Comparaison des processus d'usinage CNC :un guide complet pour choisir la bonne méthode

Une pièce doit-elle être tournée ou fraisée ? L'usinage 3 axes est-il suffisant ou le projet nécessite-t-il un usinage 5 axes ? D'accord, une mauvaise sélection du processus d'usinage CNC peut entraîner des retards coûteux, des tolérances ou des dépenses excessives. Dans cette comparaison des processus d'usinage CNC, nous décrirons chaque méthode principale ainsi qu'un aperçu concis d'une manière claire et pratique. 

Espérons que cela aidera à prendre des décisions rentables et adaptées aux spécificités du projet. Alors, allons-y !

Aperçu du processus de fabrication CNC

"Les processus d'usinage CNC font référence à un ensemble de processus de fabrication qui impliquent l'enlèvement de matière d'une pièce afin de façonner une certaine pièce."

Chacun de ces processus est géré à l’aide d’un ordinateur, ce qui permet de déplacer les outils avec une précision extrême. C'est la raison pour laquelle CNC signifie Computer Numerical Control. Contrairement à l’impression 3D, il s’agit d’une méthode de fabrication soustractive, ce qui signifie que l’on utilise plus de matière que nécessaire initialement et que l’excédent est progressivement éliminé afin de révéler la forme souhaitée. 

Eh bien, cette méthode est répandue, en particulier dans des secteurs comme la fabrication, en raison de sa précision et de sa cohérence exceptionnelles.

Pourquoi existe-t-il autant de types de processus différents ?

C’est une question qui vient à l’esprit de nombreux professionnels de la conception et de l’ingénierie. La réponse est plutôt simple :chaque composant est différent. Certains peuvent avoir des trous et des courbes, tandis que d'autres peuvent avoir besoin d'avoir des finitions lisses ou des bords tranchants. Par conséquent, il n’existe pas d’approche unique pouvant être utilisée pour toutes les formes, tailles et matériaux. 

Pour répondre à toutes ces exigences, différents processus ont vu le jour. Chacun d'eux répond à une tâche spécifique, qu'il s'agisse de couper des blocs de métal, de façonner des cylindres ou de finir des surfaces.

Dans ce blog, nous expliquerons les différents types de processus afin que vous puissiez en avoir une meilleure perspective. Tout d’abord, jetons un coup d’œil rapide à chacun.

Processus basés sur le fraisage

Avec le fraisage CNC, la pièce reste immobile tandis que l'outil de coupe tourne et extrait la matière comme si elle décollait des couches. Cette approche est optimale pour les composants présentant des surfaces planes, des fentes ou des poches. 

Ce processus est souvent utilisé pour la conception et d’autres composants d’ingénierie nécessitant des trous, des angles et des formes tridimensionnelles complexes. Eh bien, le fraisage CNC est un processus précis et flexible qui fonctionne avec les métaux et les plastiques.

Processus basés sur le tournage

Le tournage CNC fonctionne légèrement différemment. Dans ce cas, la pièce peut tourner tandis que l’outil reste immobile. L'outil effectue des opérations de coupe le long de la surface de la pièce. 

C’est donc idéal pour produire des composants circulaires ou cylindriques tels que des tiges, des tuyaux et des arbres. De manière générale, le tournage est plus courant que le fraisage et est particulièrement utile lorsque les composants nécessitent une symétrie par rapport à une ligne médiane, et est un peu plus rapide que le fraisage.

Processus de création de trous

Il existe plusieurs options pour ajouter des trous. Un foret rotatif effectue généralement le perçage CNC le pire et le plus basique. Pour une précision accrue et des finitions de surface améliorées, les trous peuvent également être percés et alésés. 

L'alésage augmente la taille d'un trou tout en améliorant sa position, et l'alésage donne la touche finale avec une taille spécifique et une surface super lisse. D'accord, ces processus sont souvent effectués en combinaison pour augmenter l'efficacité totale des pièces.

Autres méthodes CNC

Il existe d'autres catégories de processus de fabrication CNC qui méritent attention en plus des plus courantes mentionnées ci-dessus. 

• Le meulage est le processus de finition ou de lissage d'une surface à l'aide d'un rouet. 
• L'EDM, ou usinage par décharge électrique, est un autre processus qui utilise des étincelles électriques pour éroder les métaux durs. 

Ces techniques sont indispensables lorsque des détails complexes ou des finitions de haute qualité sont nécessaires au-delà des capacités des outils conventionnels.

Chaque méthode a des fonctions spécifiques à exécuter dans l’usinage CNC. Certaines méthodes conviennent mieux aux formes plates et d’autres aux formes rondes ou aux détails complexes. C'est pourquoi connaître ces différents types de procédés d'usinage CNC est crucial pour préparer un projet. Il vous aide à éviter les erreurs en vous permettant de sélectionner le bon outil pour la tâche.

[Comparaison principale] Face-à-face :comparaison approfondie des principaux processus CNC

Très bien ! Maintenant, ici, dans cette section, nous allons analyser les différences entre les processus d'usinage CNC, leur principe, leurs avantages, leurs inconvénients, leurs applications, etc. Restez connecté !

Fraisage CNC vs tournage

Routage CNC ou fraisage ? Voyons cela maintenant ! Le fraisage CNC et le tournage CNC sont les deux principaux processus de fabrication soustractive au sein de la CNC. Les deux processus éliminent de la matière d’une pièce solide, mais leurs mécanismes de mouvement diffèrent. Le fraisage utilise un outil de rotation et une pièce fixe, et le tournage fait tourner la pièce contre un outil fixe.

Différence fondamentale

Dans lequel des deux processus l’outil ou la pièce tourne-t-il ? C'est la distinction clé.

• Dans le fraisage CNC, l'outil de coupe est la pièce qui tourne lorsque la pièce est stationnaire.
• En tournage CNC, la pièce tourne et l'outil de coupe est stationnaire.

Pièces appropriées

• Le fraisage est particulièrement adapté aux pièces carrées, plates ou irrégulières présentant des caractéristiques complexes.
• Le tournage est idéal pour les pièces cylindriques, rondes et rotatives.

Comment ça marche

Dans le fraisage CNC, un outil de coupe rotatif traverse une pièce fixe le long des axes X, Y et Z pour enlever de la matière et façonner des contours complexes.

En tournage CNC, la pièce est fixée dans un mandrin et tournée à des vitesses de rotation élevées. Un outil statique se déplace le long de la surface pour former les éléments cylindriques.

Avantages du fraisage CNC

+ Capacités de précision avancées : Une fraiseuse est l'une des meilleures options lorsqu'il s'agit de composants complexes et multiformes avec des exigences de haute précision.

+ Capacité matérielle polyvalente : Capable de travailler avec des matériaux difficiles tels que l'acier, le titane, l'aluminium et même les plastiques techniques.

+ Capacité multifonctionnelle : Effectue diverses opérations telles que le perçage, le rainurage, le contourage et la finition de surface en une seule configuration.

Inconvénients du fraisage CNC

– Inefficacité du temps pour les pièces rondes : Ce n'est pas une bonne approche pour les composants rotatifs ou cylindriques, car l'efficacité en termes de temps et de ressources est faible.

– Usure accélérée des outils : L'équipement peut subir une usure plus rapide en raison de l'augmentation du contact avec la surface lorsque des coupes sur plusieurs axes sont effectuées, en particulier avec des métaux plus durs.

– Préparation initiale élevée : Il nécessite une programmation et une configuration CAM détaillées pour les pièces avancées.

Avantages du tournage CNC

+ Rapide et efficace pour les composants ronds : Efficace pour créer rapidement et avec précision des composants symétriques tels que des arbres, des tiges et des bagues.

+ Coût opérationnel réduit : Les centres de tournage sont moins chers et plus rapides pour la production en vrac de pièces cylindriques.

Inconvénients du tournage CNC

– Restriction de surface cylindrique : Pas efficace pour les formes plates, angulaires ou autres formes complexes.

– Outillage limité : L'outillage, par rapport au fraisage, contient moins de variétés et d'options.

– Accès limité aux outils : Les outils de tour standard peuvent ne pas avoir la capacité d'atteindre certaines géométries.

Applications appropriées du fraisage CNC

• Composants aérospatiaux : La CNC est utile pour fabriquer des supports, des supports et des composants structurels à haute tolérance.

• Boîtier pour équipement médical : Les composants de boîtier et de structure sont cruciaux pour les équipements médicaux et doivent être produits avec précision.

• Fabrication de matrices et de moules : Ils sont utiles pour l'usinage d'empreintes, les bases de moules et les inserts de précision.

Applications appropriées du tournage CNC

• Fabrication d'arbres et de pièces d'essieu : Crée des arbres et des axes cylindriques longs et uniformes avec des diamètres constants.

• Tuyaux et pièces filetées : Idéal pour les trous filetés internes et externes et les surfaces coniques.

• Rotors et moyeux automobiles : Couramment produit pour des pièces telles que les freins automobiles et les moyeux de roue.

Fonctionnalité
Fraisage CNC
Tournage CNC Type de mouvement Outil rotatif, partie fixePièce rotative, outil fixeFormes idéales Pièces complexes plates et 3DCylindrique et symétriqueConfiguration des axes 3 à 5 axesGénéralement 2 axesTemps de configuration Configuration plus longueConfiguration plus rapideVitesse pour les tours Plus lentBeaucoup plus rapideFlexibilité de conception ÉlevéLimité aux fonctionnalités arrondies

Usinage CNC 3 axes ou 5 axes :du basique à l'avancé

L'usinage 3 axes et 5 axes sont tous deux des types de fraisage CNC, mais ils diffèrent par la rotation de l'outil et de la pièce. 

En usinage 3 axes, l'outil se déplace sur 3 axes linéaires :X, Y et Z, avec la pièce à l'arrêt. Dans l'usinage 5 axes, l'outil ou la table est également capable de s'incliner ou de tourner, offrant 2 degrés de mouvement supplémentaires, soit 5 degrés de mouvement au total.

Principe de fonctionnement

En usinage 3 axes, l'outil est vertical et se déplace uniquement dans une direction linéaire, ce qui ne peut être obtenu que par rotation. La pièce à usiner est immobile, ce qui signifie qu'il n'y a qu'une quantité limitée de géométrie pouvant être fabriquée sans repositionnement.

Quant à l'usinage 5 axes, il offre un accès à la pièce sous pratiquement n'importe quel angle, car l'outil ou la table de travail peut s'incliner et tourner. Cela minimise le nombre de configurations et facilite l'accès aux surfaces difficiles à atteindre.

Avantages de l'usinage 3 axes

+ Coût de maintenance réduit : Les machines à 5 axes sont plus coûteuses à installer et à entretenir.

+ Efficace pour les pièces de base : Fonctionne bien avec les tâches planaires telles que le perçage, la création de poches ou le surfaçage.

+ Une plus grande accessibilité : On le trouve souvent dans les petits ateliers CNC et autres ateliers en raison de leur conception simple.

photo

Figure n°5. Usinage CNC 3 axes

Inconvénients de l'usinage 3 axes

– Inexactitudes de temps et d'erreur plus importantes : Les pièces doivent être repositionnées, ce qui augmente les risques de temps et d'erreurs dus à plusieurs configurations.

– Précision inférieure : Plus grand risque de baisse de précision pour les travaux complexes, en raison d'une production plus lente due au repositionnement manuel et à l'augmentation des changements d'outils.

– Pas efficace pour les cavités profondes : Un plus grand risque d'obtenir une précision inférieure, car la machine nécessite des outils plus longs et augmente les vibrations.

Avantages de l'usinage 5 axes

+ Nombre réduit de configurations : Plus de chances de réduire le temps d'usinage, car les pièces sont continuellement repositionnées au lieu d'être serrées.

+ Réduction améliorée de l'usure : Les outils dégradés sont moins sensibles aux angles optimaux, améliorant ainsi la durée de vie restante des outils.

+ Meilleure finition de surface : Permet des finitions plus lisses pour les surfaces profilées.

Inconvénients de l'usinage 5 axes

– Investissement initial élevé : Nécessite des machines coûteuses, des logiciels avancés, du personnel formé et du matériel sophistiqué.

– Programmation complexe : Des concepteurs de FAO qualifiés et des simulations avancées sont nécessaires pour éviter les collisions et les dommages au produit.

– Pas toujours nécessaire : Les pièces simples pouvant être réalisées avec l'usinage 3 axes ne justifient pas les coûts et la complexité de cette configuration.

Usinage 3 axes :applications adaptées

• Plaques plates et boîtiers : Idéal pour l'usinage plan des plaques de montage et des couvercles de boîtier.

• Bases de moule : Utilisé pour l'usinage grossier des poches creuses et la finition des surfaces planes dans l'industrie des outils et matrices.

• Gravure et signalisation : Fréquemment utilisé pour graver des logos et des formes sur des feuilles métalliques et plastiques.

• Pièces industrielles de base : Convient aux pièces telles que les blocs, les supports et autres composants de fixation simples.

Usinage 5 axes :applications adaptées

• Aubes de turbine aérospatiale : Idéal pour les composants à poches profondes et très profilés.

• Implants médicaux : Utilisé dans des composants complexes tels que les articulations de la hanche, les pièces dentaires et orthopédiques.

• Pièces de performance automobile : Aide à obtenir des structures optimisées et légères dans les moteurs et les pièces de suspension.

Fonctionnalité
Usinage 3 axes
Usinage 5 axes Degrés de liberté X, Y, ZX, Y, Z + A (rotation), B (inclinaison)Meilleur pour Géométries simples et platesComposants complexes multi-surfacesTemps de configuration Plus long pour les pièces complexesMinimal grâce à l'usinage en une seule configurationFacilité de programmation FacileComplexe et avancéCoût de l'équipement InférieurHautFinition de surface BonExcellent grâce à des angles d'outil optimaux

Fraisage CNC et routage

Le fraisage CNC et le routage CNC sont tous deux des processus qui impliquent l'utilisation d'un outil rotatif pour couper et enlever de la matière. Bien que les deux partagent une base commune, les machines qui les exécutent diffèrent considérablement, principalement en raison des matériaux avec lesquels elles travaillent, de la précision requise et du cas d'utilisation.

Mécanisme d'opérations

Une fraiseuse CNC fonctionne avec un corps robuste qui contient un outil de coupe pouvant avancer dans 3 directions linéaires ou plus. Cela permet de façonner des matériaux durs avec un haut degré de précision.

Un routeur CNC fonctionne plus rapidement qu'une fraiseuse CNC car il utilise une machine plus agile. Cette machine fait tourner une fraise à un régime élevé pour couper rapidement des matériaux mous comme le bois et la mousse. 

Avantages du fraisage CNC

+ Résistance accrue aux chocs : Les fraiseuses CNC utilisent un corps robuste. Cela leur permet de mieux absorber les chocs vibratoires. Ainsi, les fraiseuses CNC offrent une meilleure précision et fiabilité lorsque vous travaillez avec des matériaux durs.

+ Polyvalence dans le traitement des matériaux : Capable de traiter des matériaux durs comme les métaux et alliages (acier, aluminium), les plastiques techniques, ainsi que les plastiques techniques plus souples.

+ Capacité à prendre en charge des processus robustes  :des processus complexes, notamment le perçage de poches, le perçage et le contourage, peuvent être réalisés dans une seule configuration.

Inconvénients du fraisage CNC

– Vitesse réduite : Les matériaux durs et la précision qui leur est associée augmentent le temps nécessaire au fraisage CNC par rapport aux autres technologies.

– Augmentation des dépenses : Les coûts de maintenance et d'achat d'une fraiseuse sont plus élevés que ceux d'une défonceuse si l'on compare les processus d'usinage CNC. 

Avantages du routage CNC

+ Vitesse de coupe élevée : Le routage CNC est particulièrement efficace pour les matériaux plus tendres tels que le bois, les plastiques et la mousse, car ils peuvent être traités rapidement.

+ Faible coût de la machine : Les routeurs CNC sont généralement plus abordables, ce qui les rend faciles à acquérir pour les nouveaux ou les petits ateliers et entreprises.

+ Configuration légère : Plus facile à installer et à utiliser pour les travaux à petite échelle tels que les installations et les déménagements pour des projets.

Inconvénients du routage CNC

– Moins précis : Les routeurs CNC sont moins précis en raison de la légèreté du cadre, ce qui les rend inadaptés aux pièces complexes ou précises.

– Plus de vibrations : Ceci est particulièrement important avec des coupes plus profondes ou plus denses.

– Durée de vie de l'outil plus courte : L'usure des outils est plus prononcée avec des vitesses de broche élevées et des matériaux durs, ce qui entraîne une durée de vie réduite de l'outil.

Utilisations idéales du fraisage CNC

• Fabrication de composants métalliques : Dans la production de pièces telles que des composants de moteur, des moules ou des boîtiers mécaniques, leur fabrication nécessite de la précision.

• Fabrication d'outils et de matrices : Excellent pour produire des matrices et des accessoires personnalisés pour les configurations de fabrication.

• Pièces aérospatiales et médicales : Idéal pour les composants nécessitant une résistance rigoureuse et des tolérances précises.

Utilisations idéales du routage CNC

• Projets de menuiserie : Idéal pour la création de meubles, enseignes en bois, armoires et panneaux décoratifs.

• Découpe de mousse et de plastique : Couramment utilisé dans la découpe de mousse d'emballage, de feuilles acryliques, de panneaux en PVC et de matériaux en mousse et pour panneaux.

• Détourage composite : Utile dans les industries marine et automobile pour les pièces en fibre de verre et en fibre de carbone.

Fonctionnalité
Fraisage CNC
Routage CNC Rigidité des machines HighLowDifférence fondamentale Conçu pour la précision et les coupes difficilesConçu pour la vitesse sur les matériaux souplesMatériaux appropriés Métaux, plastiques dursBois, plastiques souples, mousseVitesse de coupe Plus lentPlus rapideNiveau de précision Très élevéModéréIndustries d'application Aérospatiale, automobile, outillageFabrication d'enseignes, mobilier, emballageCoût et configuration Configuration coûteuse et complexeInstallation abordable et plus simple

Le trio de créateurs de trous : Fraisage CNC vs perçage vs. Alésage vs. Alésage

Forage : La création d'un trou dans un matériau solide à l'aide d'un foret est appelée perçage. C'est la première étape du processus de création de trous.

Ennuyeux :  Ok, parlons maintenant du perçage CNC et de l'alésage. L'alésage est le processus d'agrandissement d'un trou à l'aide d'un outil de coupe à pointe unique, ce qui améliore sa précision cylindrique.

Alésage : Vous penserez maintenant au perçage CNC et à l’alésage. Ok, l'alésage est la dernière étape du processus. Il lisse et agrandit un trou pré-percé ou percé pour lui donner une dimension spécifique et une surface lisse.

Différence fondamentale

Le perçage crée le trou initial, tandis que l'alésage aligne et agrandit le trou, et l'alésage lisse le trou aux mesures exactes et à la finition de surface requises.

Avantages du forage

+  C'est rapide et rentable

+ Le perçage est flexible pour tous les matériaux

+ Idéal pour les opérations précédentes

Inconvénients du perçage

–  Il ne peut pas être utilisé lorsque la précision du diamètre du trou est critique.

– Les murs intérieurs peuvent être rugueux.

– Les surfaces pliées et incurvées peuvent entraîner la flexion des forets.

Avantages de l'ennui

+ Prend soin des irrégularités et des désalignements.

+ Meilleur alignement du trou dans l'axe de rotation.

+ Capable de créer des trous de plusieurs tailles tout en utilisant le même corps d'outil.

+ Excellent pour corriger les défauts des trous percés.

Inconvénients de l'ennui

– On ne peut pas créer un trou à partir de rien

– Le temps d'achèvement est plus long que le forage.

– Impossible de fonctionner dans des paramètres à grande vitesse.

–

Avantages de l'alésage

+ Les surfaces créées peuvent être des surfaces de trous vers l'intérieur avec des miroirs.

+ Contrôle strict de la taille du trou avec une précision de quelques microns.

+ Idéal pour les volumes élevés et les exigences exactes en matière de trous.

Inconvénients de l'alésage

– Impossible de fonctionner sans trou.

– Sensible au désalignement.

– Restrictions d'un seul outil à un diamètre défini.

Fonctionnalité
Forage
Ennuyeux
Alésage Objectif principal Création de trousAgrandissement et alignement des trousFinition des trousPrécision des trous Faible (±0,1 mm typique)Moyen (±0,05 mm typique)Élevé (±0,01 mm ou mieux)Finition de surface RoughImprovedLisse à type de miroirType d'outil Foret hélicoïdalBarre d'alésage à un pointAlésoir multi-bordsPeut démarrer un trou OuiNonNonTaux d'enlèvement de matière ÉlevéMoyenFaible

Comment choisir le bon processus d'usinage CNC pour votre projet

Il est important de comprendre les exigences précises de fabrication de votre pièce avant de choisir un processus d’usinage CNC. Cet organigramme simple expliquera comment choisir le processus d'usinage CNC en étapes simples.

Étape 1. Évaluer les caractéristiques de la pièce

Examiner le plan est un bon début. Pour les pièces principalement cylindriques, le tournage CNC fonctionnera bien. Les pièces complexes et prismatiques comportant des compteurs ou des poches sont mieux traitées à l'aide du fraisage CNC. Pour les trous cylindriques, un perçage, un alésage ou un alésage peut être effectué en fonction du diamètre et de la finition.

Étape 2. Classification des matériaux

Les matériaux souples tels que le plastique ou le bois sont mieux gérés grâce au routage CNC. En revanche, il est préférable de broyer ou de broyer les métaux durs. De plus, le meulage est préférable pour les aciers trempés et pour les surfaces ultra-lisses.

Étape 3. Excellentes fonctionnalités et options de précision   

Si votre conception inclut des tolérances serrées avec des ajustements vitaux tels que des pièces aérospatiales ou médicales, il est alors préférable de les résoudre par le fraisage ou le meulage. Pour une précision générale, le tournage et le fraisage sont également suffisants.

Étape 4. Examiner le volume et le coût de production

En termes de volume de production global, les processus de tournage et de fraisage sont assez efficaces lorsqu'ils sont exécutés automatiquement. Les pièces nécessaires en exemplaires uniques ou en prototypes peuvent être produites rapidement par usinage ou routage manuel. Cela dépend du type de matériau.

Tableau récapitulatif de comparaison rapide

Critères
Fraisage CNC
Tournage CNC
CNC 5 axes
Forage
Ennuyeux
Alésage Géométrie de la pièce Surfaces 3D plates, prismatiques et complexesCaractéristiques cylindriques et concentriquesPièces multifaces très complexesTrous simplesTrous agrandisDimensionnement final du trouAdéquation des matériaux Métaux, plastiques, compositesMétaux, plastiquesMétaux, alliages, compositesMétaux, plastiquesMétauxMétaux, certains plastiquesPrécision ÉlevéMoyen à élevéUltra-élevéMoyenÉlevéTrès élevéFinition de surface Lisse à très finBonExcellentRough à bonAmélioré par rapport au perçageExcellentAccès aux outils 3 axes (quelques limites)Mono-axeMulti-angles, contre-dépouilles possiblesLigne droite uniquementLigne droite uniquementLigne droite uniquementVolume de production Faible à moyenMoyen à élevéFaible à moyenÉlevéMoyenMoyenCoût ModéréFaible à modéréÉlevéFaibleModéréModéréCas d'utilisation typique Boîtiers, supports, surfaces complexesArbres, bagues, pièces rondesPièces aérospatiales, implants médicauxCréation de trousAffinement du diamètre du trouDimension finale et précision de la surface

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5) Conclusion :il n'existe pas de « meilleur » processus, seulement le choix le plus approprié

Très bien ! Nous avons donc vu que chaque méthode d’usinage de précision présente ses propres avantages et inconvénients. Et la sélection ne peut se faire qu'en fonction du type d'exigences du projet. D'accord, nous avons essayé de vous fournir des comparaisons distinctes de processus d'usinage CNC, des conseils professionnels et une structure bien définie pour soutenir votre choix. Alors, utilisez-le pour choisir en toute confiance le meilleur processus d’usinage pour votre prochain composant. Bonne chance !