Faut-il tourner ou fraiser une pièce ? L'usinage 3 axes est-il suffisant, ou le projet nécessite-t-il 5 axes ? Un mauvais choix de procédé d'usinage CNC peut entraîner des retards coûteux, des tolérances excessives ou des dépenses excessives. Dans cette comparaison des procédés d'usinage CNC, nous décrirons chaque méthode principale et vous en donnerons un aperçu concis, clair et pratique.
Nous espérons que cela vous aidera à prendre des décisions rentables et adaptées aux spécificités du projet. Alors, allons-y !
Présentation du processus de fabrication CNC
« Les procédés d'usinage CNC font référence à un ensemble de procédés de fabrication qui impliquent le retrait de matière d'une pièce afin de façonner une certaine pièce. »
Chacun de ces processus est géré par ordinateur, ce qui permet de déplacer les outils avec une précision extrême. C'est pourquoi CNC signifie « Commande Numérique par Ordinateur ». Contrairement à l'impression 3D, il s'agit d'une méthode de fabrication soustractive : on utilise plus de matière que nécessaire initialement, puis on retire progressivement l'excédent pour obtenir la forme souhaitée.
Eh bien, cette méthode est répandue, en particulier dans des secteurs comme la fabrication, en raison de sa précision et de sa cohérence exceptionnelles.
Pourquoi existe-t-il autant de types de processus différents ?
C'est une question qui vient à l'esprit de nombreux professionnels de la conception et de l'ingénierie. La réponse est simple : chaque composant est différent. Certains peuvent comporter des trous et des courbes, tandis que d'autres nécessitent des finitions lisses ou des arêtes vives. Il n'existe donc pas d'approche unique applicable à toutes les formes, tailles et matériaux.
Pour répondre à toutes ces exigences, différents procédés ont vu le jour. Chacun d'eux répond à une tâche spécifique, qu'il s'agisse de découper des blocs métalliques, de façonner des cylindres ou de procéder à des finitions de surface.
Dans ce blog, nous expliquerons les différents types de processus afin que vous puissiez les comprendre plus en détail. Commençons par les examiner brièvement.
Procédés basés sur le broyage
Avec le fraisage CNC, la pièce reste immobile tandis que l'outil de coupe tourne et extrait la matière comme s'il s'agissait d'un décollement de couches. Cette approche est optimale pour les composants présentant des surfaces planes, des fentes ou des poches.
Ce procédé est souvent utilisé pour la conception et d'autres composants d'ingénierie nécessitant des trous, des angles et des formes tridimensionnelles complexes. Le fraisage CNC est un procédé précis et flexible qui fonctionne avec les métaux et les plastiques.
Procédés basés sur le tournage
Tournage CNC operates slightly differently. In this instance, the workpiece is rotatable while the tool remains stationary. The tool engages in cutting operations along the surface of the workpiece.
C'est donc une méthode idéale pour la production de composants circulaires ou cylindriques tels que des tiges, des tuyaux et des arbres. En général, le tournage est plus courant que le fraisage et s'avère particulièrement utile lorsque les composants nécessitent une symétrie par rapport à un axe central. Il est également beaucoup plus rapide que le fraisage.
Procédés de perçage
Il existe plusieurs options pour percer des trous. Un foret rotatif est généralement le plus simple et le moins performant : le perçage CNC. Pour une précision accrue et une finition de surface améliorée, les trous peuvent également être percés et alésés.
L'alésage augmente la taille d'un trou tout en améliorant son positionnement, tandis que l'alésage apporte la touche finale avec une taille spécifique et une surface ultra-lisse. Ces procédés sont souvent combinés pour accroître l'efficacité globale des pièces.
Autres méthodes CNC
Il existe d’autres catégories de procédés de fabrication CNC qui méritent l’attention en plus des plus courants mentionnés ci-dessus.
- Le meulage est le processus de finition ou de lissage d'une surface à l'aide d'une meule rotative.
- L'EDM, ou usinage par décharge électrique, est un autre procédé qui utilise des étincelles électriques pour éroder les métaux durs.
Ces techniques sont indispensables lorsque des détails complexes ou des finitions de haute qualité sont requis au-delà des capacités des outils conventionnels.
Chaque méthode d'usinage CNC a des fonctions spécifiques. Certaines sont plus adaptées aux formes plates, d'autres aux formes rondes ou aux détails complexes. C'est pourquoi il est essentiel de connaître ces différents procédés d'usinage CNC pour bien préparer un projet. Cela vous permet d'éviter les erreurs en sélectionnant l'outil adapté à la tâche.
[Comparaison de base] Comparaison en tête-à-tête : comparaison approfondie des principaux procédés CNC
Très bien ! Dans cette section, nous allons analyser les différences entre les procédés d'usinage CNC, leur principe, leurs avantages, leurs inconvénients, leurs applications, et plus encore. Restez connectés !
Fraisage CNC vs tournage
Fraisage CNC ou fraisage ? Découvrons-le maintenant ! Fraisage CNC et Tournage CNC Ce sont les deux principaux procédés de fabrication soustractive en CNC. Ces deux procédés retirent de la matière d'une pièce solide, mais leurs mécanismes de mouvement diffèrent. Le fraisage utilise un outil rotatif et une pièce fixe, tandis que le tournage fait tourner la pièce contre un outil fixe.
Différence fondamentale
Dans lequel des deux procédés, c'est l'outil qui tourne, ou la pièce ? C'est la distinction essentielle.
- Dans le fraisage CNC, l'outil de coupe est la pièce qui tourne pendant que la pièce est immobile.
- Dans le tournage CNC, la pièce tourne et l'outil de coupe est stationnaire.
Pièces appropriées
- Le fraisage est particulièrement adapté aux pièces carrées, plates ou irrégulières présentant des caractéristiques complexes.
- Le tournage est idéal pour les pièces cylindriques, rondes et rotatives.
Aide
Dans le fraisage CNC, un outil de coupe rotatif traverse une pièce fixe le long des axes X, Y et Z pour retirer de la matière et façonner des contours complexes.
Lors du tournage CNC, la pièce est fixée dans un mandrin et entraînée à grande vitesse. Un outil statique se déplace le long de la surface pour former les éléments cylindriques.
Avantages du fraisage CNC
+ Capacités de précision avancées : Une fraiseuse est l’une des meilleures options lorsqu’il s’agit de traiter des composants complexes et multiformes avec des exigences de haute précision.
+ Capacité matérielle polyvalente : Capable de travailler avec des matériaux difficiles tels que l'acier, le titane, l'aluminium et même les plastiques techniques.
+ Capacité multifonctionnelle : Effectue une variété d'opérations telles que le perçage, le rainurage, le contournage et la finition de surface dans une seule configuration.
Inconvénients du fraisage CNC
- Inefficacité temporelle pour les pièces rondes : Cette approche n’est pas adaptée aux composants rotatifs ou cylindriques, car l’efficacité en termes de temps et de ressources est faible.
- Usure accélérée des outils : L'équipement peut subir une usure plus rapide en raison du contact de surface accru lors de coupes multi-axes, en particulier avec des métaux plus durs.
- Préparation initiale élevée : Il nécessite une programmation et une configuration CAM détaillées pour les pièces avancées.
Avantages du tournage CNC
+ Rapide et efficace pour les composants ronds : Efficace pour créer des composants symétriques tels que des arbres, des tiges et des bagues rapidement et avec précision.
+ Coûts opérationnels réduits : Les centres de tournage sont moins chers et plus rapides pour la production en masse de pièces cylindriques.
Inconvénients du tournage CNC
- Restriction de surface cylindrique : Non efficace pour les formes plates, angulaires ou autres formes complexes.
- Outillage limité : L'outillage, comparé au fraisage, contient moins de variétés et d'options.
- Accès limité aux outils : Les outils de tour standard peuvent ne pas avoir la capacité d'atteindre certaines géométries.
Applications appropriées du fraisage CNC
- Composants aérospatiaux : La CNC est utile pour fabriquer des supports, des supports et des composants structurels à haute tolérance.
- Boîtier pour équipement médical : Les boîtiers et les composants structurels sont essentiels pour les équipements médicaux et doivent être produits avec précision.
- Fabrication de matrices et de moules : Ils sont utiles pour l'usinage de cavités, de bases de moules et d'inserts de précision.
Applications appropriées du tournage CNC
- Fabrication de pièces d'arbres et d'essieux : Crée des arbres et des axes cylindriques longs et uniformes avec des diamètres constants.
- Tuyaux et pièces filetées : Idéal pour les trous filetés internes et externes et les surfaces coniques.
- Rotors et moyeux automobiles : Généralement produit pour des pièces telles que les freins automobiles et les moyeux de roue.
Caractéristique | Fraisage CNC | Tournage CNC |
| Type de mouvement | Outil rotatif, partie fixe | Pièce rotative, outil fixe |
| Formes idéales | Pièces plates et complexes en 3D | Cylindrique et symétrique |
| Configuration d'axe | 3 à 5 axes | Généralement 2 axes |
| Temps d'installation | Configuration plus longue | Configuration plus rapide |
| Vitesse pour les rounds | Ralentissez | Plus vite |
| Flexibilité de conception | Haute | Limité aux fonctionnalités rondes |
Usinage CNC 3 axes vs 5 axes : du basique au avancé
L'usinage 3 axes et 5 axes sont tous deux des types de fraisage CNC, mais ils diffèrent par la rotation de l'outil et de la pièce.
Dans l'usinage 3 axes, l'outil se déplace selon 3 axes linéaires : X, Y et Z, la pièce étant immobile. Usinage sur axe 5, l'outil ou la table est également capable de s'incliner ou de tourner, offrant ainsi 2 degrés de mouvement supplémentaires, soit 5 degrés de mouvement au total.
Principe de fonctionnement
Dans l'usinage 3 axes, l'outil est vertical et se déplace uniquement dans une direction linéaire, ce qui ne peut se faire que par rotation. La pièce est immobile, ce qui signifie que la géométrie réalisable sans repositionnement est limitée.
L'usinage 5 axes permet d'accéder à la pièce sous pratiquement tous les angles, l'outil ou la table de travail étant inclinable et rotatif. Cela minimise le nombre de réglages et facilite l'accès aux surfaces difficiles d'accès.
Avantages de l'usinage 3 axes
+ Coût de maintenance réduit : Les machines à 5 axes sont plus coûteuses à installer et à entretenir.
+ Efficace pour les pièces de base : Fonctionne bien avec des tâches planes telles que le perçage, le pochetage ou le surfaçage.
+ Une plus grande accessibilité : Souvent trouvés dans les petits ateliers CNC et autres ateliers en raison de leur conception simple.
Figure n° 5. Usinage CNC 3 axes
Inconvénients de l'usinage 3 axes
- Plus grandes imprécisions temporelles et erreurs : Les pièces doivent être repositionnées, ce qui augmente les risques de perte de temps et d'erreurs dues à des configurations multiples.
- Précision inférieure : Risque accru de baisse de précision pour les travaux complexes, en raison d'une production plus lente due au repositionnement manuel et à l'augmentation des changements d'outils.
- Pas efficace pour les cavités profondes : Un risque plus élevé de précision moindre, car la machine nécessite des outils plus longs et augmente les vibrations.
Avantages de l'usinage 5 axes
+ Nombre réduit de configurations : Meilleure chance de réduire le temps d'usinage, car les pièces sont continuellement repositionnées au lieu d'être serrées.
+ Réduction de l'usure améliorée : Les outils dégradés sont moins sensibles aux angles optimaux, améliorant ainsi la durée de vie restante des outils.
+ Meilleure finition de surface : Permet des finitions plus lisses pour les surfaces profilées.
Inconvénients de l'usinage 5 axes
- Investissement initial élevé : Nécessite des machines coûteuses, des logiciels avancés, du personnel qualifié et du matériel sophistiqué.
- Programmation complexe : Des concepteurs FAO qualifiés et des simulations avancées sont nécessaires pour éviter les collisions et les dommages aux produits.
- Pas toujours nécessaire : Les pièces simples qui peuvent être réalisées avec l'usinage 3 axes ne justifient pas les coûts et la complexité de cette configuration.
Usinage 3 axes : applications appropriées
- Plaques plates et boîtiers : Idéal pour l'usinage planaire des plaques de montage et des couvercles de boîtier.
- Bases de moules : Utilisé pour l'usinage grossier des poches de cavité et la finition des surfaces planes dans les industries de l'outillage et de la matrice.
- Gravure et Signalétique : Fréquemment utilisé pour graver des logos et des formes sur des feuilles métalliques et plastiques.
- Pièces industrielles de base : Convient aux pièces telles que les blocs, les supports et autres composants de fixation simples.
Usinage 5 axes : applications appropriées
- Aubes de turbine aérospatiale : Idéal pour les composants à poches profondes et très profilés.
- Implants médicaux : Utilisé dans des composants complexes tels que les articulations de la hanche, les pièces dentaires et orthopédiques.
- Pièces de performance automobiles : Aide à obtenir des structures optimisées et légères dans les moteurs et les pièces de suspension.
Caractéristique | Usinage 3 axes | Usinage 5 axes |
| Degrés de liberté | X, Y, Z | X, Y, Z + A (rotation), B (inclinaison) |
| Idéal pour | Géométries simples et plates | Composants complexes multi-surfaces |
| Temps d'installation | Plus long pour les pièces complexes | Minimal en raison de l'usinage à configuration unique |
| Facilité de programmation | Facile | Complexe et avancé |
| Coût de l'équipement | Coût en adjuvantation plus élevé. | Meilleure performance du béton |
| Finition de surface | Bon | Excellent grâce aux angles d'outils optimaux |
Fraisage CNC vs. routage
Le fraisage et le routage CNC sont deux procédés qui impliquent l'utilisation d'un outil rotatif pour couper et enlever de la matière. Bien que ces deux procédés partagent une base commune, les machines qui les réalisent diffèrent considérablement, principalement en raison des matériaux travaillés, de la précision requise et du cas d'utilisation.
Mécanisme des opérations
Une fraiseuse CNC est dotée d'un corps robuste contenant un outil de coupe pouvant avancer dans trois directions linéaires ou plus. Cela permet de façonner des matériaux durs avec une grande précision.
Une défonceuse CNC est plus rapide qu'une fraiseuse CNC, car elle utilise une machine plus agile. Cette machine fait tourner une fraise à haut régime pour couper rapidement des matériaux tendres comme le bois et la mousse.
Avantages du fraisage CNC
+ Résistance accrue aux chocs : Les fraiseuses CNC sont dotées d'un châssis robuste, ce qui leur permet de mieux absorber les vibrations et les chocs. Elles offrent ainsi une précision et une fiabilité accrues lors de l'usinage de matériaux durs.
+ Polyvalence dans le traitement des matériaux : Capable de traiter des matériaux durs comme les métaux et alliages (acier, aluminium), les plastiques techniques, ainsi que les plastiques techniques plus souples.
+ Capacité à soutenir des processus robustes:des processus complexes, notamment le vidage de poches, le perçage et le contournage, peuvent être réalisés dans une seule configuration.
Inconvénients du fraisage CNC
- Vitesse réduite : Les matériaux durs et la précision qui leur est associée augmentent le temps nécessaire au fraisage CNC par rapport aux autres technologies.
- Augmentation des dépenses : Les coûts d'entretien et d'achat des fraiseuses sont plus élevés que ceux d'une défonceuse si l'on compare les processus d'usinage CNC.
Avantages du routage CNC
+ Vitesse de coupe élevée : Le routage CNC est particulièrement efficace pour les matériaux plus souples tels que le bois, les plastiques et la mousse, car ils peuvent être traités rapidement.
+ Faible coût de la machine : Les routeurs CNC sont généralement plus abordables, ce qui les rend faciles à acquérir pour les ateliers et les entreprises nouveaux ou de petite taille.
+ Configuration légère : Plus facile à installer et à utiliser pour les travaux à petite échelle tels que les installations et les déménagements pour des projets.
Inconvénients du routage CNC
- Moins précis : Les routeurs CNC sont moins précis en raison de la légèreté du cadre, ce qui le rend inadapté aux pièces complexes ou précises.
- Plus de vibrations : Ceci est particulièrement visible dans les coupes plus profondes ou plus denses.
- Durée de vie de l'outil plus courte : L'usure de l'outil est plus prononcée avec des vitesses de broche élevées et des matériaux durs, ce qui entraîne une durée de vie réduite de l'outil.
Utilisations idéales du fraisage CNC
- Fabrication de composants métalliques : Dans la production de pièces telles que des composants de moteur, des moules ou des boîtiers mécaniques, la précision est nécessaire pour leur fabrication.
- Fabrication d'outils et de matrices : Excellent pour la production de matrices et de montages personnalisés pour les configurations de fabrication.
- Pièces aérospatiales et médicales : Idéal pour les composants nécessitant une résistance rigoureuse et des tolérances précises.
Utilisations idéales du routage CNC
- Projets de menuiserie : Idéal pour la création de meubles, d'enseignes en bois, d'armoires et de panneaux décoratifs.
- Découpe de mousse et de plastique : Couramment utilisé dans la découpe de mousse d'emballage, de feuilles acryliques, de panneaux en PVC et de matériaux en mousse et en signalisation.
- Découpe composite : Utile dans les industries marine et automobile pour les pièces en fibre de verre et en fibre de carbone.
Caractéristique | Fraisage CNC | Routage CNC |
| Rigidité de la machine | Haute | Low |
| Différence fondamentale | Conçu pour la précision et la coupe dure | Conçu pour la vitesse sur des matériaux souples |
| Matériaux appropriés | Métaux, plastiques durs | Bois, plastiques souples, mousse |
| Vitesse de coupe | Ralentissez | plus rapide |
| Niveau de précision | Très élevé | Modérée |
| Industries d'application | Aérospatiale, Automobile, Outillage | Enseignes, Mobilier, Emballage |
| Coût et configuration | Installation coûteuse et complexe | Installation abordable et plus simple |
Le trio de perforateurs : Fraisage CNC vs perçage vs. Alésage vs. Alésage
Forage: La création d'un trou dans un matériau solide à l'aide d'un foret est appelée perçage. Il s'agit de la première étape du processus de perçage.
Ennuyeuse: Bon, parlons maintenant du perçage et de l'alésage CNC. L'alésage consiste à agrandir un trou à l'aide d'un outil de coupe à pointe unique, ce qui améliore sa précision cylindrique.
Alésage : Vous vous demandez peut-être maintenant s'il est préférable de choisir entre perçage CNC et alésage. L'alésage est la dernière étape du processus. Il permet de lisser et d'agrandir un trou pré-percé ou alésé pour lui donner une dimension spécifique et une surface lisse.
Différence fondamentale
Le perçage crée le trou initial, tandis que l'alésage aligne et élargit le trou, et l'alésage lisse le trou aux mesures exactes et à la finition de surface requises.
Avantages du forage
+ C'est rapide et rentable
+ Le perçage est flexible pour tous les matériaux
+ Idéal pour les opérations précédentes
Inconvénients du forage
- Il ne peut pas être utilisé lorsque la précision du diamètre du trou est critique.
- Les murs intérieurs peuvent être rugueux.
- Les surfaces courbées et courbées peuvent entraîner la flexion des forets.
Avantages de l'ennui
+ Prend en charge les irrégularités et les désalignements.
+ Meilleur alignement du trou dans l'axe de rotation.
+ Capable de créer des trous de tailles multiples tout en utilisant le même corps d'outil.
+ Excellent pour corriger les défauts des trous percés.
Inconvénients de l'ennui
- Impossible de créer un trou à partir de rien
- Le temps d’exécution est plus long que celui du forage.
- Impossible de fonctionner dans des paramètres à grande vitesse.
-
Avantages de l'alésage
+ Les surfaces créées peuvent être des surfaces perforées vers l'intérieur avec des miroirs.
+ Contrôle strict de la taille du trou avec une précision de l'ordre du micron.
+ Idéal pour les volumes élevés pour des exigences de trous exactes.
Inconvénients de l'alésage
- Impossible à opérer sans trou.
- Sensible au désalignement.
- Restrictions d'un seul outil à un diamètre défini.
Caractéristique | Forage Horizontaux | Forage | Alésage |
| Objectif principal | Création de trous | Agrandissement et alignement des trous | Finition des trous |
| Précision du trou | Faible (± 0.1 mm typique) | Moyen (± 0.05 mm typique) | Élevé (± 0.01 mm ou mieux) |
| Finition de surface | Rugueux | Agencement des | Lisse à miroir |
| Type d'outil | Foret hélicoïdal | Barre d'alésage à point unique | Alésoir multi-tranchants |
| Peut commencer un trou | Oui | Non | Non |
| Taux d'enlèvement de matière | Haute | Moyenne | Low |
Comment choisir le bon procédé d'usinage CNC pour votre projet
Il est important de comprendre les exigences précises de fabrication de votre pièce avant de choisir une pièce. CNC Processus d'usinage. Ce schéma simple explique comment choisir un processus d'usinage CNC en quelques étapes simples.
Étape 1. Évaluer les caractéristiques de la pièce
L'examen du contour est un bon début. Pour les pièces principalement cylindriques, le tournage CNC est efficace. Les pièces prismatiques complexes comportant des contre-alésages ou des poches sont mieux traitées par fraisage CNC. Pour les trous cylindriques, on peut effectuer un perçage, un alésage ou un alésage selon le diamètre et la finition.
Étape 2. Classification des matériaux
Les matériaux tendres comme le plastique ou le bois sont mieux traités par fraisage CNC. En revanche, les métaux durs sont mieux usinés par fraisage ou rectification. De plus, le meulage est idéal pour les aciers trempés et les surfaces ultra-lisses.
Étape 3. Fonctionnalités et options de précision exceptionnelles
Si votre conception implique des tolérances serrées et des ajustements essentiels, comme pour les pièces aéronautiques ou médicales, le fraisage ou la rectification sont les solutions les plus appropriées. Pour une précision générale, le tournage et le fraisage suffisent également.
Étape 4. Examiner le volume et le coût de production
En termes de volume de production global, les processus de tournage et de fraisage sont très efficaces lorsqu'ils sont automatisés. Les pièces nécessaires en exemplaires uniques ou en prototypes peuvent être produites rapidement par usinage manuel ou par fraisage. Cela dépend du type de matériau.
Tableau récapitulatif de comparaison rapide
Critères | Fraisage CNC | Tournage CNC | 5-Axis CNC | Forage Horizontaux | Forage | Alésage |
| Géométrie de la pièce | Surfaces 3D planes, prismatiques et complexes | Caractéristiques cylindriques et concentriques | Pièces multifaces très complexes | Trous simples | Trous agrandis | Dimensionnement final du trou |
| Adéquation des matériaux | Métaux, plastiques, composites | Métaux, plastiques | Métaux, alliages, composites | Métaux, plastiques | Les métaux | Métaux, certains plastiques |
| La précision | Haute | Moyen à élevé | Très haut | Moyenne | Haute | Très élevé |
| Finition de surface | Lisse à très fin | Bon | Excellent | De brut à bon | Amélioré par rapport au forage | Excellent |
| Accès aux outils | 3 axes (certaines limites) | Mono-axe | Multi-angles, contre-dépouilles possibles | Ligne droite uniquement | Ligne droite uniquement | Ligne droite uniquement |
| Volume de production | Faible à moyen | Moyen à élevé | Faible à moyen | Haute | Moyenne | Moyenne |
| Prix | Modérée | Faible à modéré | Haute | Low | Modérée | Modérée |
| Cas d'utilisation typique | Boîtiers, supports, surfaces complexes | Arbres, bagues, pièces rondes | Pièces aérospatiales, implants médicaux | Création de trous | Affinement du diamètre du trou | Dimension finale et précision de surface |
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5) Conclusion : Il n’existe pas de « meilleur » processus, seulement le choix le plus approprié
Très bien ! Nous avons vu que chaque méthode d'usinage de précision présente ses propres avantages et inconvénients. Le choix ne peut se faire qu'en fonction des exigences du projet. Nous avons donc essayé de vous fournir des comparaisons de procédés d'usinage CNC, des conseils professionnels et une structure claire pour vous aider dans votre choix. Utilisez-la pour choisir en toute confiance le procédé d'usinage le plus adapté à votre prochain composant. Bonne chance !
