Usinage CNC 5 axes vs. 3 axes : Optimisez vos pièces sur mesure

Le choix entre les machines CNC 5 axes et 3 axes figure parmi les considérations les plus importantes et difficiles à ignorer en matière de fabrication de précision.

Compte tenu de la présence de surfaces courbes complexes, de trous inclinés et de caractéristiques de précision à multiples facettes dans votre conception, vous devez choisir entre effectuer l'usinage sur la machine 3 axes via plusieurs configurations de serrage ou opter pour une machine 5 axes via un seul réglage.

Pour garantir le meilleur rapport qualité-prix aux ingénieurs et aux acheteurs, la première étape consiste à comprendre les différences entre l'usinage CNC 5 axes et 3 axes. Cet article présente une analyse détaillée de ces différences.

Résumé des réponses clés

Points clés à retenir

• Le principal avantage de l'usinage CNC 5 axes réside dans la possibilité d'usiner des géométries complexes en une seule opération de serrage, améliorant ainsi la précision, la finition de surface et réduisant le nombre d'opérations.
• Pour les composants simples, l'usinage 3 axes est plus économique, tandis que pour les composants complexes, l'usinage 5 axes permet de réduire les dépenses globales grâce à une amélioration de l'efficacité globale.
• Lors du choix d'un fabricant sous contrat , l'expérience dans la mise en œuvre de technologies , la capacité d'intégrer les processus et les processus de contrôle de la qualité sont les éléments à prendre en compte en priorité, et non les marques de machines-outils.

CNC 5 axes ou 3 axes : JS Precision vous aide à faire le bon choix

La fabrication de précision, le professionnalisme des machines CNC 5 axes, devient le facteur décisif de la compétitivité globale des produits, tandis que le bon choix entre les machines CNC 5 axes et 3 axes est crucial pour l'optimisation des coûts.

La norme ISO 10791-6:2014 de l’Organisation internationale de normalisation, « Machines-outils - Conditions d’essai - Partie 6 : Précision géométrique des centres d’usinage 5 axes », spécifie de manière précise les critères d’évaluation de la précision et les limites d’application des centres d’usinage 5 axes en mettant l’accent sur une sélection rationnelle .

JS Precision revendique plus de 15 ans d'expérience pratique dans l'usinage 5 axes et 3 axes. Elle a servi plus de 500 clients dans des secteurs de pointe tels que l'aérospatiale, le médical et l'automobile, et a réalisé plus de 1 000 projets d'usinage sur mesure pour des pièces complexes.

Nous disposons non seulement d'équipements d'usinage haut de gamme à 5 et 3 axes fabriqués respectivement par l'allemand DMG MORI et le japonais Mazak, mais nous employons également un groupe d'ingénieurs qualifiés en programmation FAO, en optimisation des processus et en contrôle de la qualité.

Grâce à notre base de données de processus exclusive , nous pouvons immédiatement trouver une solution optimale d'usinage pour diverses pièces.

Par exemple, le projet d'implant orthopédique d'un client du secteur médical souffrait d'importantes fluctuations de précision et de longs délais de livraison lors de l'utilisation d'un usinage 3 axes. Grâce à l'optimisation par usinage CNC 5 axes, les tolérances de forme et de position de la pièce se sont finalement stabilisées à ±0,02 mm près , le délai de livraison a été réduit de 40 %, ce qui a permis au client d'économiser 25 % sur le coût total.

Nos réussites s'étendent des prototypes uniques à la production en série, toutes vérifiables et traçables grâce à chaque donnée.

Si vous vous trouvez face à un dilemme concernant le choix entre les avantages offerts par l'usinage CNC 5 axes et 3 axes, ou si vous avez les mêmes doutes concernant les risques liés aux coûts et aux délais de livraison associés à l'usinage 5 axes, n'hésitez pas à contacter l'équipe technique de JS Precision.

Quelle est la principale différence entre une CNC 5 axes et une CNC 3 axes ?

Il est très important de comprendre que la connaissance des disparités en termes de dimensions de mouvement et de flexibilité d'usinage est essentielle pour garantir un choix judicieux entre une CNC 5 axes et une CNC 3 axes.

CNC 5 axes vs CNC 3 axes : quelles sont les différences ?

Une machine CNC à 3 axes est limitée aux mouvements basés uniquement sur les axes X, Y et Z, ce qui lui permet d'effectuer des opérations d'usinage sur la surface supérieure du matériau en une seule configuration.

Une machine CNC 5 axes ajoute deux axes rotatifs supplémentaires , A et C, permettant à l'outil d'approcher la pièce sous plusieurs angles. Elle permet ainsi l'usinage de cinq surfaces et de zones complexes et courbes en une seule opération. Il s'agit d'un progrès considérable en termes de qualité, d'efficacité et même de liberté de conception ; c'est pourquoi l'usinage CNC 5 axes est devenu une solution privilégiée pour les pièces complexes.

Pourquoi « réduire le nombre de configurations » ?

L'un des principaux avantages des machines CNC 5 axes par rapport aux 3 axes réside dans la réduction du nombre de réglages . Les opérations de bridage multiples accumulent des erreurs de positionnement et affectent la précision des pièces. L'usinage 5 axes permet de réaliser des opérations d'usinage complexes en une seule étape de bridage, éliminant ainsi l'erreur à la source et réduisant les temps de bridage, les coûts de main-d'œuvre et les risques d'endommagement des pièces.

Figure 1 Une machine-outil à trois axes fonctionne le long de trois axes linéaires, tandis qu'une machine-outil à cinq axes ajoute un mouvement de rotation.

Décryptage des coûts : facteurs de prix de l’usinage CNC 3 axes vs 5 axes

On croit souvent, à tort, que l'usinage CNC 5 axes est toujours plus coûteux que l'usinage 3 axes. C'est faux. Le prix d'une machine CNC 5 axes dépend de nombreux facteurs et ne se résume pas à un simple calcul du coût horaire.

Usinage CNC 3 axes vs 5 axes : Comparaison des prix

Les avantages liés à l'usinage CNC 3 axes peuvent inclure un coût d'achat et d'exploitation réduit ainsi qu'une programmation simplifiée. Cependant, la réalisation de pièces complexes nécessite de nombreux bridages, ce qui peut engendrer une perte de précision.

Bien que l'usinage CNC 5 axes puisse impliquer un coût élevé d'achat de la machine-outil et de programmation , la technique de « serrage unique » la rend moins coûteuse que la production de pièces complexes avec un usinage CNC 3 axes.

Quels sont les principaux facteurs influençant le devis final pour une machine CNC 5 axes ?

Le prix de la fraiseuse CNC 5 axes est ajusté en fonction du projet et des principaux facteurs influents :

• La complexité de la pièce.
• Le type de matériau à travailler (s'il s'agit d'un matériau difficile à usiner comme un alliage de titane, la tâche est plus complexe et le coût augmente).
• La précision requise.
• La taille du lot (petits lots de pièces complexes).

Quand utiliser l'usinage de positionnement 3+2 axes ?

Il existe un couplage entre l'usinage CNC 3 axes et 5 axes . L'usinage de positionnement 3+2 axes est approprié pour les pièces rectangulaires présentant diverses surfaces inclinées discrètes.

L'usinage de surfaces inclinées est possible en fixant la pièce à un angle constant pour la faire tourner, puis en effectuant un usinage 3 axes. Cette méthode, combinant positionnement 3+2 axes et réduction de l'encombrement, constitue un avantage majeur . Elle permet de déterminer le prix d'une machine CNC 5 axes.

Vous souhaitez connaître la technique d'usinage et le budget à prévoir pour votre pièce ? Contactez JS Precision pour obtenir un devis précis pour vos besoins d'usinage 5 ou 3 axes, ainsi qu'un plan d'usinage CNC adapté. Prenez rendez-vous pour recevoir gratuitement une analyse de coûts détaillée.

Figure 2 Compte tenu de la complexité de l'usinage à cinq axes, sa difficulté de programmation sera également plus grande et le coût de la programmation sera plus élevé.

Comment choisir : une machine à 5 axes ou à 3 axes pour votre projet ?

Au moment de choisir entre l'usinage CNC 5 axes et 3 axes, il ne s'agit pas simplement de rechercher la meilleure option possible. L'important est de prendre en compte les besoins du projet. Pour cela, il suffit de se poser quelques questions simples :

• La pièce comporte-t-elle plusieurs surfaces d'usinage interconnectées avec précision ? Oui → Privilégier 5 axes .
• Comporte-t-elle des cavités profondes, des surfaces inclinées et des surfaces courbes ? Oui → Idéale pour l’usinage 5 axes.
• La pièce est-elle une simple plaque ou un prisme ? Oui → Le système à 3 axes est le choix le plus économique.
• Pour les petits prototypes ou les composants complexes, l'usinage 5 axes offre une grande flexibilité. Pour les composants simples de grande taille, l'usinage 3 axes ou des machines spécialisées sont plus appropriés.

Recommandations de JS Precision en matière d'ingénierie collaborative :

Les ingénieurs de JS Precision interviennent lors de l'établissement du devis grâce à une analyse de faisabilité . En optimisant les paramètres de conception, comme l'angle d'inclinaison du plan incliné, il est possible de fabriquer des composants complexes par usinage 3 axes, ce qui permet de réaliser des économies.

Évaluation des fabricants de centres d'usinage CNC 5 axes

Le choix d'un bon fabricant de centres d'usinage CNC 5 axes est crucial pour garantir la qualité et la rapidité de l'usinage. Il ne suffit pas de se concentrer uniquement sur le modèle du centre d'usinage ; les utilisateurs et les capacités de la machine doivent également être pris en compte.

Critères de sélection des fournisseurs de centres d'usinage CNC 5 axes :

• Expérience technique et compétences logicielles : Évaluer l’expérience de l’équipe de programmation FAO en matière de planification complexe des trajectoires d’outils.
• Intégration de la chaîne de processus : Sont-ils en mesure d’offrir des services pour l’ensemble de la gamme de processus, tels que l’usinage, la mesure et le traitement de surface ?
• Contrôle qualité, tests et certification : proposent-ils des équipements de test en ligne et des systèmes de certification ISO 9001, AS 9100 ?
• Communication et transparence : Peuvent-ils expliquer leur processus en détail et partager les rapports DFM ?

Points importants à retenir lors de la visite de l'usine

Lors de la visite de fabricants de centres d'usinage CNC 5 axes, les points importants à privilégier sont les suivants :

• L'environnement et l'entretien de l'atelier.
• La qualité des équipements d'inspection, tels que les machines à mesurer tridimensionnelles .
• Les travaux en cours, y compris la gestion en cours du volet machines-outils.

La valeur d'une capacité « à guichet unique » et de l'objectivité

Les entreprises capables de proposer un usinage haut de gamme à 5 axes ainsi qu'un usinage efficace à 3 axes ( par exemple JS Precision ) peuvent alors offrir un choix de processus optimal dans une perspective de projet intégré, en tenant dûment compte des intérêts du client.

JS Precision est un fabricant professionnel de centres d'usinage CNC 5 axes, doté d'un parc de machines de pointe, d'une équipe technique qualifiée et d'un système de contrôle qualité rigoureux. Vous recherchez un fournisseur de solutions d'usinage 5 axes de confiance ? Planifions une visite de notre usine dès aujourd'hui ; un gestionnaire de compte dédié sera mis à votre disposition pour répondre à tous vos besoins.

Pièces à usiner absolument : le domaine de la commande numérique par ordinateur (CNC) 5 axes

Certaines pièces complexes nécessitent un usinage CNC 5 axes pour une production sophistiquée. Les principales catégories de pièces usinées 5 axes sont les industries de pointe , notamment les pièces structurelles aérospatiales, les turbines, les moules complexes, les noyaux de moules complexes, les dispositifs médicaux de précision et les pièces automobiles haut de gamme.

Un tour 5 axes est un type de machine de tournage et de fraisage 5 axes qui surpasse les autres dans la catégorie de l'usinage 5 axes, se concentrant sur la rotation de pièces avec des surfaces excentrées ou radiales (comme les arbres et les brides), réalisant un usinage complet en une seule étape.

Vous devez usiner les pièces 5 axes mentionnées ci-dessus ou vous avez des doutes quant à leur compatibilité ? Contactez JS Precision pour un service complet basé sur leur vaste expérience en usinage 5 axes de pièces complexes. Soumettez vos exigences pour recevoir une évaluation gratuite de la faisabilité de l'usinage.

Figure 3 L'usinage CNC à cinq axes présente des avantages particuliers dans les industries de haute précision, comme la production de composants complexes tels que les aubes de turbines et les pièces de moteurs pour l'industrie aérospatiale.

Étude de cas : De la difficulté d’une turbine à 3 axes au succès d’une turbine à 5 axes – Refonte d’un carter de turbine

Pour comparer les avantages des machines CNC 3 axes et 5 axes en pratique, un exemple concret est plus parlant. Voici une étude de cas où JS Precision a aidé un client à surmonter les difficultés de l'usinage 3 axes grâce à l'usinage 5 axes :

Motivations des clients

Un petit carter de turbine en acier inoxydable d'un certain fabricant d'équipements énergétiques a été initialement usiné à l'aide d'une machine CNC 3 axes avec 4 processus de serrage.

Cette pièce comporte 8 canaux de fluide inclinés et des brides irrégulières, et l'usinage sur 3 axes présente des goulots d'étranglement évidents : le temps de traitement d'une seule pièce peut atteindre 28 heures, et le délai de livraison est fortement retardé.

Il est difficile de garantir de manière stable la perpendicularité et la précision du positionnement des trous sur différentes surfaces, avec un taux de défauts pouvant atteindre 8 % . Les serrages répétés entraînent une faible homogénéité des pièces, ce qui affecte l'efficacité des assemblages ultérieurs.

JS Precision Solution

Après avoir pris connaissance du besoin, JS Precision a réalisé une analyse approfondie de la structure de la pièce et du procédé de fabrication initial. Nous avons constaté que la complexité de la structure de la pièce met en évidence les avantages de l'usinage CNC 3 axes par rapport à l'usinage CNC 5 axes. L'usinage CNC 5 axes permet de résoudre les problèmes d'erreurs de bridage et d'améliorer la productivité.

Notre solution est la suivante :

• Réévaluation du processus : Une réévaluation du processus d'usinage des pièces a révélé que les passages de fluide inclinés et les brides irrégulières constituaient les principales difficultés d'usinage, ce qui a nécessité l'élaboration de stratégies adaptées en conséquence.
• Choix de l'équipement : Pour notre projet, nous avons opté pour un centre d'usinage CNC 5 axes DMG MORI de fabrication allemande. Cet équipement permet d'usiner avec précision des pièces complexes .
• Optimisation du serrage : Un outillage spécifique a été développé pour le serrage unique de la pièce afin d’éliminer le problème des erreurs de serrage multiples.
• Programmation : L’optimisation de la trajectoire d’outil a été réalisée à l’aide d’un logiciel de FAO. Le fraisage latéral a permis d’usiner les surfaces inclinées. Les étapes de perçage et de fraisage des canaux de refroidissement ont été combinées dans un seul programme afin de réduire le temps de changement d’outillage.

Comparaison des données

Résultats

Grâce aux solutions d'usinage CNC 5 axes, le client a pu améliorer la qualité des pièces assemblées tout en renforçant sa capacité à répondre aux exigences de production annuelles sans avoir à réaliser d'investissements.

Le client a pu réduire ses coûts de production de 22 % , son cycle de livraison de 64 % et améliorer significativement la compétitivité de ses marchés.

Si vous rencontrez des difficultés similaires en usinage et souhaitez améliorer la qualité, réduire les délais et diminuer les coûts grâce à l'usinage 5 axes, n'hésitez pas à contacter JS Precision . Nous créerons une solution d'usinage 5 axes sur mesure, entièrement adaptée aux exigences de votre projet. Veuillez nous communiquer les informations relatives à votre projet afin de recevoir gratuitement des recommandations d'optimisation des processus et des estimations de coûts pour l'usinage 5 axes.

Figure 4 Petite turbine à enveloppe en acier inoxydable

Pouvez-vous nous concevoir une solution d'usinage CNC 5 axes sur mesure ?

JS Precision se spécialise dans la réalisation d'usinages 5 axes sur mesure. Son principal atout réside dans l'accompagnement technique complet qu'elle propose, grâce à une expertise pointue en ingénierie. Dès le téléchargement des dessins 3D, elle assure un suivi tout au long du processus afin de transformer les exigences de conception en solutions de mise en œuvre efficaces et économiques .

Principales responsabilités de l'équipe projet :

• Analyse de la fabricabilité pour détecter en amont les pièces difficiles à usiner et les sources de gaspillage de coûts.
• Simulation pour plusieurs chemins de processus (simulateur pour les processus à 3 axes purs, à 3+2 axes et à 5 axes liés).
• Nous proposons des solutions transparentes.
• Intégration d’autres services à valeur ajoutée tels que la mesure de coordonnées et les essais non destructifs .

Notre processus de personnalisation

• Alignement des points de vue concernant la performance, le budget et l'application.
• Optimisation compétitive des solutions de processus.
• Processus d'exécution clair et partage en temps réel de l'avancement de l'exécution .
• Optimisation des paramètres continus pour réduire les coûts grâce à une amélioration de l'efficacité après la production de masse.

Démarrez votre projet dès aujourd'hui

Besoin d'un travail sur mesure ? Il vous suffit de nous envoyer vos dessins de pièces et les informations de base, et nous vous ferons parvenir une recommandation professionnelle dans les 24 heures ou moins, comprenant une étude de faisabilité d'usinage 5 axes, une recommandation CNC 5 axes vs 3 axes et un devis.

FAQ

Q1 : Une machine CNC à 5 axes peut-elle toujours produire une meilleure finition de surface qu'une machine à 3 axes ?

Oui. Dans le cas de l'usinage de surface, par exemple, l'usinage CNC 5 axes permet à l'outil de coupe de rester dans une position optimale , évitant ainsi les défauts d'usinage à faible vitesse linéaire autour du centre de la fraise hémisphérique et garantissant une finition supérieure. C'est l'une des différences les plus notables en termes de qualité d'usinage par rapport à l'usinage CNC 3 axes.

Q2 : Mon projet implique un travail complexe, mais mes fonds sont limités. Existe-t-il des solutions intermédiaires ?

Oui. Le meilleur compromis économique serait l'usinage par positionnement 3+2 axes (également appelé usinage indexé). Il consiste à faire pivoter la pièce selon un angle précis, puis à l'usiner en la fixant. L'usinage se poursuit ensuite en mode 3 axes. Bien qu'il ne s'agisse pas d'une coupe continue, ce procédé contribue largement à réduire le prix d'une machine CNC 5 axes.

Q3 : Quelle est la taille minimale d'un lot pour une machine à 5 axes ?

L'usinage 5 axes ne présente aucune limite quant à la taille minimale des lots . Même pour la production de prototypes unitaires, si la géométrie est suffisamment complexe, l'usinage 5 axes s'avère souvent le meilleur choix car il élimine les délais de conception et de fabrication des outils. Il est donc privilégié pour la fabrication rapide de prototypes et la production d'essais en petites séries.

Q4 : Comment déterminer si un fournisseur possède réellement une capacité d'usinage 5 axes ?

Cela peut être déterminé selon trois dimensions : premièrement, demandez-leur s’ils possèdent des échantillons physiques ou des vidéos pouvant prouver qu’ils ont usiné des pièces typiques sur 5 axes ; deuxièmement, quelles méthodes et quels équipements utilisent-ils pour mesurer la précision de leurs articles ; troisièmement, quel est le cycle d’étalonnage de la précision de leur machine-outil et comment se déroule le processus de contrôle de la qualité.

Q5 : Quelle est la différence entre un tour-fraisage 5 axes et un centre d'usinage vertical 5 axes ?

Les principaux cas d'utilisation diffèrent. Le tour 5 axes est principalement utilisé pour le tournage et excelle dans l'usinage de pièces rotatives, tandis que le centre d'usinage vertical 5 axes est principalement utilisé pour le fraisage et excelle dans l'usinage de pièces de type boîte et de pièces moulées. Le choix de l'outil doit se faire en fonction des caractéristiques principales de la pièce.

Q6 : Les délais de livraison et la communication sont-ils garantis lors de l'usinage CNC 5 axes en Chine ?

C’est garanti. Ceci est rendu possible grâce aux équipes de gestion de projet et de communication de fournisseurs internationaux comme JS Precision. Les processus sont transparents grâce à l’utilisation de plateformes en ligne standardisées pour le suivi des projets. Les délais et les modalités de communication sont identiques à ceux des fournisseurs internationaux, avec des avantages supplémentaires en termes de coûts.

Q7 : Quels formats de fichiers de conception acceptez-vous ?

Nous prenons en charge de nombreux formats de fichiers de conception courants, mais pour les conceptions 2D et 3D, nous acceptons uniquement les formats STEP, IGES, SLDPRT ou X_T. Nous acceptons également les formats DXF ou DWG pour les conceptions 2D. Le format neutre le plus courant est STEP.

Q8 : Une machine CNC 5 axes peut-elle traiter des matériaux composites ou des plastiques en plus des métaux ?

Oui. L'usinage de composites haute performance tels que les fibres de carbone, les plastiques techniques comme le PEEK et les blocs de résine pour la fabrication de prototypes est également réalisé sur des machines CNC 5 axes. Cela inclut aussi le moulage de haute précision de formes complexes.

Résumé

Le choix entre l'usinage CNC 5 axes et 3 axes ne se résume pas à une simple opposition entre qualité « haut de gamme » et « bas de gamme ». Si l'usinage 3 axes reste une option économiquement incontournable pour la fabrication de composants simples, le principal atout de l'usinage 5 axes, à savoir la réalisation d'usinages complexes en une seule opération, lui confère un rapport qualité-prix optimal .

Lors du choix d'un centre d'usinage 5 axes, il est essentiel de connaître le niveau de complexité de la pièce à usiner. Choisir un fabricant de centres d'usinage CNC 5 axes de qualité est également primordial.

JS Precision , forte de son expertise en usinage 3 axes, 5 axes et tournage-fraisage , reste à votre service pour une analyse objective des performances de vos processus et une fabrication sans les limitations de nos machines. Nous vous accompagnons dans la réalisation de vos projets avec précision, performance et rentabilité.