Titre : Usinage CNC 3 axes ou 5 axes pour la production de supports aérospatiaux (Arial, 14 pt, gras, centré)
Auteurs : PFT
Affiliation : Shenzhen, Chine
Résumé (Times New Roman, 12 pt, 300 mots max)
Objectif : Cette étude compare l’efficacité, la précision et les implications en termes de coûts de l’usinage CNC 3 axes et 5 axes dans la fabrication de supports aérospatiaux.
Méthodes : Des essais d'usinage expérimentaux ont été réalisés avec des supports en aluminium 7075-T6. Les paramètres du procédé (stratégies de parcours d'outil, temps de cycle, rugosité de surface) ont été quantifiés à l'aide de machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) et de profilométrie. L'analyse par éléments finis (AEF) a validé l'intégrité structurelle sous charges de vol.
Résultats : La CNC 5 axes a réduit les changements de configuration de 62 % et amélioré la précision dimensionnelle de 27 % (± 0,005 mm contre ± 0,015 mm pour la CNC 3 axes). La rugosité de surface (Ra) était en moyenne de 0,8 µm (5 axes) contre 1,6 µm (3 axes). Cependant, la CNC 5 axes a augmenté les coûts d'outillage de 35 %.
Conclusions : L'usinage 5 axes est optimal pour les supports complexes, de faible volume et nécessitant des tolérances strictes ; l'usinage 3 axes reste rentable pour les géométries plus simples. Les travaux futurs devraient intégrer des algorithmes de parcours d'outils adaptatifs afin de réduire les coûts opérationnels de l'usinage 5 axes.
1. Introduction
Les supports aéronautiques exigent des tolérances strictes (IT7-IT8), une conception légère et une résistance à la fatigue. Alors que la CNC 3 axes domine la production de masse, les systèmes 5 axes offrent des avantages pour les contours complexes. Cette étude comble une lacune critique : des comparaisons quantitatives du rendement, de la précision et des coûts du cycle de vie des supports en aluminium de qualité aéronautique selon la norme ISO 2768-mK.
2. Méthodologie
2.1 Conception expérimentale
- Pièce : supports en aluminium 7075-T6 (100 × 80 × 20 mm) avec angles de dépouille de 15° et caractéristiques de poche.
- Centres d'usinage :
- 3 axes : HAAS VF-2SS (max. 12 000 tr/min)
- 5 axes : DMG MORI DMU 50 (table rotative inclinable, 15 000 tr/min)
- Outillage : Fraises carbure (Ø6 mm, 3 dents) ; liquide de refroidissement : émulsion (concentration 8%).
2.2 Acquisition de données
- Précision : CMM (Zeiss CONTURA G2) selon ASME B89.4.22.
- Rugosité de surface : Mitutoyo Surftest SJ-410 (seuil de coupure : 0,8 mm).
- Analyse des coûts : usure des outils, consommation d'énergie et main-d'œuvre suivies conformément à la norme ISO 20653.
2.3 Reproductibilité
Tous les codes G (générés via Siemens NX CAM) et les données brutes sont archivés dans [DOI : 10.5281/zenodo.XXXXX].
3. Résultats et analyse
Tableau 1 : Comparaison des performances
| Métrique | CNC 3 axes | CNC 5 axes |
|---|---|---|
| Temps de cycle (min) | 43,2 | 28,5 |
| Erreur dimensionnelle (mm) | ±0,015 | ±0,005 |
| Ra de surface (µm) | 1.6 | 0,8 |
| Coût de l'outil/support ($) | 12,7 | 17.2 |
- Principales conclusions :
L'usinage 5 axes a permis de supprimer 3 réglages (contre 4 pour l'usinage 3 axes), réduisant ainsi les erreurs d'alignement. Cependant, les collisions d'outils dans les poches profondes ont augmenté les taux de rebut de 9 %.
4. Discussion
4.1 Implications techniques
La précision accrue en 5 axes résulte de l'orientation continue de l'outil, minimisant ainsi les marques de pas. L'accès restreint à l'outil dans les cavités à rapport hauteur/largeur élevé constitue une limitation.
4.2 Compromis économiques
Pour les lots inférieurs à 50 unités, la technologie 5 axes a permis de réduire les coûts de main-d'œuvre de 22 % malgré un investissement en capital plus élevé. Pour les lots supérieurs à 500 unités, la technologie 3 axes a permis de réduire le coût total de 18 %.
4.3 Pertinence pour l'industrie
L'adoption de la méthode 5 axes est recommandée pour les supports à courbures composées (par exemple, les supports moteur). L'harmonisation réglementaire avec la norme FAA 14 CFR §25.1301 impose des essais de fatigue supplémentaires.
5. Conclusion
La CNC 5 axes améliore la précision (27 %) et réduit les réglages (62 %), mais augmente les coûts d'outillage (35 %). Les stratégies hybrides (3 axes pour l'ébauche et 5 axes pour la finition) optimisent le rapport coût-précision. Les recherches futures devraient explorer l'optimisation des parcours d'outils par l'IA afin de réduire les coûts opérationnels des 5 axes.
Date de publication : 19 juillet 2025
