Comment choisir entre un centre d'usinage 5 axes de type tourillon et un centre d'usinage 5 axes à tête pivotante ?

Vous êtes prêt à investir dans une machine 5 axes, mais le choix entre un tourillon et une tête pivotante est déroutant. En prenant la mauvaise décision, vous risquez de vous retrouver avec une machine qui ne peut pas traiter vos pièces les plus grandes ou qui ne peut pas atteindre les caractéristiques de vos pièces les plus complexes.

Choisissez une machine à tourillon pour les petites pièces complexes qui nécessitent un excellent dégagement et un accès à l'outil, en particulier dans les matériaux durs. Choisissez une machine à tête pivotante pour l'usinage de pièces très grandes et très lourdes où la table doit rester plate et fixe pour supporter le poids.

Il s'agit d'un choix fondamental qui définit le type de travail dans lequel votre atelier excellera au cours de la prochaine décennie. Certains ateliers achètent une belle machine à tourillon pour se rendre compte que leurs travaux les plus rentables sont trop lourds pour que la table puisse les soulever. Certains ateliers équipés de machines à tête pivotante se débattent avec des pièces médicales minuscules et complexes parce qu'ils ne parviennent pas à placer un outil court et pointu dans la bonne position. Le secret consiste à cesser de regarder la machine en premier lieu et à commencer par regarder vos pièces. La pièce vous indique toujours sur quelle machine elle doit être fabriquée.

Pourquoi un centre d'usinage 5 axes à tête pivotante est-il généralement mieux adapté aux pièces lourdes et de grande taille ?

Vous devez usiner un moulage sous pression massif ou un énorme cadre structurel pour l'aérospatiale. Vous craignez qu'une machine standard à 5 axes ne soit pas en mesure de gérer le poids sans perdre en précision.

Une tête pivotante est plus efficace car la pièce est serrée sur une grande table fixe qui ne se déplace qu'en X et Y. Tous les mouvements d'inclinaison et de rotation se produisent dans la tête, de sorte qu'il n'y a pratiquement pas de limites pratiques en termes de poids et de taille des pièces.

L'avantage principal d'un machine à tête pivotante¹ est sa structure. Considérez la table de travail comme une simple fondation incroyablement solide. Sa seule tâche consiste à déplacer la pièce de gauche à droite et d'avant en arrière. Elle n'a jamais besoin de soulever ou d'incliner la pièce. La tête de la broche, beaucoup plus légère que la pièce, prend en charge toutes les rotations complexes des axes A et C. Cette conception sépare complètement la pièce de l'axe de la broche. Cette conception permet de séparer complètement le poids de la pièce des axes rotatifs. Par conséquent, vous pouvez usiner des pièces de très grande taille, supérieures à 2 000 mm, que l'on trouve dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'énergie et de la fabrication de moules, sans craindre de surcharger le mécanisme de basculement de la machine.

Enveloppe de travail et capacité de charge

La conception d'une machine à tête pivotante offre deux avantages majeurs pour les pièces de grande taille : une enveloppe de travail² et une capacité de charge massive. L'enveloppe de travail d'une machine à tourillon peut se rétrécir considérablement lorsque la table s'incline en grande partie vers la colonne de la machine, ce qui crée des interférences potentielles. Une machine à tête pivotante n'a pas ce problème. L'enveloppe de travail n'est pas affectée par l'orientation de l'outil. En outre, les limites de poids sont nettement plus élevées. Alors qu'une table à tourillon peut être limitée à environ 500 kg, la table d'une machine à tête pivotante comparable peut facilement supporter plusieurs tonnes. Cela en fait la configuration par défaut pour les industries qui ont besoin d'usiner des pièces qui ne peuvent pas être soulevées à la main.

Comment un centre d'usinage 5 axes de type tourillon permet-il d'améliorer le contre-dépouillement et l'accès aux outils sur les petites pièces complexes ?

Vous usinez de petites pièces complexes telles que des implants médicaux ou des roues. Vous vous efforcez constamment d'atteindre des caractéristiques étroites et des poches profondes sans utiliser des outils dangereusement longs et flexibles.

Une machine à tourillon offre un meilleur accès en inclinant la pièce elle-même vers l'outil. Ce mouvement ouvre la pièce, ce qui vous permet d'utiliser des outils plus courts et plus rigides pour atteindre facilement les contre-dépouilles et les caractéristiques latérales.

Imaginez que vous tenez un petit objet complexe dans votre main. Pour inspecter une caractéristique sur la face inférieure, vous ne vous penchez pas, vous inclinez simplement l'objet. Une machine à tourillon fonctionne exactement de la même manière. Les axes A et C se trouvent dans la table, qui accueille et incline la pièce, souvent dans une fourchette très large allant de -30° à +110°. Cette action a pour effet de déplacer la pièce hors de son propre chemin. L'inclinaison de la pièce crée une large zone de dégagement autour de l'outil, ce qui facilite considérablement l'accès à des éléments qui seraient impossibles à atteindre sur une machine à tête pivotante sans un outil très long. C'est pourquoi machines à tourillons³ dominent des industries telles que le secteur médical et l'aérospatiale, où les petites pièces de grande valeur sont la norme.

L'avantage de l'inclinaison de la pièce

Lorsque la machine incline la pièce à usiner, vous bénéficiez d'un avantage significatif en matière de dynamique de coupe⁴. Vous pouvez utiliser l'outil le plus court et le plus rigide possible pour le travail. Un outil plus court dévie moins, vibre moins et permet une coupe beaucoup plus agressive et précise. Il en résulte de meilleurs états de surface, une plus longue durée de vie de l'outil et des temps de cycle plus courts. Sur une machine à tête pivotante, la pièce reste plate, de sorte que la tête doit s'incliner pour atteindre une caractéristique latérale. Cela vous oblige souvent à utiliser un porte-outil et un outil plus longs pour éviter que la tête de la broche n'entre en collision avec la pièce ou le dispositif de fixation. Cette longueur supplémentaire introduit de la flexion et limite vos performances de coupe, ce que vous ne pouvez pas vous permettre sur des pièces complexes et de haute précision.

Quelle conception offre une plus grande rigidité et stabilité à l'extrémité de l'outil ?

Vous devez usiner des matériaux résistants comme l'acier ou le titane. Vous savez que tout manque de rigidité se traduira par un broutage, une faible durée de vie de l'outil et des pièces imprécises. Vous devez savoir quelle conception est fondamentalement plus stable.

Une machine à tourillon offre souvent une plus grande rigidité à la pointe de l'outil car sa conception permet l'utilisation d'outils plus courts. La stabilité vient du fait que la distance entre la face de la broche et l'arête de coupe est aussi courte que possible.

Cela peut sembler contre-intuitif à première vue. La machine à tête pivotante a une tête plus simple et une table solide, qui semble plus rigide. Cependant, la vraie rigidité de coupe⁵ est déterminée au point de contact : la pointe de l'outil. Comme nous l'avons vu, un tourillon incline la pièce, créant ainsi un espace libre qui permet d'utiliser des outils très courts. Un outil deux fois plus long est beaucoup moins rigide. En permettant l'utilisation d'outils plus courts, la conception à tourillon offre des conditions de coupe plus stables. C'est pourquoi machines à tourillons⁶ sont souvent préférés pour l'usinage de matériaux durs et les opérations de coupe profonde où la pression de l'outil est élevée.

Adapter la structure au matériau

La construction générale de la machine joue également un rôle. Les machines à tourillon, construites pour supporter les forces dynamiques d'une table mobile et d'une coupe agressive, sont souvent très robustes. La broche fixe est une unité simple et robuste. La broche articulée d'une tête pivotante comporte davantage de pièces mobiles et d'articulations dans son assemblage, ce qui peut être une source de vibrations potentielles. Il en résulte une différence dans l'approche de la coupe. Une machine à tourillon est généralement mieux adaptée aux coupes lourdes dans des matériaux durs comme l'acier, tandis que les forces de coupe plus légères d'une machine à tête pivotante la rendent idéale pour la finition à grande vitesse de matériaux plus tendres comme l'aluminium.

Quelle liste de contrôle finale devez-vous utiliser pour adapter vos pièces à la bonne configuration 5 axes ?

Vous comprenez les théories, mais vous devez maintenant prendre une décision concrète pour votre atelier. Vous avez besoin d'une liste de contrôle simple pour examiner vos pièces et choisir en toute confiance la bonne machine.

Analysez vos pièces en fonction de leur taille, de leur poids, de leur complexité et de leur matériau. Les réponses vous indiqueront directement la bonne configuration de la machine, ce qui vous permettra d'adapter parfaitement votre investissement à votre travail.

Pour faire le bon choix, il faut poser les bonnes questions. Ne commencez pas par le catalogue des machines. Commencez par les pièces que vous fabriquez aujourd'hui et celles que vous voulez fabriquer demain. Passez en revue vos 10 travaux les plus rentables ou les plus difficiles et appliquez cette liste de contrôle. Le modèle qui se dégage vous permettra de prendre une décision claire. J'utilise cette méthode avec mes clients depuis des années. Elle permet de s'assurer que la machine que vous achetez est une solution à vos problèmes, et non la cause de nouveaux problèmes.

Votre liste de contrôle des 5 axes de décision

Utilisez ce tableau pour évaluer votre charge de travail principale. La colonne qui comporte le plus grand nombre de coches est probablement le bon choix pour l'avenir de votre atelier.

Conclusion

Une machine à tourillon excelle pour les petites pièces complexes fabriquées à partir de matériaux durs et pour lesquelles l'accès à l'outil est essentiel. Une machine à tête pivotante est le choix imbattable pour les pièces massives et lourdes.