Comment utiliser des bras robotiques à 5 axes pour l'usinage : un guide pour la fabrication aérospatiale et la sélection des fournisseurs

UN Bras robotique 5 axes est l'un des principaux outils de la fabrication aérospatiale et révolutionne le processus de production en surmontant les limites de l'usinage traditionnel.

Par exemple, les fraiseuses à portique conventionnelles sont incapables d'atteindre les minuscules cavités internes de pièces complexes telles que les disques aubagés intégrés et les joints de train d'atterrissage, alors que les machines-outils autonomes ont de longues périodes de retour sur investissement .

Un bras robotique articulé adaptable peut pénétrer en profondeur dans les pièces pour le nettoyage et l'usinage sur place, augmentant ainsi considérablement les délais de travail.

Nous verrons ici comment il peut être utilisé pour résoudre les problèmes de moulage et, en tenant compte des avantages de l'usinage CNC 5 axes, fournir aux entreprises des solutions d'usinage adaptées.

Aperçu de la réponse principale

Dimensions principales	Principales conclusions
Logique de sélection	Pour une découpe pure, prenez un bras robot 5 axes, pour du multitâche, prenez un bras robot industriel 6 axes.
Avantages techniques	L'usinage simultané sur 5 axes peut réduire le porte-à-faux de l'outil de 30 %, aider à supprimer le broutage et également améliorer l'élimination des copeaux.
Évaluation des fournisseurs	Les principaux critères doivent être la stabilité thermique, la certification AS9100 et des exemples d'usinage de composants aérospatiaux similaires.
Performances de rigidité	Quand alliages de titane sont fraisés, la vibration de l'effecteur final du bras robotique à 5 axes est réduite d'environ 40 % par rapport à un bras à 6 axes.
Efficacité des processus	L'usinage simultané sur 5 axes peut éliminer certaines configurations, ce qui permet d'améliorer globalement l'efficacité de l'usinage des disques de turbine de plus de 25 %.
Indicateurs des fournisseurs	Un taux de rachat > ​​30 % est l'un des principaux signes de fiabilité lorsque l'on considère les principaux fabricants de centres d'usinage 5 axes.

Points clés à retenir :

• La rigidité est synonyme de précision : les vibrations de l'effecteur terminal du bras robotique à 5 axes sont réduites d'environ 40 % lorsque les alliages de titane sont fraisés, par rapport à un bras robotique à 6 axes.
• Le processus détermine le succès ou l'échec : l'usinage simultané sur 5 axes contribue à réduire le nombre de réglages, ce qui permet d'augmenter l'efficacité globale de l'usinage des disques de turbine de plus de 25 %.
• Les données sont la base de la confiance : un taux de rachat >30% est l'un des indicateurs clés de fiabilité quand on s'intéresse aux fabricants de centres d'usinage 5 axes.

Pourquoi faire confiance à ce guide ? L'expérience de JS Precision dans les services d'usinage CNC 5 axes

Chaque conclusion de cet article est tirée de plus de 15 ans d'expérience pratique de JS Precision dans l'usinage CNC 5 axes, ainsi que de son exécution efficace de services d'usinage pour plus de 200 entreprises aérospatiales dans le monde.

Nous avons usiné avec succès plus de 1 000 types de composants aérospatiaux sur 5 axes, couvrant des composants essentiels tels que les disques aubagés intégrés et les supports de train d'atterrissage, qui ont directement soulagé les problèmes de l'usinage aérospatial.

Dans l'utilisation de bras robotiques à 5 axes, nous sommes allés depuis la sélection des équipements et le débogage des processus jusqu'à la mise en œuvre de la production de masse , et nous avons trouvé des solutions standardisées pour les matériaux difficiles à usiner comme les alliages de titane et les alliages haute température Inconel 718 ( Certification ISO 9001 : 2015 donne une base solide pour l’assurance qualité tout au long du processus.)

Nous avons aidé une entreprise aérospatiale européenne à surmonter le problème des vibrations lors de l'usinage de disques aubagés intégrés, ce qui a entraîné une diminution des rebuts de ses produits de 18 % à 0,5 %.

En plus de cela, nous avons également réalisé l'usinage sur site de structures de cabines ultra grandes pour des instituts de recherche aérospatiale nationaux. Ainsi, les instituts ont économisé plus de 500 000 $ sur le transport des équipements et les coûts de serrage secondaire.

En ce qui concerne l'intégration de solutions 5 axes, nous sommes en mesure de proposer des solutions sur mesure du prototype à la production en série à grande échelle en fonction de l'échelle de production du client . De plus, nous disposons de méthodes d'optimisation de processus de base pour l'usinage simultané sur 5 axes, qui peuvent augmenter la durée de vie de l'outil de 40 % en moyenne.

Ce manuel couvre l'aspect technique ainsi qu'une compilation de notre expérience pratique dans une large mesure, aidant ainsi les entreprises à éviter les erreurs de sélection et de traitement.

Vous souhaitez trouver rapidement une solution d’usinage de bras robotique 5 axes adaptée ? Contactez les ingénieurs de JS Precision dès maintenant, indiquez-leur vos exigences en matière de matériaux et d'usinage, et vous pourrez obtenir une feuille de planification de processus personnalisée gratuite.

Pourquoi choisir un bras de robot articulé plutôt qu'une commande numérique traditionnelle pour les composants aérospatiaux complexes ?

Les équipements d’usinage CNC traditionnels à 5 axes ne sont pas très flexibles et ne peuvent usiner que des composants aérospatiaux complexes dans une mesure limitée. Le bras robotique articulé, associé aux avantages technologiques des bras robotiques à 5 axes, peut résoudre ces problèmes des trois manières suivantes :

1.Accessibilité et évitement d’obstacles :

Les machines-outils traditionnelles sont figées par leurs formes et ne peuvent donc pas pénétrer dans des cavités complexes, bras de robot articulé , en raison de leur structure multi-articulée, peut éviter la collision, et les bras robotiques à 5 axes peuvent placer avec précision la tête d'usinage dans les très petites ouvertures .

2.Usinage de composants ultra-larges in situ :

Il est impossible d’usiner des cabines de très grande taille avec des machines-outils traditionnelles. Un bras robotique à 5 axes peut être installé sur un AGV pour un usinage mobile, le serrage secondaire n'est donc pas nécessaire. Lorsqu'elles sont combinées avec l'usinage CNC 5 axes, les tolérances sont assurées ( normes de sécurité ANSI/RIA R15.06-2012 ).

3.Avantage de coût de la production en petits lots :

De petits lots de composants aérospatiaux d’une grande variété sont produits. Les machines-outils dédiées impliquent des coûts d'investissement élevés et un faible taux d'utilisation, un bras robotique à 5 axes ne représente que 60 % de cela et offre de multiples utilisations et un retour sur investissement de plus de 30 %.

Vous souhaitez vérifier l’adéquation d’un bras robot articulé pour l’usinage de vos composants ? Envoyez les dessins CAO de vos composants à JS Precision, et nous vous fournirons une analyse de faisabilité d'usinage gratuite et ferons correspondre un modèle de bras robotique à 5 axes approprié.

Bras robot à 5 axes contre. Bras de robot industriel à 6 axes : lequel offre la précision dont vous avez besoin ?

Dans l'usinage aérospatial, le nombre d'axes est ce qui définit la précision et l'efficacité. Les différences fondamentales entre un bras de robot 5 axes et un bras de robot industriel 6 axes sont principalement la rigidité et l'adaptabilité de l'usinage comme expliqué ci-dessous :

1. Raisons pour lesquelles 6 axes ne conviennent pas à la coupe à contrepoids :

UN Bras de robot industriel 6 axes est parfait pour l'assemblage et la manipulation d'objets et il peut atteindre un niveau de vibration aussi bas que 0,02 mm lors du fraisage en porte-à-faux d'alliages de titane, un bras robot à 5 axes est une structure compacte et rigide, la vibration de l'extrémité, l'effecteur est réduite d'environ 40 % par rapport à un bras à 6 axes.

2. La raison principale derrière l'usinage simultané sur 5 axes pour obtenir une finition de surface :

L'usinage simultané sur 5 axes est au cœur de l'usinage des disques de turbines aérospatiales. Un bras robotique à 5 axes est capable de finir des surfaces courbes complexes en une seule fois, une rugosité de surface de 8 micropouces peut être atteinte, ce qui est mieux que l'usinage à 6 axes.

Vous souhaitez déterminer avec précision si un bras de robot 5 axes ou un bras de robot industriel 6 axes est plus adapté à votre tâche d'usinage ? Soumettez dès maintenant vos besoins d’usinage à JS Precision et nous vous fournirons une évaluation professionnelle gratuite de votre sélection d’axes, ainsi qu’une solution d’assurance de la précision des processus.

Comment l’usinage simultané sur 5 axes résout-il les défis liés aux matériaux aérospatiaux ?

Le tournage de matériaux aérospatiaux pose en premier lieu des défis de taille. La technologie d'usinage simultané sur 5 axes aide les bras de robot à 5 axes à résoudre ces problèmes et, à terme, l'usinage de composants aérospatiaux sur 5 axes devient le pilier :

1. Surplomb de l'outil de raccourcissement, conquête des cavités profondes et des parois minces :

Les outils d'usinage conventionnels avec des porte-à-faux supérieurs à 150 mm présentent un risque élevé de broutage. L'usinage simultané sur 5 axes peut réduire le porte-à-faux de 30 % , c'est donc un usinage stable à cavités profondes en alliages haute température Inconel 718 qui est assuré.

2. Amélioration de l'élimination des copeaux et de la dissipation thermique, manipulation de pièces en alliage d'aluminium à paroi mince :

Usinage simultané 5 axes est capable de contrôler la posture de l'outil qui donne lieu à moins de déformation et, lorsqu'un liquide de refroidissement à haute pression pour l'élimination des copeaux est utilisé, le formage net est réalisé, ce qui réduit les déchets de matériaux de 15 à 25 % .

3. Paramètres de processus pour l'usinage simultané sur 5 axes de différents matériaux aérospatiaux :

Type de matériau	Vitesse de rotation de l'outil (r/min)	Vitesse d'avance (mm/min)	Porte-à-faux de l'outil (mm)	Rugosité de surface (µ pouces)
Alliage de titane Ti-6Al-4V	1200	150	80	10
Inconel 718	800	100	70	12
Alliage d'aluminium aérospatial 7075-T6	3500	500	90	6
Matériau composite en fibre de carbone	2000	200	60	8

Quels composants aérospatiaux d’usinage 5 axes spécifiques exigent le plus de votre robot ?

Différents composants aérospatiaux d’usinage 5 axes nécessitent des bras robotisés 5 axes avec des caractéristiques de performances différentes. Les solutions 5 axes appropriées doivent chacune être centrées sur leurs propres points principaux.

Les exigences des composants clés sont les suivantes :

• Disques à lames intégraux (Blisks) : Les lames sont fines et fortement tordues, elles nécessitent donc que la réponse dynamique du bras du robot à 5 axes soit très forte et que la précision d'interpolation doit être de 0,001 mm en usinage simultané à 5 axes.
• Support de train d'atterrissage : les grandes pièces en alliage de titane nécessitent de nombreuses opérations d'usinage. Solutions 5 axes doit être d'une grande rigidité et d'une excellente capacité d'évacuation des copeaux, le couple de broche doit être d'au moins 80 N·m .
• Base de l'actionneur Mars Rover : en utilisant des matériaux spéciaux et en n'autorisant qu'une tolérance de ± 0,0002 pouces, le bras du robot à 5 axes doit être équipé d' un système de compensation d'interféromètre laser .
• Panneaux de fuselage en matériaux composites : Matériaux non métalliques très difficiles à usiner, le bras robot 5 axes doit être équipé d'un dispositif d'extraction de poussière dédié et d'un traitement d'étanchéité.

Figure 1 : Deux bras robotiques blancs à cinq axes travaillent simultanément sur les côtés opposés d'un gros composant aérospatial métallique dans un environnement industriel.

Comment évaluer les fabricants de centres d'usinage 5 axes : au-delà de la fiche technique

Choisir des fabricants de centres d’usinage 5 axes fiables est essentiel pour la qualité de l’usinage aérospatial. On ne peut pas se fier uniquement à la fiche technique, mais il faut évaluer minutieusement les composants de base, les cas d'application et les systèmes qualité.

Les fabricants de haute qualité peuvent proposer des solutions complètes à 5 axes qui garantissent un usinage stable.

1. Traçabilité des composants principaux :

Un point à considérer lors de l’évaluation des fabricants de centres d’usinage 5 axes est de poser des questions sur la marque de la broche, des rails de guidage, des vis mères et des systèmes de contrôle. Les broches de haute qualité peuvent gérer le contrôle de la déformation thermique dans une plage de 0,002 mm .

2. Cas de candidature et vérification du processus :

C'est une exigence pour le Fabricants de centres d'usinage 5 axes pour produire des vidéos d'usinage similaires, en se concentrant particulièrement sur la rupture des copeaux d'alliage de titane et la technologie de refroidissement interne. Les fabricants expérimentés dans le traitement par lots possèdent des processus plus matures.

3.Système qualité et inspection sur site :

La certification AS9100 est une exigence de base. Il est nécessaire de procéder à des inspections sur place des équipements de test. Les fournisseurs avec un taux de rachat > ​​30 % offrent des services après-vente plus stables et présentent des risques de coopération plus faibles.

Indicateurs et normes d'évaluation de base pour les fabricants de centres d'usinage 5 axes

Indicateurs d'évaluation	Exigences de base	Norme de réussite	Excellente norme
Composants de base	Marque de broche/guide/système de contrôle	Assemblage de marque de premier niveau	Composants de base personnalisés en usine
Cas d'usinage	Expérience en usinage de composants aérospatiaux	10+ cas	Plus de 50 cas de traitement par lots
Certifications de qualité	Certifications liées à l'aérospatiale	Certification de base AS9100	Certification AS9100D+NADCAP
Équipement de test	Configuration de l'équipement de test de précision	Machine à mesurer tridimensionnelle MMT	Scanner 3D lumière bleue + interféromètre laser
Taux de rachat client	Pourcentage de clients existants	≥20%	≥30%
Réponse après-vente	Temps de traitement des pannes	Dans les 48 heures	Service sur place 24h/24

Figure 2 : Un schéma technique d'un bras de robot industriel bleu à six axes sur fond blanc, avec toutes ses articulations de rotation clairement numérotées pour évaluation.

Quelles solutions à 5 axes existent pour passer du prototypage à la production à pleine cadence ?

Dans la fabrication aérospatiale, la demande de solutions 5 axes flexibles et automatisées continue de croître, du prototypage à la production de masse. Numériquement, l'usinage simultané sur 5 axes facilite une intégration fluide des processus et permet d'exploiter pleinement le bras du robot à 5 axes.

1.Jumeaux numériques et programmation hors ligne

Les systèmes 5 axes avec capacité de programmation hors ligne sont l’épine dorsale de l’avenir. Le système de contrôle Siemens Sinumerik One est doté de la fonctionnalité de simulation d'usinage virtuel, permettant ainsi une prévention proactive des collisions et réduisant les coûts d'essai de coupe de 60 %.

2. Intégration du système de fabrication flexible

Les solutions 5 axes hautement efficaces doivent pouvoir s'intégrer de manière transparente à un système de stockage de palettes ou de chargement/déchargement pour réaliser un usinage sans personnel 24h/24 et 7j/7, ce qui, à son tour, augmente l'utilisation de l'équipement à plus de 90 % et augmente l'efficacité de la production de masse de 40 %.

3. Collaboration avec les logiciels de FAO

Le post-traitement du Bras robot 5 axes devrait être compatible avec tous les logiciels de FAO grand public. Des techniques de parcours d'outils sophistiquées contribuent non seulement à prolonger la durée de vie de l'outil de 50 % , mais également à réduire considérablement le coût d'usinage des alliages à haute température.

Pourquoi choisir JS Precision pour vos composants aérospatiaux usinés sur 5 axes ?

JS Precision est l'un des principaux fabricants de centres d'usinage 5 axes fiables et également l'un des meilleurs fournisseurs de services d'usinage 5 axes de composants aérospatiaux. Pour fournir un service complet d'usinage de bout en bout, nous combinons en profondeur les technologies d'usinage CNC 5 axes et de bras robotique 5 axes.

1. Puissance dure :

JS Precision est propriétaire de plusieurs centres d'usinage 5 axes importés d'Allemagne et du Japon , et ils sont également équipés de broches électriques allemandes Kessler, atteignant ainsi une précision de positionnement de ±2 µm. Les bras robotiques personnalisés à 5 axes peuvent répondre à diverses exigences d'usinage.

2.Certifications et études de cas :

JS Precision est certifié pour AS9100D et ISO 9001:2015, et les composants qu'elle fabrique pour l'industrie aérospatiale sont déjà mis en œuvre dans plusieurs appareils aérospatiaux, avec plus de 500 lots réalisés .

3.Service de bout en bout :

JS Precision propose une programmation FAO et une planification flexible du prototype à la production de masse et maîtrise la technologie de base de l'usinage simultané sur 5 axes pour garantir la livraison de composants de la bonne qualité et dans les délais.

4. Garantie de transaction :

JS Precision a un taux de rachat supérieur à 35 %. En plus de cela, ils offrent une double garantie, tant en termes d’argent que de délai de livraison. Toutes les pièces usinées sont accompagnées de rapports d'inspection complets pour s'assurer que la précision est conforme aux normes.

Envie de vivre une expérience professionnelle Usinage 5 axes de composants aérospatiaux services de traitement ? Téléchargez vos dessins CAO sur JS Precision pour recevoir une analyse gratuite de fabricabilité DFM et un devis détaillé, sans frais cachés.

Étude de cas JS Precision : Relever le défi des vibrations profondes des cavités dans les alliages de titane aérospatiaux

Défi

Un institut aérospatial national a sérieusement besoin d’usiner un lot de supports à cavité profonde en alliage de titane pour les trains d’atterrissage. Les composants ont une profondeur de cavité de 120 mm et une épaisseur de paroi de seulement 3 mm.

Les bras de robot industriel 6 axes de conception traditionnelle présentaient constamment des modes de vibration pendant l'usinage en raison de leur long porte-à-faux et de leur manque de rigidité, ce qui entraînait un taux de rebut de 15 % .

De plus, le temps d'usinage d'une pièce était supérieur à 8 heures, les délais de livraison n'étaient donc pas respectés. En même temps, traditionnel Équipement d'usinage CNC 5 axes était incapable de réaliser un usinage sur place, ce qui entraînait des coûts de transport élevés.

Solution

1. Reconfiguration de l'équipement :

Un centre d'usinage à bras robotisé 5 axes JS Precision a été sélectionné. Son lit en fonte à haute rigidité présente une erreur de planéité ≤0,002 mm/m et la tête compacte à 5 axes atteint une précision de répétabilité de ±0,001 mm.

Le porte-à-faux de l'outil a été raccourci de 130 mm à 90 mm, ce qui a permis de réduire le broutage d'usinage de 0,02 mm à 0,005 mm , ce qui a grandement amélioré la stabilité du processus d'usinage.

2. Optimisation des processus :

En déployant une technologie d'usinage simultané sur 5 axes, nous avons modifié de manière dynamique l'orientation de l'outil pour maintenir la force de coupe dans la plage souhaitée de 800 à 1 000 N. De plus, pendant le processus, la direction de la force de coupe a été assurée pour toujours pointer vers la zone de la pièce présentant la plus grande rigidité .

D'autre part, les paramètres de coupe ont été optimisés, la vitesse de coupe de l'alliage de titane Ti-6Al-4V a été réglée à 1 200 tr/min, l'avance était de 150 mm/min et la profondeur de coupe a été maintenue à 0,2 mm.

3. Vérification de simulation :

L'environnement d'usinage virtuel Siemens Sinumerik One a été utilisé pour simuler l'ensemble du processus, de l'ébauche à la finition.

Les fluctuations de l'avance ont été maintenues à moins de 5 %, trois risques potentiels de collision ont été évités de manière proactive et le taux de rebut pendant la phase d'essai de coupe a été réduit de 15 % dans l'usinage traditionnel à 0 % , améliorant ainsi l'efficacité de la coupe d'essai de 40 %.

Résultats

La modification a réduit les vibrations de l'outil à 0,005 mm maximum, le rendement au premier passage est passé de 85 % à 99,8 % et le temps d'usinage d'une seule pièce a été réduit de 20 % à 6,4 heures, permettant ainsi au client de terminer son objectif de livraison trimestriel 15 jours avant la date prévue et d'économiser plus de 200 000 $ sur les coûts de transport et de re-serrage de l'équipement.

Vous souhaitez résoudre vos défis d’usinage de composants aérospatiaux ? Appelez dès maintenant la hotline technique de JS Precision, décrivez vos problèmes d'usinage en détail et nous personnaliserons une solution pour vous, tout en vous fournissant des conseils gratuits de débogage des processus.

Figure 3 : Gros plan d'un support fini en alliage de titane de forme complexe avec une cavité profonde, conçu pour les applications de train d'atterrissage aérospatial.

FAQ

1.Le bras robotique à 5 axes et la machine-outil CNC à 5 axes sont-ils totalement différents ?

Pas totalement différent. Les bras robotiques à 5 axes sont des bras robotiques multi-articulés, hautement adaptables à l'usinage de cavités sous tension et compliquées. Et les machines-outils CNC à 5 axes sont plus résistantes à la découpe par lots de haute précision.

2.L'usinage simultané sur 5 axes est-il obligatoire pour la fabrication de roues en alliage de titane ?

Certainement. L'usinage simultané sur 5 axes est de loin le meilleur moyen de fabriquer des roues en alliage de titane où la finition d'un montage peut être réalisée et la perte de précision du montage secondaire est évitée.

3. Combien d'usinage 5 axes peut-on économiser sur le coût du matériau ?

L'usinage 5 axes trace le chemin de la pièce de manière idéale et réduit également la génération de rebuts. Par exemple, pour les pièces en alliage d'aluminium aérospatial à parois minces, les déchets peuvent être réduits de 15 à 25 %, et l'utilisation de matériaux pour l'usinage de pièces en alliage de titane peut même dépasser 70 % .

4. Que signifie RTCP ? Est-ce important ?

RTCP signifie Point central de l'outil rotatif. Lors de la programmation, seul le point de contact outil-pièce doit être pris en compte. Il s'agit d'une référence essentielle pour les solutions 5 axes et qui influence fondamentalement la précision de l'usinage.

5. Quelles méthodes puis-je utiliser pour vérifier que les composants aérospatiaux d'usinage 5 axes du fournisseur sont conformes à la norme AS9100 ?

Les fournisseurs sont tenus de fournir la certification AS9100D, les processus de contrôle qualité et les rapports de test, et des enregistrements de traitement AS9100 pour des composants similaires peuvent également être demandés.

6. Quels fabricants de centres d'usinage 5 axes offrent le meilleur rapport qualité-prix pour un petit prototype de composant aérospatial en lots ?

Un fournisseur de services de fabrication flexible (FMS) multi-processus est probablement la solution la moins chère. Ils suppriment complètement le besoin de payer pour des montages dédiés, le prototypage rapide et l'usinage simultané sur 5 axes leur sont facilement accessibles.

7. Quelle est la précision la plus élevée que vous puissiez obtenir en usinage 5 axes ?

Dans les conditions d'un atelier à température contrôlée, un bras robotique à 5 axes de précision au micron, associé à une compensation d'interféromètre laser, peut atteindre systématiquement un niveau de tolérance de 0,005 mm , répondant ainsi aux spécifications strictes des composants aérospatiaux critiques.

8. Quel est le délai de livraison normal pour JS Precision ?

JS Precision s'engage à respecter des délais de livraison de 10 à 15 jours ouvrables pour les pièces en alliage d'aluminium aérospatial standard. Alliage de titane complexe et fabrication de composants aérospatiaux de précision seront évalués en fonction de la complexité du processus.

Résumé

Le choix des solutions 5 axes appropriées peut être crucial dans la fabrication aérospatiale. Un bras robotique à 5 axes et une technologie d'usinage simultané à 5 axes peuvent aider à briser les limites de l'usinage traditionnel. L'usinage des composants, la découpe des matériaux et la sélection des équipements sont trois facteurs qui affectent la qualité et le coût du traitement.

Grâce à des études de cas, de la technologie et des services, JS Precision possède une riche expérience dans ce domaine et propose aux entreprises des solutions d'usinage à guichet unique.

Envoyez-nous vos dessins CAO maintenant , et transformons les pièces aérospatiales les plus complexes en réalité, en utilisant la technologie d'usinage de précision pour amener un nouveau niveau à la fabrication aérospatiale.