Les solutions de serrage CNC que tout fabricant devrait connaître

L'usinage CNC est une méthode de fabrication traditionnelle qui utilise des outils de coupe et la rotation pour effectuer une série prédéterminée de coupes sur un bloc solide de matériau. Les opérations de découpe sont dérivées de fichiers de conception numériques, qui peuvent être distribués simultanément à plusieurs machines CNC, permettant aux fabricants de produire plusieurs copies d'une pièce plus rapidement.

Bien que l'usinage soit un processus polyvalent capable de produire de manière fiable des pièces très précises et précises - pourquoi il est souvent utilisé pour créer des composants automobiles, médicaux et aérospatiaux critiques - la nature inhérente du processus crée des limites à la géométrie qu'il est possible de créer avec l'usinage CNC. Les éléments de conception tels que les angles internes pointus, par exemple, sont difficiles à créer avec des outils ronds et rotatifs, tandis que les éléments de contre-dépouille tels que les queues d'aronde et les rainures en T sont difficiles, voire impossibles, à atteindre avec des outils standard.

Un autre problème potentiel concerne le maintien de la pièce ou la manière dont la pièce est fixée en place pendant le processus d'usinage. Si les pièces sont difficiles à saisir ou mal saisies, la viabilité de la pièce, le calendrier de production et le coût unitaire peuvent tous être affectés négativement.

Voici ce que les fabricants doivent savoir pour tirer le meilleur parti de leurs solutions de serrage.

Les bases du serrage CNC

La façon dont une pièce est maintenue peut affecter de manière significative un certain nombre de facteurs logistiques, y compris les trajectoires d'outils viables, les surfaces de la pièce qui seront usinables sans configurations supplémentaires, ainsi que la vitesse et la force autorisées des outils de coupe. Les composants de serrage de base tels que les mâchoires, les étaux et même la table de la machine peuvent limiter la capacité des outils de coupe à accéder à la pièce, ce qui peut entraîner plus de temps passé à configurer la pièce, au lieu de faire fonctionner la broche.

Cependant, tout comme la façon dont l'usinage CNC 5 axes fournit aux outils de coupe et aux pièces des capacités de rotation supplémentaires pendant la production, les solutions de serrage 5 axes peuvent considérablement améliorer l'efficacité de la fabrication de pièces nécessitant un usinage sur la plupart ou sur tous les côtés.

Utilisées en tandem, les solutions d'usinage et de serrage multi-axes permettent de placer les pièces dans une position optimale, de les saisir une fois, de les usiner, puis de les changer rapidement. Ceci est souvent réalisé via des systèmes de changement rapide à point zéro, qui garantissent un placement fiable des pièces tout en permettant aux composants d'être efficacement transférés vers d'autres machines pour des opérations secondaires selon les besoins.

Lorsqu'ils sont correctement mis en œuvre, les systèmes de serrage CNC peuvent améliorer l'efficacité de la production en minimisant le temps nécessaire pour configurer et changer les pièces. Les solutions de serrage aident à rendre les processus de production reproductibles, ce qui contribue en outre à des améliorations mesurables de la vitesse de production et de la fiabilité des processus, ainsi que de l'exactitude, de la précision et de la qualité des pièces finales.

Défis courants de serrage CNC

Les défis de serrage CNC les plus courants surviennent lorsque les fabricants tentent de produire des pièces avec des géométries inhabituelles ou des pièces encombrantes et volumineuses.

Outre l'optimisation de la conception des pièces pour la fabricabilité (DFM), quelle est la meilleure façon de maintenir la stabilité et la sécurité des pièces inhabituelles, délicates ou à parois minces pendant l'usinage ? Dans de nombreux cas, l'outillage sacrificiel est utilisé pour supporter des pièces avec des formes non standard, et des caractéristiques de conception intégrées telles que des trous de goupille ou des bossages filetés peuvent souvent être utilisées pour serrer la pièce en place. Même l'incorporation d'aussi peu que 1/16" supplémentaire de matériau au bas d'une pièce peut augmenter sa capacité à être saisie.

Cependant, les fabricants peuvent parfois avoir besoin d'adopter des solutions plus créatives. Les sacs de sable, par exemple, peuvent être utilisés pour réduire les vibrations de la pièce, tandis que les cires, les argiles et les colles spéciales peuvent aider à soutenir les sections délicates de la pièce. Les cires et les argiles, en particulier, sont assez rigides à température ambiante et deviennent fluides lorsqu'elles sont exposées à des températures plus élevées, ce qui est utile pour les retirer une fois le processus d'usinage terminé.

Les pièces volumineuses, telles que celles utilisées dans les applications aérospatiales, de défense, industrielles ou automobiles, présentent un autre défi. Les options de serrage spécialisé et personnalisé sont coûteuses et, étant donné que certains composants volumineux ne sont produits qu'en volumes relativement limités, l'investissement peut ne pas valoir la peine. Cependant, si elle est utilisée pour de grandes séries de production ou réutilisée pour être utilisée avec d'autres pièces, une solution de serrage personnalisée peut offrir un bon retour sur investissement.

Qu'un atelier choisisse d'investir dans des solutions de serrage spécialisées ou automatisées pour les pièces plus grandes ou utilise une combinaison de mandrins manuels, de mâchoires et d'autres solutions prêtes à l'emploi pour maintenir la stabilité de la pièce, l'objectif doit être de minimiser le nombre total de coupes. opérations et repositionnements afin de maximiser le temps de fonctionnement de la broche. La limitation du nombre d'opérations de coupe minimise également les risques d'erreur humaine, améliore la fiabilité du processus et améliore généralement la précision de l'usinage.

En plus de la taille, la forme des pièces encombrantes doit être prise en considération. Les composants intrinsèquement asymétriques, comme les aubes de turbine, nécessitent des mouvements de broche et d'outil complexes et rapides. Ces types de pièces difficiles nécessitent des solutions de serrage capables de maintenir rigidement une pièce dans la bonne position, tout en permettant également les dégagements requis par l'outil de coupe et la machine.

Choisir la meilleure solution de serrage

La solution de serrage la mieux adaptée à une pièce particulière sera déterminée par quelques facteurs, notamment le volume de production, la forme de la pièce, les dimensions de la pièce, le matériau et les exigences de tolérance, ainsi que la fréquence de changement.

L'usinage à grand volume a des exigences fondamentales différentes de celles des petits travaux :il dépend de processus reproductibles de manière fiable qui produisent des pièces de qualité constante sur des délais prolongés, ce qui nécessite généralement des solutions de serrage spécialisées. Les mandrins à longueur morte sont une solution courante, car ils sont capables de fournir à la fois une précision de positionnement élevée pour les opérations d'usinage secondaire et une force de préhension accrue, ce qui est utile pour sécuriser les pièces moulées ou forgées pendant les opérations d'ébauche.

En revanche, les travaux d'usinage CNC à faible volume peuvent généralement s'appuyer sur des outils de serrage traditionnels. Les mandrins à pinces, qui utilisent des manchons coulissants, peuvent saisir efficacement des pièces rondes, hexagonales et carrées et des barres sans perdre de puissance de maintien - une préoccupation importante lors du travail avec rotation et force centrifuge. Les mandrins à trois mors sont également couramment utilisés, car ils offrent une meilleure adhérence lors de l'usinage de pièces rondes, tandis que les mandrins à deux mors (ou 2+2 mandrins à quatre mors) sont excellents pour l'usinage de pièces carrées.

Cependant, ces solutions de serrage traditionnelles introduisent souvent des considérations supplémentaires. Les pinces augmentent le nombre d'étapes impliquées par opération et peuvent interférer avec l'accès des machines multi-axes à la pièce, tandis que les étaux imposent des contraintes sur la taille et le type de pièce pouvant être saisie.

Le serrage est la clé de l'efficacité de la production

Les fabricants comptent sur l'usinage CNC pour produire des pièces précises et reproductibles. Cependant, cette précision n'est possible que si les pièces sont maintenues à un endroit défini avec une orientation connue. De plus, la répétabilité de l'usinage CNC nécessite que la configuration d'usinage puisse être reproduite de manière économique tout au long de la production. Par conséquent, en plus de sécuriser la pièce contre la force centrifuge, la gravité et les forces de coupe de l'outil, les solutions de serrage les plus efficaces et les plus stratégiques devraient contribuer à réduire les coûts de main-d'œuvre tout en minimisant les changements d'outils et de configuration.

Des solutions de serrage modulaires qui permettent des changements rapides entre les pièces à usiner et les outils de coupe sans interrompre la production, l'intégration des technologies de l'industrie 4.0 et une automatisation améliorée sont quelques-uns des développements technologiques destinés à rationaliser le monde de l'usinage CNC. Ces fonctionnalités aideront probablement les fabricants à obtenir plus avec moins de main-d'œuvre, en offrant une plus grande flexibilité et capacité de production, ainsi qu'une meilleure cohérence dans les changements entre les pièces et les travaux distincts.

Cependant, les machines CNC représentent des investissements importants, c'est pourquoi il est souvent plus rentable de sous-traiter l'usinage CNC à un partenaire de fabrication de confiance que de faire appel à des services d'usinage en interne.

La bonne nouvelle est que Fast Radius fait partie de l'avant-garde de l'usinage CNC à la demande. Notre équipe d'ingénieurs, de concepteurs, de technologues et d'opérateurs chevronnés possède des décennies d'expérience dans la rationalisation du processus d'usinage CNC tout en permettant aux clients d'économiser du temps et de l'argent. Nous travaillons en étroite collaboration avec les clients à chaque étape de la production, aidant à sélectionner la méthode de production et les solutions de serrage idéales pour chaque travail, et fournissons des produits de haute qualité à un prix compétitif. Contactez-nous dès aujourd'hui pour commencer.

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