Dans l'industrie de l'usinage, l'axe numérique joue un rôle clé lorsqu'il s'agit de réduire les temps de production et les délais de livraison. Il présente aussi l'avantage de diminuer les coûts de production et la main-d'œuvre, car les machines multi-axes demandent une intervention minimale de l'opérateur.
Qu'est-ce qu'un axe numérique ?
En usinage, l'axe représente la capacité d'une machine à déplacer l'outil de coupe ou la pièce dans une ou plusieurs directions, selon une trajectoire précise. Toutes les machines-outils disposent d'un axe numérique ; sur les machines les plus simples et conventionnelles, ce sont les axes X, Y et Z, qui obéissent aux principes d'un plan mathématique.
Les machines dotées d'un axe numérique simple peuvent réaliser des opérations d'usinage élémentaires. C'est le cas, par exemple, des tours, des fraiseuses et des perceuses. Il existe toutefois des machines-outils à axes numériques multiples : plus la machine compte d'axes, plus l'usinage en tire des bénéfices.
L'axe numérique en CNC
La CNC, ou commande numérique par calculateur, est l'une des méthodes d'usinage les plus avancées qui existent. Il s'agit d'un type de travail automatique qui nécessite une intervention humaine minimale. En effet, la machine-outil fonctionne avec un ordinateur central chargé d'actionner les outils de coupe nécessaires à une tâche donnée.
Pour que l'ordinateur sache sur quel axe numérique déplacer l'outil ou la pièce, il faut y charger le modèle de la pièce. Pour cela, l'ingénieur ou l'opérateur réalise le modèle sur un ordinateur externe à l'aide de logiciels de programmation spécifiques comme la CAO et la FAO : l'une se charge de concevoir, l'autre de traduire cette conception sur le plan physique.
Une fois le modèle prêt, il est chargé dans l'ordinateur de la machine-outil et traduit dans le langage alphanumérique CNC que la machine utilise. C'est grâce à ce langage que l'ordinateur sait quel outil de coupe employer sur la pièce, à quelle vitesse il doit se déplacer, quelle est la profondeur d'usinage, etc.
En effet, les machines équipées de la CNC peuvent réaliser des travaux différents sur une même pièce, au cours d'un même processus. Il n'est pas nécessaire de repositionner ou de réajuster la pièce sur la table de travail ; l'opérateur n'a pas non plus à démonter la fraise, par exemple, pour monter un foret dans la broche. La machine le fait toute seule.
Machines à axes numériques multiples
Même si de plus en plus de machines-outils intègrent la CNC, toutes ne possèdent pas plusieurs axes numériques. Seuls les centres d'usinage, les tours et les fraiseuses proposent cette fonction. Savez-vous quels sont les axes numériques de ces machines ?
Centres d'usinage
Le centre d'usinage est sans doute l'une des machines-outils les plus avancées qui soient. Ce sont des machines très polyvalentes, capables de réaliser des opérations de fraisage comme de tournage, de perçage et une infinité d'autres usinages. Elles peuvent produire en série et fabriquer des pièces complexes, petites et/ou très simples.
Dans un centre d'usinage, la pièce reste immobile tandis que l'outil de coupe tourne pour enlever les copeaux. Mais attention : en réalité, la pièce effectue un mouvement très simple avec la table afin de se positionner ou de s'orienter par rapport à l'outil. Un centre d'usinage compte cinq axes numériques :
- Axes principaux. Ce sont les axes X, Y et Z. Ils correspondent aux déplacements longitudinaux, transversaux et en hauteur.
- Axe A. Cet axe numérique positionne la pièce selon un angle précis.
- Axe B. Il oriente la pièce en la faisant tourner. Sur certaines machines, on l'appelle C.
- Axe W. Seules certaines machines en sont équipées ; il correspond à un changement de palette.
La particularité des centres d'usinage et, en général, de toutes les machines multi-axes est que les axes peuvent travailler simultanément. C'est ce qui accélère l'usinage.
Tours
Sur les tours CNC non multitâches, la pièce est fixée sur un mandrin et tourne, tandis que l'outil de coupe reste immobile dans la tourelle. Sur ces tours, les axes principaux (X, Y et Z) représentent le déplacement que l'outil effectue pour enlever les copeaux.
Certains tours comportent d'autres axes numériques qui coordonnent l'outil de coupe et la pièce afin de placer cette dernière à l'angle d'usinage nécessaire. Il est ainsi possible, par exemple, de tourner des pièces de forme cylindrique ou conique. Lorsqu'une pièce est inclinée sur un tour pour obtenir un meilleur angle d'attaque, l'axe numérique utilisé est le B.
L'axe numérique sur les fraiseuses
Les fraiseuses, comme les tours, peuvent augmenter leur nombre d'axes selon la complexité de la machine. C'est pourquoi les fraiseuses font l'objet d'une classification spécifique : trois axes, quatre axes et cinq axes. À quoi correspondent ces axes ?
- Axe X. Cet axe est horizontal et parallèle à la surface de la pièce. Le mouvement est horizontal et longitudinal par rapport à la table.
- Axe Y. Il effectue un mouvement dans le plan horizontal, transversal par rapport à la table.
- L'axe numérique Z. C'est sur cet axe que se place la fraise. Selon les caractéristiques de la machine, il peut adopter différentes positions. Il effectue un déplacement vertical.
- Axes A et B. Présents seulement sur certaines machines, ils correspondent à la capacité de rotation et de positionnement de la pièce afin d'améliorer l'angle d'attaque de l'outil de coupe.