Le fraisage CNC expliqué :fabrication de pièces de précision

Le fraisage CNC est un processus de fabrication soustractif utilisé par les ingénieurs pour se procurer des pièces de précision via un usinage CNC externalisé. Cet article explique le fonctionnement des fraiseuses CNC, les types de pièces qui peuvent être produits par fraisage et les directives de conception qui aident à optimiser la fabricabilité des pièces.

Le fraisage CNC combine un système de commande numérique par ordinateur avec un outil de coupe multipoint rotatif, ou fraise. Dans ce processus, la pièce est montée sur un banc de machine et la matière est retirée d'un bloc solide pour créer la géométrie finale. Le fraisage CNC est utilisé pour produire des pièces à partir de matériaux tels que le verre, le métal, le plastique, le bois et d'autres matériaux spécialisés. 

Ce guide décrit le fonctionnement des fraiseuses CNC, passe en revue les types courants de fraiseuses CNC et fournit des conseils de conception pour tirer le meilleur parti de la fabrication CNC externalisée. 

Comment fonctionnent les fraiseuses CNC ?

À un niveau élevé, le fraisage CNC suit un processus en quatre étapes. 

Étape 1 :Créer un modèle CAO

Les machinistes utilisent un logiciel de CAO tel qu'Autodesk Fusion 360 pour créer un modèle CAO d'un composant spécifique. 

Étape 2 : Convertir le modèle CAO pour la machine CNC

Le modèle CAO est importé dans le logiciel CAM. Le résultat est un ensemble d'instructions numériques, ou G-code, qui définissent les parcours d'outils, les positions et les vitesses pour usiner le composant. 

Étape 3 :Configurer la fraiseuse CNC

La pièce à usiner ou le bloc de matériau est fixé sur le bâti de la machine et aligné à l'aide d'outils de métrologie ou de palpeurs. L'outillage de broche est installé et toutes les étapes de configuration de la fraiseuse sont terminées. 

Étape 4 :Commencer le processus de fraisage 

Le programme est chargé et le cycle CNC démarre. Les outils de coupe spécialisés tournent à la vitesse de broche programmée pour enlever la matière de la pièce jusqu'à ce que la géométrie corresponde au composant souhaité. 

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

Le fraisage CNC et le tournage CNC utilisent tous deux une commande numérique par ordinateur, mais les processus diffèrent. Le tournage CNC produit des surfaces cylindriques ou coniques. La pièce tourne sur un tour pour effectuer la coupe, le perçage, le tournage et le filetage. Un outil de tournage à point unique reste en contact avec la pièce tout au long de l'opération.  

Le fraisage CNC génère des surfaces planes à l'aide d'une fraiseuse. Un outil de coupe multipoint rotatif enlève la matière et la coupe est intermittente en plusieurs étapes. 

Que sont les fraiseuses 3, 4 et 5 axes ?

Fraiseuses 3 axes déplacez l'outil de coupe le long des axes X, Y et Z pour enlever de la matière. Cette méthode est courante en raison des coûts de démarrage inférieurs et est utilisée pour des pièces simples avec une géométrie simple. 

Une fraiseuse 4 axes ajoute un axe rotatif, souvent l'axe A, qui fait tourner la pièce à couper autour d'un cylindre ou le long des côtés de la pièce. Il comprend toutes les capacités 3 axes avec une rotation supplémentaire. 

Une Fraiseuse 5 axes fournit un mouvement le long des trois axes linéaires ainsi qu'une rotation et une inclinaison pour un total de cinq axes. Cette configuration produit des géométries complexes telles que des composants aérospatiaux, des pièces en titane, des dispositifs médicaux et des pièces d'équipement à gaz. Il réduit le besoin de configurations multiples et prend en charge l'usinage en une seule étape pour une productivité plus élevée. 

Quels types de pièces pouvez-vous fabriquer avec des fraiseuses CNC ?

Les fraiseuses CNC produisent des conceptions complexes avec des tolérances très serrées. Il s’agit de l’une des méthodes de fabrication les plus précises disponibles. 

Exemples : 

• Composants aérospatiaux tels que les composants du train d'atterrissage et les structures du fuselage 

• Composants automobiles tels que les panneaux de commande, les essieux et les moules 

• Composants électroniques grand public tels que les boîtiers 

• Composants médicaux tels que instruments chirurgicaux et orthèses 

• Pièces de machines pétrolières et gazières telles que vannes, tiges, broches 

• Prototypage et modélisation

• Sculptures

• Meubles

• Travail du bois

Les fraiseuses CNC peuvent couper une large gamme de matériaux, notamment le bronze d'aluminium, le cuivre, la céramique, le contreplaqué, divers types d'acier, la pierre, le bois, le zinc et d'autres matériaux techniques. Cela rend le processus adapté aux prototypes dans le développement de produits. Des ajustements précis et rapides sont possibles jusqu'à ce que la conception finale soit obtenue. 

Bien que flexible, il existe des limites liées au mouvement des axes, à la taille du prototype et à la taille de l'outil. La plupart des machines ont des contraintes de forme et de taille. Les grandes machines CNC peuvent créer des prototypes mesurant jusqu'à 105 pieds sur 21 pieds.  

Les plus petites machines sont limitées à un mouvement allant jusqu'à 9 pouces le long de l'axe X, 5,125 pouces le long de l'axe Y et 6,5 pouces le long de l'axe Z. En raison des limitations de forme, certaines machines peuvent avoir des difficultés à percer des trous à bords carrés. 

Comment concevoir des pièces pour le fraisage CNC ?

De nombreux facteurs de conception doivent être pris en compte lors de la création de pièces pour le fraisage CNC. En général, les recommandations de nos ingénieurs mécaniques internes incluent : 

• Réduire les configurations : Moins de configurations réduisent le temps de cycle et les coûts, améliorant ainsi l’efficacité de la fabrication CNC externalisée. 

• Rayons d'angle internes : Les rayons des coins internes doivent être au moins un quart de la profondeur de coupe et de préférence environ la moitié de la profondeur de coupe, ou aussi grands que la conception le permet, pour des économies de coûts. Réduisez autant que possible la profondeur de la poche et utilisez des trous percés au lieu de fraiser des formes internes. 

• Parois minces et sections minces : Les sections minces peuvent fléchir et se déformer sous l'effet des forces d'usinage, même dans les métaux mous. Lorsque la fonction le permet, des sections plus épaisses augmentent le débit, réduisent les coûts et améliorent la finition de surface. 

• Taille des pièces : Les petites fonctionnalités nécessitent des outils petits et fragiles qui fonctionnent plus lentement et augmentent les coûts. Lorsque la fonction le permet, des fonctionnalités plus grandes améliorent la fabricabilité. 

• Standardisation : Les tailles de filetage standard, les rayons d'angle standard, les matériaux standard et les tolérances standard réduisent les coûts et les délais de livraison chez les fournisseurs. 

Les matériaux pour l'usinage CNC se répartissent généralement en trois groupes :les plastiques, les métaux mous et les métaux durs. 

Les métaux mous et certains métaux durs ont des tolérances strictes et sont relativement simples à usiner. Lorsqu'un matériau sort de la plage de dureté optimale et devient trop dur ou trop mou, il peut réagir de manière imprévisible pendant la fabrication et la précision de coupe est réduite. 

En conséquence, certains alliages sont utilisés plus souvent et sont considérés comme des normes industrielles. L'aluminium 6061-T6 et divers aciers doux sont populaires car ils sont faciles à usiner et offrent des propriétés bien équilibrées. 

Existe-t-il des astuces logicielles que les ingénieurs devraient connaître pour concevoir en vue de la fabricabilité ?

Les outils de CAO s'alignent bien avec les pièces simples à fabriquer en usinage CNC externalisé.  

Par exemple, Hole Wizard génère des trous de taille standard. Les fonctionnalités de base créées avec Extrude ou Revolve sont généralement usinées de manière plus prévisible que les surfaces complexes Loft ou Sweep.  

Les pièces modélisées avec des caractéristiques plus simples sont généralement plus faciles à produire en série que celles comportant des surfaces complexes. Si une fonctionnalité complexe n’est pas requise, une approche plus simple réduit souvent les coûts et les risques liés à la qualité. 

Comment tirer le meilleur parti du fraisage CNC avec Protolabs Network ?

Il existe de nombreuses façons de réduire les coûts et les délais de livraison du fraisage CNC. En général, une grande partie des avantages proviennent de la conception de pièces simples et standards. Les conceptions qui utilisent des fonctionnalités simples et des outils de taille standard ont tendance à donner des résultats cohérents. 

La complexité est acceptable lorsque cela est nécessaire, mais elle augmente les délais et les coûts. Une pièce simple avec des tolérances relativement serrées ou une caractéristique complexe peut être gérable en aluminium, tandis que la même géométrie en plastique peut être difficile pour une production en série. 

En résumé, les conceptions qui restent simples et standards lorsque cela est possible sont privilégiées. Des fonctionnalités complexes ou des matériaux spécialisés peuvent être requis à certaines étapes, mais ils rendent le fraisage plus intensif. 

Protolabs Network propose un réseau mondial de centres de fraisage 3 axes, 3+2 axes et 5 axes complets qui fabriquent des pièces précises et de haute qualité. Des devis gratuits et instantanés sont disponibles. 

Questions fréquemment posées

Quels matériaux le fraisage CNC utilise-t-il ?

Les matériaux pour le fraisage CNC se répartissent en trois catégories :les plastiques, les métaux mous et les métaux durs. Les options courantes incluent l'aluminium, le bronze, le cuivre, la céramique, le contreplaqué, l'acier, la pierre, le bois et le zinc. Dans la fabrication CNC externalisée, les ingénieurs choisissent généralement des matériaux faciles à usiner et présentant des propriétés équilibrées. 

Quelles sont les applications idéales de l’aluminium ?

L'aluminium est bien adapté au fraisage CNC car il s'écaille facilement et résiste à la corrosion. Les applications typiques incluent les raccords d'avions, le matériel architectural, les composants médicaux, les engrenages et les arbres. 

Quelles sont les meilleures alternatives à l’aluminium ?

L'acier et l'acier inoxydable sont des alternatives courantes pour l'usinage CNC. Ils offrent une résistance et une résistance à la température plus élevées et sont usinés de manière fiable. 

L'usinage CNC est-il la même chose que le fraisage ?

Le fraisage CNC est un type d'usinage CNC. La pièce à usiner est montée sur le banc de la machine et une fraise multipoint rotative enlève de la matière pour créer des pièces précises. 

Le fraisage CNC est-il cher ?

Il existe des moyens de réduire le coût du fraisage CNC. Si vous concevez des pièces simples et utilisez des outils de taille standard, vous pouvez augmenter vos chances de produire avec succès un composant à des coûts minimes. D'autres conseils de conception d'usinage CNC incluent l'ajout de rayons de coin internes aux pièces, l'évitement des parois et des sections minces d'une pièce et le choix de caractéristiques plus grandes plutôt que de plus petites.

Quelles sont les utilisations courantes du fraisage CNC ?

Le fraisage CNC est l'une des techniques de fabrication les plus précises, ce qui la rend idéale pour créer des conceptions complexes. Il peut être utilisé pour créer des produits tels que des composants aérospatiaux, des meubles, des composants médicaux, des prototypes, des pièces en titane et du travail du bois. 

Quelles sont les usines couramment utilisées dans la fabrication ? 

Les fraiseuses les plus couramment utilisées dans la fabrication sont les lasers CNC, les tours CNC, les fraiseuses CNC, les découpeuses plasma CNC et les routeurs CNC. La machine CNC de votre choix dépendra de votre processus préféré et du type de produit que vous souhaitez fabriquer. 

Qu'est-ce qu'une fraiseuse CNC ?

Le fraisage CNC est une méthode de fabrication précise permettant de créer des conceptions complexes avec des tolérances serrées. Les applications courantes incluent les composants aérospatiaux, les composants médicaux, les prototypes, les composants en titane, les éléments de mobilier et les pièces de menuiserie. 

A quoi sert une fraiseuse CNC ?

Les équipements CNC courants utilisés dans la fabrication comprennent les fraiseuses CNC, les tours CNC, les routeurs CNC, les découpeuses laser CNC et les découpeuses plasma CNC. Le choix dépend du procédé et de la pièce à réaliser. 

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