Découpe d'angles internes nets de 90° sans EDM :tirer parti de l'orientation de la broche

Pourquoi l'usinage d'angles droits internes est-il si difficile ?

En fraisage CNC, obtenir des angles internes nets n'est pas seulement difficile, c'est souvent physiquement impossible avec des outils standards.

Problème principal

Le fraisage CNC utilise des outils rotatifs qui ne peuvent pas couper parfaitement les coins internes à 90°. Le rayon de l'outil laisse un coin interne incurvé, appelé « R résiduel ». Cette forme ne répond pas aux exigences d'angle droit des fentes carrées.

Solutions traditionnelles

• Usinage par électroérosion (EDM) :précis, mais lent et coûteux.
• Grainage/rainurage :nécessite un équipement spécial.
• Finition manuelle :sujette aux incohérences et aux imprécisions.

Avantages de l'orientation de la broche

L'orientation de la broche permet de positionner la broche selon un angle spécifique, généralement précis à 0,2°, en utilisant le retour de l'encodeur du moteur. En utilisant des fraises à angle droit personnalisées, des fentes à angle droit peuvent être usinées sans configuration supplémentaire ni opérations secondaires. L'outil est automatiquement récupéré du magasin, permettant un usinage continu et répétable.

Avantages spécifiques

• Usinage de fentes de précision  : Les outils personnalisés découpent des fentes internes à des angles contrôlés.
• Usinage à configuration unique : Pas besoin de resserrer la pièce. L'alignement est simplifié.
• Économique  : Élimine les processus EDM ou tiers, en particulier dans les petits lots.

La clé consiste à intégrer cette fonctionnalité grâce à une programmation intelligente, une conception d’outils personnalisée et le développement de systèmes CNC. Cela peut être fait sans mise à niveau majeure de l'équipement.

Étude de cas : Pièce cylindrique en aluminium avec fentes à angle droit

Ces pièces en aluminium étaient utilisées dans des équipements de communication de qualité militaire. Le matériau était de l’aluminium 6061-T6. Chaque partie avait 20 fentes internes profondes et étroites à angle droit. Les angles internes pointus étaient essentiels pour les rails coulissants pour PCB. (Les dessins ont été simplifiés.)

Dimensions clés

• Profondeur de fente :13,5 mm
• Largeur de fente :4,0 mm
• Exigence relative au rayon d'angle interne :R ≤ 0,2 mm
• Tolérance sur la largeur de la fente :±0,05 mm

Comment obtenir des angles vifs sans EDM ?

L'EDM n'est pas le seul moyen de créer un angle droit interne si vous êtes équipé des bons outils et techniques. Voici comment cela fonctionne :

1. Analyse de la conception et évaluation des exigences

Un examen préliminaire a montré que les fraises standard laissaient un rayon d'environ 2 mm, ce qui est bien au-delà de la limite acceptable. Les options semblaient être :

• GED
• Création secondaire à l'aide de machines spéciales (impossible en raison du faible volume et des délais serrés)

L'équipe d'ingénierie a plutôt choisi une méthode de placement personnalisée. Ils ont utilisé une orientation d'angle de broche arbitraire et des outils de micro-rainurage spécialement conçus.

2. Configuration de la machine

• Modèle de machine :VH-85 avec système de contrôle FANUC Oi-MF
• Outils :Outils de rainurage sur mesure en acier à outils allié, de 4,0 mm d'épaisseur, conçus pour la coupe en plongée.
• Réglage de l'angle de broche  :obtenu grâce à la personnalisation du système CNC à l'aide des codes M88/M89 et des paramètres du schéma à contacts.

3. Stratégie de trajectoire d'outil :5 étapes pour l'usinage de rainures à angle vif

Pour réaliser un usinage à angle vif sans recourir à l'électroérosion, l'équipe d'ingénierie a développé une stratégie d'usinage claire et efficace en cinq étapes. L'accent est mis sur l'organisation logique de la séquence d'outils et l'utilisation du contrôle de l'angle de broche pour améliorer la précision de l'usinage. Vous trouverez ci-dessous une version simplifiée de ce processus :

Étape 1 :Usinage d'ébauche du contour général

Une fraise en bout de 10 mm de diamètre est utilisée pour effectuer la découpe initiale de la cavité interne. Le but de cette étape est d'enlever rapidement la majeure partie du matériau et de préparer la finition ultérieure.

Étape 2 :Terminer l'usinage du contour intérieur et des surfaces

Une fraise en bout de 8 mm de diamètre est ensuite utilisée pour affiner le contour intérieur et la finition de surface. Le contour extérieur reste connecté au brut pour maintenir le support structurel pour le processus de fraisage de rainures suivant.

Étape 3 :Ébauche de la fente à angle droit

Une fraise en bout de 3 mm est utilisée pour ébaucher la fente droite de 4 mm de large, réduisant ainsi le volume de matériau et la charge de coupe pour l'opération ultérieure de rainurage à angle droit.

Étape 4 :Fraisage en plongée orienté broche

A l'aide d'une commande personnalisée (M98S…), la broche est orientée précisément vers la position du premier emplacement (dans ce cas, M98S0). Un sous-programme est appelé pour plonger le broyeur et terminer la première fente horizontale. Cette entrée de style plongeant s'apparente un peu au « rasage » et est plus adaptée à la production de bords nets et nets à angle droit. Après avoir terminé une fente, la broche tourne de 18° et continue jusqu'à ce que toutes les fentes soient terminées.

Étape 5 :Séparation de la pièce finie du stock

Le profil extérieur est découpé pour séparer la pièce finie du stock, suivi d'une finition et d'un chanfreinage du bord extérieur. Ceci marque la fin du processus d'usinage.

Conseils pratiques :Comment garantir la précision à chaque coupe ?

Les machines CNC sont généralement équipées d'une commande d'orientation de broche « M19 », qui verrouille la broche à un angle fixe. Toutefois, cet angle est constant et immuable. En modifiant le système de commande CNC, il devient possible d'obtenir l'orientation de la broche à n'importe quel angle souhaité, améliorant ainsi considérablement la flexibilité. C'est la combinaison des conseils suivants qui a permis à l'équipe de mener à bien la tâche :

Test de coupe pour un réglage précis

Avant l’usinage proprement dit, des tests de coupe ont été effectués sur des chutes de matériaux. Une sonde mesurait l'angle après chaque coupe. Les résultats étaient affichés sur l'écran de la machine et utilisés pour ajuster les données d'angle dans le programme principal en temps réel.

Verrouiller l'angle

Une fois l’outil aligné et l’angle réglé, il reste inchangé pour tout le lot. Cela évite le recalibrage lors du changement d'outils ou de pièces.

Configuration du positionnement de la broche FANUC Oi-MF

Après la configuration, la broche peut être positionnée à n'importe quel angle en utilisant M88S… dans le programme. Utilisez M89 pour quitter le mode.

• Réglez K0013.2 sur « 1 » sous « SYSTÈME »> « Maintenance PMC »
• Définissez le paramètre 3729 S1 sur "1"
• Définir les codes utilisateur :"M88" pour activer, "M89" pour désactiver

EDM traditionnel contre. Positionnement de la broche

InformationsMéthode EDM traditionnelleMéthode de positionnement de brocheTemps d'une seule pièce153 minutes28 minutesRayon de coin<0,15 mm<0,2 mmRugosité de surfaceRa 1,6-2,0Ra 1,2-1,6CoûtÉlevé (électrodes)Faible (outils personnalisés)Flux de processusExternalisé, configurations multiplesConfiguration unique, tout-en-un

D'après le tableau ci-dessus, on peut voir que le rayon minimum (R) de l'angle droit est très proche des valeurs obtenues par EDM. Ce R est intentionnellement créé pour empêcher l’écaillage de l’outil lors d’une coupe de type « rasage » lorsque l’outil ne tourne pas. Un petit rayon est meulé sur le bord de l'outil pour améliorer la résistance aux chocs.

Si vous usinez des matériaux mous et non métalliques comme les plastiques, ce R n'est pas nécessaire et un coin droit théorique R =0 peut être obtenu. Dans la plupart des cas, un rayon de R 0,2 mm ou moins est considéré comme acceptable pour les angles droits. Compte tenu de tous les facteurs, la technologie d'orientation de broche offre un net avantage en termes de rentabilité.

Résumé de l'expérience pratique

• Assurer l'alignement des outils et des pièces  :L'usinage à angle vif est extrêmement sensible à l'orientation de l'outil :même un écart de 0,5 ° peut affecter les performances de coupe.
• Choisissez un système de serrage à haute rigidité  :L'utilisation d'un porte-outil fretté offre une rigidité nettement supérieure à celle des pinces ER traditionnelles, ce qui le rend particulièrement adapté aux cavités étroites et profondes.
• Évitez de supprimer l'outil en cours de processus :Si un outil est retiré du magasin, l'angle doit être réinitialisé. Il est préférable de terminer l'ensemble du lot sans changer d'outil.