Principes du fraisage CNC Utilisations et choix des matériaux expliqués

Vous êtes-vous déjà demandé comment sont fabriqués des produits de haute précision, des smartphones aux équipements aérospatiaux?Une pierre angulaire de la fabrication moderneLe fraisage par contrôle numérique par ordinateur (CNC) joue un rôle indispensable dans toutes les industries en raison de sa vitesse, de sa précision et de sa polyvalence.Cet article fournit un examen approfondi de la technologie de fraisage CNC, de ses principes fondamentaux à ses applications pratiques et à ses avantages comparatifs.

Le fraisage CNC est un procédé de fabrication soustractif qui utilise des outils de coupe rotatifs contrôlés par ordinateur pour retirer sélectivement du matériau d'une pièce solide, la transformant en composants finis.Alors que le fraisage existait comme une technique de fabrication avant l'informatisationLes premières versions reposaient entièrement sur l'opération manuelle où les machinistes contrôlaient le mouvement de l'outil sur la base de dessins techniques, un processus à forte intensité de main-d'œuvre et sujet aux erreurs humaines.

L'introduction du contrôle informatique a révolutionné le fraisage en une méthode de fabrication rapide, précise et très précise.Les systèmes CNC réduisent considérablement la variabilitéEn tant que sous-ensemble des services d'usinage CNC (qui comprennent également le tournage, la gravure et le forage),Le fraisage CNC représente l'élimination contrôlée du matériau par des opérations de découpe pour produire des pièces finies.

Malgré les variations dans les types de machines et les opérations, tous les fraisages CNC suivent le même flux de travail fondamental.d'une hauteur supérieure ou égale à 300 cm3La séquence de fabrication complète comporte généralement cinq étapes:

1. Création de modèles CAO
2. Conversion du format CAO au format CAM
3. Configuration de la machine
4. Exécution du fraisage
5. Post-traitement

Le processus commence par la modélisation 3D à l'aide d'un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAD), où les ingénieurs créent des répliques numériques incorporant toutes les spécifications dimensionnelles, tolérances,et considérations matériellesLes principes de la conception pour la fabrication (DFM) optimisent les modèles pour l'efficacité de la production, en s'attaquant à des contraintes telles que la géométrie des caractéristiques, les limites dimensionnelles et les capacités de tolérance.Exportation de modèles complétés dans des formats de fichiers CAD standard.

Étant donné que les machines CNC ne peuvent pas interpréter directement les fichiers CAO, le logiciel de fabrication assistée par ordinateur (CAM) traduit les modèles 3D en code G lisible par machine.Ce langage de programmation spécifie tous les paramètres opérationnelsAprès vérification, les techniciens transférent le programme G-code au contrôleur CNC.

Les opérateurs configurent la fraiseuse en installant des outils de coupe appropriés, en fixant la pièce au lit de la machine et en établissant des plans de référence et des systèmes de coordonnées.L'installation supplémentaire peut inclure l'installation de luminaires, des viseurs ou des systèmes d'alimentation en liquide de refroidissement en fonction des besoins de fonctionnement.

Une fois les préparatifs terminés, le processus de fraisage automatique commence.coordonner avec précision la rotation de l'outil (généralement des milliers de tours par minute) avec un mouvement à plusieurs axes pour façonner progressivement la pièce à usinerLe mouvement relatif se produit soit par le mouvement de l'outil, l'ajustement de la pièce, soit par une action coordonnée entre les deux éléments jusqu'à ce que la géométrie finale soit atteinte.

Les opérations de finition facultatives améliorent les composants fraisés grâce à des traitements esthétiques ou fonctionnels.

• Traitements de surface: déboulage, polissage, sablage, revêtement en poudre
• Couches de protection: galvanisation, anodisation
• Traitement thermique: éteindre, tempérer

Alors que le fraisage CNC atteint une précision exceptionnelle (généralement ± 0,005 "ou 0,13 mm pour les systèmes à 3 axes),tous les procédés de fabrication exigent des spécifications de tolérance ◄ l'écart admissible par rapport aux dimensions nominales qui maintient la fonctionnalitéLes normes internationales (ISO 2768, ISO 286) définissent des classes de tolérance pour la fabrication soustractive.

• La taille de la pièce doit être déterminée en tenant compte de l'état de la pièce.
• Pour les véhicules à moteur électrique à commande autonome:
• Traitement des fils: 0,005" (0,13 mm)

Des tolérances plus strictes augmentent le temps et le coût d'usinage, de sorte que les spécifications devraient équilibrer les exigences de précision avec la faisabilité économique.

Les concepteurs doivent tenir compte des limitations inhérentes au fraisage lors de la création de pièces manufacturables:

• Évitez les canaux internes courbes (chemin d'outil non linéaire)
• Éliminer les sous-coups (fonctionnalités inaccessibles)
• Prévenir les parois extrêmement minces (fractures induites par les vibrations)
• Conception des coins internes avec des rayons (outils de coupe ronds)
• Observer les limites de taille propres à la machine (généralement ≤ 1,2 m3)

Les usines CNC modernes intègrent plusieurs composants de base indépendamment de leur configuration:

• Le moteur:Arbre tournant qui retient les outils de coupe
• Changer d' outil:Système automatique d'échange de coupe
• Le lit de la machine:Cadre rigide supportant tous les composants
• Tableau de travail:Surfaces de précision pour fixation de pièces
• Les moteurs d'axe:Servo moteurs contrôlant le mouvement linéaire
• Système de contrôle:Interprétation par ordinateur du code G

Les usines CNC se distinguent principalement par leurs capacités de mouvement:

3 axes:Mouvement linéaire X/Y/Z de base (le plus courant)

4 axes:Ajout d'un seul axe de rotation (complexité accrue)

5 axes:Deux axes de rotation (flexibilité géométrique maximale)

Différentes stratégies de coupe produisent des caractéristiques géométriques spécifiques:

Le fraisage du visage:Produit des surfaces plates perpendiculaires à l'axe de la broche

Pour les appareils de traitement de l'airCrée des fentes/poches en utilisant la coupe des côtés des outils

Pour le fraisage angulaire:Machines à charnière/dépôt de colombe à angle déterminé

Formage à la fraise:Des coupeurs spécialisés produisent des contours complexes

Le fraisage CNC accueille divers matériaux d'ingénierie avec des critères de sélection clés, notamment:

• Propriétés mécaniques (résistance, dureté)
• Résistance à l'environnement (corrosion, température)
• Exigences fonctionnelles (conductivité, poids)
• Caractéristiques de l'usinage
• Considérations relatives aux coûts

Choix communs: aluminium, alliages d'acier, titane, laiton, cuivre

Sélections fréquentes: ABS, nylon, PEEK, acétal, PTFE

Le fraisage CNC remplit des fonctions essentielles dans tous les secteurs manufacturiers:

• Aérospatiale:Composants du moteur, pièces structurelles
• Automobile:engrenages de transmission, éléments de suspension
• Médical:Instruments chirurgicaux, implants orthopédiques
• Énergie:Blades de turbines, composants de forage
• électronique:Réservoirs, dissipateurs de chaleur

• Précision dimensionnelle exceptionnelle
• Compatibilité générale des matériaux
• Capacité de géométrie complexe
• Capacité de prototypage rapide
• Répétabilité constante

• Coûts élevés d'équipement
• Déchets matériels issus du procédé de soustraction
• Restrictions de conception géométrique
• Plus lent pour la production de masse par rapport aux alternatives

Alors que le fraisage CNC excelle dans les pièces métalliques de précision, d'autres technologies sont mieux adaptées à des applications spécifiques:

Impression 3D:Idéal pour les prototypes en plastique complexes

Moulures par injection:Optimale pour les pièces en plastique à volume élevé

Le casting:Convient pour les grands composants métalliques

Le tournage CNC:Meilleur pour les pièces à symétrie de rotation

Le fraisage CNC reste une technologie de fabrication vitale, combinant précision, flexibilité et polyvalence des matériaux pour produire des composants critiques dans toutes les industries.Bien que la technologie présente certaines limitations en ce qui concerne les coûts et les contraintes géométriques, ses avantages en termes de précision et de répétabilité assurent sa pertinence continue dans les environnements de prototypage et de production.Les technologies de pointe permettent aux fabricants d'exploiter efficacement cette technologie dans des écosystèmes de production plus larges..