Usinage CNC de grandes ou petites pièces :comment surmonter les défis courants

L'usinage CNC est un processus de fabrication traditionnel qui utilise des outils de coupe à grande vitesse contrôlés par ordinateur pour enlever le matériau d'une pièce solide et révéler une pièce finie. Étant donné que ce processus est largement automatisé, les équipes de produits peuvent généralement « régler et oublier », en étant convaincues qu'elles recevront des pièces exactes, précises et reproductibles à chaque fois. De plus, l'usinage CNC est généralement un moyen de production très rentable et compatible avec une large gamme de matériaux, offrant aux équipes de produits une grande flexibilité créative.

Compte tenu de la flexibilité, de l'adaptabilité et de l'abordabilité de l'usinage CNC, les équipes de produits pourraient penser que les possibilités sont infinies. Cependant, il y a quelques considérations importantes à garder à l'esprit en fonction de la taille de la pièce. Voici tout ce que vous devez savoir sur les meilleures façons d'usiner des pièces très grandes ou très petites :

Considérations clés pour l'usinage CNC

Quelle que soit la taille de la pièce, il existe deux facteurs d'usinage CNC que toutes les équipes de produits doivent garder à l'esprit :la géométrie de l'outil et l'accès à l'outil. La plupart des outils de coupe CNC tels que les perceuses et les outils de fraisage en bout sont cylindriques et ont une longueur de coupe limitée.

Géométrie de l'outil

Pendant le processus d'usinage, la géométrie de l'outil est transférée à la pièce usinée. Ainsi, les coins internes de toute pièce usinée CNC auront des rayons en raison de l'outil cylindrique, même si l'outil lui-même est petit.

Les équipes produit doivent en être conscientes et faire tout leur possible pour éviter les angles internes pointus dans leurs conceptions. Si des angles internes aigus sont inévitables, il existe quelques solutions de contournement, mais elles nécessitent généralement des outils, des processus et des ressources supplémentaires.

Accès aux outils

L'accès aux outils est particulièrement important dans le processus d'usinage CNC. L'outil de coupe s'approche de la pièce par le haut et toute partie de la pièce qui n'est pas accessible par le dessus par l'outil de coupe ne peut pas être usinée. Les contre-dépouilles sont l'exception notable à cette règle, mais elles peuvent ne pas être le meilleur choix pour chaque cas d'utilisation. Les équipes de produits doivent aligner toutes les fonctionnalités de leur modèle principal sur l'une des six directions principales ou utiliser une machine CNC à 5 axes pour débloquer des capacités de maintien de pièce plus avancées.

Parmi les autres meilleures pratiques de conception CNC polyvalentes pour les problèmes courants, citons :

• Mettre les fonctionnalités clés du même côté de la pièce pour réduire les configurations
• Éviter les fonctionnalités profondes dans la mesure du possible
• Utiliser des matériaux plus souples dans la mesure du possible, car les matériaux plus durs prennent plus de temps à usiner
• Concevoir la pièce le plus simplement possible

Ces meilleures pratiques de conception CNC sont essentielles à la conception pour la fabricabilité (DFM) et à la création de pièces propres et fonctionnelles. Les conceptions optimisées pour la fabricabilité sont également plus rapides, plus faciles et moins coûteuses à fabriquer. Une fois que les équipes produit ont maîtrisé le DFM, elles peuvent porter leur attention sur des considérations particulières pour l'usinage de grandes pièces et l'usinage de petites pièces.

Solutions clés pour l'usinage CNC de grandes pièces

Les deux défis les plus courants associés à l'usinage de grandes pièces sont :

• Pièces tout simplement trop lourdes  :La plupart des machines CNC ont une limite de poids qui ne peut pas être dépassée.
• Pièces trop grandes pour tenir dans les dimensions de déplacement de la machine CNC  :Les grandes pièces nécessitent des zones de travail plus grandes et une plus grande portée pour que l'outil puisse accéder à toutes les dimensions.

Heureusement, il existe de nombreuses solutions de contournement disponibles qui peuvent aider à atténuer ces points douloureux.

Le moyen le plus rentable de fabriquer une grande pièce lourde consiste à anticiper les problèmes de poids lors de la phase de conception et à diviser la pièce en sous-ensembles qui ne dépasseront pas la limite de poids de la machine. Cependant, cela ajoute du temps au processus de fabrication et certains sous-ensembles peuvent encore être trop lourds pour que les travailleurs puissent les transporter en toute sécurité. Si nécessaire, les équipes de produits doivent soutenir les pièces plus lourdes en utilisant des stabilisateurs pour répartir uniformément la charge et alléger la charge sur la machine.

Lorsqu'il s'agit d'usiner réellement la pièce, les opérateurs peuvent tenir compte des dimensions de déplacement d'une machine CNC de différentes manières, notamment :

• Inclinez la pièce pour que ses caractéristiques s'alignent sur la trajectoire de déplacement de la machine et qu'elle s'intègre mieux dans l'espace disponible
• Utilisation d'un dispositif coulissant pour percer des trous dans de longues pièces rectangulaires
• Utilisation d'un dispositif coulissant de 4e axe pour percer des trous dans de grands tubes
• Faire tourner de grandes pièces rondes afin que chaque élément tienne dans l'enveloppe de travail
• Glisser et tourner la pièce pour étendre les axes X et Y

Considérations de conception et façon d'usiner efficacement de petites pièces

Même si les petites pièces usinées CNC sont plus légères et plus efficaces à produire, l'usinage personnalisé de petites pièces comporte son lot de défis. Les petites pièces sont techniquement difficiles à fabriquer; et de plus, l'usinage de très petites pièces rend souvent difficile la garantie d'un produit de haute qualité. Les équipes de produits ne peuvent effectuer une inspection précise que si elles peuvent voir ce qu'elles fabriquent, et les caractéristiques inférieures à 0,005'' sont difficiles à voir à l'œil nu. Pour ajouter à ces défis, l'usinage de petites pièces nécessite également des équipements spécialisés.

Heureusement, les équipes de produits n'ont généralement qu'à faire quelques petits ajustements pour surmonter ces défis. Tant que la conception est optimisée pour la fabricabilité, la pièce doit être viable pour l'usinage CNC. Et pour s'assurer que les inspections des petites pièces usinées CNC sont précises, les équipes peuvent garder un microscope 3D à portée de main pour zoomer sur les caractéristiques et les finitions de surface.

Lorsqu'il s'agit de produire de petites pièces usinées CNC, les fabricants ne doivent utiliser que des équipements à haut régime, ce qui permet d'utiliser des perceuses plus petites et d'entrer efficacement dans les coins et recoins de la pièce.

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Il est possible de créer des pièces de haute qualité dans de nombreux matériaux, tailles et formes à l'aide de l'usinage CNC, mais les équipes de développement de produits et les machinistes doivent toujours être conscients de la taille des pièces. Les grandes pièces peuvent être lourdes et difficiles à usiner, et il est difficile pour les ingénieurs de vérifier la qualité de très petites fonctionnalités sur des pièces déjà petites.

Les phases de conception et de production peuvent être adaptées pour assurer la production précise et précise de très petites ou de très grandes pièces. En concevant pour l'usinabilité dès le début et en pratiquant les solutions de contournement susmentionnées pendant la production, vous pouvez créer quelque chose d'incroyable, quelle que soit sa taille.

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