Le centre d'usinage composite tournage-fraisage à commande numérique est une machine-outil dérivée du tour à commande numérique, à laquelle on ajoute des capacités d'alésage et de fraisage. Il comprend un banc de tournage, une broche de tournage et une broche auxiliaire pour les opérations de fraisage et d'alésage. La machine est principalement dédiée au tournage, le fraisage et l'alésage étant des fonctions complémentaires, d'où son nom de centre d'usinage composite tournage-fraisage.

Comme illustré sur la figure 1, les centres d'usinage combinés tournage-fraisage de petite et moyenne taille présentent une structure similaire à celle d'un tour CNC horizontal, avec un banc incliné et une broche de tournage en partie basse. Cette broche est équipée d'une commande sur l'axe Cs et d'accessoires tels qu'une contre-pointe et des pointes de tournage. La partie supérieure de la machine comprend une broche auxiliaire et un changeur d'outils automatique, reprenant ainsi la structure d'une fraiseuse-aléseuse. Les outils de tournage et de fraisage sont montés sur un porte-outil unique, et leur changement est effectué par un bras robotisé.

CNC turning-milling composite center
Figure 1 : Centre composite tournage-fraisage CNC

La principale différence entre un centre d'usinage combiné tournage-fraisage et un centre de tournage réside dans la broche auxiliaire et le changeur d'outils automatique. Le centre de tournage, similaire à un tour CNC complet, utilise un porte-outil à tourelle, et les changements d'outils s'effectuent par indexation de la tourelle. Les outils et les systèmes de transmission sont logés à l'intérieur de la tourelle. Cette structure permet des changements d'outils simples et rapides, et offre une bonne rigidité. Cependant, pour les opérations de fraisage et d'alésage, la machine présente des limitations telles qu'une faible course sur l'axe Y, une capacité de fraisage limitée et un système d'entraînement de broche auxiliaire complexe avec une longue chaîne de transmission, une faible vitesse de broche et une rigidité insuffisante. Par conséquent, ses capacités de fraisage et d'alésage sont relativement faibles.

La broche auxiliaire du centre d'usinage combiné tournage-fraisage utilise généralement une liaison directe avec un moteur ou un entraînement électrique, offrant une structure simple et rigide et des vitesses élevées pouvant atteindre plusieurs dizaines de milliers de tours par minute. Elle peut également recevoir des outils de fraisage et d'alésage standard, améliorant considérablement les capacités de fraisage et d'alésage de la machine.

La broche auxiliaire du centre d'usinage combiné tournage-fraisage peut pivoter sur une large plage d'environ 225° (axe B), permettant ainsi d'ajuster l'orientation de l'outil pour les opérations de tournage, de fraisage et d'alésage de surfaces inclinées. Par exemple, lors du tournage cylindrique intérieur ou extérieur, ou du tournage en bout, l'outil de tournage est bloqué en position et l'axe B est réglé à 0° ou 90° pour le positionnement et le bridage. La pièce tourne avec la broche principale, tandis que les axes X et Z contrôlent le mouvement de tournage. Lors du fraisage et de l'alésage en bout ou en travers d'un corps en rotation, la broche de tournage passe en mode axe C, devenant ainsi un axe de rotation CNC. La broche auxiliaire effectue alors les opérations d'alésage, de fraisage et de perçage sur la pièce montée sur la broche de tournage. Avec ses cinq axes de coordonnées (X, Y, Z, B et C), la machine est capable d'usinage 5 axes.

Ce centre d'usinage combiné tournage-fraisage résout efficacement le problème des limitations de fraisage des tours et permet l'usinage 5 axes. Cependant, son changeur d'outils automatique est relativement complexe et la conception inclinée du banc impose certaines limitations sur la course de l'axe Y. Pour pallier ces problèmes, les centres d'usinage combinés tournage-fraisage de plus grande taille utilisent parfois une structure à colonne mobile similaire à celle d'un centre d'usinage vertical 5 axes, avec une table rotative sur l'axe A et un diamètre de broche variable. Dans ce cas, l'axe A utilise une broche de tournage, avec contre-pointe et pointes, permettant ainsi à la machine d'usinage combiné tournage-fraisage d'intégrer pleinement les capacités de tournage d'un tour CNC et les capacités d'alésage-fraisage d'une fraiseuse.