Usinage CNC 3 axes vs 5 axes : principales différences

Usinage CNC 3 ou 5 axes 

Usinage CNC Il s'agit d'une technologie avancée de fabrication soustractive permettant de produire des composants complexes à l'aide d'équipements CNC contrôlés par ordinateur. Les machines CNC sont disponibles avec différents axes ; les machines 3 et 5 axes sont les plus courantes dans l'industrie manufacturière. Le nombre d'axes correspond au nombre d'axes que l'outil de coupe peut déplacer pour réaliser l'usinage.

Les différences se manifestent dans leur fonctionnement, leur précision, leur vitesse de production et la complexité de leur conception. Par conséquent, pour choisir le type de machine adapté à vos besoins de production, il est nécessaire de comparer les machines CNC 3 axes et 5 axes. 

Qu'est-ce qu'une machine CNC 3 axes ? 

Fraiseuse CNC 3 axes

Une machine à 3 axes est définie par son fonctionnement, où l'outil (ou la pièce) peut se déplacer autour de trois axes différents, X, Y et Z. Chaque axe représente une direction linéaire ; l'axe X signifie gauche et droite, l'axe Y signifie avant et arrière et l'axe Z signifie haut et bas.

Elle est adaptée à la création de fonctions 2D et de formes 3D simples. Son installation et son utilisation sont plus simples que celles des machines 4 ou 5 axes. De plus, il existe différentes variantes de machines 3 axes, telles que les fraiseuses CNC, les tours et les centres d'usinage 3 axes. Vous pouvez consulter les différences entre ces machines. Tour CNC vs. Centre de tournage et Fraiseuse contre. Tour ici. 

Vous pouvez effectuer des opérations de découpe, de perçage, de rainurage, de surfaçage, de filetage et autres opérations d'usinage standard sur une CNC 3 axes. La limitation réside dans la nécessité de reconfigurer la configuration pour usiner un autre plan de la pièce. Cependant, vous pouvez toujours créer des géométries complexes à certains niveaux. 

Avantages de l'usinage 3 axes

• Configuration simple : La configuration de la machine, le serrage de l'outil et la programmation du parcours de l'outil pour la CNC 3 axes sont simples et prennent moins de temps. 
• À bas prix: Les machines CNC à 3 axes coûtent environ 50 000 $ et le coût d'usinage par heure est inférieur à celui des centres d'usinage à 4 ou 5 axes. 
• Plus rapide pour les pièces simples : La vitesse de production est rapide pour l'usinage de formes 3D simples. 
• Facile à utiliser: Les opérateurs ayant des niveaux de compétence moyens peuvent exploiter les processus d'usinage CNC à 3 axes.

Inconvénients de l'usinage 3 axes

• Formes complexes limitées : L'usinage de tous les plans de la pièce nécessite un nouveau serrage et vous ne pouvez pas créer de contre-dépouilles ni de contours complexes.

• Précision inférieure :  La tolérance générale de la CNC 3 axes est de ±0.125 mm, ce qui n'est pas suffisant pour les applications sensibles à la précision.

• Vitesse de production: Le temps de cycle plus lent réduit la vitesse de production et ne convient pas aux gros volumes.

• Usinage sur un seul plan : La portée de l'outil est limitée à un seul plan sur une CNC 3 axes. Il est nécessaire de refixer la pièce et de la repositionner sur l'outil pour un usinage multiface. 

Qu'est-ce qu'une machine CNC 5 axes ? 

Usinage CNC 5 axes 

Une machine CNC à 5 axes peut déplacer la pièce ou l'outil de coupe le long de cinq axes différents : trois axes linéaires et deux axes de rotation, X, Y, Z, A et B. X, Y et Z font référence aux mêmes directions gauche-droite, avant-arrière et haut-bas. 

Par conséquent, A est l'axe de rotation autour de X et B est l'axe de rotation autour de Y ou Z. Cela signifie que vous pouvez faire pivoter et incliner la pièce pour un usinage multi-faces sans modifier la configuration. 

Si nous comparons Usinage CNC 3 contre 4 contre 5Il est évident que les axes supplémentaires améliorent les capacités, et les 5 axes offrent un accès bien plus facile aux outils dans les zones difficiles d'accès. L'usinage continu permet la production de formes et de contours complexes. Vous pouvez ainsi réaliser des pièces complexes avec une précision extrême et une finition impeccable. 

Vous pouvez réaliser des opérations d'usinage spécialisées avec un centre d'usinage 5 axes, une fraiseuse et un tour, par exemple le fraisage de contours, l'usinage de contre-dépouille, le contournage de profils, l'usinage de sculptures et le fraisage hélicoïdal.  

Si vous êtes intéressé par les opérations d'usinage, lisez Fraisage vs perçage et EDM vs fraisage ici. 

Avantages de l'usinage 5 axes

• Formes 3D complexes : L'usinage 5 axes permet d'usiner en continu les multiples faces d'une pièce. Il permet de réaliser des contours irréguliers, des contre-dépouilles, des angles, etc.
• Vitesse de production élevée : L'usinage simultané selon cinq axes produit des pièces finales plus rapidement que les machines à 3 ou 4 axes. 
• Rendement : Grâce à l’élimination des multiples changements d’outils et configurations de tâches, l’usinage 5 axes réduit les temps d’arrêt et améliore l’efficacité de la production.
• Précision & Exactitude : L'engagement uniforme de l'outil de coupe permet d'obtenir des pièces précises. Vous pouvez également atteindre des tolérances allant jusqu'à ± 0,0125 mm, voire moins. 
• Finition de surface: Le contrôle continu de l'orientation de l'outil et les repositionnements réduits ont produit une surface usinée fine et lisse.

Inconvénients de l'usinage 5 axes

• Coûts initiaux plus élevés : Une machine CNC 5 axes standard coûte plus de 100 000 $, ce qui la rend coûteuse à installer, et le coût d'usinage par heure est également élevé. 
• Configuration complexe et parcours d'outil : La configuration, le fonctionnement et l’optimisation du parcours de l’outil de la machine sont complexes et nécessitent un haut niveau d’expertise. 
• Coût d'outillage plus élevé :  Souvent, cela nécessite des outils de coupe plus courts et rigides, qui sont plus chers que les options d'outillage classiques. 

Différences entre l'usinage CNC à 3 axes et à 5 axes 

Dans la discussion ci-dessus, nous avons compris le concept, les avantages et les inconvénients des machines 3 et 5 axes. Comparons maintenant leurs capacités, leur qualité de finition, leur coût, leur temps de cycle et leurs possibilités de personnalisation. 

Mouvement des axes 

Les machines CNC 3 axes sont limitées aux mouvements linéaires et peuvent se déplacer de gauche à droite, d'arrière en avant et de haut en bas. Cela complique l'usinage des zones difficiles d'accès des conceptions complexes. En revanche, l'usinage 5 axes permet deux axes de rotation et offre un meilleur contrôle des caractéristiques complexes.

Configurer la complexité et la programmation 

En usinage 3 axes, les montages et dispositifs de serrage sont moins complexes, et la programmation CNC est également relativement simple. En revanche, l'usinage CNC 5 axes nécessite une configuration plus complexe. De plus, la programmation CNC est complexe en raison de la complexité des parcours d'outil et de la prise en compte de l'inclinaison et de la rotation de l'outil. Un logiciel de FAO avancé est nécessaire pour cela. 

Formes complexes 

Pièce usinée CNC 5 axes

La capacité des axes supérieurs permet la création de pièces complexes par des opérations d'usinage spécialisées telles que le contournage et la découpe profonde. La CNC 3 axes est utilisée pour les surfaces planes, les trous borgnes et traversants, les filetages, les formes 3D simples, les surfaces gravées, les chanfreins, les congés, etc. 

En revanche, les machines à 5 axes ont des capacités plus larges, notamment des surfaces de formes libres et courbes, des contours 3D complexes, des contre-dépouilles, des cavités profondes et des surfaces inclinées.

Vitesse et efficacité de production 

Si vous fabriquez des pièces simples en petites et moyennes séries, la technologie 3 axes peut égaler la vitesse de production de la technologie 5 axes. Dans le cas contraire, le cycle de production est plus lent. L'usinage continu sans modification de la configuration et du positionnement des outils sur les machines 5 axes améliore la vitesse et l'efficacité de la production.

Prix

Les coûts typiques des machines 3 et 5 axes sont respectivement de 50 000 $ et 100 000 $. De plus, le coût de production par pièce ou par heure d'usinage est plus élevé pour les machines 5 axes en raison du besoin d'outillage avancé, de montages précis et de logiciels spécialisés. 

Qualité de finition de surface 

Finition CNC 3 vs 5 axes

L'état de surface brut d'usinage des pièces fabriquées en usinage 3 axes peut présenter des marques d'outils et des bavures, tandis que les machines 5 axes laissent une surface plus lisse. La rugosité de surface (Ra) varie généralement de 0.8 à 3.2 µm pour l'usinage 3 axes et de 0.4 à 1.8 µm pour l'usinage 5 axes.

Personnalisation et liberté de conception 

L'usinage 3 axes offre une liberté de conception limitée en raison du mouvement des axes inférieurs et de l'orientation fixe de l'outil. Pour les fonctions complexes, plusieurs réglages sont nécessaires, ce qui augmente le temps de cycle. En revanche, la CNC 5 axes offre une flexibilité et une personnalisation bien supérieures. Elle permet de réaliser des formes complexes, des surfaces courbes et des fonctions multifaces en une seule configuration.

Applications 

Application CNC 5 axes

Les machines CNC 3 axes sont utilisées pour la fabrication simple et générale, comme les pièces automobiles, les pièces de tôlerie, le perçage, le fraisage de surfaces planes, les supports et les surfaces à contours modérés. Les machines 5 axes, quant à elles, sont utilisées pour les pièces plus complexes exigeant une précision élevée, comme les implants médicaux, les aubes de turbine, les matrices et moules, et les composants aéronautiques. 

(Vous souhaitez en savoir plus sur les applications des procédés de fabrication ? Cliquez tôle vs pièces usinées ici.)

Quelle est la différence entre le fraisage 3 axes et 5 axes ?

Fraisage 3 axes vs 5 axes 

Le fraisage est un procédé d'usinage qui utilise un outil rotatif et une pièce fixe. On utilise pour cela des fraiseuses ou des centres d'usinage. En fraisage 3 axes, l'outil est fixé à la broche, qui peut se déplacer selon les axes X, Y et Z. Il permet d'effectuer des opérations de découpe, de contournage, etc. fraisage de filetage vs taraudage, perçage, etc. 

 En revanche, le fraisage 5 axes gère les géométries complexes, les contre-dépouilles, les angles composés et les surfaces de forme libre. L'outil peut approcher la pièce sous plusieurs angles. Par conséquent, les deux axes supplémentaires permettent d'incliner et de faire pivoter la pièce simultanément. 

Lire la suite:

• Fraisage horizontal ou vertical
• Fraisage des métaux vs. fraisage du bois
• Usinage vs moulage
• Coupe de fil VS EDM

Industries bénéficiant de l'usinage CNC 3 et 5 axes 

L'usinage CNC est largement utilisé dans de nombreuses industries, depuis l'usinage général jusqu'aux pièces de précision pour les industries aérospatiale et médicale. L'usinage CNC à 3 axes est utilisé pour les articles industriels simples, tandis que les machines à 5 axes sont utilisées pour les applications complexes et sensibles à la précision. 

Industries bénéficiant de l'usinage CNC 3 axes 

Industrie automobile 

L'usinage 3 axes permet une production plus rapide de divers composants structurels et moteurs dans l'industrie automobile. Par exemple, supports moteur, culasses, carters de transmission, supports de suspension, fixations, etc.

Industrie aérospaciale 

Bien que les composants critiques des avions soient fabriqués avec des machines CNC à axes supérieurs, les pièces simples et les intérieurs sont usinés en 3 axes. Par exemple, les supports, les arbres et certains composants du train d'atterrissage. 

Electronique 

Les composants électroniques grand public tels que les boîtiers, les dissipateurs thermiques et les pièces à faces inclinées sont fabriqués par usinage 3 axes. De plus, des matériaux plastiques et métalliques peuvent être utilisés. 

Outillage et fixations 

Les machines à 3 axes peuvent produire différents composants d'outillage et de montage à un coût compétitif, tels que des plaques de montage, des gabarits simples et des bossages de positionnement.

Industries bénéficiant de l'usinage CNC 5 axes 

Industrie médicale 

Les composants et implants de diagnostic médical doivent être d'une grande précision pour garantir l'exactitude du diagnostic et la sécurité des patients. L'usinage CNC 5 axes permet de fabriquer des implants et autres composants médicaux sur mesure avec une tolérance aussi faible que  ± 0.005. 

Industrie aérospaciale 

L'usinage 5 axes offre des tolérances strictes et permet de traiter des formes géométriques complexes, essentielles à la performance et à la sécurité des avions. Il peut être utilisé pour les cadres de structure, les pièces de turbine, les revêtements de fuselage, les épaulements de turbine et les profils d'aubes de turbine. 

Moule et matrices 

La possibilité de réaliser des caractéristiques internes complexes avec une finition de surface soignée fait de la CNC 5 axes une méthode clé pour la fabrication de moules et d'outillages. Elle est donc particulièrement utile pour la fabrication de moules d'injection, d'outillages de fonderie, etc. 

Solutions d'usinage CNC multi-axes chez ProleanTech

Chez ProleanTech, nous disposons de machines CNC multiaxes et d'une équipe d'experts forte de dix ans d'expérience dans le secteur de l'usinage. Nous pouvons vous aider à choisir entre une machine 3 axes et une machine 5 axes, celle qui convient le mieux à votre projet. 

Nous pouvons fournir Services d'usinage CNC Des composants simples aux composants complexes pour l'automobile, l'aéronautique, le médical et l'électronique. Notre équipe optimise également la conception de l'usinage pour une meilleure précision et une réduction des coûts.

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Conclusion 

Bien que les deux types d'usinage remplissent les mêmes fonctions en production, il existe plusieurs différences entre l'usinage CNC 3 axes et 5 axes. Les machines 3 axes sont idéales pour les pièces simples réalisables avec des procédés d'usinage standard. En revanche, les machines 5 axes permettent des opérations d'usinage spécialisées et la création de composants mécaniques complexes présentant des surfaces courbes, des cavités profondes, des contre-dépouilles et des profils personnalisés. 

Au final, le choix dépend de la complexité géométrique de votre conception, de la précision souhaitée, de la finition et du volume de production. Identifiez donc vos besoins et analysez si l'usinage 3 axes ou 5 axes peut offrir un meilleur résultat à un coût compétitif. 

 QFP

Quels sont les inconvénients d’une machine CNC 5 axes ?

Une machine CNC à 5 axes a un coût initial plus élevé, nécessite une programmation complexe et les configurations à 5 axes peuvent sacrifier la rigidité dans certains cas. 

Quels sont les avantages de l'usinage 5 axes ?

L'usinage 5 axes permet des géométries complexes, améliore la finition de surface, a un temps de cycle plus court et peut effectuer un contournage simultané.

Quelles sont les limites de la CNC 3 axes ?

Les limites de la CNC à 3 axes sont les restrictions sur le mouvement de rotation, les configurations multiples requises pour les pièces inclinées et l'accès limité aux outils dans les zones difficiles d'accès.