L'usinage 5 axes positionnel 3+2 (aussi appelé usinage indexé) est un procédé d'usinage par enlèvement de matière qui combine trois axes linéaires (X, Y, Z) et deux axes rotatifs (généralement A et B, ou C et B, selon la configuration de la machine). Contrairement à l'usinage 5 axes continu, où les deux axes rotatifs se déplacent en temps réel pendant la coupe, le 3+2 repose sur un principe de positionnement indexé : les axes rotatifs sont verrouillés dans une position fixe avant le début de chaque opération de coupe.
Les propriétés clés qui définissent ce procédé sont :
Ce procédé est mis en œuvre sur des machines spécifiquement conçues pour le 5 axes, comme les centres d'usinage Gree CNC GA-FA320, GA-FA500 ou GA-UHD500, ou sur des machines 3 axes équipées d'un diviseur rotatif indexé.
Pour comprendre comment l'usinage 3+2 se comporte pendant la coupe, il faut analyser les forces de coupe, la chaleur, la formation des copeaux et l'usure des outils :
Une fois les axes rotatifs verrouillés, les forces de coupe sont réparties de la même manière que dans un usinage 3 axes standard. La rigidité de la configuration est un atout majeur : les forces sont absorbées par la structure de la machine, le montage et la pièce sans déformation excessive, car les axes rotatifs ne sont pas soumis à des charges dynamiques pendant la coupe.
Cependant, l'orientation de la pièce modifie la direction des forces par rapport à la structure de la machine. Par exemple, une orientation qui expose la pièce à des forces de coupe dans la direction de l'axe Y d'une machine GA-FA320 (course Y de 550 mm) peut générer des déformations plus importantes que si les forces sont alignées sur l'axe X plus court (course X de 800 mm).
La chaleur générée pendant la coupe dépend principalement du matériau usiné, de la vitesse de coupe et de l'avance. Dans le 3+2, l'orientation de la pièce peut améliorer l'évacuation de la chaleur : une position inclinée permet au lubrifiant d'atteindre plus facilement la zone de coupe et aux copeaux de s'évacuer plus rapidement, réduisant la chaleur résiduelle dans l'outil et la pièce.
Cet effet est particulièrement notable pour les matériaux difficiles à usiner (titanium, inconel) qui génèrent beaucoup de chaleur. Sur des machines à haute vitesse comme la GA-FA500 (vitesse maximale de 20 000 tr/min), une bonne évacuation de la chaleur permet de maintenir des vitesses de coupe élevées sans dégradation de l'outil.
L'orientation de la pièce influence la géométrie des copeaux et leur évacuation. Une position indexée adaptée permet de former des copeaux plus courts et plus faciles à évacuer, évitant les bourrages de copeaux qui peuvent endommager la pièce ou l'outil.
Par exemple, pour une opération de perçage dans une face inclinée, le positionnement 3+2 permet d'aligner l'outil perpendiculairement à la surface de la pièce, ce qui génère des copeaux de perçage réguliers et évite les déviations de l'outil au début de la coupe.
L'usure des outils dans le 3+2 est principalement liée à la réduction de la longueur des outils. Des outils plus courts ont une rigidité plus élevée, ce qui réduit les vibrations pendant la coupe. Les vibrations sont une cause majeure d'usure prématurée des outils (usure par écaillage, rupture de l'arête de coupe).
Ainsi, pour une même opération, un outil utilisé en 3+2 aura généralement une durée de vie plus longue que le même outil utilisé en 3 axes, où il doit être plus long pour accéder à la zone de coupe.
Les paramètres de coupe pour l'usinage 3+2 dépendent du matériau usiné, de la machine utilisée et de l'opération réalisée. Voici des plages de paramètres courantes, avec les compromis associés :
La vitesse de coupe est la vitesse linéaire de l'arête de coupe de l'outil par rapport à la pièce.
| Matériau | Plage de Vc (m/min) | Compromis |
|---|---|---|
| Aluminium (6061, 7075) | 150 - 1200 | Vitesse élevée pour la productivité ; risque de déformation de la pièce pour des parois fines. |
| Acier doux (1045) | 80 - 250 | Vitesse modérée pour réduire l'usure des outils ; risque de formation de copeaux longs si la vitesse est trop faible. |
| Acier inoxydable (304) | 50 - 150 | Vitesse faible pour éviter l'écrouissage du matériau ; nécessite des outils en carbure revêtu. |
| Titanium (Ti6Al4V) | 30 - 80 | Vitesse très faible pour limiter la chaleur ; risque de rupture d'outil si la vitesse est trop élevée. |
Adaptation à la machine : Sur des machines à haute vitesse comme la GA-DV750 (vitesse maximale de 30 000 tr/min), il est possible d'atteindre les plages supérieures de Vc pour l'aluminium. Sur des machines à couple élevé comme la GA-MV856 (couple maximal de 95,5 Nm), les vitesses plus faibles pour les matériaux durs sont préférées pour profiter du couple important.
L'avance par dent est la distance que l'outil avance par dent de coupe pendant une rotation.
| Opération | Plage de fz (mm/dent) | Compromis |
|---|---|---|
| Fraisage ébauche | 0,1 - 0,5 | Avance élevée pour la productivité ; risque de déformation de la pièce ou de rupture d'outil si l'avance est trop élevée. |
| Fraisage finition | 0,02 - 0,1 | Avance faible pour une meilleure qualité de surface ; réduit la productivité. |
| Perçage | 0,05 - 0,2 | Avance adaptée au diamètre de l'outil ; risque de bourrage de copeaux si l'avance est trop faible. |
Adaptation à la machine : Sur des machines à haute précision comme la GA-UHD500 (précision de positionnement de 0,006 mm), les avances faibles pour la finition sont mieux maîtrisées. Sur des machines à couple élevé comme la GA-UV1050 (couple maximal de 302 Nm), les avances élevées pour l'ébauche sont possibles sans risque de calage de la broche.
La géométrie de l'outil est adaptée à l'opération et au matériau :
L'usinage 3+2 est un procédé fiable, mais il est sujet à des modes de défaillance spécifiques. Voici les plus courants, avec leurs symptômes et leurs solutions :
Les axes rotatifs peuvent perdre leur précision de positionnement au fil du temps, en raison de l'usure des paliers, des jeux dans les transmissions ou des déformations thermiques.
L'orientation de la pièce peut modifier la répartition des contraintes résiduelles, entraînant des déformations pendant ou après l'usinage.
L'orientation indexée modifie la géométrie de la zone de travail, augmentant le risque de collision si la programmation ne prend pas en compte toutes les positions possibles.
Même avec des outils plus courts, une mauvaise orientation de la pièce ou des paramètres de coupe inadaptés peuvent entraîner une usure prématurée.
L'usinage 3+2 est un procédé polyvalent, mais il n'est pas adapté à toutes les applications. Voici les cas où il est un mauvais choix :
Pour les pièces qui nécessitent un usinage de contours continus sur des surfaces courbes (ex: aubes de turbine, moules à formes complexes), l'usinage 3+2 n'est pas adapté. En effet, le positionnement indexé ne permet pas de modifier l'orientation de l'outil pendant la coupe, ce qui entraîne une qualité de surface dégradée et un temps d'usinage plus long. Dans ce cas, l'usinage 5 axes continu est préféré.
Pour les pièces avec des zones d'accès très étroites ou profondes (ex: cavités de moules avec des parois très hautes), même le 3+2 peut nécessiter des outils longs et flexibles. Dans ce cas, l'usinage 5 axes continu ou l'usinage électro-érosion sont des alternatives plus adaptées.
Si la production consiste en de très petites séries de pièces très différentes, la programmation et le réglage des positions indexées pour chaque pièce peuvent entraîner des temps de préparation trop longs. Dans ce cas, un procédé plus flexible comme l'usinage 3 axes ou l'impression 3D peut être plus économique.
Pour les pièces de grande taille qui nécessitent de modifier l'orientation de l'outil pendant la coupe pour éviter les collisions ou améliorer la qualité de surface, le 3+2 n'est pas adapté. L'usinage 5 axes continu ou l'usinage sur une machine à portique avec des axes rotatifs en mouvement sont préférés.
| Catégorie | Élément | Plage / Symptôme | Solution / Compromis |
|---|---|---|---|
| Paramètres de coupe | Vitesse de coupe (Vc) | Aluminium : 150-1200 m/min Titanium : 30-80 m/min |
Adapter à la machine : GA-DV750 (30 000 tr/min) pour Vc élevée ; GA-MV856 (couple élevé) pour Vc faible. |
| Paramètres de coupe | Avance par dent (fz) | Ébauche : 0,1-0,5 mm/dent Finition : 0,02-0,1 mm/dent |
Réduire l'avance pour améliorer la qualité de surface ; augmenter pour la productivité. |
| Dépannage | Erreurs de cote | Déviation de position des axes rotatifs | Vérifier la précision des axes rotatifs ; ajuster les jeux ; réchauffer la machine. |
| Dépannage | Déformation de la pièce | Pièce hors cote après démontage | Traitement thermique préalable ; adapter la séquence d'usinage ; utiliser des montages adaptés. |
| Dépannage | Collision | Arrêt de la machine pendant l'usinage | Simuler le parcours de l'outil ; définir des zones de sécurité ; utiliser un système de détection de collision. |
| Dépannage | Usure prématurée des outils | Qualité de surface dégradée | Adapter l'orientation de l'outil ; ajuster les paramètres de coupe ; utiliser des outils revêtus. |
Avant de lancer une production en usinage 3+2, vérifiez les points suivants :
Vérification de la machine
Conception du montage
Sélection des outils
Programmation
Vérification avant production
Quelle est la différence entre l'usinage 3+2 et l'usinage 5 axes continu ? L'usinage 3+2 est un procédé positionnel où les axes rotatifs sont verrouillés pendant la coupe, tandis que l'usinage 5 axes continu est un procédé dynamique où les axes rotatifs se déplacent en temps réel pendant la coupe. Le 3+2 est plus simple à programmer et plus rigide, tandis que le 5 axes continu permet d'usiner des contours complexes sur des surfaces courbes.
Puis-je convertir ma machine 3 axes en machine 3+2 ? Oui, il est possible de convertir une machine 3 axes en machine 3+2 en ajoutant un diviseur rotatif indexé. Cependant, la précision et la rigidité de la configuration dépendent de la qualité du diviseur et de la capacité de la machine à supporter les charges supplémentaires. Pour des applications de haute précision, une machine 5 axes dédiée comme la GA-UHD500 est préférée.
Quelle machine Gree CNC est la plus adaptée pour l'usinage 3+2 de l'aluminium ? La GA-DV750 est particulièrement adaptée pour l'usinage 3+2 de l'aluminium. Elle dispose d'une broche électrique à haute vitesse (30 000 tr/min) qui permet d'atteindre des vitesses de coupe élevées, et d'une précision de positionnement de 0,003 mm qui garantit une bonne qualité de surface.
Quelle est la durée de vie des outils en usinage 3+2 par rapport à l'usinage 3 axes ? La durée de vie des outils en usinage 3+2 est généralement plus longue que pour l'usinage 3 axes. En effet, le 3+2 permet d'utiliser des outils plus courts et plus rigides, ce qui réduit les vibrations pendant la coupe et l'usure prématurée des outils.
L'usinage 3+2 est-il adapté à l'usinage de matériaux durs comme le titanium ? Oui, l'usinage 3+2 est adapté à l'usinage de matériaux durs comme le titanium. Il permet d'utiliser des outils plus courts et plus rigides, ce qui est essentiel pour résister aux forces de coupe élevées et à la chaleur générée pendant l'usinage de ces matériaux. Pour des applications de haute productivité, une machine à couple élevé comme la GA-UV1050 est préférée.
Envoyez-nous votre pièce, la taille des séries et votre port de destination. Nous répondons avec une configuration, un délai ferme et une comparaison du coût total.
Demander un devis →