5 axes ?

Il vous suffit de nous envoyer le modèle 3D de votre pièce, les matériaux requis, le niveau de tolérance et la quantité. Notre équipe d'experts vous fournira rapidement un rapport d'analyse de processus, un devis et un délai de livraison. Le projet pourra alors démarrer.

Résumé

Les services d'usinage CNC 5 axes ne constituent pas une technologie de pointe inaccessible, mais un outil pratique pour résoudre des problèmes d'usinage complexes, réduire les coûts totaux et améliorer la compétitivité des produits.

Elle offre une précision accrue avec moins d'interférences, surmonte les structures complexes grâce à des processus intelligents et optimise la rentabilité grâce à une collaboration étroite. Quel que soit votre secteur d'activité, qu'il s'agisse de l'aérospatiale, des dispositifs médicaux, de la robotique ou de toute autre industrie de haute précision, JS Precision vous propose des services d'usinage 5 axes de haute expertise.

Explorez dès aujourd'hui les possibilités offertes par votre conception :

Veuillez nous envoyer les fichiers 3D de vos pièces complexes pour obtenir un rapport gratuit sur leur faisabilité, établi à partir de ces fichiers, ainsi qu'un devis transparent préparé par notre expert en usinage 5 axes. Collaborons pour transformer vos conceptions innovantes en produits hautement compétitifs.