Usinage CNC 4 axes : capacités, applications et quand vous en avez besoin

Usinage CNC à 4 axes : ce qu'il fait, comment il fonctionne et quand il bat 3 axes ou 5 axes

Spécifications rapides Usinage CNC à axe 4 en un coup d'œil

Un simple broyeur à 3 axes est idéal pour usiner des pièces plates, mais lorsque votre produit nécessite des caractéristiques situées sur plusieurs côtés, un perçage incliné, ou un routage le long d'un chemin hélicoïdal, les luminaires commencent à s'empiler, les temps de cycle montent en flèche et les piles de tolérance grandissent avec chaque viseswap. L'usinage CNC à 4 axes ajoute un axe rotatif supplémentaire (appelé axe A) aux trois axes linéaires standard, et cet axe de rotation unique donne accès à quatre côtés de l'axe de travail sans réinitialiser continuellement le montage, permettant des tolérances serrées sur les pièces complexes. L'avantage : moins de configurations, des piles de tolérance améliorées entre les caractéristiques et des pièces sortant de la porte plus rapidement. Ce didacticiel explique exactement comment il fonctionne, ce qui peut le faire.

Si vos projets nécessitent Fraisage CNC au-delà de la simple poche, continuez à lire.

Comment fonctionne l'usinage CNC 4-Axis, axes, mouvement et configuration

Toutes les fraiseuses CNC ont trois axes de mouvement linéaire qui sont fixes de série L'axe X traduit la table de la pièce à travailler à gauche et à droite, l'axe Y la traduit vers l'avant et vers l'arrière, et l'axe Z traduit la broche verticalement À l'aide d'un outil de coupe standard sur cet agencement à trois axes il est possible d'usiner la face supérieure de la pièce avec des poches, des fentes, ou des contours.

Pour usiner une deuxième face, le programme doit être arrêté et la pièce déverrouillée et tournée manuellement. Chaque pièce est ensuite re-serrée et réindiquée. Encore une fois, la pièce doit être replacée dans la machine.

Ce processus crée une erreur de position au sein de ses processus de ré-serrage, généralement de 0,002 à 0,005 de décalage de données.

Une machine CNC à 4 axes ajoute un axe rotatif supplémentaire (l'axe A) : un axe de rotation qui tourne autour de la ligne centrale de l'axe X. La pièce est maintenue sur une table ou une réunion rotative qui fait tourner la pièce pendant que la broche continue de couper. Ce processus d'usinage permet à la machine de présenter différents côtés de la pièce à l'outil de coupe sans s'arrêter.

Rotation indexée ou continue

L'axe A peut fonctionner selon deux modes différents En mode indexé, la table rotative sur laquelle elle est montée est indexée à un point d'une rotation, puis serrée mécaniquement ou accouplée Hirth de manière à ce que l'outil de coupe puisse usiner comme dans le fraisage 3 axes à cette orientation Les positions indexées sont très rigides grâce au verrouillage, avec une précision d'orientation d'environ 0,001 (3,6 arc-secondes).

Le mode indexé convient au perçage de trous sur plusieurs faces, de méplats de fraisage et de cercles de gravure.

En mode continu (aussi appelé 4 axes simultanés), c'est l'axe A qui tourne tandis que les autres axes, X, Y & Z, s'alimentent simultanément Les quatre axes s'interpolent à l'unisson sous commande CNC L'usinage continu est spécialement adapté pour couper des clavettes hélicoïdales, des profils de came et des contours enveloppés dans lesquels l'outil doit suivre un chemin complexe impliquant à la fois des axes de mouvement linéaires et rotatifs.

La précision de l'interpolation continue est fortement affectée par les codeurs en boucle fermée du système de rétroaction d'asservissement 0,005 dans des limites d'alimentation coupées, le pas à pas en boucle ouverte peut dériver de 0,01 ou plus

Il s'agit d'un système mécanique simple Une table rotative se fixe (boulons) sur la surface de travail existante du broyeur Une partie est chargée dans un mandrin ou une pince fixée à la table rotative (table d'indexation rotative) Sa ligne centrale de l'axe A est parallèle à l'axe X de la machine Certaines machines CNC ont un 4 ème axe dédié incorporé dans la table de travail de la machine Dans ce cas, un indexeur rotatif add on serait utilisé Quelle que soit la conception de la table le contrôleur CNC doit avoir la capacité pour les machines interpolées à 4 axes la grande majorité des contrôleurs modernes Fanuc, Siemens et Haas le font.

Types de machines CNC 4 axes : indexé ou continu

Les différences entre l'usinage indexé 4 axes et l'usinage continu 4 axes sont résumées numériquement en ce qui concerne le coût, la programmation, et les pièces produites.

Le type le plus courant de 4 ème axe est un tableau indexé, car ceux-ci sont moins coûteux et ont une programmation qui est plus familière De Haas, Tsudakoma, ou Nikken (ou équivalent) une table rotative à vis sans fin boulonne directement à la table de broyage et se branche sur les contrôleurs 4 ème axe port Si vos besoins d'usinage sont simplement de percer des trous sur quatre faces d'un collecteur, fraiser des plats sur un stock hexagonal, ou graver un numéro de série autour d'un cylindre ce sont tous les 4 ème axes que vous aurez besoin.

L'usinage continu à 4 axes nécessite une unité rotative asservie avec retour d'encodeur L'interpolation continue de l'axe A en même temps que les axes X, Y et Z permet des chemins d'outils en spirale et en hélice lisses. Cela marque le moment où usinage multitâche les fonctions commencent à se chevaucher avec les capacités d'automatisation de la plate-forme de tournage d'usine.

Capacités d'usinage CNC 4 axes ce qu'il peut (et ne peut pas) faire

L'ajout d'un axe rotatif à votre machine augmente considérablement l'enveloppe d'usinage, mais ce type d'application d'usinage n'est pas un panacée pour l'usinage à 4 axes. Voici une véritable évaluation franche.

La plus grande économie de capacité provient de la réduction de configuration Si un boîtier rectangulaire a des caractéristiques sur les quatre faces, vous avez besoin de six configurations (une pour chaque face) sur une machine à 3 axes Sur une machine à 4 axes qui devient deux, une pour le haut/bas (via Z) et une pour le rotatif qui gère les quatre côtés Chaque configuration a un temps de manipulation de 10 à 20 minutes ainsi que la répétabilité (.002-.005) associée au re-clamping.

Le 4 axes continu vous permet d'usiner n'importe quelle pièce avec une géométrie rotative : engrenages à vis sans fin, arbres à cames, cannelures spirales sur les fraises d'extrémité, et cames cylindriques Si vous pouvez décrire la géométrie comme une ligne (chemin d'outil) roulée autour d'un cylindre, le 4 axes est probablement la machine pour votre part Sur notre étage de production, les boîtiers en aluminium à quatre faces courent un débit 351TP3 T plus élevé sur les configurations à 4 axes par rapport aux VMC à trois axes avec indexation manuelle.

3-Axis contre 4-Axis contre 5-Axis CNC quand chacun a du sens

Un CNC à 3 axes a 3 axes, un 4 axes et 5 axes ont un mouvement de rotation attaché aux 3 axes linéaires La décision est prise par la géométrie de la pièce, la tolérance d'assemblage, et le budget-comment trouver le bon outil pour la partie droite Voici quelques chiffres réels :

Les gens sont souvent surpris du rapport de coût Supposons que vous faites un boîtier en aluminium à 6 faces, avec 0,003 exigence de tolérance entre les caractéristiques sur deux faces opposées Sur un 3 axes (trois axes seulement) avec un taux d'atelier de $40 par heure, le nombre de configurations à $100 par (fixtures plus maintien de pièce) vient à 6, pour $600 par coût de pièce Sur un 4 axe (5 surfaces plus axe de rotation) à $65/h, le nombre de configurations à $160 par vient à 2, pour une partieTramT60,4, les axes d'usinage sont 30, les offres.

Cependant, si la pièce n'est pas une boîte multi-visages, mais un support plat facile avec toutes les caractéristiques sur une face, l'axe 3 fera très bien La capacité de gaspillage sur la machine à 4 axes n'est pas une bonne affaire, et pour les surfaces de forme libre (c'est-à-dire les lames de turbine, les contours pour les implants osseux), la capacité complète à 5 axes est requise Vous trouverez de nombreux catalogues de Services d'usinage CNC (atteignez le top 5 lors de la recherche sur Google) qui peut aider à faire correspondre une partie au processus.

Il y a un terrain d'entente, usinage 3+2 ; une tête à 5 axes titrée à un angle spécifique tout en coupant en trois axes Les différences de coûts de temps de machine à 4 axes sont légèrement inférieures à 5 axes complets Lorsque votre pièce ne demande que des caractéristiques à des angles de commerce discrets, 3+2 peut être une option plus économique que la rotation complète Il existe d'autres opérations CNC ciblées, comme câble EDM, et Tournage CNC, (, qui peut également être plus approprié).

Industries et applications pour l'usinage CNC 4 axes

Aérospatiale (35% du marché à 4 axes)

Les pièces aérospatiales exigent des tolérances serrées sur plusieurs faces, avec des matériaux comme l'aluminium Ti-6Al-4 V, Inconel 718 et 7075-T6. les supports de montage du moteur en titane, par exemple, maintiennent toutes les tolérances des trous de boulon à ±0,001« sur différents plans avec une opération 4-axis. Les rainures des joints de pointe de la turbine Les caractéristiques étroites qui suivent le profil radial 4 font appel à des processus continus d'échangeurs de chaleur avec des chemins d'écoulement percés en croix nécessitent également un usinage 4 axes. La certification AS9100D est requise pour les composants critiques de vol. plus sur usinage CNC aérospatial exigences.

Automobile (45% du marché à 4 axes)

L'automobile est le plus grand consommateur d'usinage à 4 axes Les buses d'injecteurs de carburant haute pression en acier inoxydable 316 L sont usinées avec des perçages indexés à 4 axes et des micro-perceuses en carbure à 30 000 tr/min, en maintenant ±0,0005 « sur la géométrie des plateaux de batterie EV en 6061-T6 » aluminium avec des canaux de refroidissement en serpentin sur la face inférieure, utilisez un axe 4 pour retourner les faces latérales du plateau et de la machine et des caractéristiques de montage sur les bords en deux opérations. D'autres pièces classiques à 4 axes comprennent des corps de vanne de transmission avec des passages d'huile percés en croix.

Dispositifs Médicaux

Les cages vertébrales en titane (Ti-6 Al-4 V ELI) avec des structures poreuses en treillis sont usinées avec le corps de la cage et des profils de filetage réalisés dans une seule configuration à 4 axes Les composants fémoraux de l'articulation du genou CoCr (cobalt-chrome) nécessitent un usinage des surfaces condyliennes sur différents plans.

Les systèmes de gestion de la qualité ISO 13485 et la conformité FDA 21 CFR 820 assurent une production contrôlée Ra 0. finition de surface de 0,8 µm sur les surfaces articulées nécessite un contouring à 4 axes suivi d'un polissage Pour les plus petits composants d'implant (moins de 32 mm de diamètre), Services d'usinage suisses gérer la production.

Electronique & Équipement Industriel

Dissipateurs thermiques en aluminium avec des géométries d'ailettes complexes sont bien adaptés à l'usinage 4 axes lorsque les ailettes se lacent autour de boîtiers circulaires de LED ou de boîtiers de moteurs Les boîtiers télécom avec quelques découpes de connecteurs à quatre côtés sont parfaitement adaptés au travail indexé 4 axes. Usinage de précision de défense est une autre application où l'usinage 4 axes est un choix rentable avec des pièces de guide d'ondes radar avec une géométrie de canal multidimensionnelle sur plusieurs faces.

Les boîtiers de connecteurs électroniques d'une série de 5 000 à 50 000 sont un autre candidat parfait pour le montage de pierres tombales.

Comment choisir un partenaire d'usinage CNC à 4 axes

Si un atelier dispose d’une table rotative, dispose-t-il d’un usinage 4 axes ?

Tous les magasins dotés d'une table rotative n'ont pas une capacité d'usinage à 4 axes. Lorsque vous comparez les fournisseurs, voici un test simple pour identifier les magasins qui indexent seulement parfois sur une table rotative à partir de magasins qui effectuent une véritable production multi-axes.

• Certifications : ISO 9001 :2015 également normes bandy-pour les industries automobiles-A8975D, pour les industries aérospatiales-ASOV0OD, pour les équipements médicaux-ISO 13485.
• Capacité de tolérances documentées : demande de données Cpk indiquant qu'elles sont capables de contenir 0,001 (0,025 mm) de manière cohérente ; pas de temps en temps.
• Pile CAM complète : Mastercam, Fusion 360, Siemens NX, ou capacité CAM similaire avec usinage continu à 4 axes
• Tipologia di materiali : Metalli (leghe d'alluminio, acciaio inossidabile, titanio, ottone, rame) e plastiche tecniche (PEEK, Delrin, Ultem).
• Revue DFM incluse dans la citation : un partenaire qui alerte les problèmes de fabricabilité avant l'usinage réduit le temps de reprise et de cycle
• inspection CMM avec rapport complet : rapport de la machine de mesure de coordination avec les appels GD&T plutôt que les inspections aller/non-aller.
• Prototype à la production : sont-ils capables de passer de 1 à 10 prototypes à plus de 1 000 unités de production sur le même ensemble d'outils et de luminaires ?

Il suffit de voir des exemples de pièces/études de cas qui illustrent le travail à 4 axes - pas seulement à 3 axes sur une machine qui se trouve avoir une table rotative Demandez à voir des prises de vue d'écran de simulation CAM qui montrent clairement l'axe A en mouvement Et assurez-vous que leur système qualité couvre toute la chaîne de processus, de la certification de matériau entrant à l'inspection finale CMM.

Foire aux questions

Qu'est-ce qu'une machine CNC 4 axes ?

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Qu'est-ce qu'une machine CNC à 4 axes ?

Quelle est la différence entre l'usinage CNC 4 axes et 5 axes ?

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“4 axe” CNC se réfère à une Fraiseuse avec un 4 ème axe de mouvement contrôlé habituellement noté avec A. Cet axe est une commande de rotation autour de la ligne médiane de l'un des trois axes linéaires (normalement l'axe X).Ce travail de rotation pour tourner l'ouvrage permet d'usiner un lot de l'ouvrage de plusieurs côtés avec une fraise, sans avoir à réinitialiser l'ouvrage de chaque côté.

Comment fonctionne une machine CNC 4 axes ?

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Une machine CNC à 4 axes d“” est un axe linéaire combiné à un axe rotatif Une machine à 5 axes est deux axes rotatifs, avec un mouvement réalisable sous n'importe quel angle La machine à 5 axes permet de couper des courbes complexes et de forme libre impliquées avec une lame de turbine ou un implant de hanche qu'un équipement à 4 axes ne peut pas accomplir. Un équipement à 5 axes peut coûter le double du taux horaire d'un équipement à 4 axes ($110-$220 par heure par rapport à $50-$80).

Que peut faire une machine CNC 4 axes ?

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Un axe rotatif est fixé à une pièce montée sur une ligne centrale. I une machine est utilisée pour tourner, il travaille, une coupe indexée peut se produire sur 3 axes par rotation, ou continuellement avec les axes se déplaçant simultanément avec l'interpolation CNC. La raison du mouvement est dirigée via le code G dans la commande CNC de la machine.

L'usinage CNC 4 axes vaut-il l'investissement ?

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Une machine à 4 axes est capable d'usiner sur quatre côtés de l'ouvrage dans une seule configuration, des rainures hélicoïdales et des profils de came, des gravures cylindriques, des perçages croisés à des angles composés sans fixation spéciale, d'envelopper un programme à 2 dimensions qui fonctionne sur des surfaces rondes et de couper un de nombreux trous de boulons sur de nombreux côtés. Les pièces peuvent être éliminées et nécessitent quatre opérations principales, et réduire la configuration d'environ 70%.

Qu'est-ce que l'usinage 3+2 vs continu 4 axes ?

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Une machine à 4 axes utilisée pour trois côtés ou plus est souvent un avantage par rapport au temps de production, le temps de cycle de coupe peut être inférieur de 25 à 401 TP3 T et beaucoup plus productif qu'une machine à trois axes. Avec la fixation pour le travail principal sur une table à quatre axes, il a été démontré que chaque changement de fixation ajoute environ 0,002 à 0,005 à la position de travail, même avec l'utilisation d'une table d'indexage Tezputic avec n'importe quelle machine à trois axes existante. Il est possible que l'article soit fabriqué à l'aide d'une machine à 4ème axe, et le ROI doit être pris en compte.