Bien choisir un centre d’usinage

Un centre d’usinage est une machine-outil perfectionnée qui permet l’usinage de pièces, en général métalliques, par enlèvement de matière. On parle de fraisage ou d’usinage d’une façon générale. Ce guide traite en particulier les centres d’usinage et les fraiseuses CNC (à commande numérique).

Consulter les centres d'usinage

  • Comment choisir un centre d'usinage ?

    Centre d’usinage 4 axes de la marque COMAU

    Le choix de votre centre d’usinage dépendra de plusieurs critères : la forme et la complexité de la pièce, la matière à usiner et enfin l’encombrement de la machine.

    Selon la complexité de la forme de la pièce à usiner, vous pourrez choisir :

    • Le nombre d’axes : une machine-outil possède au minimum 3 axes linéaires et au maximum 7 axes. La grande majorité des machines dans l’industrie est équipée de 5 axes.
    • L’orientation de la broche : verticale ou horizontale.

    Enfin, l’encombrement de la machine dépendra de l’espace dont vous disposez dans votre atelier ou votre usine.

  • Combien d'axes pour mon centre d'usinage ?

    Centre d’usinage 5 axes de la marque Maschinenfabrik Berthold Hermle AG

    Le nombre d’axes d’un centre d’usinage dépend de la géométrie de la pièce à usiner. Les machines-outils sont le plus souvent dotées de 5 axes mais il existe des machines à 3 axes et 4 axes et des machines allant jusqu’à 7 axes. Dans cette partie, nous traiterons des machines à 5 axes car ce sont les plus répandues dans l’industrie. Nous nous attacherons aux :

    • machines 5 axes simultanés
    • machines 3 axes + 2

    Dans une machine à 5 axes, l’outil de coupe se déplace sur les trois axes linéaires X, Y et Z et pivote sur les deux axes de rotation A et B et ce simultanément. On parle alors d’usinage simultané sur 5 axes. L’avantage du 5 axes simultanés réside dans la possibilité d’usiner des pièces complexes en une seule opération. En effet, la pièce est usinée sur 5 côtés pendant le déplacement de l’outil de coupe sur les 5 axes. Cette configuration est donc très intéressante notamment pour l’usinage de pièces complexes mais elle est coûteuse.

    Une autre configuration de type 5 axes est aussi possible et moins onéreuse : le 3 + 2. Dans cette configuration, la machine exécute une opération de fraisage 3 axes. Les deux axes de rotation servent eux à orienter et à bloquer l’outil de coupe dans une position fixe et inclinée. Cette configuration est adaptée aux pièces peu complexes à usiner, aux opérations d’ébauche ou encore à la fabrication de moules.

  • Centre d'usinage vertical ou horizontal ?

    Centre d’usinage horizontal de la marque Mazak

    L’orientation de la broche d’un centre d’usinage est soit verticale soit horizontale. Les deux systèmes ont leurs avantages et leurs inconvénients.

    Le centre d’usinage horizontal

    • La broche est orientée horizontalement et permet de couper à angle faible, notamment sur le côté de la pièce.
    • Ce type d’usinage est adapté au fraisage de fentes ou au façonnage de surfaces planes.
    • Il est adapté à l’usinage de pièces de très grande taille et aux géométries complexes.
    • Cette configuration facilite l’évacuation des copeaux.
    • Le temps de changement d’outil est rapide.
    • Il offre aussi une fonction de changement de palettes.
    • Ce type d’usinage est plus adapté aux pièces lourdes demandant un usinage sur plusieurs côtés.

    Le centre d’usinage vertical

    • La broche est orientée verticalement, dès lors les outils coupent sur le dessus de la pièce.
    • Il permet d’usiner des pièces de grande dimension en travaillant tous les côtés d’une pièce sans l’intervention d’un opérateur.
    • Ce type d’usinage est adapté à l’affûtage de matrices et à l’usinage de pièces d’outillage.
  • Quelles sont les différentes matières usinées ?

    Différentes matières sont usinables. Le choix de la matière va déterminer la puissance nécessaire ainsi que la rotation de la broche de votre machine. Pour faire votre choix, reportez-vous à notre tableau ci-dessous.

    Matière Puissance
    Requise
    Vitesse de Rotation (tours/minute) Requise Caractéristiques
    Nécessaires
    Aluminium Élevée Élevée Moteur d’entraînement de la broche à haute vitesse
    Fonte Couple élevé Bas régime Moteur de broche à fort couple

    Transmission

    Rigidité

    Amortissement des vibrations

    Graphite / Composites Couple faible Élevée Moteur d’entraînement de la broche à haute vitesse

    Stabilité thermique

    Système de rétention de la poussière

    Plastique Couple faible Élevée Moteur d’entraînement de la broche à haute vitesse
    Titane Couple élevé Bas régime Moteur de broche à fort couple

    Transmission

    Rigidité

    Amortissement des vibrations

    Acier Couple élevé Bas régime Moteur de broche à fort couple

    Transmission

    Rigidité

    Amortissement des vibrations

    Géométrie du parcours d’outil

    Verre / Céramique / Pierre Couple élevé Très faible
    (pour éviter les microfissures)
    Outil diamanté fritté
    Bois Couple moyen Élevée Système d’évacuation des copeaux
  • Quels sont les autres critères de choix ?

    Il existe d’autres critères pour choisir un centre d’usinage :

    • La vitesse : on a vu que la vitesse dépend de la matière à usiner. Les matières peu rigides nécessitent des vitesses de rotation élevées notamment pour la finition. Les matériaux plus durs ont besoin de vitesses plus faibles.
    • La présence d’un chargeur de palettes : cela facilite les opérations sans surveillance et raccourcit les temps de cycle des pièces.
    • Le chargement / déchargement automatisé : il permet l’usinage sans surveillance.
    • Le nombre de broches.
    • La commande numérique : elle permet de programmer les mouvements que la machine-outil doit effectuer pour façonner une pièce particulière.
      • Entrent dans la commande numérique, l’outil d’usinage, les palettes où sont fixées les pièces, le système de changement de pièce et le système de magasinage.
      • La commande numérique permet d’automatiser l’ensemble des opérations.
  • Comment dimensionner un centre d'usinage ?

    Déterminer les courses nécessaires pour l’usinage permet d’anticiper la fabrication et les dimensions des pièces. Il faut donc prendre en compte les 3 axes linéaires X, Y et Z, exprimés en millimètres.

  • Quelles sont les nouvelles tendances en matière de centre d’usinage ?

    Centre d’usinage de la marque Haas Automation

    Les machines-outils jouent un rôle de premier plan dans la production industrielle. L’avènement de l’industrie 4.0 et de l’usine du futur, plus intelligente, plus efficace et plus propre, oblige ainsi à repenser les procédés de fabrication.

    De nouvelles tendances sont en train d’apparaître sur le marché. Parmi elles, le centre d’usinage connecté, le centre d’usinage écologique et le centre d’usinage hybride.

     

    Le centre d’usinage connecté

    Avec l’essor de l’internet des objets, les machines-outils deviennent des objets connectés comme les autres. En effet, les centres d’usinage sont de plus en plus perfectionnés et équipés de capteurs (capteurs de vitesse, capteurs de température, etc.) qui transmettent régulièrement des données. Les données ainsi collectées permettent par exemple de prévoir les pannes éventuelles de la machine et donc de faire de la maintenance préventive.

    Autre élément important des machines connectées : la possibilité de les contrôler à distance depuis une tablette ou un téléphone portable, d’être alerté 24/7 en cas de problème et donc de lancer une intervention immédiatement. Ainsi, les centres d’usinage connectés offrent une meilleure productivité et des risques de panne réduits.

     

    Le centre d’usinage écologique

    Afin de rendre les procédés de fabrication plus écologiques, plusieurs fabricants ont mis au point de nouveaux centres d’usinage moins gourmands en énergie et avec un impact environnemental plus faible.

    Le fabricant BENZ a par exemple intégré dans ses machines une technologie de récupération d’énergie pour faire fonctionner ses capteurs. La vitesse de l’outil, les vibrations et la chaleur dégagée par la machine sont autant d’éléments qui permettent de récupérer de l’énergie et ainsi de s’abstenir d’utiliser des batteries, forcément moins écologiques et qu’il faut souvent remplacer.

     

    Le centre d’usinage hybride

    Il combine le tournage et le fraisage ou le fraisage et l’impression 3D dans une seule machine. DMG MORI avec son Lasertec 65 3D, combinant fraisage et fabrication additive, fait office de pionnier en la matière.

    Les machines-outils hybrides permettent de produire plus efficacement en réduisant les cycles de production. Elles offrent aussi la possibilité de créer des pièces au design impossible à obtenir autrement. Elles permettent enfin d’économiser de l’espace.

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