Types de machines CNC à 5 axes : Tête à tourillon et tête pivotante

Tête à tourillon ou tête pivotante : deux conceptions 5 axes distinctes

Lors de l'évaluation des machines CNC à 5 axes, la distinction la plus fondamentale réside dans leur conception mécanique. La plupart d'entre elles se répartissent en deux catégories : les configurations à tête pivotante et les configurations à tête pivotante. Chaque conception offre des avantages uniques et des limites potentielles en fonction de la taille, de la forme et de la complexité des pièces à usiner.

Machines 5 axes à tourillon : Une puissance compacte pour des pièces complexes

Les machines 5 axes de type tourillon intègrent une table rotative et inclinable - souvent appelée table rotative à axe A/C - montée sur un centre d'usinage à 3 axes. La pièce est fixée à la table, qui s'incline et tourne pour réaliser des mouvements multi-axes simultanés, tandis que l'orientation de l'outil de coupe reste fixe.

Les machines à tourillon constituent une plate-forme rigide pour le positionnement de pièces complexes et l'usinage simultané sur 5 axes.

Cette architecture offre une excellente rigidité et un effet de levier mécanique, ce qui la rend bien adaptée à l'enlèvement de matière agressif et au contournage à grande vitesse. Comme l'orientation de la broche ne change pas, les trajectoires de l'outil peuvent être plus prévisibles et la durée de vie de l'outil peut souvent être prolongée. La connexion rigide entre l'outil et la pièce permet des tolérances plus étroites, en particulier sur les surfaces contournées, les parois minces ou les cavités de moules aux caractéristiques fines.

Les installations à tourillon bénéficient également d'une meilleure évacuation des copeaux grâce à la rotation de la pièce, ce qui permet de réduire la charge sur l'outil et d'améliorer la finition de la surface. Ces machines sont indispensables dans les secteurs de l'aérospatiale, de la médecine et de la fabrication de moules, partout où des géométries complexes répondent à des tolérances exigeantes.

Il y a cependant des limites. Lorsque le tourillon s'incline, l'enveloppe d'usinage disponible se rétrécit, en particulier dans l'axe Z. Cela peut limiter la taille ou l'orientation de pièces plus grandes. Cela peut limiter la taille ou l'orientation de pièces plus grandes. La fixation devient plus complexe pour les géométries difficiles, et les pièces peuvent nécessiter des fixations ou des pinces personnalisées pour éviter les collisions lors des mouvements d'inclinaison et de rotation.

Pour les ateliers qui usinent des pièces de petite et moyenne taille avec des exigences de précision élevées, la plate-forme de type tourillon offre un excellent équilibre entre les performances et l'efficacité de l'encombrement.

Tête pivotante : Plus de flexibilité et d'accès aux outils

Les machines 5 axes à tête pivotante (ou tête articulée) réalisent des mouvements multi-axes en faisant tourner la broche de coupe elle-même, plutôt qu'en inclinant la pièce. En général, la tête pivote autour des axes A et B, ce qui permet à l'outil d'approcher la pièce sous pratiquement n'importe quel angle. La pièce reste fixée sur une table stationnaire, ce qui simplifie la conception de la fixation et maximise le volume de travail utilisable.

Cette conception est idéale pour l'usinage de pièces hautes ou lourdes, en particulier lorsque la rotation de ces pièces n'est pas pratique ou dangereuse. Comme la pièce ne bouge pas, il y a moins de risques de problèmes de jeu, de déformation de la pièce ou de déséquilibre dynamique. Les grandes structures aérospatiales, les carters de moteur et les assemblages soudés bénéficient souvent de cette architecture.

Les machines à tête pivotante offrent également un excellent accès aux cavités profondes, aux contre-dépouilles et aux surfaces 3D complexes. Associées à des porte-outils allongés ou à de longues fraises en bout, elles permettent à l'outil d'entrer dans la pièce sans qu'il soit nécessaire de l'incliner ou de la déplacer. Cette caractéristique est particulièrement utile dans des secteurs tels que l'énergie, l'automobile et le moulage, où les caractéristiques internes sont essentielles.

Cela dit, les conceptions à tête mobile sacrifient généralement un petit degré de rigidité par rapport aux systèmes à broche fixe, en particulier lors de coupes lourdes ou d'opérations de longue portée. Les forces dynamiques dues à la rotation de l'outil peuvent entraîner des déviations ou des vibrations, qui doivent être gérées par une stratégie de parcours d'outils, l'optimisation de la vitesse d'avance ou l'utilisation d'outils d'appui.

Pour les applications qui nécessitent une flexibilité maximale sur une large gamme de pièces, ou lorsque les contraintes de maintien limitent le mouvement des pièces, les machines à tête pivotante offrent une adaptabilité inégalée.

Comparaison entre les systèmes à tourillon et à tête pivotante

Comparaison visuelle côte à côte de configurations de machines CNC 5 axes à tourillon et à tête pivotante.

Choisir la bonne configuration pour votre flux de travail

Si vos opérations sont centrées sur des pièces compactes qui exigent un usinage à grande vitesse et une précision dimensionnelle constante, une configuration de type tourillon offre d'excellents résultats. Les machines à tête pivotante, en revanche, traitent plus efficacement les pièces plus grandes, plus lourdes ou géométriquement complexes.

Votre décision doit s'aligner sur les principaux types de pièces que vous traitez, ainsi que sur l'espace au sol et les stratégies de fixation disponibles dans votre atelier.

Résumé et considérations pratiques

Les machines à tourillon offrent une rigidité et une efficacité supérieures pour les petites pièces, tandis que les systèmes à tête pivotante brillent par leur flexibilité et leur portée. De nombreux ateliers modernes choisissent l'une de ces machines en fonction de leurs besoins de production, ou investissent dans les deux pour bénéficier d'une plus grande capacité.

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