Face à la demande croissante de pièces complexes, précises et rapides à produire, les tours mono-axes traditionnels ne répondent plus aux besoins d’un nombre grandissant de projets. En particulier, pour les pièces comportant des trous latéraux, des surfaces fraisées, des structures excentrées, des contours complexes ou nécessitant plusieurs opérations, les centres de tournage CNC multi-axes constituent une solution plus performante.
En termes simples, un centre de tournage multiaxes est basé sur un tour traditionnel, auquel on ajoute des axes de mouvement supplémentaires, des outils électriques ou des capacités de contre-broche, de sorte que l’équipement peut non seulement « tourner », mais aussi effectuer simultanément des opérations de perçage, de fraisage, de taraudage, de serrage secondaire et d’autres processus.
Pour les clients acheteurs, la valeur des équipements multi-axes ne réside pas dans le nombre d’axes, mais dans :
- Moins d’opérations de serrage
- Plus grande cohérence dimensionnelle
- Délai de livraison plus court
- Des coûts de fabrication globaux plus faibles
- Plus adapté à la production en série de pièces complexes
Chez Zhuohua Hardware, nous fournissons depuis longtemps des services de fabrication composite de tournage multiaxes et de fraisage/tournage à des clients étrangers, et nous pouvons proposer des solutions d’équipement plus adaptées à la structure des pièces, aux exigences des lots et au budget.
Centre de tournage CNC à trois axes
Les centres de tournage CNC à trois axes constituent généralement l’équipement de base pour la plupart des pièces de tournage standard. Ils sont adaptés à l’usinage à haut rendement de diverses pièces à symétrie de révolution et représentent l’un des types de tournage les plus utilisés dans l’industrie manufacturière.
Le terme « trois axes » désigne ici généralement un équipement possédant les capacités de mouvement suivantes :
- Axe X : Contrôle le mouvement radial de l’outil (diamètre extérieur).
- Axe Z : Contrôle le mouvement axial de l’outil (dans le sens de la longueur)
- Axe C (sur certains modèles) ou axe de commande auxiliaire : utilisé pour le positionnement de la broche, le contrôle d’angle ou la liaison de base.
Les définitions peuvent légèrement varier d’une marque à l’autre, mais la logique de base reste la même : améliorer l’automatisation et les capacités d’extension fonctionnelle sur la base du tournage traditionnel à deux axes.
Quelles pièces sont adaptées à un centre de tournage trois axes ?
Les applications typiques comprennent :
- Pièces de type arbre
- Pièces de type manchon
- Connecteur fileté
- Corps du connecteur
- Composants du noyau de la valve
- Composants de boîtier cylindrique
Si les principales caractéristiques de la pièce sont concentrées dans :
- Cercle extérieur
- trou intérieur
- Mesures
- Fil
- Chanfreiner
- Tranchée
Les équipements à trois axes sont généralement suffisamment efficaces.
Avantages des équipements triaxiaux
- Haute efficacité de traitement
Pour les pièces structurelles standard, le tournage trois axes offre un temps de cycle rapide et convient à la production en série continue. - Maîtrise des coûts :
L’équipement présente des coûts d’exploitation et une complexité de programmation relativement faibles, ce qui le rend adapté aux projets à budget limité. - Stabilité éprouvée :
Le processus de tournage trois axes est éprouvé et les commandes répétées présentent une grande cohérence. - Adapté aux commandes de volume moyen à important.
Il est particulièrement adapté aux commandes à long terme allant de plusieurs milliers à plusieurs dizaines de milliers de pièces.
Limitations des équipements triaxiaux
Les équipements à trois axes sont généralement moins efficaces si les pièces nécessitent la structure suivante :
- trous latéraux
- trou excentrique
- Fraisage d’un rabot
- Position hexagonale
- Taraudage latéral
- Structure composite multi-angle
Ces types de projets nécessitent souvent un transfert vers des fraiseuses pour un traitement secondaire, ce qui augmente les coûts de serrage et de temps.
Centre de tournage CNC à quatre axes
Un centre de tournage CNC à quatre axes est un équipement de tournage standard qui ajoute des axes de contrôle ou des outils électriques supplémentaires, permettant ainsi à l’équipement d’effectuer un usinage latéral plus poussé et des processus complexes.
Pour les clients, l’atout majeur d’une machine à quatre axes réside dans le fait que les pièces qui nécessitaient auparavant « une moitié fabriquée sur un tour et une autre moitié sur une fraiseuse » peuvent désormais bénéficier de davantage d’étapes de fabrication sur une seule machine.
Cela se traduit par une efficacité accrue et des coûts globaux réduits.
Quelles sont les capacités typiques des centres de tournage à quatre axes ?
Les formes courantes comprennent :
- Liaison de positionnement de l’axe C de la broche
- Tourelle motorisée (outil rotatif)
- Usinage auxiliaire sur l’axe Y (certains modèles sont classés comme quatre axes)
- Capacités de forage et de taraudage latéral
La configuration précise varie en fonction de l’équipement, mais l’essentiel est de permettre au tour d’effectuer davantage d’« opérations de fraisage ».
Quelles pièces conviennent aux équipements à quatre axes ?
Cas typique :
- Pièces de type arbre avec trous latéraux
- Connecteur avec position de clé
- Connecteurs nécessitant une prise latérale
- Combinaison de parties du cercle extérieur et du plan
- Petites pièces telles que des brides multi-trous
Les équipements traditionnels nécessitent au moins 2 à 3 opérations de serrage ; les équipements à quatre axes peuvent simplifier considérablement le processus.
Avantages des équipements à quatre axes
- Réduire les traitements secondaires
De nombreuses structures peuvent être réalisées sur une seule machine, réduisant ainsi le besoin de traitements de transfert. - Amélioration de la précision et de la constance :
moins d’opérations de serrage permettent une coaxialité et une position plus stables. - Réduisez les délais de livraison.
Grâce à la centralisation des processus, la planification de la production devient plus simple. - Plus adapté aux pièces à valeur ajoutée moyenne à élevée.
Lorsque la valeur unitaire d’une pièce est élevée, les avantages d’un système à quatre axes sont évidents.
Comment choisir entre une machine à quatre axes et une machine à trois axes ?
Si les seules pièces sont :
- Cercle extérieur
- trou intérieur
- Fil
Le système à trois axes est généralement plus économique.
Si d’autres pièces sont ajoutées :
- trous latéraux
- Avion
- Fente horizontale
- structure composite
Le système à quatre axes est généralement plus rentable.
Centre de tournage CNC 5 axes
Les centres de tournage CNC à cinq axes représentent généralement un niveau supérieur de capacités d’usinage composite et conviennent à la fabrication de pièces aux structures complexes, aux exigences de haute précision et à forte concentration de processus.
Un point mérite d’être clarifié : la définition de « cinq axes » varie légèrement d’une marque à l’autre. Certaines font référence à une combinaison broche de tournage + axe Y + axe C + contre-broche + tourelle motorisée, tandis que d’autres utilisent un système composite fraisage-tournage plus sophistiqué. Toutefois, pour les clients, l’essentiel n’est pas la dénomination, mais la capacité de l’équipement à réaliser la fabrication en une seule opération de pièces complexes.
En termes simples, un centre de tournage CNC à cinq axes est une machine qui permet à une seule machine de remplacer autant que possible plusieurs machines, plusieurs opérations de serrage et plusieurs processus.
Quels types de pièces conviennent à un centre de tournage à cinq axes ?
Les projets types comprennent :
- Pièces d’arbre complexes pour l’aérospatiale
- pièces de dispositifs implantables médicaux
- Connecteurs multi-angles et corps de vannes
- Composants structurels de capteurs de haute précision
- Composants de mouvement du robot
- Pièces composites à multiples facettes
Ces pièces possèdent souvent les caractéristiques suivantes :
- exigences relatives au diamètre extérieur
- position du trou excentrique
- Perçage multi-angles
- Fraisage de structures planes
- caractéristiques de la combinaison de fils
- Exigence de coaxialité élevée
Si les procédés traditionnels sont encore utilisés, plusieurs machines sont généralement nécessaires pour mener à bien le processus, ce qui augmente considérablement le risque lié au traitement.
Les principaux avantages des équipements à cinq axes
1. Effectuer davantage de processus en une seule configuration
L’équipement à cinq axes peut accomplir la tâche en une seule configuration :
- Alésage du trou intérieur
- Forage
- Tapotement
- Fraisage d’un rabot
- Usinage de trous latéraux multi-angles
C’est essentiel pour un contrôle précis.
2. Améliore considérablement la précision des pièces complexes
Chaque opération de serrage supplémentaire augmente le risque d’erreurs de positionnement. Les équipements à cinq axes, grâce à la centralisation des processus, permettent d’améliorer considérablement ce risque.
- Coaxialité
- Position
- Verticalité
- Répétabilité
3. Raccourcir le cycle de fabrication global
Bien que le salaire horaire par machine soit plus élevé, le délai de livraison total est souvent plus court car il réduit le temps consacré aux changements de machines, à l’attente, au transport et à l’inspection.
4. Plus adapté aux pièces de grande valeur
Si le prix unitaire des pièces est élevé et que le coût d’une panne est important, les équipements à cinq axes sont généralement plus économiques.
Quelle stratégie d’approvisionnement convient aux équipements à cinq axes ?
Si votre projet présente les caractéristiques suivantes, nous vous recommandons de privilégier l’évaluation d’une solution à cinq axes :
- structure complexe des composants
- Exigences de tolérance strictes
- Tailles de lots moyennes à élevées
- calendrier de livraison du projet serré
- Exigences de haute précision d’assemblage
Si vous ne considérez que le prix unitaire de traitement d’une seule machine pour ce type de projet, il est facile de prendre la mauvaise décision.
Comment réduire les coûts des équipements multi-axes
Lorsque de nombreux clients voient « trois axes, quatre axes, cinq axes », leur première réaction est : plus il y a d’axes, plus c’est cher.
Cette affirmation n’est que partiellement vraie. Bien que les équipements multi-axes aient généralement des coûts de traitement par machine plus élevés, le coût total du projet est souvent inférieur. Les coûts de fabrication ne peuvent être déterminés uniquement par les taux horaires des machines ; le coût global du processus doit également être pris en compte.
1. Réduire le nombre d’opérations de serrage = réduire les coûts de main-d’œuvre
Le flux de traitement traditionnel peut être le suivant :
- Usinage du diamètre extérieur sur un tour
- Perçage de trous à l’aide d’une fraiseuse à transfert
- Resserrer le robinet.
- Inspection secondaire
Chaque étape implique :
- Temps de l’opérateur
- Temps de chargement et de déchargement
- Temps d’attente dans la file d’attente
- Temps de repositionnement
Les équipements multi-axes permettent d’intégrer plusieurs étapes dans une seule machine-outil, réduisant ainsi directement les coûts de main-d’œuvre et de gestion.
2. Réduire le taux de rebut = réduire les pertes cachées
Le pire avec les pièces complexes, ce n’est pas la lenteur de leur fabrication, mais le fait qu’elles finissent par être mises au rebut.
- Décalage de la deuxième position de serrage
- Le trou n’est pas concentrique au cercle extérieur.
- Erreur d’angle planaire
- L’erreur dimensionnelle cumulée dépasse la tolérance
Les équipements multi-axes permettent de réaliser les opérations essentielles en une seule étape, réduisant ainsi considérablement le risque de rebut. Ce coût est souvent négligé par les services d’approvisionnement, mais son impact réel est considérable.
3. Un délai de livraison plus court = des coûts de projet réduits
En cas de retard de livraison des pièces, les clients peuvent rencontrer les problèmes suivants :
- chaîne de montage en attente
- Retard du projet
- L’introduction en bourse est retardée.
- coûts de fret aérien d’urgence
Les équipements multi-axes permettent généralement de traiter les commandes plus rapidement grâce à un processus plus court et une planification plus concentrée.
4. Les commandes groupées présentent davantage d’avantages
Lorsque la quantité commandée passe à :
- 1 000 pièces
- 5 000 pièces
- Plus de 10 000 pièces
Gagner quelques minutes de main-d’œuvre par pièce représente une économie considérable. Les équipements multi-axes sont particulièrement adaptés aux projets de moyenne et grande série impliquant des pièces complexes.
5. Réduire la complexité de la chaîne d’approvisionnement
Si une pièce doit être trouvée séparément :
- usine de tournage
- usine de broyage
- Externalisation dentaire
- Externalisation des tests
Les coûts de gestion continueront d’augmenter. L’utilisation d’équipements multi-axes, associée à un fournisseur unique, permet de réduire le nombre de sous-traitants et les risques liés à la communication.
Pourquoi faut-il usiner des pièces complexes sur plusieurs axes ?
Au cours des premières étapes du développement d’un produit, de nombreux clients supposent que chaque pièce peut être décomposée en plusieurs processus et fabriquée progressivement.
En théorie, cette affirmation se vérifie souvent ; cependant, dans la pratique, si des pièces complexes sont encore traitées à l’aide de méthodes de serrage multi-brind traditionnelles, des problèmes tels que des coûts élevés, une précision médiocre, des délais de livraison longs et un taux de rebut élevé surviennent fréquemment.
C’est pourquoi de plus en plus de projets de fabrication haut de gamme optent pour des centres de tournage CNC multiaxes. L’usinage multiaxes n’est pas une « configuration haut de gamme », mais plutôt une solution pratique pour les pièces complexes.
Quels types de pièces sont considérés comme des pièces complexes ?
Elle possède généralement une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- structure de combinaison cercle extérieur + planaire
- Trous multi-angles
- trous excentrés ou profils excentrés
- Exigences de traitement à multiples facettes
- Exigences strictes de coaxialité
- Combinaisons de plusieurs fils
- Structure à parois minces
- structure de trou profond
- Une pièce comporte à la fois des caractéristiques de tournage et de fraisage.
Par exemple:
- Connecteurs médicaux
- Corps de vanne hydraulique
- Composants articulaires de robot
- composants structurels d’arbres aérospatiaux
- Boîtier de capteur haut de gamme
- arbres composites pour équipements automatisés
Si ces pièces sont usinées à l’aide d’un tour conventionnel avec fraisage secondaire, des problèmes apparaîtront généralement progressivement.
1. Les serrages répétés accumuleront les erreurs.
Le problème le plus courant avec les pièces complexes est la nécessité de changements de machines répétés pour leur usinage :
- La circonférence extérieure du premier véhicule d’équipement
- Fraisage du plan avec la deuxième machine
- Le troisième outil perce un trou latéral.
- La quatrième étape consiste à taper.
Chaque repositionnement introduit de nouvelles erreurs de positionnement.
Les résultats possibles sont les suivants :
- Décalage de la position du trou
- Erreur d’angle planaire
- Coaxialité hors tolérance
- Erreur dimensionnelle cumulée
Pour les pièces de haute précision, ce risque est inacceptable.
2. La manipulation manuelle de structures complexes est inefficace.
Plus la structure est complexe, plus les procédés de fabrication traditionnels font appel à des artisans expérimentés pour les réglages manuels.
- Trouvez la position correcte
- Modifier le dispositif
- Calibrages multiples
- Répétez le réglage de l’outil
Cela entraînera :
- tempo lent
- coûts de main-d’œuvre élevés
- mauvaise stabilité
- La qualité fluctue selon les différents horaires de train.
Les équipements multi-axes, grâce à une commande de liaison programmée, sont plus adaptés à la réplication et à la production stables de structures complexes.
3. Réduire la probabilité de mise au rebut
Il arrive fréquemment, pour les pièces de grande valeur, que 80 % des étapes précédentes soient terminées, mais que le dernier trou latéral soit mal positionné, rendant ainsi la pièce entière inutilisable.
Plus particulièrement les matériaux suivants :
Le coût élevé des matériaux et les longs délais de production entraînent des pertes importantes en cas de rebut des pièces. L’usinage multiaxes permet de concentrer les caractéristiques critiques en une seule opération, réduisant ainsi le risque de rebut aux étapes ultérieures.
4. Précision de la position relative
De nombreuses pièces destinées aux clients ne sont pas utilisées individuellement, mais sont intégrées à l’assemblage global de la machine.
- Composants articulaires de robot
- structure de connexion des dispositifs médicaux
- Système d’entraînement automatisé
- ensemble d’étanchéité de la vanne
Même si les dimensions de ces pièces sont correctes, un positionnement instable des trous peut tout de même entraîner :
- Difficultés d’assemblage
- Bruit inhabituel
- Défaillance du joint
- Durée de vie réduite
Les équipements multi-axes facilitent le contrôle de la précision de positionnement relative entre les éléments.
5. Répétabilité dans la production en série de pièces complexes
De nombreuses usines peuvent « fabriquer » des échantillons, mais la production en série constitue le véritable test.
Si les pièces sont complexes et que le processus de fabrication repose sur l’expérience humaine, les problèmes suivants surviennent souvent lors de la production en série :
- Le premier point était correct, mais les problèmes suivants étaient importants.
- La qualité du travail de nuit a baissé
- Différences importantes d’un lot à l’autre
Les équipements multi-axes sont mieux adaptés aux processus de production de masse standardisés, permettant de fabriquer des pièces complexes véritablement reproductibles et livrables.
Comment Zhuohua Hardware gère les projets de pièces complexes
Face à des dessins complexes, notre premier jugement n’est pas « est-ce faisable ? », mais plutôt :
- Quel itinéraire pour le matériel est le plus stable ?
- Quel processus a le coût total le plus bas ?
- Quelle solution est la mieux adaptée à une production de masse ultérieure ?
Des dispositions peuvent être prises en fonction des besoins du projet :
- Solution économique à trois axes (composants structurels standard)
- Solution d’efficacité à quatre axes (trou latéral/partie plate)
- Solution de haute précision à cinq axes (composants structurels composites complexes)
Si vous disposez de plans d’arbres complexes, de connecteurs, de corps de vannes, de pièces de robots ou de composants structurels à fonctionnalités multiples, Zhuohua Hardware peut vous aider à évaluer leur aptitude à l’usinage multi-axes et vous proposer de meilleures solutions de fabrication ainsi que des suggestions de prix.