Directives essentielles de conception pour l'usinage CNC pour des résultats optimaux

Vrai, l'usinage CNC est polyvalent, et toutes les conceptions ne sont pas possibles. En d'autres termes, il y a des limitations et des restrictions dont vous devez être conscient pour assurer un usinage fluide. Les deux principales restrictions de conception CNC sont :

Géométrie de l'outil

La plupart des outils de coupe CNC ont une longueur de coupe limitée. Ils viennent également tous dans des formes et géométries cylindriques. Lors de l'enlèvement de matière d'une pièce, ces outils de coupe transmettent leur géométrie cylindrique à la pièce. C'est pourquoi les coins internes d'une pièce ont toujours un rayon, quelle que soit la taille de l'outil de coupe.

Accès de l'outil

L'accès de l'outil devient une préoccupation majeure lorsqu'on travaille sur une pièce avec un rapport profondeur/largeur considérable. Cette préoccupation est due au fait que les machines CNC coupent en appliquant les outils de coupe sur la pièce depuis le haut.

En d'autres termes, il serait difficile d'usiner une pièce inaccessible depuis l'angle supérieur. La seule exception à cette règle se produit lors de l'usinage de poche pour les pièces usinées CNC.

Aligner les caractéristiques de votre pièce ou composant sur l'une des six directions principales est un moyen d'atténuer ce défi d'accès à l'outil. De plus, l'utilisation d'un usinage CNC 5 axes avec une excellente capacité de maintien de pièce signifie que l'accès à l'outil n'est plus restreint.

Dans le monde de l'usinage CNC, aucun ensemble de normes n'est généralement accepté. C'est principalement parce que l'industrie et les machines utilisées évoluent constamment. Cependant, certaines bonnes pratiques et recommandations aideraient à garantir que la qualité de votre conception reste de premier ordre. Ces recommandations incluent :

1. Arêtes internes

Le rayon de coin vertical doit être d'au moins un tiers de la profondeur de la cavité lors de la création d'arêtes internes. Vous pouvez utiliser un outil de diamètre qui a la profondeur de cavité recommandée si vous utilisez les rayons de coin indiqués.

Des rayons de coin légèrement supérieurs à la valeur recommandée vous permettent de couper le long d'un chemin circulaire par opposition à un angle de 90 degrés, produisant une finition de surface avec un meilleur niveau de qualité. Il est conseillé d'employer un sous-coupe en T plutôt que de réduire le rayon de coin si vous avez besoin d'un angle de 90 degrés à la place.

2. Trous

Pour créer des trous, les usineurs peuvent utiliser des forets ou des outils fraise en bout. Il est préférable d'utiliser des tailles de forets standard, mesurées en unités métriques ou impériales, comme guide lors de la détermination du diamètre des trous dans votre conception.

Techniquement, toute dimension supérieure à un millimètre est faisable. Les opérateurs de machine utilisent des aléseurs et des outils d'alésage pour finir les trous qui doivent être dans des tolérances précises. Il est préférable d'utiliser un diamètre standard pour les trous qui nécessitent une grande précision et sont inférieurs à 20 millimètres.

Lors de la conception de pièces pour l'usinage CNC, quatre fois le diamètre nominal est la profondeur maximale proposée pour tout trou, mais 40 fois cette quantité est réalisable. Le diamètre nominal est généralement 10 fois le ratio.

3. Filetages

La taille de filetage minimale utilisée lors du développement d'articles usinés CNC est M2, mais M6 ou plus est généralement idéal. Les usineurs peuvent limiter le risque de casse de taraud en utilisant des machines de filetage CNC pour couper des filetages aussi petits que M6.

La longueur de filetage minimale doit être 1,5 fois le diamètre nominal, tandis que la longueur recommandée est trois fois le normal. Pour tout filetage inférieur à M6, vous devez ajouter une longueur non filetée au fond du trou qui est 1,5 fois le diamètre nominal. Le filetage du trou sur toute sa longueur est préférable pour les filetages plus grands que M6.

4. Cavités et poches

Puisque les outils fraise en bout ont une restriction sur leur longueur de coupe, la profondeur de cavité recommandée par l'industrie sur toute conception est de quatre fois sa largeur. Un ratio profondeur/largeur plus faible entraînerait une meilleure évacuation des copeaux, une déflexion d'outil et des vibrations.

Votre conception CNC nécessite-t-elle des profondeurs plus grandes ? Une façon de résoudre ce défi est d'utiliser une profondeur de cavité variable et un outil spécialisé.

5. Texte petit ou en relief

Vous pourriez avoir besoin de marquer des pièces avec des numéros de pièce ou des noms d'entreprise. L'ajout de texte a l'air vraiment cool dans la conception CNC personnalisée, mais prend du temps à traiter. L'attaque électrochimique ou le marquage laser est généralement meilleur.

Le maintien des meilleures pratiques ainsi que la connaissance des bases de l'usinage CNC aident à garantir que la pièce ou le produit est de haute qualité. Dans cet esprit, voici quelques bonnes pratiques que vous devez garder à l'esprit lors de la conception de pièces pour l'usinage CNC selon le type d'usinage.

1. Conception pour le fraisage CNC

Le fraisage CNC est une technique d'usinage consistant à enlever rapidement la matière d'une matière première à l'aide de fraises rondes pour obtenir une forme désirée. Les machines de fraisage existent dans de nombreux designs différents, allant de 3 axes à 12 axes.

1.1 Outils de coupe couramment disponibles

Considérez les nombreux outils fréquemment accessibles pour le fraisage CNC lors de la création de vos idées de conception de pièces CNC, tels que les fraises en bout. Le coût et le délai seraient considérablement réduits s'il est possible de produire les caractéristiques et la géométrie requises en utilisant des outils courants.

De plus, considérez les tailles d'outils standard lors de la création de votre conception, car une conception avec un rayon plus petit que le standard entraînerait des complications de conception et des coûts.

1.2 Éviter les coins internes vifs

Il est impossible d'atteindre des coins vifs avec un outil de fraisage. La raison est que l'outil de coupe utilisé ici est rond. Pour utiliser une fraiseuse CNC, vos coins doivent avoir des rayons, qui doivent être plus grands que la fraise utilisée pour les créer. Idéalement, le diamètre de l'outil de coupe sera deux fois le rayon qu'il crée.

Les congés sont également nécessaires lorsqu'une surface inclinée ou ébauchée rencontre un mur vertical ou un bord vif. À moins que la surface ne soit plane et normale à l'outil, une fraise carrée ou hémisphérique laissera toujours de la matière entre le mur et la surface en dessous.

1.3 Éviter les rainures profondes et étroites

Les outils longs vibrent et se déforment souvent, ce qui entraîne une mauvaise finition de surface. Par conséquent, la profondeur de coupe finale d'une fraise en bout ne doit pas dépasser 15 fois son diamètre pour couper du plastique, 10 fois son diamètre pour couper de l'aluminium et 5 fois son diamètre pour couper de l'acier.

Par exemple, une rainure coupée sur un article en acier usiné avec une fraise en bout de 0,5" qui fait 0,55" de large ne devrait pas être plus profonde que 2,75". Puisque le rayon de congé interne, le point précédent, dépend également du diamètre de l'outil dans ce cas, tout rayon interne devrait être supérieur à 0,25".

1.4 Concevoir avec les plus grands rayons internes possibles

Une fraise plus grande équivaut à plus d'enlèvement de matière par temps, ce qui réduit le temps et les coûts d'usinage. Utilisez toujours les rayons internes maximum autorisés lors de la conception. Lorsque c'est possible, évitez les rayons inférieurs à 0,8 mm.

De plus, faites vos congés légèrement plus grands que le rayon de la fraise en bout ; par exemple, utilisez un rayon de 3,3 mm (0,130") plutôt que 3,175 mm (0,125"). La fraise suivra une trajectoire plus lisse, donnant à la surface une finition plus fine.

2. Conception pour le tournage CNC

Le tournage CNC est un processus d'usinage qui crée des pièces avec une symétrie axiale et une géométrie cylindrique sur un tour. Le processus implique de maintenir la pièce sur un mandrin rotatif tandis que l'outil de coupe la coupe à la forme désirée. Ce processus d'usinage résulte en une meilleure finition de surface et des tolérances plus serrées.

Voici quelques conseils pour créer une conception pour l'usinage CNC en utilisant une machine de tournage

2.2 Éviter les coins internes et externes vifs

Lors de la conception pour l'usinage CNC, il est important d'éviter les coins vifs, tant à l'intérieur qu'à l'extérieur. Ajouter un rayon au coin interne est un moyen de s'assurer que l'outil ne remonte pas une surface plus grande. Une autre façon d'éviter les coins internes vifs est d'incliner légèrement un mur latéral raide. Avec moins de processus requis, il peut être plus simple d'usiner des contours avec un seul outil de coupe de tour.

2.3 Éviter les pièces longues et minces

Évitez d'utiliser des pièces tournées longues et minces car elles sont plus susceptibles de tourner de manière inégale et de vibrer contre l'outil. Lors de la fabrication d'un composant long, essayez de laisser de la place pour un foret de centrage sur l'extrémité libre et utilisez un centre pour maintenir la pièce tournant droit. De plus, maintenez le rapport longueur/diamètre à 8:1 ou moins comme règle générale.

2.4 Éviter les parois minces

Similaire au fraisage, l'enlèvement excessif de matière peut causer un stress inutile sur le composant. Des parois trop minces réduiront également la rigidité. Cependant, les parois minces rendent les tolérances serrées difficiles à maintenir. C'est pourquoi il est préférable de maintenir l'épaisseur de paroi des sections tournées au-dessus de 0,5 mm (0,02 pouces) dans votre conception pour l'usinage CNC.

2.5 Symétrie des caractéristiques

Chaque caractéristique ajoutée à une pièce tournée doit généralement être symétrique autour de l'axe de tournage. Il faudra un usinage et des configurations plus complexes pour ajouter de la géométrie ou des caractéristiques qui ne sont pas axialement symétriques. Les marches, coniques, chanfreins et courbes sont des caractéristiques excellentes pour le tournage.

Il est parfois nécessaire d'ajouter des caractéristiques à une pièce tournée qui ne sont pas axialement symétriques, ce qui peut nécessiter une opération différente. Vous pouvez maintenir un peu de symétrie même lorsque cela est requis.

3. Conception pour le perçage

C'est le terme utilisé pour les opérations qui impliquent la création de trous dans les pièces. Les outils utilisés dans cette opération comportent une pointe conique, ce qui leur permet de plonger profondément dans les matériaux pendant l'usinage.

Considérez les suggestions suivantes lors de la création d'une conception destinée au perçage CNC.

3.1 Profondeur de trou appropriée

Le perçage ne devrait jamais aller plus profond que 12 fois le diamètre du foret le plus proche. La raison est que les forets aussi longs ou plus longs perdent en rigidité, perdent la capacité de maintenir une tolérance serrée et sont plus susceptibles de casser. De plus, envisagez de rendre le diamètre du trou plus grand si vous avez besoin de percer plus profondément.

Cependant, si un trou profond est essentiel, une autre alternative est de percer des deux côtés de la pièce. Gardez à l'esprit que comme une seconde configuration d'usinage sera requise, le processus de fabrication prendra plus de temps et coûtera plus cher.

3.2 Éviter les trous partiels

Puisqu'il y a une grande probabilité que la pointe dévie, il est préférable d'éviter les trous partiels. Mais, si seule une partie du trou est nécessaire, maintenez l'axe du foret sur le matériau de manière que le composant maintienne la majeure partie du trou.

3.3 Maintenir l'axe de perçage perpendiculaire à la surface

L'axe de perçage doit être perpendiculaire à la surface pour empêcher la déviation de la pointe. Une poche peu profonde à fond plat usinée sur la surface d'un objet rond permet fréquemment au foret d'entrer perpendiculairement à la surface de la pièce. Il est préférable d'utiliser un trou de guidage pour résoudre ce défi, bien que ce choix devienne nécessaire pendant la programmation de la machine CNC plutôt que la conception de pièce CNC.

3.4 Éviter le perçage à travers les cavités

Assurez-vous qu'aucune cavité n'existe déjà dans la pièce lors de la planification des emplacements de vos trous percés dans vos idées de conception CNC. Le trou percé peut légèrement intersecter la cavité si c'est nécessaire, à condition que l'axe central du trou le fasse.