Qu'est-ce que le fraisage CNC :un aperçu complet du processus de fraisage

Le fraisage CNC est un processus essentiel lorsqu'il s'agit de produire des composants complexes. En tant que l'une des capacités sous l'égide de l'usinage CNC de précision, ce processus permet de créer des pièces précises pour de nombreuses industries. Avec son large éventail d'applications, cette technologie continue de croître et d'évoluer rapidement.

Nous allons donc détailler le processus de mouture en examinant les différentes opérations impliquées et leurs applications. Cela vous aidera à comprendre les différentes facettes du processus et à en tirer le meilleur parti. Sans plus tarder, entrons-y.

Définition :Qu'est-ce que le fraisage CNC ?

Le fraisage CNC est un processus contrôlé par ordinateur qui consiste à retirer des parties d'une pièce avec un outil de coupe. Sa configuration de base comprend une table de machine et des outils de coupe fixés à la broche. La pièce est placée sur la table de travail de la machine pendant que le ou les outils de coupe tournent pour façonner la pièce.

La rotation de l'outil de coupe dépendra du type de fraiseuse CNC et de son niveau de sophistication. La plupart des pièces fraisées CNC peuvent atteindre des tolérances élevées entre +/- 0,001 pouce et +/- 0,005 pouce. Certaines machines peuvent même atteindre des tolérances allant jusqu'à +/-0,0005 pouces.

En tant que tel, ce processus est très polyvalent et peut fonctionner avec une large gamme de matériaux, y compris les métaux, les plastiques, le bois et le verre. Il peut également aider à créer une grande variété de produits personnalisés pour répondre à des exigences uniques.

Analyse du processus de fraisage :comment fonctionne le fraisage CNC ?

Il est essentiel de donner une vue d'ensemble complète du processus de fraisage. Cela vous aidera à obtenir une image complète de son fonctionnement. Généralement, l'opération de fraisage CNC se déroule en trois phases :

1. Conception des fichiers CAO 

La première phase consiste à créer une représentation virtuelle de votre produit prévu à l'aide d'un logiciel de CAO. Vous pouvez utiliser différents programmes CAD-CAM pour développer le code G nécessaire à l'usinage. Il est essentiel de traduire la conception CAO dans un langage de programmation CNC car c'est ce que la machine comprendra.

Vous pouvez vérifier et modifier le code pour répondre aux capacités de la machine. Le logiciel permet également aux ingénieurs de fabrication de simuler l'ensemble du processus de fraisage. En conséquence, ils peuvent vérifier les erreurs de conception et éviter de créer des modèles complexes trop difficiles à usiner.

L'opérateur a également besoin d'un dessin technique contenant des informations telles que : 

• Dimensions et caractéristiques critiques d'une pièce
• Tolérances
• Lignes de construction
• Indication des fils
• Préférences de finition

2. Configuration de la fraiseuse

Bien que les fraiseuses CNC coupent automatiquement les pièces, certains aspects du processus nécessitent un opérateur de machine. Par exemple, un opérateur doit fixer la pièce sur la table de travail et attaquer les outils de coupe de la broche.

Les fraiseuses modernes ont des capacités d'outillage en direct. Par conséquent, ils ont la possibilité de changer d'outils pendant le processus de fraisage. Cela réduit le nombre d'arrêts qui se produiront pendant l'opération. Cependant, une configuration initiale et des vérifications du programme sont toujours nécessaires avant de commencer le processus.

3. Production des composants

Comme mentionné précédemment, le fraisage CNC utilise un ou plusieurs outils rotatifs qui coupent les copeaux lorsqu'ils entrent en contact avec la pièce. La rotation continue de l'outil donne la forme souhaitée. Le procédé peut comprendre différentes opérations selon le type de matière première et la forme souhaitée du produit final.

Les premières opérations utilisent des outils plus gros pour tailler les matériaux et obtenir une forme approximative. Ensuite, un changement d'outil permettra de créer des pièces usinées plus précises. Le fraisage CNC de précision est réalisé dans les dernières étapes, impliquant des niveaux inégalés de rugosité de surface et de tolérances d'ingénierie.

Diverses opérations de fraisage CNC

Un centre de fraisage CNC peut produire plusieurs caractéristiques complexes avec une grande précision. Ces fonctions incluent les filetages, les chanfreins, les fentes, etc. Cependant, la création de ces fonctions nécessite diverses opérations de fraisage telles que : 

Fraisage ordinaire

On l'appelle aussi surfaçage, cette opération utilise une fraise horizontale. Ainsi, l'outil de coupe a un axe de rotation parallèle à la table de travail. Le fraisage simple utilise différentes fraises de différentes formes et orientations en fonction du résultat souhaité. Une combinaison d'une fraise large (avec une vitesse d'avance rapide) et de dents de coupe plus fines (avec une vitesse de coupe plus rapide) est un excellent choix pour la rentabilité. Il garantit également de meilleures finitions de surface et des produits finis de haute qualité.

Fraisage du visage

Ce type de fraisage utilise des outils de coupe avec des dents sur les côtés et à l'extrémité. Les dents latérales effectuent le travail de coupe principal, les autres dents sur la pointe aidant à la finition de surface. Le surfaçage intervient généralement après le surfaçage car il peut créer des contours complexes et laisser une finition de haute qualité.

Fraisage angulaire

C'est l'une des meilleures opérations de fraisage pour créer des rainures, des chanfreins, des fentes et d'autres caractéristiques complexes. Les fraiseuses 3 axes traditionnelles utilisent différentes fraises - des fraises à queue d'aronde pour les rainures inclinées ou des têtes de coupe coniques pour produire des chanfreins. L'axe de la fraise est souvent perpendiculaire ou aligné avec la surface de coupe.

 

Fraisage de forme

Cette opération de fraisage utilise un outillage spécial pour créer des contours plus complexes. Les couteaux concaves et convexes sont les plus courants ici. Ils aident à créer des contours de surface, des bords arrondis et des évidements arrondis en une seule coupe.

Autres opérations de fraisage

Outre les opérations de fraisage susmentionnées, les fraiseuses CNC peuvent accomplir d'autres types d'opérations de fraisage spécialisées telles que :

Fraisage de profil :Ici, l'outil crée un chemin de coupe le long d'une surface inclinée ou verticale sur la barre de brut. Le processus utilise un outil de fraisage de profil qui peut être parallèle ou perpendiculaire à la surface de la pièce.

Fraisage groupé :Il s'agit d'une sous-catégorie de fraisage de forme qui utilise plusieurs fraises pour créer des motifs simultanément. Les couteaux ont généralement des formes, des tailles ou des largeurs variables. Ils peuvent effectuer des opérations similaires ou différentes pour créer des fonctions ou des pièces plus complexes dans des délais plus courts.

Fraisage à cheval :Cette opération de fraisage permet à une machine-outil de travailler sur deux ou plusieurs pièces parallèles en une seule coupe. Deux fraises sont disposées de chaque côté de la pièce pour fraiser les deux côtés sur le même arbre de machine.

Avantages et inconvénients du fraisage CNC dans la fabrication de pièces

Le processus de fraisage CNC est essentiel pour divers processus industriels en raison de ses avantages. Néanmoins, il y a des inconvénients à noter. Voici quelques avantages et inconvénients de cette technique de fabrication.

Avantages du fraisage CNC

Exactitude et précision

La nature des opérations de fraisage CNC laisse peu de place aux erreurs, assurant ainsi une précision et une précision accrues. Cette technique peut produire des pièces qui répondent exactement aux spécifications techniques et aux exigences de tolérance.

La plupart des pièces fraisées CNC peuvent atteindre des tolérances élevées entre +/- 0,001 pouce et +/- 0,005 pouce, tandis que certaines peuvent atteindre +/- 0,0005 pouce. L'automatisation du processus limite également les erreurs humaines. Même si vous avez besoin d'un traitement de surface, le micro-fraisage permet de supprimer une certaine épaisseur pour ne pas affecter la dimension de la pièce.

Efficacité et répétabilité

Les centres de fraisage CNC offrent un rendement de production élevé en raison de l'automatisation impliquée. Les fraiseuses avancées peuvent produire des pièces plus rapidement avec une qualité et une finition plus constantes.

Large compatibilité matérielle

Ce processus convient à une vaste gamme de matériaux, y compris les métaux, les plastiques, le verre et le bois. Cela augmente encore sa polyvalence et le rend parfait pour diverses applications.

Moins de main-d'œuvre

L'automatisation et le rendement élevé des fraiseuses CNC réduisent considérablement la main-d'œuvre utilisée pour le processus. Ces machines permettent également un outillage sous tension, assurant des changements d'outils sans arrêt de l'opération. Très peu d'opérateurs seraient nécessaires pour le processus.

Rentabilité

Les fraiseuses CNC produisent efficacement des produits complexes plus rapidement et avec plus de précision. Cela réduit le temps passé dans la phase de production. De plus, les moindres besoins en main-d'œuvre réduisent encore les coûts du processus.

Inconvénients du fraisage CNC

Coût machine élevé

Le coût d'investissement initial des fraiseuses CNC est plus élevé que celui des équipements manuels traditionnels. Cela peut augmenter les coûts de fabrication globaux.

Nécessite une formation intensive des opérateurs

N'importe qui ne peut pas utiliser des fraiseuses CNC. Des concepteurs aux programmeurs et aux opérateurs de machines, une formation adéquate est nécessaire pour tirer le meilleur parti du processus.

Haut niveau d'entretien

Les fraiseuses doivent être constamment entretenues pour assurer leur bon fonctionnement et augmenter la durée de vie de l'outil. Cela augmente les temps d'arrêt liés à l'utilisation des fraiseuses.

Matériaux courants pour les opérations de fraisage CNC

Le fraisage CNC fonctionne sur une grande variété de matériaux. Votre choix de matériau dépendra des exigences et des spécifications de vos applications. Les matériaux les plus courants incluent :

Matériaux métalliques pour le fraisage

• Alliages d'aluminium
• Acier inoxydable
• Acier doux
• Acier à outils
• Laiton
• Alliages de cuivre
• Alliages de titane

Matériaux plastiques pour le fraisage

• POM
• ABS
• Nylon
• Polycarbonate
• COUP D'OEIL
• PTFE (téflon)
• Polyéthylène
• PMMA (Acrylique)
• PEHD
• PVC
• Polypropylène

Quatre classifications des fraiseuses

Plusieurs fraiseuses sont disponibles sur le marché actuel, avec différentes façons de les classer. Bien que les bases restent les mêmes, quelques modifications rendent chaque moulin unique.

Les catégories de fraiseuses disponibles sont : 

1. Fraiseuses à banc fixe

Leur conception comprend un lit de machine long standard qui permet la fixation de plusieurs pièces. Cela réduit les temps morts et augmente l'efficacité. La table de travail se fixe au banc de la machine et peut se déplacer dans deux directions. L'orientation de ces fraises permet à la tête de broche de se déplacer axialement, déterminant la profondeur de coupe.

Il existe des fraiseuses verticales, horizontales et universelles à banc fixe. La plus courante est la fraiseuse universelle CNC, offrant plus de flexibilité. L'utilisation d'un support à deux machines pour ces usines contribuera à augmenter la productivité. Il permet à l'opérateur de monter une grande pièce ou plusieurs pièces sur la table de travail pour un traitement simultané.

2. Fraiseuses à genou

Ces machines permettent de produire des composants de petite à moyenne taille. Cependant, ils offrent moins de stabilité que les machines de type lit. Les fraises à genou traditionnelles sont d'excellentes options pour créer des composants uniques pour les tâches préparatoires, les travaux de maintenance, etc. 

Les fabricants les utilisent couramment pour préparer des pièces à affiner sur des stations CNC. La tête de coupe se déplace dans une seule direction, limitant les risques d'accidents. Cependant, les fraises à genouillères nécessitent un changement manuel d'outils après chaque opération. Cela rend le processus relativement lent.

3. Fraiseuses à vérin

Ces broyeurs ont leurs têtes de coupe montées sur un vérin coulissant d'avant en arrière. En conséquence, l'outil peut facilement se déplacer sur deux axes - X et Y. Des options verticales et horizontales sont disponibles, et elles permettent souvent de faire pivoter la tête de coupe.

4. Fraiseuses de type raboteuse

Ces fraiseuses sont assez similaires aux broyeurs à lit. Ils utilisent des tables de travail plus grandes et leurs broches peuvent se déplacer dans trois directions. Cependant, les fraises de type rabot peuvent accueillir plus d'outils en même temps. Ils peuvent prendre jusqu'à quatre outils à la fois. Cela augmente leur flexibilité et leur efficacité tout en réduisant la nécessité de changer d'outils pendant le processus de fraisage.

Différents types de fraiseuses CNC

Il existe trois principaux types de fraiseuses CNC utilisées par les entreprises de fabrication. Ce sont : 

Fraiseuses verticales

Ces outils ont des axes verticaux, ce qui les rend mieux adaptés au fraisage en bout. Les machines ont leurs têtes de coupe à l'extrémité du vérin tandis que leurs broches sont fixées à l'extrémité. Les fraiseuses verticales modernes peuvent faire pivoter les pièces pour un meilleur accès et des opérations plus rapides. Ils permettent également l'automatisation des mouvements pour plus de précision et de répétabilité.

Les fraiseuses verticales sont considérablement moins chères que leurs homologues horizontales. Ils sont également plus petits, nécessitant moins d'espace dans les ateliers d'usinage CNC.

Fraiseuses horizontales

Contrairement aux broyeurs verticaux, ces machines ont des axes couchés horizontalement. Les outils de coupe fixés à l'arbre et les outils peuvent être facilement remplacés en retirant les entretoises et les supports de l'arbre. Les fraiseuses horizontales peuvent avoir plusieurs broches avec de nombreux outils pour un traitement plus rapide. De plus, la table et les outils peuvent se déplacer dans différentes directions.

Ces types de fraiseuses CNC peuvent produire des pièces plus complexes avec moins d'opérations. Ils sont beaucoup plus rapides et offrent une meilleure finition de surface.

Fraiseuses multi-axes

Ces machines peuvent se déplacer le long de différents axes et fraiser sous différents angles. Les fraiseuses multi-axes peuvent être :

Fraiseuses 3 axes

Les fraises verticales à 3 axes permettent à la table de se déplacer dans les directions X et Y. Avec ces machines, les pièces peuvent être positionnées par rapport à l'outil de coupe. L'opérateur peut alors ajouter l'axe Z en abaissant l'outil de coupe. Les outils CNC assurent des mouvements simultanés des trois axes, offrant la flexibilité nécessaire à vos besoins.

Fraiseuses 4 axes

Ces moulins ont les trois axes, comme mentionné ci-dessus. Mais un autre axe entre ici - l'axe A. L'ajout d'un autre axe permet à la table de tourner autour de l'axe X. Cela laisse de la place pour le surfaçage sans repositionner la pièce.

Fraiseuses 5 axes

Tout ce qui est vrai pour les fraiseuses 4 axes s'applique ici, mais avec l'ajout de l'axe B. Cet ajout aide la table à pivoter autour de l'axe Y. Les fraiseuses CNC à 5 axes sont plus chères que les options décrites ci-dessus, mais elles permettent la production de pièces complexes en une seule opération. Ils ne nécessitent pas de configurations supplémentaires et sont compatibles avec les outils sous tension.

Fraiseuses 6 axes

Les fraiseuses 6 axes ne sont pas encore standard en raison de leur coût élevé. Ils disposent de tables de travail fixes avec une totale liberté de mouvement pour la tête de coupe. Autrement dit, la tête peut se déplacer dans et autour des axes X, Y et Z.

Composants d'une fraiseuse CNC

Ici, nous allons analyser les composants qui composent les fraiseuses CNC. Bien que les nouveaux moulins soient un peu complexes, nous nous en tiendrons aux centres de meunerie traditionnels pour donner une bonne vue d'ensemble. Les composants essentiels des fraiseuses sont :

1. Cadre

Cette structure principale supporte la machine et lui confère rigidité et stabilité. Il a une base et une ou des colonne(s) amovible(s). La poupée de la machine est une partie essentielle du châssis pour le montage de la broche principale, empêchant les vibrations ou les vibrations pendant les opérations de la machine. Cela évite les erreurs d'usinage et prolonge la durée de vie de l'outil de coupe.

2. Panneau de contrôle CNC

C'est ce que l'on peut appeler le « système nerveux » des centres de fraisage. Il est composé des différentes électroniques nécessaires pour piloter les différentes actions de coupe à l'aide de fonctions de programmation. Les principaux composants du panneau de commande sont le moniteur CNC et les boutons de programmation. La plupart des fraiseuses CNC ont des panneaux de commande facilement accessibles pour un usinage plus facile.

3. Haches

Les fraiseuses CNC ont des axes X, Y et Z. Selon les configurations, ils sont également équipés d'axes de rotation supplémentaires (A, B et C). Ils sont souvent programmés avec le code G dans le contrôleur CNC.

4. Colonne

Ce composant de la machine offre une structure et un support aux autres composants du broyeur. Il est livré avec une base fixe et peut inclure des composants internes qui facilitent l'opération de fraisage CNC. Ces caractéristiques internes comprennent les réservoirs de liquide de refroidissement et d'huile.

5. Table de travail

Ce composant est la base solide qui permet la fixation de la pièce. En d'autres termes, il maintient la barre, l'étau ou le luminaire en place. Selon la fraiseuse utilisée, le composant peut être ajusté verticalement, horizontalement ou dans les deux sens. La plupart des tables de travail utilisent des rainures en T pour assurer un serrage facile de la pièce.

6. Broche

La broche comprend une section conique pour le positionnement des porte-outils. Il comporte également un ensemble rotatif et un arbre pour fixer l'outil de coupe. Selon le type de fraiseuse, la broche peut être positionnée horizontalement ou verticalement.

7. Tonnelle

C'est le composant d'arbre placé dans les broches des fraiseuses horizontales. Ils permettent le montage de plusieurs machines-outils. Les arbres sont disponibles en différentes longueurs et diamètres en fonction des spécifications requises.

8. Bélier

Vous trouverez généralement ce composant de machine dans les fraiseuses verticales. Il est généralement fixé à la colonne supportant la broche. Les opérateurs peuvent ajuster le vérin pour prendre différentes positions pendant le processus de fraisage.

9. Machine-outil

C'est le composant qui effectue l'enlèvement de matière. Il existe plusieurs outils disponibles pour le fraisage en fonction des spécifications de fraisage. Ils varient en fonction de la disposition, du nombre, de l'espacement des dents, du diamètre, de la longueur et de la géométrie.

Combien coûte une fraiseuse ?

Le coût d'une fraiseuse est l'un des facteurs affectant le coût d'usinage CNC. Cependant, ce coût varie en fonction de la sophistication de la machine. Par exemple, les fraiseuses verticales 3 axes d'entrée de gamme ou de salle d'outils coûtent entre 50 000 $ et 80 000 $. En revanche, les fraiseuses 5 axes d'entrée de gamme coûtent entre 100 000 $ et 400 000 $.

De même, les fraiseuses verticales 3 axes au niveau de la production coûtent entre 150 000 $ et 300 000 $, tandis que la fraise 5 axes au niveau de la production coûte plus de 500 000 $. Il s'agit d'évaluations approximatives qui dépendront de facteurs tels que :

• Poids et taille de la machine (mesurés dans le déplacement X/Y/Z)
• Configuration machine (3, 4, 5 ou 6 axes)
• Vitesse machine
• Puissance
• Autres options disponibles, par exemple, pression du liquide de refroidissement, convoyeur à copeaux, changeur d'outils automatique, chargeur de pièces robotisé, etc.

Quelles industries utilisent le fraisage CNC pour leurs applications ?

Plusieurs industries bénéficient des avantages et des multiples applications du fraisage CNC. Voici quelques-unes de ses applications industrielles : 

Industrie aérospatiale

Le processus de fraisage convient également à la fabrication de pièces aérospatiales avec des matériaux comme l'aluminium et le titane. Ces matériaux sont durables et légers, et ils assurent un usinage précis des composants souhaités.

Industrie automobile

Les produits fabriqués pour l'industrie automobile doivent être efficaces et précis. Ainsi, le fraisage CNC convient à la production de panneaux intérieurs, d'essieux moteurs, de culasses, de boîtes de vitesses, de pièces d'échappement, de composants de suspension, etc. 

Industrie médicale 

Les outils médicaux et chirurgicaux ont souvent des conceptions uniques qui nécessitent une précision optimale. Cela fait du fraisage CNC l'une des meilleures méthodes pour créer de tels composants. De cette façon, les conceptions sont conservées avec une efficacité et une productivité accrues.

Produits de consommation

L'opération de fraisage CNC aide également à produire des composants à usage général. Ces articles comprennent les écrous et les boulons, les engrenages et les arbres, les brides, etc. Le procédé convient à la fois à la production à petite et à grande échelle.

Conclusion

Le fraisage CNC convient à plusieurs applications de haute qualité, quelle que soit leur complexité. Ce processus de fabrication rentable permet également de gagner beaucoup de temps, garantissant une efficacité opérationnelle et une mise sur le marché plus rapide du produit.

Nous avons décrit les bases du fraisage CNC, les différentes opérations impliquées, les applications et les facteurs affectant son coût. Contactez WayKen dès aujourd'hui si vous ne savez pas si ce processus est la solution optimale pour votre application. Nous sommes toujours prêts à aider.

FAQ

Quelle est la différence entre le fraisage et le tournage CNC ?

Leur différence réside dans le mode de fonctionnement. Le fraisage CNC consiste à maintenir la pièce en place pendant que l'outil de coupe tourne pour façonner la pièce. D'autre part, la définition du tournage CNC utilise un outil de coupe fixe et une pièce en rotation.

Quels produits pouvez-vous fabriquer avec des fraiseuses CNC ?

Les fraiseuses peuvent créer n'importe quel produit tant qu'il peut être conçu. Vous pouvez obtenir des pièces régulières et personnalisées, quelle que soit la complexité de leurs géométries.

Quel est le coût du fraisage CNC ?

Plusieurs facteurs affectent le coût du fraisage CNC, notamment la matière première, la conception des pièces, le type de fraiseuse, le volume de production et le post-traitement. Chaque élément joue un rôle unique dans la détermination du coût de votre projet de fraisage CNC.