Introduction à l'usinage CNC

L'usinage CNC est largement appliqué pour le processus de fabrication soustractif. Dans l'usinage CNC, les matières premières sont retirées des stocks de matériaux solides par divers outils de coupe, afin de créer des pièces finales avec des géométries conçues dans des fichiers CAO. Ces matériaux CNC comprennent à la fois des métaux et des plastiques. L'usinage CNC peut produire des pièces finales avec une tolérance élevée et d'excellentes propriétés, particulièrement adaptées à une utilisation unique et à une production de volume faible à moyen avec une répétabilité élevée. Comparé à l'impression 3D, l'usinage CNC présente encore des restrictions naturelles en raison de sa méthode soustractive.

Méthode d'usinage CNC

Il existe deux méthodes principales d'usinage CNC, le fraisage CNC et le tournage CNC, chaque méthode présente des avantages pour différentes géométries de fabrication avec des caractéristiques uniques. D'autres méthodes d'usinage comme l'usinage 5 axes, l'usinage 3 axes peuvent être définis comme des combinaisons de ces méthodes de base.

Processus de fraisage CNC

fraisage CNCen tant qu'architecture de machine CNC la plus populaire, sont normalement synonymes de terme d'usinage CNC. Dans le processus de fraisage CNC, les blocs de métal brut sont montés sur le banc des machines CNC et les outils de coupe rotatifs éliminent les matériaux inutiles pour les géométries finales. Processus de fraisage CNC de base comme suit :

  1. L'opérateur des machines CNC transférera les dessins techniques des modèles CAO en une série de commandes, qui peuvent être interprétées par les machines CNC (code G).
  2. Des blocs de matériaux ou des pièces à usiner seront placés sur la plate-forme et coupés à la taille souhaitée. Un positionnement et un alignement précis sont la clé d'une fabrication précise de pièces CNC, nous avons donc besoin d'outils de métrologie spéciaux tels que les preuves tactiles pour atteindre cet objectif.
  3. Des outils de coupe spécialisés avec une vitesse élevée de milliers de tr/min enlèveront les matériaux aux géométries souhaitées. Normalement, nous avons besoin de plusieurs passes pour créer la pièce conçue, tout d'abord, retirer rapidement les matériaux des blocs de blocs pour se rapprocher des géométries avec une précision inférieure, puis une ou plusieurs passes de finition pour produire les pièces finales.
  4. Une fois les modèles dotés de caractéristiques complexes, difficiles à atteindre en une seule configuration à l'aide d'outils de coupe, tels que des fentes à l'arrière, nous devons retourner les pièces et répéter l'étape ci-dessus jusqu'à ce que les pièces finales soient créées comme exigence.

Après le processus de fraisage, un ébavurage est nécessaire pour la finition des pièces. L'ébavurage est un processus manuel d'élimination des petits défauts sur les arêtes vives. Si une tolérance plus élevée est spécifiée dans le dessin technique, nous devons également inspecter les dimensions critiques. Enfin, les pièces sont prêtes à l'emploi ou au post-traitement.

La plupart des systèmes de fraisage CNC ont 3 degrés linéaires normaux, axes X, Y et Z. Le système avancé de 5 degrés ajoute plus de rotation sur le banc ou la tête d'outil en tant qu'axe A et B. L'usinage CNC à 5 axes est capable de produire des pièces géométriques complexes sans plusieurs configurations de machine.

Processus de tournage CNC

tournage CNCest un processus qui applique des outils de coupe fixes pour enlever les matériaux des blocs sur un mandrin rotatif. Enfin, produisez des pièces symétriques le long de l'axe central. Normalement, les pièces tournées peuvent être produites plus rapidement que les pièces fraisées à moindre coût. Les principales étapes du tournage CNC sont les suivantes :

  1. Le code G sera généré sous forme de modèle CAO conçu, puis sélectionnera les matériaux de stock de cylindre de taille de diamètre approprié et chargera dans la machine CNC.
  2. Les stocks de matériaux tournent à grande vitesse et les outils de coupe fixes traceront leur linéament, enlèveront les matériaux progressivement jusqu'à la géométrie de conception finale. Les caractéristiques des trous sur l'axe central peuvent être fabriquées à l'aide de forets à centrer et d'outils de coupe internes.
  3. Une fois que des pièces complexes doivent être retournées ou déplacées, répétez le processus de découpe pour créer les géométries finales requises. Sinon, les pièces traitées peuvent être découpées en stock pour utilisation ou post-traitement.

Système de tournage CNC également appelé tours, qui est appliqué à la production de pièces cylindriques. De plus, les pièces non cylindriques peuvent également être produites par des centres de tournage CNC multi-axes modernes, qui peuvent être équipés d'outils de fraisage CNC. Ces systèmes combinent une productivité élevée de tournage CNC avec une capacité de fraisage CNC pour créer une large gamme de géométries avec une symétrie de rotation plus lâche, comme des arbres à cames et des roues de compresseur.

Étant donné que le système de fraisage et de tournage CNC est flou, nous nous concentrerons donc sur le fraisage CNC car il s'agit d'un processus de fabrication plus courant.

Paramètres de la machine CNC

Les opérateurs de machines CNC déterminent les paramètres d'usinage dans le processus de génération de code G. Quelles normales sont la taille et la précision de la construction.

Les machines CNC ont une grande taille de construction, le système de fraisage CNC peut produire des dimensions jusqu'à 2000 × 800 × 100 mm, le système de tournage CNC peut fabriquer un diamètre allant jusqu'à 500 mm.

L'usinage CNC peut fournir des pièces usinées avec une grande précision et une tolérance serrée. Notre tolérance standard est une précision de ± 0,125 mm, une tolérance étroite peut atteindre une précision de ± 0,025 mm.

Paramètres de la machine CNC

Les opérateurs de machines CNC déterminent les paramètres d'usinage dans le processus de génération de code G. Quelles normales sont la taille et la précision de la construction.

Les machines CNC ont une grande taille de construction, le système de fraisage CNC peut produire des dimensions jusqu'à 2000 × 800 × 100 mm, le système de tournage CNC peut fabriquer un diamètre allant jusqu'à 500 mm.

L'usinage CNC peut fournir des pièces usinées avec une grande précision et une tolérance serrée. Notre tolérance standard est une précision de ± 0,125 mm, une tolérance étroite peut atteindre une précision de ± 0,025 mm.

Outils de coupe CNC

La machine CNC utilise divers outils de coupe pour créer différentes géométries, nous présenterons l'outil d'usinage le plus courant en CNC :

Outils de fraisagedont 3 types normaux : tête plate, tête de taureau et tête sphérique. Ces différents outils de fraisage en bout sont appliqués pour la fabrication de fentes, de rainures, de cavités et d'autres parois verticales avec différents détails de caractéristiques. Les outils à tête sphérique sont également largement utilisés dans l'usinage CNC à 5 axes pour créer des surfaces avec des géométries de courbure et de liberté.

Perceusessont couramment utilisés pour produire des trous, pour les diamètres non standard, le fraisage à tête plate plongeante peut être appliqué sur un chemin hélicoïdal.

Fraises à rainureront un diamètre d'arbre plus petit que son arête de coupe, cela permet aux fraises à rainurer de créer des rainures en T et d'autres contre-dépouilles en cours d'enlèvement de matériaux des parois verticales.

Robinetssont appliqués pour la production de trous filetés, cela nécessite un contrôle précis de la vitesse de rotation et linéaire. Le taraudage manuel est encore largement appliqué dans certains centres d'usinage.

Fraises à surfacersont des outils hautement efficaces pour l'élimination des matériaux de grandes surfaces planes. Ils peuvent usiner de plus grandes surfaces avec moins de passes et moins de temps, en raison d'un diamètre plus important que les outils normaux. Le surfaçage est souvent en début de cycle d'usinage pour préparer les dimensions des blocs.

Complexité géométrique et restrictions de conception

Bien que l'usinage CNC offre plus de liberté de conception, contrairement à l'impression 3D, il existe encorequelques restrictions, les pièces à haute complexité augmenteront les étapes de fabrication et le coût final.

La principale restriction dans CNC est de se connecter àgéométrie des outils de coupe. Tels que les bords internes des fentes sont arrondis, car les outils de coupe ont un profil cylindrique.

Accès aux outilsest une autre restriction majeure de l'usinage CNC, les matériaux de bloc ne peuvent être retirés que dans la zone d'accès des outils. Comme dans le système de machine CNC à 3 axes, toutes les fonctionnalités doivent être conçues pour accéder directement à la forme au-dessus de la direction. Les systèmes de machines CNC à 5 axes peuvent créer des pièces plus complexes, car les angles entre les pièces et les outils peuvent être ajustés, afin d'accéder à des zones difficiles d'accès.

Des parois minces ou des éléments fins sont difficiles à créer par des machines CNC. Les parois minces sont sujettes à la rupture en raison des vibrations et de la force de coupe lors du processus d'usinage. Nous recommandons une épaisseur de paroi minimale de 0,8 mm pour le métal et de 1,5 mm pour le plastique.

Caractéristiques d'usinage CNC

L'usinage CNC est capable de produire des pièces avec d'excellentes propriétés de matériaux dans un large domaine de matériaux, y compris tous les matériaux d'ingénierie. Contrairement à l'impression 3D, les pièces usinées CNC ont des propriétés physiques entièrement isotropes en tant que matériaux en vrac. L'usinage CNC est largement utilisé avec les métaux dans le prototypage et la production en grand volume. Les plastiques sont plus difficiles à produire en raison de leur faible rigidité et de leur faible température de fusion.

Matériaux d'usinage CNC

Matériaux d'usinage CNCle coût varie considérablement, dans les matériaux métalliques, l'aluminium 6061 est l'option la plus économique, qui pour les plastiques, l'ABS a le prix le plus bas. De plus, les propriétés physiques des matériaux affectent également le coût global de la CNC, comme l'acier inoxydable en métal dur est beaucoup plus difficile à usiner que l'aluminium.

MatérielsCaractéristiques
Aluminium 6061Bon rapport résistance/poids
Bonne usinabilité
Faible dureté
Acier inoxydable 304Excellentes propriétés mécaniques
Bonne résistance à la corrosion
Difficulté d'usinage relativement
Laiton C360Haute ductilité
Excellente usinabilité
Bonne résistance à la corrosion
ABSBonne résistance aux chocs
Bonnes propriétés mécaniques
Sensible aux solvants
NylonBonnes propriétés mécaniques
Haute ténacité
Mauvaise résistance à l'humidité
POMHaute rigidité
Excellentes propriétés thermiques et électriques
Relativement fragile

Post-traitement et finitions de surface

Les pièces usinées CNC laissent toujours des marques d'outils visibles, le post-traitement est une méthode efficace pour améliorer les finitions de surface, augmenter la résistance à l'usure, à la corrosion ou aux produits chimiques et optimiser l'apparence. Nos principales méthodes de post-traitement, y compris l'anodisation, le grenaillage et le revêtement en poudre.

Avantage de l'usinage CNC

  1. L'usinage CNC offre une précision et une répétabilité élevées, ce qui est idéal pour les applications haut de gamme.
  2. Les matériaux CNC ont des propriétés physiques entièrement isotropes, ce qui convient aux applications d'ingénierie.
  3. L'usinage CNC est la méthode de fabrication la plus efficace pour la production de pièces de petit à moyen volume.

Limitation de l'usinage CNC

  1. En raison de la méthode soustractive, l'usinage CNC est coûteux voire impossible pour la fabrication de certaines géométries.
  2. L'usinage CNC a un coût de démarrage élevé par rapport à l'impression 3D, en particulier pour le prototypage à faible coût en matières plastiques.
  3. Les machines CNC ont besoin de connaissances spécialisées pour fonctionner, elles ont un délai de livraison plus long (10 jours) que l'impression 3D (2-5 jours).