Fraisage CNC 3+2 axes vs 5 axes : une comparaison pratique en ingénierie

Lorsque les fabricants commencent à usiner des pièces tridimensionnelles complexes, la discussion passe souvent du fraisage CNC 3 axes de base à des configurations plus avancées.

À ce stade, une question fréquente se pose : Une fraiseuse CNC 3+2 axes est-elle suffisante, ou faut-il un véritable usinage 5 axes ?

Bien que les deux systèmes comportent cinq axes de mouvement, leur fonctionnement est fondamentalement différent. Cette distinction n'est pas sémantique : elle influe directement sur la qualité de surface, l'efficacité de la production, la complexité de la programmation et la stabilité du processus à long terme.

Cet article fournit un comparaison pratique et fondée sur l'ingénierie Ce travail compare le fraisage CNC 3+2 axes et le fraisage CNC 5 axes. L'objectif est de déterminer les points forts et les limites de chaque approche, et d'identifier la configuration la mieux adaptée aux exigences de fabrication spécifiques.

Définition du fraisage CNC 3+2 axes et du fraisage CNC 5 axes

Qu'est-ce que le fraisage CNC 3+2 axes ?

Une fraiseuse CNC 3+2 axes comprend trois axes linéaires (X, Y, Z) et deux axes de rotation. Cependant, lors de l'usinage, seuls les axes de rotation sont utilisés. trois axes se déplacent simultanément.

Les axes de rotation servent à positionner la broche ou la pièce à usiner selon un angle fixe avant le début de la coupe. Une fois positionnée, la machine effectue un usinage standard sur 3 axes selon l'orientation inclinée.

Cette méthode est parfois appelée usinage positionnel à 5 axes.

Qu'est-ce que le véritable fraisage CNC 5 axes ?

Le véritable fraisage CNC à 5 axes permet mouvement simultané des cinq axes pendant la coupeL'orientation de l'outil change continuellement pendant que la machine enlève de la matière.

Cette interpolation continue permet à l'outil de coupe de suivre des surfaces complexes tout en maintenant des angles de contact optimaux.

D'un point de vue cinématique, cela est nettement plus complexe que l'usinage 3+2 axes et impose des exigences plus importantes en matière de rigidité de la machine, de systèmes de contrôle et de logiciels de FAO.

Différences mécaniques et cinématiques fondamentales

Synchronisation des axes

3+2 axesLes axes de rotation ne bougent que lors de la configuration, et non pendant la découpe.
Véritable axe à 5 branchesLes axes linéaires et de rotation se déplacent de manière continue et simultanée.

Cette distinction influence directement la géométrie réalisable et la continuité de la surface.

Contrôle de l'orientation de l'outil

En usinage 3+2 axes, l'orientation de l'outil reste fixe tout au long de la coupe. Cela limite la capacité d'adaptation aux variations de courbure de la surface.

En véritable usinage 5 axes, l'orientation de l'outil s'adapte en permanence, maintenant un engagement optimal même sur des géométries complexes.

Exigences relatives à la structure de la machine

Les véritables routeurs CNC à 5 axes nécessitent :

Rigidité structurelle plus élevée
Composants d'axe rotatif plus précis
Synchronisation avancée des servos
Compensation sophistiquée des erreurs

Les systèmes à 3+2 axes sont mécaniquement plus simples et généralement plus faciles à entretenir.

Qualité de surface et précision géométrique

Continuité de surface

Sur les surfaces courbes ou de forme libre, l'usinage 5 axes véritable produit des transitions plus douces car l'outil reste perpendiculaire à la surface.

En revanche, l'usinage 3+2 axes approxime les courbes par des trajectoires d'outil segmentées. Cela peut engendrer :

Effets de facettage
marques d'outils
Texture de surface irrégulière

Pour les applications où l'intégrité de surface influe directement sur la fonction ou l'esthétique, cette différence est significative.

Précision sur plusieurs visages

Les deux systèmes réduisent le besoin de resserrage manuel par rapport à l'usinage 3 axes. Cependant, les véritables systèmes 5 axes maintiennent un système de coordonnées continu tout au long du processus.

Cela améliore :

Alignement inter-fonctionnalités
Précision de positionnement
Répétabilité dans les pièces complexes

Considérations relatives à la programmation et aux logiciels de FAO

Complexité CAM

La programmation 3+2 axes est une extension des flux de travail standard à 3 axes. De nombreux systèmes FAO la prennent en charge moyennant un effort de configuration modéré.

La programmation 5 axes véritable nécessite :

Stratégies avancées de trajectoire d'outil
Détection de collision
Post-processeurs spécifiques à la machine

Le temps de programmation est généralement plus long, mais cela est compensé par un temps de préparation réduit et de meilleurs résultats d'usinage dans les applications appropriées.

Risque de collision

L'usinage 5 axes réel présente un risque de collision plus élevé en raison du mouvement continu de plusieurs axes. Une simulation précise et une vérification de la trajectoire d'outil sont essentielles.

L'usinage 3+2 axes présente un risque de collision plus faible, car l'orientation de l'outil est fixe pendant la coupe.

Réduction de l'efficacité de la production et des temps de réglage

Temps de préparation

3+2 axesRéduit le nombre de configurations, mais peut tout de même nécessiter plusieurs étapes de repositionnement.
Véritable axe à 5 branches: Optimise l'usinage en une seule configuration

Lorsque le temps de préparation représente la part la plus importante du coût de production, l'usinage 5 axes véritable offre des avantages indéniables.

Temps de cycle

Les comparaisons de temps de cycle dépendent de la géométrie de la pièce :

Les formes angulaires simples peuvent être usinées plus rapidement sur les systèmes à 3+2 axes.
Les surfaces continues complexes sont généralement usinées plus rapidement et plus proprement sur des systèmes à 5 axes.

L'efficacité devrait être évaluée au niveau de niveau de processus, et non par opération individuelle.

Durée de vie de l'outil et dynamique de coupe

Optimisation de l'angle de coupe

L'usinage 5 axes permet à l'outil de coupe de maintenir des angles d'engagement optimaux. Ceci améliore :

Évacuation des copeaux
Dissipation de chaleur
Durée de vie de l'outil

En usinage 3+2 axes, les angles de coupe sont fixes et peuvent ne pas être optimaux sur toute la surface.

Vibrations et stabilité

Une meilleure orientation des outils réduit les forces de coupe et les vibrations. Sur les longues séries de production, cela contribue à des résultats plus constants et à des besoins de maintenance réduits.

Comparaison basée sur les applications

Quand le fraisage CNC 3+2 axes est suffisant

Surfaces planes inclinées
Pièces à courbure limitée
Complexité faible à moyenne
contraintes budgétaires ou de compétences

Les systèmes à 3+2 axes constituent souvent une étape intermédiaire efficace vers l'usinage multi-axes.

Quand un véritable fraisage CNC 5 axes est nécessaire

surfaces courbes continues
Caractéristiques de la découpe
Exigences élevées en matière de finition de surface
Tolérances multifaces serrées
Moules ou prototypes complexes

Dans ces cas, les systèmes à 3+2 axes atteignent leurs limites pratiques.

Compromis liés aux coûts, aux compétences et aux opérations

Coûts d'équipement et d'exploitation

Les véritables routeurs CNC à 5 axes impliquent :

Investissement initial plus élevé
Maintenance plus complexe
Formation avancée des opérateurs

Toutefois, pour les applications appropriées, le coût total de possession peut être inférieur grâce à la réduction des temps de configuration et de reprise.

Exigences en matière de compétences

L'usinage 5 axes véritable nécessite :

Expertise en FAO
Compréhension de la cinématique multi-axes
compétences en planification des processus

Sans cela, les capacités de la machine risquent d'être sous-utilisées.

Cadre décisionnel pour les fabricants

Lors du choix entre le fraisage CNC 3+2 axes et le fraisage CNC 5 axes, tenez compte des points suivants :

Complexité géométrique
exigences en matière de qualité de surface
contraintes de configuration et d'alignement
volume de production et répétabilité
Expertise technique disponible

Si vos contraintes sont géométriques et liées au processus, une configuration à 5 axes peut se justifier. Si elles sont principalement de nature positionnelle, une configuration à 3+2 axes peut suffire.

Foire aux questions

L'usinage 3+2 axes est-il identique à l'usinage 5 axes ?

L'usinage à 3+2 axes utilise cinq axes, mais seuls trois se déplacent simultanément pendant la coupe.

L'utilisation d'un véritable système 5 axes améliore-t-elle toujours la finition de surface ?

Il améliore la finition de surface sur les courbes complexes, mais peut ne pas présenter d'avantages sur les géométries simples.

L'usinage 5 axes est-il plus difficile à programmer ?

Oui. Cela nécessite un logiciel de FAO avancé et des programmeurs expérimentés.

Les machines 3+2 axes peuvent-elles gérer les contre-dépouilles ?

Des contre-dépouilles limitées sont possibles, mais les contre-dépouilles complexes nécessitent généralement un véritable usinage à 5 axes.

Lequel est le meilleur pour la fabrication de moules ?

Les cavités de moules complexes bénéficient généralement d'un véritable usinage 5 axes grâce à la continuité de la surface et à l'accès aux outils.

L'axe 3+2 est-il une bonne option de transition ?

Oui. De nombreux fabricants adoptent des systèmes à 3+2 axes avant de passer à une capacité complète à 5 axes.

Conclusion

Le fraisage CNC 3+2 axes et le fraisage CNC 5 axes ne sont pas des technologies concurrentes, mais des outils adaptés à différents niveaux de complexité. Comprendre leurs différences mécaniques, cinématiques et opérationnelles permet aux fabricants de prendre des décisions éclairées en fonction des exigences réelles de production.

Le choix de la configuration adéquate garantit un usinage efficace, une qualité constante et des performances de fabrication durables à long terme.

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