Les fraiseuses sont des machines-outils qui réalisent l'usinage de pièces par enlèvement de copeaux ; le procédé repose sur le mouvement d'un outil rotatif appelé fraise, qui comporte plusieurs arêtes de coupe. Inventées au XIXe siècle, les fraiseuses sont des machines très polyvalentes grâce à la diversité des travaux qu'elles réalisent. Ces travaux ne seraient pas possibles sans les mouvements et les axes de la fraiseuse CNC.
Les mouvements de la fraiseuse
Avant de parler des axes de la fraiseuse CNC, il est indispensable d'évoquer les mouvements qu'elle effectue, car les deux sont étroitement liés. Sur les fraiseuses traditionnelles, c'est la pièce qui se déplace vers la fraise pour être usinée ; avec l'intégration de la commande numérique par calculateur (CNC), les fraiseuses sont devenues plus polyvalentes et capables d'usiner des pièces très complexes.
Un mouvement commun à toutes les fraiseuses, CNC ou non, est celui de la fraise ou de l'outil de coupe tournant sur son propre axe.
Par ailleurs, la table de travail peut se déplacer à différentes vitesses et selon différents types de mouvements. Elle effectue un déplacement longitudinal selon l' axe X. Elle peut aussi se déplacer transversalement selon l'axe Y ; ce mouvement sert à placer l'outil dans la bonne position. La table se déplace également verticalement selon l'axe Z ; ce mouvement détermine la profondeur de passe.
D'autres mouvements rotatifs existent, mais ils dépendent du type de fraiseuse. Par exemple, la table peut pivoter autour de l'axe longitudinal ou de l'axe vertical, selon ses degrés de liberté en rotation.
Les mouvements entre fraise et pièce
Les déplacements entre la fraise et la pièce sont sans aucun doute déterminants pour définir le type de travail réalisé sur la pièce afin de lui donner forme. Les mouvements entre l'outil et la pièce se classent en trois catégories :
- Coupe. Ce mouvement est effectué par la pointe de la fraise autour de l'axe du porte-outil.
- Avance. Il s'agit d'un mouvement d'approche de l'outil d'une zone déjà usinée vers une zone non usinée.
- Plongée. Mouvement d'avance visant à augmenter la profondeur de coupe dans la pièce.
Les axes de la fraiseuse CNC
Quel est le lien entre les mouvements et les axes de la fraiseuse CNC ? Comme vous l'avez vu, les mouvements de la fraiseuse s'effectuent selon les différents axes de la machine-outil, d'où leur importance. Sur une fraiseuse CNC, c'est précisément la technologie CNC qui permet de déplacer simultanément trois axes ou plus grâce à l'informatique. Et c'est le logiciel, une fois correctement programmé, qui exécute les tâches, les mouvements et les axes selon lesquels doivent se déplacer les différents composants de la fraiseuse pour réaliser l'usinage.
Une fraiseuse CNC compte trois axes :
- Axe X, pour le mouvement longitudinal
- Axe Y, pour les mouvements transversaux
- Axe Z, pour le déplacement vertical de la broche vers le sol
L'usinage 2,5 axes
Les fraiseuses CNC peuvent réaliser une opération appelée usinage 2,5 axes. Ce type d'usinage permet de fabriquer des pièces en déplaçant l'outil simultanément selon les coordonnées X et Y pendant l'enlèvement de copeaux ou la coupe. Il se caractérise par le fait que l'outil peut se déplacer sur les trois axes de la fraiseuse, mais jamais sur les trois coordonnées à la fois pendant la coupe.
L'usinage 3 axes
Les axes de la fraiseuse CNC permettent de réaliser des opérations d'usinage trois axes, dans lesquelles les trois axes sont pilotés simultanément pendant la coupe. Dans ce type d'opérations, les trajectoires de coupe épousent la surface à obtenir. L'usinage trois axes sert par exemple à fraiser des contours, des surfaces ou des profils en 3D. On parle alors de « copiage ».
L'usinage 5 axes
On trouve sur le marché des machines capables d'usiner des pièces sur cinq axes. Les fraiseuses CNC ont généralement trois axes, mais il en existe aussi à cinq axes. Ces machines réalisent des travaux extrêmement complexes. Elles peuvent effectuer des mouvements de translation selon les axes X, Y et Z tout en effectuant des rotations autour de deux autres axes, A et B, que ce soit sur la table ou sur la tête porte-outil.
Dans ce type de procédé, les cinq axes de la fraiseuse CNC peuvent se déplacer simultanément afin de réduire le temps d'usinage et d'obtenir une finition quasi parfaite. Ces machines peuvent aussi travailler en cycle 3+2, c'est-à-dire avec les quatrième et cinquième axes fixes, qui ne bougent qu'entre deux opérations, tandis que les trois autres axes se déplacent simultanément.