Introduction
Le fraisage CNC est l’une des opérations d’usinage CNC les plus utilisées pour la fabrication. Tous les processus CNC partagent certaines similitudes, telles que l'automatisation via des codes et des programmes informatiques, garantissant une haute précision. Le fraisage CNC est distinctif et très polyvalent, ce qui en fait un pilier dans diverses industries.
Cet article est un guide complet des opérations de fraisage CNC. Il englobe tout ce que vous devez savoir sur le processus, ses capacités, ses avantages, ses limites et ses applications, ce qui peut s'avérer essentiel avant de le choisir pour votre prochain projet de fabrication.
Qu'est-ce que le fraisage CNC?
Le fraisage CNC est un processus automatisé qui utilise une série d'outils de coupe rotatifs pour retirer les composants d'une pièce. Comme le nom du processus l'indique, l'opération utilise des machines contrôlées par ordinateur pour exercer un mouvement précis des couteaux, garantissant ainsi l'exactitude dimensionnelle.
Le processus est très polyvalent, adapté à diverses opérations, effectuant diverses opérations de fraisage, créant des contre-dépouilles, des poches, des canaux internes et d'autres caractéristiques complexes. Le fraisage CNC offre de nombreux avantages.
Comment fonctionne le fraisage CNC ?
Le fraisage CNC est l'une des techniques d'usinage CNC les plus utilisées. Bien que le fraisage, le perçage et le tournage soient tous des aspects de l'usinage CNC, il existe des distinctions complexes entre chaque processus. Cela dit, cette section expliquera précisément comment fonctionne le fraisage CNC.
Préparation des fichiers CAO
Toutes les opérations d'usinage CNC commencent par la création de la conception assistée par ordinateur (CAO) qui sert de format 2D ou 3D au produit prévu. Préparer un fichier CAO pour le fraisage CNC implique d'utiliser un logiciel comme SolidWorks ou Autodesk. Ce fichier CAO sert d'impression okie pour l'ensemble du processus de fraisage, avec des spécifications indiquant la forme, les dimensions, la géométrie, la tolérance, la finition et d'autres caractéristiques complexes de la pièce.
Exporter la conception vers un format compatible CNC
Après avoir créé le fichier CAO, vous devez le convertir en ce que le périphérique CNC peut comprendre à l'aide d'un logiciel de fabrication assistée par ordinateur (FAO) approprié. Ces logiciels, tels que Convert.emachineshop.com et cad-exchanger, traduisent la conception en codes lisibles par machine (souvent des codes G ou M) ; cela inclut la trajectoire et le mouvement de l'outil, la séquence de coupe, l'avance et d'autres paramètres complexes du processus de fraisage.
Configuration de la machine
Après avoir modifié les fichiers CAO dans des formats lisibles par machine tels que STL et STEP, la machine CNC est prête pour le fraisage proprement dit. Ensuite, le machiniste ou l'opérateur confirme la configuration appropriée de la fraiseuse CNC. Cela comprend la fixation de la pièce dans la machine, le chargement des outils de coupe appropriés et le réglage des coordonnées pour un positionnement précis.
Fraisage
Une fois la configuration précise de la machine confirmée, le processus de fraisage proprement dit peut commencer. La machine devra fixer les fraises à la broche et configurer l'appareil pour démarrer le fraisage. Les coupeurs se déplaceront le long de chemins spécifiques indiqués par les codes, coupant et retirant des morceaux de matériau de la pièce à usiner d'une manière contrôlée et spécifiée.
Types d'opérations de fraisage CNC
Le fraisage CNC implique une série d'opérations de coupe différentes, chacune spécifique à des fins d'usinage distinctes. Vous trouverez ci-dessous un aperçu concis mais détaillé des types de fraisage CNC.
Fraisage de face
En tant que type d'opération de fraisage CNC, le surfaçage se produit lorsque l'outil de coupe – généralement une fraise à surfacer – l'axe de rotation est perpendiculaire à la surface de la pièce. Les outils de coupe sont dotés de dents coupantes sur la face et à la périphérie de l'outil. Alors que les dents périphériques sont responsables de l'opération de coupe proprement dite, les dents frontales aident à la finition. Par conséquent, les pièces fraisées en surface ont tendance à avoir une finition de surface de haute qualité, précise et lisse.
Le surfaçage sert généralement à créer des surfaces planes et des contours sur des pièces déjà usinées ; par rapport à d’autres opérations de fraisage, elle sert également de type de finition de surface. Ce processus de fraisage CNC peut inclure différents types, tels que le fraisage latéral et le fraisage en bout dans le fraisage CNC.
Fin de fraisage
La fraisage en bout utilise des fraises spécifiques, appelées fraises en bout, pour retirer des matériaux d'une pièce, créant ainsi des coupes axiales. Les fraises sont disponibles dans différentes conceptions, telles que les fraises à bout carré, à bout sphérique et à surface plane. Le fraisage en bout sert à créer des surfaces planes, des contours et des fentes.
Fraisage latéral
Comme son nom l’indique, le fraisage latéral consiste à couper le long des côtés d’une pièce. Lorsque les fraises latérales coupent les glissements du matériau, cela crée une sorte de mouvement latéral. Ce processus de fraisage convient à la création de surfaces verticales et angulaires plates, au remodelage des côtés d'une pièce ou à l'élimination de matière supplémentaire sur les bords de la pièce.
Les fraiseuses CNC verticales ou horizontales peuvent effectuer toutes sortes d'opérations de surfaçage.
Fraisage ordinaire
Lors de cette opération de fraisage, l'axe de rotation de l'outil de coupe est parallèle à la surface de la pièce. Le fraisage simple étant généralement utilisé pour les surfaces horizontales simples, il est parfois appelé fraisage de surface ou de dalle. Comme les autres opérations de fraisage, elle utilise des fraises spécifiques – des fraises plates – avec des dents coupantes prédominantes à la périphérie qui coupent la pièce.
Le fraisage ordinaire peut utiliser des fraises étroites ou larges pour créer des coupes verticales, transversales ou longitudinales, en fonction des spécifications ou des applications de fraisage. Par exemple, les couteaux étroits sont conçus pour des coupes plus larges, tandis que les plus larges sont destinés à couper des surfaces plus grandes. Le fraisage simple est une opération polyvalente adaptée à la création de surfaces planes, de rainures de clavette ou de fentes.
Fraisage de forme
Le fraisage de forme est l'opération de fraisage incontournable pour créer des formes, des contours et des contours complexes et irréguliers sur une pièce. Le processus utilise des fraises formées ou des fraises à mouche spécifiques pour cette opération pour créer ces contours sur des pièces avec des surfaces courbes et plates ou des surfaces complètement courbes – soit dans une orientation concave ou convexe.
Cette opération crée des cavités, des perles et des contours semi-circulaires ou hémisphériques, y compris des conceptions complexes et des fonctionnalités personnalisées. Cependant, en raison de la complexité et de la courbure de la surface, cette opération est légèrement plus lente que les opérations de fraisage classiques, jusqu'à 30 pour cent.
Fraisage angulaire
Comme son nom l'indique, le fraisage angulaire implique des opérations de fraisage dans lesquelles le tranchant des fraises est placé selon un angle par rapport à la surface de la pièce. C'est assez similaire au fraisage simple, la principale distinction étant la configuration angulaire de l'axe de coupe.
Le fraisage angulaire utilise des fraises à angle unique pour créer des caractéristiques angulaires telles que des dentelures, des biseaux, des chanfreins et des rainures. Ces fraises ont des bords de coupe inclinés, ce qui les rend adaptées aux angles de travail à 45, 50, 55 ou 60 degrés, comme pour la fabrication de queues d'aronde. Il existe également des fraises à double angle, qui ont généralement des dents en forme de V et sont particulièrement adaptées au fraisage de surfaces planes à des angles de 90, 60 et 45 degrés.
Autres types
Outre les types d’opérations de fraisage CNC les plus prédominants, vous trouverez ci-dessous quelques autres types.
Fraisage périphérique
Le fraisage périphérique est similaire au fraisage simple, avec son axe de coupe généralement parallèle à la pièce. Il s’agit de couper le long du bord extérieur – la périphérie – d’une pièce. Cette technique de fraisage convient aux pièces nécessitant des détails délicats sur les bords et à la création de profils, de contours et de rainures.
Fraisage de rainures
Le fraisage de rainures est également appelé fraisage de rainures, l'un ou l'autre nom décrivant la technique. Il est utilisé explicitement pour créer des fentes et des rainures dans une pièce. L'opération est très polyvalente et utilisée pour créer des rainures en T et des rainures de clavette.
Filetage fraisage
Encore une fois, comme son nom l'indique, le fraisage de filets est spécifique à la création de caractéristiques filetées sur une pièce grâce au mouvement de rotation de l'outil de coupe. Qu'il s'agisse de filetages internes ou externes, la technique crée des caractéristiques de filetage précises et exactes dans une pièce.
Fraisage de poche
L'opération de fraisage de poches crée des poches ou des évidements fermés, comme des contre-dépouilles dans une pièce à usiner. La technique est spécifique pour créer des éléments internes délicats tels que des poches pour roulements.
Sélection de matériaux pour les opérations de fraisage CNC
Le fraisage CNC est compatible avec différents types de matériaux. Cette section discutera de la sélection des matériaux pour le processus de fraisage CNC en deux catégories.
Facteurs qui déterminent le choix des matériaux pour le fraisage CNC
Avant de sélectionner des matériaux, vous devez prendre en compte certains facteurs critiques. Ils aident à déterminer l’adéquation du matériau à un projet de fraisage spécifique.
Vous trouverez ci-dessous certains des facteurs critiques qui nécessitent de telles considérations.
- Tolérance des pièces: L'indice de tolérance d'un matériau influence la précision dimensionnelle du produit final. Par conséquent, lorsque vous fabriquez des pièces avec des spécifications de tolérance strictes, vous devez prendre en compte la tolérance des pièces pour garantir que votre produit final convient à l'application prévue.
- Prix: Le coût des matériaux est un autre facteur critique, certains matériaux étant assez chers. Il est essentiel d’équilibrer les coûts des matériaux avec la propriété souhaitée et de tenir compte de votre budget.
- Fonction de la pièce: La fonction prévue de la fabrication joue également un rôle crucial dans le choix des matériaux. Par exemple, dans l’industrie aérospatiale, l’aluminium ou le titane sont les matériaux de prédilection pour les applications qui nécessitent une résistance considérable et sont légères. Cependant, si la résistance est le critère déterminant, l’acier inoxydable peut être un matériau plus approprié.
- Stress: Encore une fois, différents matériaux ont une résistance variable aux contraintes et à la fatigue. Par conséquent, selon les exigences du projet, la résistance à la traction du matériau est un facteur crucial pour éviter toute déformation ou même un échec de fabrication.
Exemples de matériaux pour le fraisage CNC
L'un des principaux avantages des opérations CNC, y compris le fraisage CNC, est leur compatibilité avec une vaste gamme de matériaux. Vous trouverez ci-dessous les matériaux typiques adaptés au fraisage CNC.
- Métaux et alliages: Cela comprend les métaux et alliages légers et à haute densité. Des exemples de métaux pour le fraisage CNC comprennent l'aluminium, l'acier, l'acier inoxydable, le titane, le laiton et le cuivre.
- Les matières plastiques: Le fraisage CNC est compatible avec divers plastiques et résines, en particulier les polymères de qualité technique. Les exemples incluent l'acrylique, le nylon, le polyéthylène, le polypropylène, le PVC, etc.
- Autres: Cela inclut d'autres types de matériaux que les métaux et les plastiques. Des matériaux comme les composites, le bois et parfois la céramique sont utilisés pour le fraisage CNC.
Avantages du fraisage CNC
Le fraisage CNC est polyvalent, ce qui en fait l’une des méthodes les plus appréciées dans diverses industries. Voici quelques-uns de ses principaux avantages.
Haute précision et précision dimensionnelle
Comme toutes les opérations CNC, le fraisage CNC est une opération de haute précision, car elle crée des pièces avec une précision et une précision dimensionnelle impeccables. Puisqu’il s’agit d’un processus contrôlé par ordinateur, il y a peu d’interférence humaine. Les risques d’erreur sont donc minimes, comme dans l’usinage manuel. Cela en fait une technique appropriée pour les pièces et composants avec des spécifications de tolérance strictes allant jusqu'à ± 0.001 pouce ; en fait, certaines machines peuvent atteindre ±0.0005 pouces.
Compatibilité avec de vastes options de matériaux
Le fraisage CNC est compatible avec de nombreux types d’options de matériaux. Nous avons déjà discuté de certains choix de matériaux disponibles pour les machinistes CNC lors de la fabrication des pièces. L'appareil peut usiner des pièces constituées de différents matériaux, notamment des plastiques, des métaux, des alliages, des composites et même du bois et parfois de la céramique.
Rapide et Efficace
Étant donné que les opérations de fraisage CNC sont guidées par ordinateur, il s’agit d’une méthode très efficace. Après avoir mis en place la conception assistée par ordinateur et codé la machine, celle-ci peut réaliser ses opérations de manière autonome. Le haut niveau d'automatisation et de répétabilité du fraisage CNC contribue à réduire les délais de livraison, car l'appareil peut fonctionner 24 heures sur 7 et XNUMX jours sur XNUMX si nécessaire, augmentant ainsi les cadences de production. Vous avez donc plus de chances de respecter des délais serrés.
Convient aux géométries complexes
Quelles que soient les contraintes de conception et les complexités géométriques, les opérations de fraisage CNC sont adaptées. À condition que les instructions et les codes guidant le fonctionnement de l'appareil soient correctement optimisés, il garantit un contrôle précis de la trajectoire et de la profondeur de l'outil de coupe pour une grande précision. Généralement, les processus de fraisage CNC sont les opérations d'usinage incontournables pour créer des éléments complexes, notamment des poches, des contre-dépouilles et des contours.
Limites du fraisage CNC
Malgré ses nombreux avantages, le fraisage CNC présente encore certaines limites. Comprendre les lacunes est essentiel pour garantir que vos projets de fraisage CNC répondent à toutes les spécifications prévues.
Coûts initiaux élevés
En général, toutes les machines CNC, y compris les équipements et logiciels de fraisage CNC, sont coûteuses. Par conséquent, la configuration initiale d’une fraiseuse CNC est généralement coûteuse, ce qui constitue souvent une limitation, en particulier pour les startups et les petites entreprises. Cependant, étant donné que ces machines et leurs autres composants sont très durables, les avantages à long terme de l’acquisition de l’appareil peuvent dépasser son coût initial.
Usure des outils
L'usure des outils est plus ou moins une constante dans le fraisage CNC. Le contact constant entre l’outil de coupe et la pièce use progressivement les fraises. D'autres facteurs, tels que la dureté du matériau et l'augmentation des vitesses de coupe, peuvent augmenter l'usure des outils. Lorsque cela se produit, les outils doivent être remplacés ou affûtés périodiquement, ce qui augmente les coûts de maintenance.
Nécessite une expertise
Les fraiseuses CNC nécessitent des machinistes et des opérateurs experts pour garantir un usinage optimal. L'appareil nécessite un codage et une programmation corrects, ce qui nécessite souvent que les machinistes aient une bonne compréhension des langages de programmation. En outre, d'autres aspects tels que la sélection des outils, les techniques d'usinage, la configuration de la machine et des pièces, le dépannage et le diagnostic des problèmes nécessitent tous les services d'experts.
Applications des opérations de fraisage CNC
Le fraisage CNC est sans doute la technique d'usinage de précision la plus utilisée en raison de ses vastes applications dans diverses industries. En voici quelques-uns :
- Industrie aérospaciale: Pièces d'avion, éléments structurels, composants de moteur et autres pièces spécialisées avec des normes de tolérance et de qualité strictes et des mesures de sécurité strictes.
- Agriculture: Pièces pour grosses machines agricoles, systèmes d'irrigation et outillages spécialisés
- Industrie automobile: Pièces de moteur, composants de châssis, systèmes de transmission et d'engrenages, pièces intérieures et extérieures de voitures.
- Electronique: Boîtiers et enceintes électroniques, dissipateurs thermiques
- Énergie et énergies renouvelables: Pièces de générateur, turbines, composants de panneaux solaires et systèmes d'énergie renouvelable
- Fabrication générale et fabrication de pièces sur mesure: Création de pièces sur mesure, de moules, d'outillages, de pièces de machines et de composants automobiles sur mesure
- Industrie médicale : Instruments et implants chirurgicaux, prothèses, équipements orthopédiques, outils dentaires et autres caractéristiques avec des spécifications strictes de sécurité et de qualité
Facteurs qui déterminent le coût du fraisage CNC
Différents facteurs peuvent affecter le coût total des opérations de fraisage CNC. Vous trouverez ci-dessous un bref aperçu de certains d’entre eux.
Complexité de la conception
La complexité de la conception joue un rôle crucial dans le coût total des services de fraisage CNC. Les pièces dont les concepteurs sont plus complexes et plus délicats ont tendance à nécessiter des outils de coupe spéciaux, des niveaux d'expertise accrus et des délais de livraison plus longs, ce qui entraîne une augmentation des coûts. En fait, certaines géométries complexes, en particulier celles comportant des fonctionnalités supplémentaires telles que des contre-dépouilles, nécessitent un usinage multi-axes, ce qui est encore plus coûteux que les machines CNC conventionnelles.
Types de fraiseuse CNC
Le choix de la fraiseuse CNC joue également un rôle central dans les coûts de fraisage CNC. Si une conception nécessite des dispositifs CNC plus sophistiqués, ou si, par exemple, un client a spécifiquement demandé des machines CNC avancées – les machines multi-axes – il devra payer plus. En effet, ces machines offrent des capacités étendues et assurent une fabrication optimale, quelles que soient les complexités. Cependant, ils entraînent également des coûts plus élevés.
Choix du matériel
Le matériau sélectionné à des fins de fraisage CNC affecte également les coûts totaux. Les matériaux ont un impact sur les coûts de deux manières : premièrement, le coût réel des matériaux. Certains matériaux comme le fer, l’aluminium et l’acier sont relativement bon marché, tandis que les alliages à base de titane et de nickel sont chers. L’autre facteur dans lequel le choix du matériau affecte les coûts est la facilité d’usinage. Les matériaux comme le titane sont difficiles à usiner et peuvent entraîner des temps de production plus longs, une usure accrue des outils et des besoins de maintenance, ce qui entraîne une augmentation des coûts de fraisage CNC.
Volume de production
Le volume de production a également un impact sur les coûts de fraisage CNC. Même si l'on pourrait s'attendre à ce que la production à faible volume soit moins chère qu'à volume élevé, ce n'est pas si direct, surtout lorsqu'il s'agit du coût par pièce. L'usinage CNC est coûteux, mais il est rentable pour la fabrication en vrac.
En effet, le coût de fabrication de quelques produits et des produits de grande taille partage des similitudes dans les facteurs de coût, notamment le codage, l'outillage, les coûts d'installation, le changement d'outils, etc. Par conséquent, outre l'achat de plus de matériaux dans la production en vrac, d'autres aspects intégraux du projet sont partagé sur toute la fabrication, ce qui entraîne une réduction des coûts par pièce.
Choix de finition de surface
Bien que l'usinage CNC produise des pièces d'une grande précision et exactitude, nécessitant peu ou pas de finition de surface, vous pouvez toujours choisir de vous engager dans ces opérations pour améliorer davantage la pièce. Cependant, les opérations de finition et de post-traitement sélectionnées influencent les coûts totaux. Par conséquent, si votre budget est strict, envisagez une finition de surface moins coûteuse pour votre pièce ou laissez-la telle qu'usinée.
Tendances futures des services de fraisage CNC
Avec des progrès technologiques incessants, les opérations de fraisage CNC continuent de connaître des améliorations pour répondre aux demandes de fabrication modernes et futuristes. Cette section abordera les principales tendances qui englobent l'avenir des services de fraisage CNC.
Automatisation des processus de fraisage
L'automatisation CNC fait partie intégrante des opérations de fraisage CNC. Outre les codes opérationnels de ces appareils, l'intégration de systèmes robotiques dans des machines CNC peut réduire davantage les interférences humaines et augmenter la précision. Les fabricants et les équipementiers peuvent utiliser des robots pour effectuer des tâches simples telles que le changement d'outils, la manutention des matériaux, le chargement et le déchargement des pièces et même l'analyse de la qualité. L'automatisation de ces processus contribue à améliorer la répétabilité et l'efficacité des opérations CNC.
Apprentissage automatique (ML) et utilisation de l'intelligence artificielle (IA)
L'apprentissage automatique et l'IA font déjà des progrès dans le fraisage CNC. Les codeurs et les ingénieurs logiciels peuvent utiliser cette technologie pour équiper les appareils CNC de capacités d'apprentissage, optimisant ainsi davantage les opérations d'usinage.
L'intégration d'algorithmes ML et AI peut aider à prédire l'usure des outils, une trajectoire favorable, à prédire et à prévenir les défauts d'usinage, à minimiser les gaspillages et à modifier les paramètres de coupe en temps réel. Cela peut également inclure des fonctionnalités telles que l'autosurveillance, la planification de la maintenance et l'auto-diagnostic en cas de panne. Ces caractéristiques se traduisent par une durée de vie accrue de l’outil et par l’efficacité globale de la machine.
Pour aller plus loin
Le fraisage CNC est une technique de fabrication populaire pour diverses applications industrielles. La méthode offre de vastes capacités, allant de la fabrication simple à la fabrication de composants sophistiqués dotés de caractéristiques de conception complexes.
Même dans un monde de fabrication toujours dynamique, le fraisage CNC a refusé de cesser d'évoluer, garantissant qu'il restera un pilier pendant des années.
Services de fraisage CNC personnalisés de Zintilon
En lisant cet article jusqu'ici, vous avez probablement une compréhension détaillée du fraisage CNC. Cependant, vous devez toujours vous associer à un service, car l'acquisition des machines pour votre projet est coûteuse, surtout s'il s'agit uniquement d'une fabrication de pièces personnalisées à petite échelle ou ponctuelle.
Zintillon est un expert dans l’offre de services de fraisage CNC de haute qualité. Qu'il s'agisse de pièces simples ou de fabrication de pièces complexes avec des spécifications de tolérance strictes, nous adhérons à vos exigences.
Notre installation dispose d’opérateurs hautement qualifiés et de l’équipement nécessaire pour donner vie au projet de vos rêves. Outre le fraisage CNC, nous proposons d'autres opérations d'usinage CNC – tournage, perçage, etc., y compris des technologies connexes telles que l'électroérosion, la fabrication de tôles et le moulage sous pression.
FAQs
Le fraisage CNC est-il différent de l'usinage CNC ?
Le fraisage CNC est un sous-ensemble des opérations d'usinage CNC. En effet, le fraisage CNC est vaste ; cela implique explicitement d'utiliser des couteaux rotatifs pour remodeler un matériau. D'autre part, l'usinage CNC comprend divers processus, notamment le fraisage, l'alésage, le tournage, le perçage et le routage, entre autres.
Pourquoi est-il préférable de fraiser que de tourner ?
Le fraisage offre une gamme d'applications plus large. Il convient à la création de formes plates et complexes, notamment des contours, des évidements, des contre-dépouilles et d'autres détails complexes. En revanche, le tournage est privilégié pour les structures cylindriques.
Quelle est la différence entre le fraisage manuel et le fraisage CNC ?
L'opération de fraisage manuel nécessite que des opérateurs humains contrôlent les fonctions de la machine, tandis que le fraisage CNC est automatisé et contrôlé par des programmes et des codes informatiques. Par conséquent, le fraisage CNC peut créer des pièces complexes et offre une précision et une répétabilité au-delà du fraisage manuel.
Quelle est la différence entre le fraisage CNC et le tournage CNC ?
Dans le fraisage CNC, les outils de coupe rotatifs enlèvent des morceaux d'une pièce, tandis que dans le tournage CNC, les fraises sont stationnaires, la pièce tournant au fur et à mesure que les pièces sont ébréchées. Bien que les deux procédés de fabrication soustractive puissent sembler similaires, ils répondent à des objectifs différents. Le tournage est plus spécifique aux pièces cylindriques, tandis que le fraisage a des applications plus vastes, allant des structures plates aux structures complexes.
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