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

Certes, l’usinage CNC est polyvalent et toutes les conceptions ne sont pas possibles. En d’autres termes, il existe des limites et des restrictions dont vous devez être conscient pour garantir 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 se présentent également tous sous des formes et géométries cylindriques. Lors du retrait de matériaux d'une pièce, ces outils de coupe transfèrent 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 aux outils

L'accès aux outils devient une préoccupation majeure lorsque l'on travaille sur une pièce présentant un rapport profondeur/largeur considérable. Ce problème est dû au fait que les machines CNC coupent en appliquant les outils de coupe sur la pièce par 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 en contre-dépouille 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 aux outils. De plus, l'utilisation d'un usinage CNC à cinq axes avec une excellente capacité de maintien des pièces signifie que l'accès aux outils n'est plus restreint.

Dans le monde de l’usinage CNC, aucun ensemble de normes n’est généralement accepté. Cela est principalement dû au fait que l'industrie et les machines utilisées sont en constante évolution. Cependant, certaines bonnes pratiques et recommandations contribueraient à garantir que la qualité de votre conception reste excellente. Ces recommandations incluent :

1. Bords internes

Le rayon du coin vertical doit être au moins égal à un tiers de la profondeur de la cavité lors de la création des bords intérieurs. Vous pouvez utiliser un outil de diamètre ayant la profondeur de cavité conseillée si vous utilisez les rayons d'angle indiqués.

Les rayons d'angle légèrement supérieurs à la valeur conseillée vous permettent de couper le long d'une trajectoire circulaire plutôt que d'un angle de 90 degrés, produisant ainsi une finition de surface d'un meilleur niveau de qualité. Il est conseillé d'utiliser une contre-dépouille en T plutôt que de réduire le rayon du coin si vous avez plutôt besoin d'un angle de 90 degrés.

2. Trous

Pour créer des trous, les machinistes peuvent utiliser des forets ou des fraises 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 au millimètre est réalisable. Les opérateurs de machines utilisent des alésoirs et des équipements d'alésage pour réaliser des trous qui doivent respecter 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 n'importe quel trou, mais 40 fois cette quantité est réalisable. Le diamètre nominal est généralement 10 fois supérieur au rapport.

3. Sujets

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

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

4. Cavités et poches

Étant donné que la longueur de coupe des fraises en bout est limitée, la profondeur de cavité recommandée par l'industrie pour toute conception est quatre fois supérieure à sa largeur. Un rapport profondeur/largeur plus faible entraînerait une évacuation des copeaux, une déviation de l'outil et des vibrations plus importantes.

Votre conception CNC nécessite-t-elle des profondeurs plus grandes ? Une façon de résoudre ce défi consiste à utiliser une profondeur de cavité variable et un outil spécialisé.

5. Texte en petit ou en relief

Vous devrez peut-être marquer les 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. La gravure électrochimique ou le marquage laser sont généralement meilleurs.

Le maintien des meilleures pratiques ainsi que la connaissance des bases de l’usinage CNC permettent de garantir la haute qualité d’une pièce ou d’un produit. Dans cet esprit, voici quelques bonnes pratiques que vous devez garder à l'esprit lors de la conception de pièces pour l'usinage CNC en fonction du type d'usinage.

1. Conception pour le fraisage CNC

Le fraisage CNC est une technique d'usinage consistant à retirer rapidement de la matière de la matière première à l'aide de fraises rondes pour obtenir la forme souhaitée. Les fraiseuses sont disponibles dans de nombreuses conceptions différentes, allant de 3 axes à 12 axes.

1.1 Outils de coupe couramment disponibles

Tenez compte des nombreux outils fréquemment accessibles pour le fraisage CNC lors de la création de vos idées de conception de pièces CNC, telles que les fraises en bout. Le coût et les délais seraient considérablement réduits s'il était possible de produire les caractéristiques et la géométrie requises à l'aide d'outils courants.

Tenez également compte des tailles standard des outils lors de la création de votre conception, car une conception avec un rayon inférieur à la norme entraînerait des complications et des coûts de conception.

1.2 Évitez les coins internes pointus

Il est impossible d'obtenir des angles vifs avec une fraise. La raison en 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 le double du rayon qu'il produit.

Les filets sont également nécessaires lorsqu'une surface inclinée ou dépouillé rencontre un mur vertical ou une arête vive. À moins que la surface ne soit plane et normale à l'outil, une fraise carrée ou sphérique laissera toujours de la matière entre le mur et la surface inférieure.

1.3 Évitez les fentes profondes et étroites

Les outils longs vibrent et fléchissent souvent, ce qui entraîne une mauvaise finition de surface. Par conséquent, la profondeur de coupe finale d'une fraise ne doit pas être supérieure à 15 fois son diamètre pour couper le plastique, 10 fois son diamètre pour couper l'aluminium et 5 fois son diamètre pour couper l'acier.

Par exemple, une fente découpée sur un article en acier usiné avec une fraise en bout de 0,5″ et d'une largeur de 0,55″ ne doit pas être plus profonde que 2,75″. Étant donné que le rayon interne du filet, le point précédent, dépend également du diamètre de l'outil dans ce cas, tout rayon interne doit être supérieur à 0,25″.

1.4 Conception avec les rayons internes les plus grands 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 maximaux autorisés lors de la conception. Lorsque cela est possible, évitez les rayons inférieurs à 0,8 mm.

Faites également en sorte que vos filets soient légèrement plus grands que le rayon de la fraise; par exemple, utilisez un rayon de 0,130″ (3,3 mm) plutôt que de 0,125″ (3,175 mm). Le broyeur suivra un itinéraire plus doux, donnant à la surface un poli plus fin.

2. Conception pour le tournage CNC

Le tournage CNC est un processus d'usinage qui crée des pièces à symétrie axiale et à géométrie cylindrique sur un tour. Le processus consiste à maintenir la pièce sur un mandrin rotatif pendant que l'outil de coupe la coupe à la forme souhaitée. Ce processus d'usinage se traduit par une meilleure finition de surface et des tolérances plus strictes.

Voici quelques conseils pour réaliser une conception pour la découpe CNC à l'aide d'un tour

2.2 Évitez les coins internes et externes pointus

Lors de la conception pour l’usinage CNC, il est important d’éviter les angles vifs, tant à l’intérieur qu’à l’extérieur. L'ajout d'un rayon au coin interne est un moyen de garantir que l'outil ne parcourt pas une plus grande surface. Une autre façon d’éviter les coins internes pointus consiste à incliner légèrement un flanc raide. Avec moins de processus requis, il peut être plus simple d'usiner les contours avec un seul outil de coupe sur tour.

2.3 Évitez les pièces longues et fines

Évitez d'utiliser des pièces longues et fines, car elles sont plus susceptibles de tourner de manière inégale et de claquer contre l'outil. Lorsque vous fabriquez un composant long, essayez de laisser de la place pour un foret à centrer sur l'extrémité libre et utilisez un centre pour maintenir la pièce en rotation droite. En outre, gardez le rapport longueur/diamètre à 8:1 ou moins à titre indicatif.

2.4 Évitez les parois minces

Semblable au fraisage, un enlèvement excessif de matière peut entraîner des contraintes inutiles sur le composant. Des parois trop fines 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 0,02 pouce dans votre conception pour l'usinage CNC.

2.5 Symétrie des fonctionnalités

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

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

3. Conception pour le perçage

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

Tenez compte des suggestions suivantes lors de la création d'une conception destinée au perçage CNC.

3.1 Profondeur de trou appropriée

Le forage ne doit jamais aller plus profondément que 12 fois le diamètre du foret le plus proche. La raison en est que les forets aussi longs ou plus perdent leur rigidité, perdent la capacité de maintenir une tolérance serrée et sont plus susceptibles de se briser. Pensez également à augmenter le diamètre du trou si vous devez creuser plus profondément.

Toutefois, si un trou profond est indispensable, une autre alternative consiste à percer des deux côtés de la pièce. Gardez à l'esprit que puisqu'une deuxième configuration d'usinage sera nécessaire, le processus de fabrication prendra plus de temps et coûtera plus cher.

3.2 Éviter les trous partiels

Puisqu'il y a une forte probabilité que la pointe s'écarte, il est préférable d'éviter les trous partiels. Mais si seulement une partie du trou est nécessaire, maintenez l'axe du foret sur le matériau de telle sorte que le composant retienne la majeure partie du trou.

3.3 Garder l'axe de forage perpendiculaire à la surface

L'axe du foret doit être perpendiculaire à la surface pour éviter le dérapage de la pointe. Une poche peu profonde à fond plat usinée sur la surface d’un objet rond permet souvent au foret d’entrer perpendiculairement à la surface de la pièce. Il est préférable d'utiliser un trou pilote pour résoudre ce problème, bien que ce choix devienne nécessaire lors de la programmation de la machine CNC plutôt que lors de la conception des pièces CNC.

3.4 Évitez de percer des 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 recouper la cavité si cela est nécessaire, à condition que l'axe central du trou le fasse.