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Fraisage CNC 3 axes contre 5 axes : différences, coûts et cas d'utilisation
Fraisage CNC 3 axes contre 5 axes : un guide de comparaison complet
Comment fonctionne une machine à axes : comparaison de 3-Axes à 5-Axes
Sélectionner la bonne machine d'axe pour votre pièce (3 ou 5) est l'une de vos décisions de fabrication les plus importantes Le mauvais choix de machine peut signifier payer pour la capacité que vous n'avez pas besoin ou forcé plusieurs configurations qui usent les tolérances et augmentent le temps de cycle Cette comparaison explique la différence dans la façon dont chaque machine fonctionne, à quel coût de pièce le croisement entre les deux, et comment la géométrie de votre pièce dicte ce qui est bon pour vous.
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En un coup d'œil : 3 axes contre 5 axes
| Critères | Fraisage CNC 3 axes | Fraisage CNC à 5 axes |
|---|---|---|
| Axes de mouvement | X, Y, Z (trois axes linéaires) | X, Y, Z + deux axes de rotation (A/B ou B/C) |
| Capacité géométrique | Formes 2.5 D et prismatiques | Géométries complexes, courbes composées, contre-dépouilles |
| Configurations requises | 2-6 par pièce (reposition pour chaque face) | 1-2 (configuration unique pour la plupart des pièces) |
| Tolérance typique | ±0,025 mm (±0,001 po) | ±0,013 mm (±0,0005 po) |
| Finition de surface | 0,8-1,6 µm Ra | 0,4-0,8 µm Ra |
| Temps de cycle (pièces complexes) | Plus long (plusieurs configurations) | Plus court (usinage continu) |
| Coût machine | $50 000 $150 000 | $200 00000$500 000+ |
| Tarif horaire des magasins | $50 $85/hr | $85 $150/h |
| Meilleur pour | Pièces plates et en blocs ; fraisage simple à grand volume | Surfaces sculptées ; pièces aérospatiales et médicales |
L'essentiel : Une machine CNC à 3 axes peut effectuer la plupart des opérations de fraisage à moindre coût Une machine CNC à 5 axes sera le bon choix lorsque la géométrie de votre pièce nécessite un accès à l'outil sous plusieurs angles ou si éviter plusieurs configurations réduit le coût par pièce en dessous de ce qu'un axe 3 peut fournir.
Comment fonctionne le fraisage CNC à 3 axes
Une machine CNC à 3 axes déplace l'outil de coupe (ou la table de la pièce) selon trois axes linéaires : X (gauche-droite), Y (avant-arrière) et Z (haut-bas).La pièce est fixée mécaniquement à la table et l'outil de coupe est déplacé dans les trois axes afin de couper le métal.
Opérations typiques à 3 axes
- Fraisage du visage ''''' une surface supérieure'
- Poche ôter du matériel des cavités fermées
- Contouring : suivant un profil d'approximation plan ou plan dans le plan XY
- Forage et taraudage ''jaking' le long de l'axe Z'
- Découpe des fentes droites ou courbes dans le plan XY de la pièce
La plus grande limitation d'une machine CNC à 3 axes est que l'outil s'approche toujours de la pièce d'un côté : généralement directement par le haut. Toutes les caractéristiques sur les côtés ou le bas d'une pièce, ou les pièces avec des angles composés, nécessitent que la pièce soit desserrée, réorientée, régravée et exécutée à nouveau. Chaque repositionnement ajoute une erreur d'enregistrement et augmente le temps de cycle.
Si vos pièces prismatiques : boîtiers, supports, plaques et boîtiers avec des caractéristiques qui peuvent être découpées dans le haut (un broyeur CNC à 3 axes), l'option la moins coûteuse.
Comment fonctionne le fraisage CNC à 5 axes
Un broyeur CNC à 5 axes ajoute une paire d'axes de rotation aux trois axes linéaires Les axes de rotation font tourner la pièce (configuration du luminaire de table), la tête de broche (configuration du luminaire tête-tête) ou les deux (tête-table), permettant au couteau de s'approcher de la pièce sous n'importe quel angle.
Axe 3+2 (positionnel) contre axe 5 simultané
Tous les 5 axes ne sont pas identiques Connaître les différences entre l'usinage de position 3+2 et l'usinage complet simultané à 5 axes vous empêchera de payer pour des fonctionnalités dont vous n'avez pas besoin.
Usinage de position 3+2 : Le broyeur à 5 axes verrouille les deux axes de rotation dans une position prédéterminée puis fraise à l'aide des 3 axes linéaires La tête à 5 axes se repositionne entre les opérations Il s'agit d'une méthode courante d'usinage de surfaces planes inclinées telles que des corps de vannes ou des supports aérospatiaux avec des trous de boulons inclinés.
Usinage simultané à 5 axes : Les 5 axes simultanément sous contrôle de programme CNC L'outil coupé maintient un contact continu et cohérent avec une surface complexe à 3 dimensions Les lames de turbine, les pales de turbine et les géométries d'implants orthopédiques ont tendance à être des composants typiques qui nécessitent cette capacité La finition de surface sur des formes complexes est préférable en utilisant l'approche simultanée à 5 axes puisque l'outil de coupe peut être incliné pour une charge constante des copeaux et pour éviter les points plats que les fraises à billes laissent sur des courbes complexes.
Le CNC 5 axes est fondamentalement la seule machine où chaque face d'une pièce peut être accédée dans une fixation, moins il y a de fixtures, moins il y a d'accumulation d'erreurs, plus les limites sur les caractéristiques associées sont précises, et plus le temps d'usinage global est rapide - en particulier avec les pièces qui sur une machine à trois axes auraient besoin de 4 ou 5 repositionnages.
Différences clés : comparaison détaillée
Les critères importants lors du choix du bon type de machine pour tout projet sont complétés par le tableau suivant offrant 15 points supplémentaires nécessaires.
| Critères | Fraisage CNC 3 axes | Fraisage CNC à 5 axes |
|---|---|---|
| Axes de mouvement | 3 axes linéaires (X, Y, Z) | 3 axes linéaires + 2 axes de rotation |
| Complexité géométrique | prismatique 2.5 D ; limité à une direction d'approche de l'outil par configuration | Géométries complexes 3 D complètes, courbes composées, surfaces sculptées |
| Nombre de configurations | 2-6 (doit être repositionné pour chaque face) | 1-2 (une seule configuration couvre la plupart ou la totalité des visages) |
| Tolérance (général) | ±0,025mm | ±0,013mm |
| Tolérance (caractéristiques de configuration croisée) | ±0,05 mm (chaque repositionnement ajoute une erreur) | ±0,013 mm (usiné dans une seule configuration) |
| Finition de surface | 0,8-1,6 µm Ra | 0,4-0,8 µm Ra (angle d'inclinaison optimisé de l'outil) |
| Capacité de sous-cotation | Nécessite un outillage spécial (coupe-poupées) ou EDM | Accès direct à l'outil par rotation d'axe |
| Capacité à paroi mince | Configuration limitée à plusieurs risques de déviation | Une configuration supérieure réduit le stress de ré-claquage |
| Temps de cycle (pièces simples) | Inférieur (pas de tête à axe rotatif) | Comparable ou légèrement plus long |
| Temps de cycle (pièces complexes) | Plus long (configurations multiples, repositionnement) | 30-60% plus court (usinage continu) |
| Complexité de programmation | Caméra 2.5D simple | Cam avancée à 5 axes (vérification de collision requise) |
| Niveau de compétence de l'opérateur | Intermédiaire | Avancé |
| Empreinte machine | Plus petit | Plus grand (la table rotative ou le tourillon ajoute de la taille) |
| Coût de fixation | Plusieurs luminaires par pièce (un par configuration) | Monument unique, mais peut nécessiter un étau ou une pierre tombale spécialisée à 5 axes |
| Déchets matériels | Standard | Potentiellement plus bas (les angles d'approche de forme quasi nette réduisent le stock) |
| Ajustement du volume de production | Pièces simples à grand volume | Pièces complexes de faible à moyen volume ; prototypage |
Conseil : Si une pièce nécessite plus de trois configurations sur une machine à 3 axes, effectuez une comparaison des coûts avec 5 axes Le taux horaire plus élevé est souvent compensé par le temps gagné grâce à l'élimination des repositions et à la réindication des données.
Comparaison des coûts
Acquisition de machines
Une nouvelle machine CNC à 3 axes coûte entre $50 000 et $150 000 selon la taille de la table, la vitesse de la broche et la marque CNC. Une machine CNC à 5 axes coûtant environ $200 000 à $500 000 est disponible, selon le marché, pour les machines de haute précision avec axes rotatifs à entraînement direct et moteurs linéaires. Ce différentiel de coût d'achat initial est la principale raison pour laquelle les tarifs horaires des magasins à 5 axes sont plus élevés, le magasin doit rembourser l'investissement.
Taux Horaire
Les tarifs d'atelier moyens de l'industrie pour le fraisage à 3 axes sont de $50-$85 par heure Le fraisage CNC à cinq axes est généralement facturé à $85-$150 par heure La gamme est moindre sur les marchés plus concurrentiels et augmente considérablement pour les travaux spécialisés en aérospatiale ou en médecine.
Crossover de coûts par partie
Le croisement à coût par pièce est le point auquel, pour une même pièce, le fraisage à 5 axes coûte moins de 3 axes Ainsi : X. Le produit de la couche de refroidissement est un produit de 100 % à 100 %
- Supprimer 2 à 4 configurations équivaut à une demi-seconde de temps de cycle qui peut compenser la prime tarifaire.
- FF est diminué par le travail en raison d'un coût de montage inférieur (1 match contre 3 ou 4)
- Moins d’interventions manuelles améliorent le rendement des fonctionnalités de tolérance stricte
- Le taux de ferraille diminue car l'usinage à réglage unique réduit les erreurs humaines
Pour les pièces aux formes plus complexes qui prennent généralement quatre configurations ou plus sur une machine à 3 axes, le fraisage à 5 axes n'est parfois pas plus cher par pièce même en utilisant un taux horaire plus élevé En regardant les plaques plates et les supports simples, la figure est claire, 3 axes est nettement moins cher.
Coûts de programmation et de parcours d'outils
La programmation CAM du travail à 5 axes est nettement plus longue et exige un logiciel spécialisé (l'achat de licences pour des modules complets de chemin d'outils à 5 axes ajoute souvent $5 000-$15 000 au prix du paquet CAM).La programmation d'une nouvelle pièce à 5 axes peut prendre deux à quatre fois plus de temps que la programmation d'une pièce similaire à 3 axes Ce coût initial a le plus d'impact sur les prototypes ponctuels et réduit pour les courses en plus grande quantité.
Quand choisir 3 axes contre 5 axes
Choisissez le fraisage CNC à 3 axes lorsque :
- La géométrie de la pièce est du type prismatique : faces planes, poches, fentes et trous ouverts dans une ou deux directions
- Peut être entièrement usiné depuis la face supérieure sans repositionnement.
- Volume de production élevé et la pièce est géométriquement simple.
- Le budget est très serré et la tolérance nécessaire est de 0,025 mm ou plus.
- L'équipement existant et l'expertise en programmation de la boutique sont basés sur 3 axes
Choisissez le fraisage CNC à 5 axes lorsque :
- La pièce présente des surfaces sculptées, des courbes composées ou des éléments en contre-dépouille
- Tolérances serrées (±0,013 mm ou plus serrées) caractéristiques de portée sur plusieurs faces
- La pièce nécessite actuellement quatre configurations ou plus sur une machine à 3 axes
- Les exigences de finition de surface inférieures à 0,8 µm Ra exigent un contrôle optimisé de l'angle de l'outil
- L'application est aérospatial, (en), médicale, ou turbomachines, où les géométries complexes sont standard
Considérez 3+2 comme un juste milieu : Si vos pièces ont des éléments plats inclinés (ports, bossages à angles composés) mais pas de véritables surfaces sculptées, usinage de position 3+2 sur a Machine 5 axes vous donne un accès multi-face sans le coût et la complexité de la programmation complète simultanée à 5 axes De nombreux magasins utilisent 3+2 pour 70-801TP3 T de leur travail à 5 axes.
Foire aux questions
Que signifie le fraisage en“ à 3+2 axes ?
Le fraisage à 3+2 axes (également appelé 5 axes de position) utilise une machine CNC à 5 axes mais verrouille les deux axes de rotation à un angle fixe avant de couper avec les trois axes linéaires La machine repositionne les axes de rotation entre les opérations plutôt que de déplacer les cinq axes simultanément Cette approche gère les caractéristiques inclinées et les contre-dépouilles sans programmation complète simultanée à 5 axes.
Le fraisage CNC 5 axes est-il toujours plus cher ?
Pas toujours. Bien que le débit horaire de la machine pour une machine CNC à 5 axes soit généralement plus élevé, cela peut entraîner un coût global inférieur pour les formes complexes en supprimant le besoin de plusieurs configurations, moins de fixations et un temps de cycle plus court. Le fraisage à 3 axes reste le choix global à moindre coût pour les pièces simples et prismatiques.
Une machine à 3 axes peut-elle couper les angles ?
Un broyeur CNC à 3 axes peut produire des surfaces inclinées, mais ne pas incliner l'outil par rapport à la pièce sans un luminaire incliné ou des chemins d'outils programmés par des broyeurs à billes. Il peut généralement produire des fonctionnalités qui nécessitent un accès à l'outil dans plusieurs directions, mais il devra repositionner la pièce manuellement pour ce faire, ce qui augmentera le temps de configuration et déplacera la pièce hors de tolérance.
Quelles industries nécessitent un usinage CNC 5 axes ?
Les principales industries qui présentent l'utilisation de l'usinage CNC 5 axes sont : l'aérospatiale, les dispositifs médicaux, l'énergie (composants de turbine), l'automobile (moteur complexe et pièces de transmission) et la fabrication de moules et de matrices. Ces industries produisent des pièces qui nécessitent des surfaces 3D complexes pour l'aérodynamique ou des propriétés de traction optimales qui sont mieux produites avec une coupe multi-axes simultanée.
Comment choisir entre 3 axes et 5 axes pour mon projet ?
Évaluez d'abord la pièce : si elle peut être usinée sur un broyeur à 3 axes sans repositionnement, puis faites-la avec un broyeur à 3 axes Si elle présente des caractéristiques commerciales telles que des angles, des contours ou des contre-dépouilles complexes, alors l'usinage à 5 axes donnera de meilleurs résultats en moins de temps. Le volume prend également en compte : pour le volume le plus élevé, les pièces simples, une machine à 3 axes doit minimiser le coût par pièce, pour les pièces complexes de plus grande valeur, alors le temps de configuration inférieur pour 5 axes le fait payer pour lui-même.
Plats à emporter clés : Le fraisage CNC 3 axes gère la majorité des pièces prismatiques à moindre coût, tandis que le fraisage CNC 5 axes débloque des géométries complexes dans moins de configurations avec des tolérances plus serrées. La géométrie de votre pièce et le volume de production déterminent quel est le meilleur ajustement. L'usinage 3+2 positions offre un terrain d'entente pratique pour de nombreuses applications.
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Références
- Usinage multi-axes 'wikipedia'.
- Boîte à outils de métrologie technique NIST 100 °C de mesure et de normes dimensionnelles.
- ISO 10791-1 conditions d'usinage, tests géométriques.
- Société des ingénieurs de fabrication (PME) Ressources de fraisage CNC.
- Atelier d'usinage moderne Zone à cinq axes ''articles sur les stratégies d'usinage 5 axes'.
Connexes: CNC 5 axes pour composants complexes en aluminium · Usinage de fibre de carbone à 5 axes · Tous les services d'usinage CNC
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