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Usinage multi-axes

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    Usinage Multi Axes

    Production Unitaire et en Petites, Moyennes & Grandes Séries

    Présentation de l'Usinage Multi-Axes

    L’usinage à commande numérique par ordinateur (ou CN) un processus automatisé de fabrication qui implique des outils qui se déplacent dans 4 directions ou plus dans un bloc de matière, pour fabriquer des pièces en métal ou autres matériaux. On parle là de fabrication soustractive, à l’inverse de la fabrication additive.

    A partir d’un plan ou d’un fichier 3D d’une pièce, l’opérateur programmera l’usinage de la dite-pièce dans son logiciel FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur). Cette technique combine l’efficacité de la programmation informatique avec la personnalisation de la fabrication soustractive. Le contrôleur CN fonctionne en conjonction avec des composants mécaniques tels que des axes, des moteurs et des composants d’entraînement pour automatiser le processus de fabrication et maintenir la qualité et la répétabilité.

    Il existe de nombreux types de machines d’usinage CN sur le marché. Les machines CN multi-axes modernes sont dotées d’un large éventail de fonctionnalités, qui ajoutent de la valeur et des fonctionnalités.

    Le centre d’usinage 5 axes représente le summum de l’innovation dans l’usinage du 21ème siècle, c’est une technologie d’usinage précise, rapide et de précision. Dans cette configuration, les axes X, Y et Z sont similaires à une disposition de machine à 3 axes. La table tourne alors le long de l’axe A, comme elle le fait avec les 4 axes.

    Cependant, la machine à 5 axes implique l’action de pivotement au niveau de l’articulation de la table, suivie d’une rotation le long de l’axe C, qui définit le cinquième mouvement, qui fonctionne selon les translations sur les axes X, Y et Z, et selon les rotations autour des axes A et C.

    L’usinage 5 axes permet à l’opérateur de travailler simultanément cinq côtés différents (ou plus !) d’une pièce en fonction des complexités de conception. En conséquence, l’outil est capable de créer des produits et des pièces de haute précision. Il n’est donc pas surprenant qu’il soit largement utilisé dans la technologie médicale, la recherche et le développement, l’architecture, l’aérospatiale, l’armée, l’automobile et même les arts créatifs. Il est également utilisé pour percer des trous à angles composés.

     

    L’usinage 5 axes permet à l’opérateur de travailler simultanément cinq côtés différents (ou plus !) d’une pièce en fonction des complexités de conception. En conséquence, l’outil est capable de créer des produits et des pièces de haute précision. Il n’est donc pas surprenant qu’il soit largement utilisé dans la technologie médicale, la recherche et le développement, l’architecture, l’aérospatiale, l’armée, l’automobile et même les arts créatifs. Il est également utilisé pour percer des trous à angles composés.

    Les machines CN à 7 axes peuvent créer des pièces longues, minces et très détaillées. Les 7 axes impliqués sont les axes habituels droite-gauche, haut-bas et arrière-avant, suivis des axes définis par la rotation de l’outil, la rotation de la pièce, la rotation de la tête de l’outil et le mouvement de serrage, de serrage , ou retirer la pièce.

    La machine 9 axes combine un tour 4 axes et une fraiseuse 5 axes. Cela implique traditionnellement une fraiseuse CNC 5 axes pour terminer l’usinage de surface et un tour 4 axes pour terminer l’usinage intérieur. Cela donne aux machines 9 axes toutes les rotations et tous les mouvements de translation, couplés aux rotations autour de deux axes supplémentaires appelés axes U et W.

    En conséquence, les pièces peuvent être tournées et fraisées sur différents plans en une seule configuration avec une précision incroyable. L’un des plus grands avantages d’une CNC à 9 axes est qu’elle élimine les montages secondaires et le chargement manuel. La CNC 9 axes est si performante qu’elle peut réaliser un produit entièrement fini en un seul montage. Les applications courantes des machines à 9 axes comprennent les dispositifs médicaux implantables, les pièces aérospatiales complexes, les outils chirurgicaux et les implants dentaires.

    Si l’usinage CNC 9 axes est tout, alors son homologue 12 axes est une bête absolue ! Les machines CNC à 12 axes contiennent généralement deux têtes qui permettent un mouvement le long des axes X, Y, Z, A, B et C. Cette configuration double la productivité et la précision tout en réduisant de moitié le temps de fabrication !

    Les avantages de l'Usinage Multi-Axes

    Largement répandue quasiment tous les centres de production, l’usinage est la technique la plus précise et la plus économique pour fabriquer des pièces unitaires ou en série.

    Très grande précision

    L'un des plus grands avantages de l'usinage CN est que cette technique peut créer des pièces exactement selon les spécifications. Parce que les machines CN s'appuient sur des instructions informatiques pour fabriquer des pièces, elles éliminent la possibilité d'erreur humaine courante dans les machines à commande manuelle. Cela signifie que l'on peut créer avec précision des pièces complexes tout en atteignant des tolérances aussi serrées que 0,004 mm.

    Rapide et Efficace

    Les fraiseuses conventionnelles nécessitent souvent qu'un opérateur change manuellement les outils de coupe en fonction de l'opération de coupe à effectuer. Non seulement cela prend du temps, mais c'est aussi inefficace car les résultats finaux sont basés sur le jugement de l'opérateur. Les fraiseuses CN sont équipées de carrousels rotatifs pouvant contenir jusqu'à 30 outils différents. Ces outils sont automatiquement échangés sur la broche lors des opérations d'usinage, ce qui permet d'effectuer rapidement et efficacement les opérations de coupe. Avec les fraiseuses CN, vous pouvez préparer vos pièces en quelques heures, alors que les méthodes conventionnelles peuvent prendre plusieurs jours.

    Large gamme d'options de matériaux

    Les centres d'usinage CN sont compatibles avec une large gamme de matériaux, notamment les plastiques, les métaux et les composites. Tant que vous avez un bloc de matières, les fraiseuses CN n'auront aucun problème à l'usiner.

    Abordable

    Nous pouvons parler de précision, de vitesse et d'une tonne d'autres avantages toute la journée, mais rien ne vaut l'abordabilité, en particulier pour les entreprises qui cherchent à s'appuyer sur des fabricants tiers. Le fraisage CNC fait partie des processus de fabrication modernes les plus abordables. En fait, un composant usiné CNC vous coûterait moins cher qu'une pièce imprimée en 3D comparable.

    Les inconvénients de l'Usinage Multi-Axes

    Beaucoup de déchets

    S’agissant d’une technique soustractive où la machine enlève de la matière dans un bloc, ce procédé génère beaucoup de copeaux, des outils usagés, des outillages qui deviennent inutiles. Par conséquent, il y a plus de gaspillage de matière dans le fraisage CNC que dans les processus de fabrication additive.

    Pas assez de techniciens qualifiés

    Bien que la quasi-totalité du processus de fraisage soit automatisée, le fraisage CNC nécessite toujours des ingénieurs ou des techniciens hautement qualifiés pour programmer les fraiseuses, calculer les besoins et superviser les fraiseuses afin que des pièces de haute qualité soient toujours produites.

    Les 4 principales étapes de l'usinage

    Interface TopSolid FAO pour usinage

    La première étape consiste à préparer la fabrication de la pièce à partir d’un plan ou d’un fichier 3D habituellement de format DXF/DWG, IGES, STEP, Parasolid, etc. Les ingénieurs utilisent pour cela un logiciel FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur) pour élaborer la stratégie d’usinage la plus optimale (choix des outils, calculs des parcours d'outils, etc). Parmi ces logiciels, on trouve HyperMill, NX, TopSolid, PowerMill, etc

     

    Etalonnage automatique centre d'usinage

    Tout d’abord, en fonction des dimensions de la pièce à usiner, l’opérateur choisira la machine adéquate dans son atelier, dans laquelle il y installera le bloc qu’il aura préparé au préalable. Ensuite, un étalonnage automatisé est mis en œuvre pour permettre à la machine de connaître sa zone de travail. Enfin, l’opérateur installe les outils nécessaire dans le carrousel de changement automatique d’outils.

    Usinage 5 axes (crédit vidéo : Open Mind)

    Avant de mettre la machine en marche, l’opérateur met en œuvre les procédés de refroidissement continu. En effet, une très grande chaleur se crée par le frottement de l’outil dans la matière. Il existe plusieurs types de systèmes de refroidissement : par inondation (aussi appelé barbotage), par pulvérisation (technique la plus courante), par air comprimé ou grâce à de l’azote liquide (on parle de refroidissement cryogénique). Enfin, après avoir vérifié les conditions de sécurité nécessaire, le compartiment machine se ferme et l’usinage commence.(Crédit vidéo : Open Mind)

    Contrôle Qualité post-usinage

    Généralement, les pièces peuvent être soumises à trois types d'inspections à différentes étapes du projet de fabrication :

    • Inspection par l'opérateur de la machine : ici, l'opérateur effectue diverses inspections de la pièce pendant (ou immédiatement) après l'usinage pour identifier les problèmes de tolérance. Cela implique l'utilisation d'outils de mesure simples tels que des jauges go/no-go et des micromètres.
    • Inspection par palpage en cours de processus : il s’agit d’une manière automatisée de vérifier les principales caractéristiques et tolérances d'une pièce pendant le processus d'usinage CNC à l'aide de palpeurs programmés. Ces sondes surveillent automatiquement le processus et ajustent les coordonnées de travail et les outils de coupe en conséquence.
    • Inspection dans le service de contrôle qualité (QC) : la pièce est extraite de la machine, puis nettoyée. Ensuite, elle subit une inspection effectuée par une équipe d'experts en contrôle qualité. Ces experts QC utilisent des jauges de hauteur, des microscopes, des projecteurs 2D, des micromètres et des machines de mesure de coordonnées (MMT) pour s'assurer que les pièces sont conformes aux exigences des clients.