Le processus de fraisage CNC est l’une des méthodes de fabrication les plus importantes. Ce processus utilise divers matériaux et les façonne en pièces ou produits souhaités. Cependant, une fraiseuse CNC peut effectuer de nombreux types d’opérations de fraisage pour gérer des conceptions complexes.
Fondamentalement, chaque opération consiste à retirer les matériaux d'une pièce à l'aide de fraises fixées à la broche mobile. Cependant, les outils et le mouvement de la broche diffèrent d'un type à l'autre.
Cet article abordera en détail différentes opérations de fraisage, en détaillant leurs avantages et leurs applications. À la fin, vous serez en mesure de choisir le processus de fraisage adapté à votre projet.
Comment fonctionne le fraisage CNC ?
Le fonctionnement de chaque type de fraisage en usinage implique la conception de la pièce imprimée, la conversion de la conception en codes G et M (instructions comprises par la machine CNC), l'outillage et la configuration, ainsi que l'exécution du processus.
Voyons comment la fraiseuse CNC exécute les opérations de fraisage à l'aide de ses composants et outils de fraisage.
| Composant | Description |
| Interface machine | Un panneau de commande qui prend les instructions de fraisage sous forme de code G et permet de contrôler les paramètres de fraisage, tels que la vitesse, la profondeur de coupe, les vitesses d'avance et les coordonnées d'usinage. |
| Broche | Le mandrin ou le dispositif de maintien attaché à la broche maintient l'outil d'usinage, qui peut se déplacer sur la pièce à usiner grâce au moteur électrique connecté et aux roulements mécaniques. |
| Lit ou table de travail | Il s'agit d'une surface plane avec des rainures en T ou d'autres fixations pour monter la pièce à l'aide de pinces ou d'étaux. La table de travail assure la stabilité de la pièce pendant le fraisage. |
| Colonne | Une structure robuste qui fournit un support vertical au mécanisme de broche. Cela rend la broche stable lors du déplacement le long de l’axe z pour l’usinage. |
| Selle | Il soutient le mouvement du plateau de travail et assure la stabilité lors du réglage de la position du plateau de travail (position de la pièce). |
| Tonnelle | Un arbre maintient une ou plusieurs fraises simultanément (extension de la broche). |
| Outils de coupe | Outils qui enlèvent la matière de la pièce à travailler avec ses arêtes (ou pointes) tranchantes. Les outils sont généralement fabriqués avec des matériaux durs comme l’acier à outils et le carbure. Par exemple, des fraises en bout, des forets à rainurer, des fraises à billes, etc. |
De plus, le choix des types d'opérations de fraisage CNC en fonction de la conception 3D garantit un résultat optimal. Par exemple, les opérations de face lissent les surfaces, tandis que les opérations de filetage coupent les fils avec précision. Cela garantit que chaque tâche spécifique est traitée avec la technique la plus appropriée.
Un bref aperçu
La diversité des applications de Technologie de fraisage CNC vient de sa diversité dans la capacité d'exécuter les différentes opérations de fraisage pour répondre à d'innombrables exigences d'usinage, de la fente aux contre-dépouilles complexes. Nous en discuterons 12 plus tard. Avant cela, voyons un bref aperçu de ces opérations.
| Opération de fraisage | Description | Avantages | Applications |
| Fraisage de face | Il aplatit les surfaces des pièces. | Taux d’enlèvement élevé et finition lisse. | Culasses, dissipateurs thermiques. |
| Fraisage ordinaire | Rend la pièce plate et crée des contours. | Enlèvement uniforme ; usinage léger. | Usinage de la couche externe. |
| Fraisage latéral | Façonne les côtés de la pièce. | Forme des profils plats et des rainures. | Supports de suspension et implants médicaux. |
| Fraisage chevauchants | Fraise deux surfaces parallèles. | Slotting parallèle efficace. | Gabarits, luminaires et engrenages. |
| Fraisage de groupe | Utilise plusieurs couteaux pour les fonctionnalités complexes. | Plusieurs opérations simultanément. | Blocs moteurs et carter de transmission. |
| Fraisage d'angle | Coupes à des angles spécifiques. | Coupes angulaires de précision. | Chanfreins, rainures en T. |
| Fraisage de forme | Crée des contours irréguliers. | Fraisage personnalisé pour des formes complexes. | Aubes de turbine et implants orthopédiques. |
| Fin de fraisage | Alimente le travail dans la fraise en bout. | Profils complexes et finitions lisses. | Tâches d'usinage détaillées. |
| Fraisage de scie | Grand cutter pour rainures et tronçonnages. | Emplacement efficace | Fentes, division des pièces. |
| Fraisage d'engrenages | Spécialisé pour les engrenages. | Haute précision sur les dents des engrenages. | Tous types d'engins. |
| Filetage fraisage | Coupe les fils internes et externes. | Utile pour les gros trous. | Moteurs, produits à assembler. |
| Fraisage FAO | Fraisage de composants CAM. | Enlèvement de matière précis. | CAM dans les systèmes mécaniques. |
Types d'opérations de fraisage basées sur la géométrie de la pièce
Cette catégorisation concerne le type de géométrie que le fraisage peut créer. Il peut s'agir d'une surface plane, de caractéristiques angulaires, de filetages, de formes irrégulières ou de géométries spécialisées comme des engrenages ou une FAO mécanique.
1. Surfaçage
Cette opération aplatit la surface de la pièce. Dans le cadre des processus de fraisage vertical, les fraises utilisées dans cette méthode ont un axe de rotation perpendiculaire à la surface, alignant la face de l'outil parallèlement à la pièce. Par conséquent, les dents pointues de la fraise enlèvent de la matière, tandis que la face d'extrémité lisse la surface.
L’un des principaux avantages de cette méthode est son taux d’enlèvement de matière élevé, attribué à la géométrie de son outil. Cela permet une production rapide de pièces avec une finition lisse. L'usinage des faces est particulièrement efficace pour créer des surfaces planes dans des applications telles que les culasses automobiles et les dissipateurs thermiques.
2. Fraisage simple
Cette opération est spécifiquement destinée à l'usinage de surfaces planes et de contours sur la pièce. À l'aide de fraises cylindriques à dents droites ou hélicoïdales, il enlève des matériaux pour créer des surfaces plates ou étagées, des fentes et des évidements. L'axe de la fraise est aligné parallèlement à la surface de la pièce.
Le fraisage simple est réputé pour ses capacités d'enlèvement de matière constantes parmi les diverses opérations d'usinage. Il convient parfaitement aux usinages légers ou aux finitions. Par exemple, il enlève d'abord le matériau de la couche externe des pièces plus grandes, ouvrant la voie à d'autres processus d'usinage.
3. Fraisage latéral
Comme son nom l'indique, il s'agit de l'usinage d'un côté de la pièce à l'aide de fraises latérales ou de fraises en bout. Les fraiseuses verticales et horizontales peuvent effectuer cette tâche. Pendant l'opération, les bords latéraux de la fraise rotative (dents latérales) enlèvent de la matière pour former des surfaces verticales plates, des bords, des rainures, des fentes, des contours complexes, des ailettes, etc. La fraise comporte des cannelures hélicoïdales spécialement conçues pour cibler les côtés du matériau, contrairement aux opérations qui se concentrent sur la surface supérieure, comme l'usinage simple.
Cette technique est particulièrement utile dans diverses applications, notamment la création de supports de suspension automobile, l'usinage de canaux ou de fentes dans des composants d'avion, la production de moules pour injection ou coulée, la fabrication d'implants médicaux et la construction de dissipateurs thermiques pour appareils électriques et électroniques.
4. Fraisage en chevauchement
Cette méthode se distingue par sa capacité à usiner simultanément deux surfaces parallèles sur une pièce, en maintenant des distances uniformes entre elles.
Comment le fraisage enjambeur parvient-il à usiner deux faces en une seule configuration ? Il utilise deux ou plusieurs couteaux latéraux montés sur un seul arbre qui éliminent les copeaux de la surface du matériau pendant l'alimentation. De ce fait, cette opération est idéale pour créer des fentes parallèles, des rainures et divers profils sur une pièce.
Exemples d'application: Gabarits, fixations, supports, leviers, engrenages, pignons, carters de transmission et d'essieu pour l'automobile, etc.
5. Fraisage groupé
Pourquoi parle-t-on de fraisage groupé ? Parce qu'il implique plusieurs fraises, telles que des fraises en bout, des fraises de forme et des fraises à dalles, montées ensemble sur un seul arbre pour créer des caractéristiques et des détails complexes. Cette configuration permet d'effectuer diverses opérations simultanément sur une pièce, ce qui entraîne une réduction du temps d'usinage et une efficacité accrue.
Exemples d'applications ;
- Premièrement, toute application de fraisage nécessite plusieurs fonctionnalités, telles que des fentes, des canaux, des rainures et des surfaces planes.
- Blocs moteurs automobiles et carter de transmission.
- Fames, supports, engrenages, pignons et boîtiers pour de nombreux types de machines et d'outils.
- Prototypage et fabrication de matrices.
6. Fraisage d'angle
Les caractéristiques angulaires des pièces usinées CNC sont souvent obtenues grâce au fraisage d'angle. Dans cette opération, l'axe de la fraise est incliné par rapport à la surface d'usinage, tandis que la pièce est maintenue dans l'orientation requise à l'aide d'une plaque d'angle ou de fixations.
Les fraises usinent avec précision la pièce à des angles spécifiques, qui peuvent être fixes comme 45°, 60° ou 75°. Cette méthode est utilisée pour créer des fonctionnalités telles que de légers chanfreins, des biseaux, des rainures en T, des glissières en queue d'aronde et d'autres profils géométriques complexes.
7. Fraisage de forme
Savez-vous comment les machines CNC créent des contours irréguliers ? Ceci est réalisé grâce au fraisage de forme, qui implique l'utilisation de fraises ayant la forme du négatif du contour souhaité. Par exemple, pour usiner une aube de turbine, une fraise est d'abord réalisée avec une géométrie qui reflète la forme de l'aube. Cette méthode permet une mise en forme précise et personnalisée de conceptions complexes.
Lorsque la fraise tourne, elle traverse la pièce ou la pièce se déplace sous la fraise. Ensuite, les bords du cutter découpent le matériau pour créer la géométrie souhaitée.
Exemples d'application: Pistons à dôme, implants orthopédiques, aubes de turbine, fabrication de matrices, corps de guitare, prototypes personnalisés, etc.
8. Fraisage en bout
C’est l’une des opérations de fraisage les plus populaires parmi les différents types d’opérations de fraisage. Les fraises en bout exécutent cette opération en y introduisant la pièce dans une direction perpendiculaire ou angulaire. Pendant ce temps, les multiples arêtes de coupe sur les faces et la périphérie de la fraise en bout enlèvent la matière tout en alimentant la pièce.
La fraise en bout est extrêmement favorable dans les conditions d'usinage dont vous avez besoin : un profil complexe, des bords précis, des fentes et des rainures de profondeurs variables et une finition lisse sur la surface de la pièce.
9. Fraisage de scies
Le fraisage à la scie est exécuté par une grande fraise avec des dents sur sa circonférence. Cette méthode est particulièrement utile pour créer des fentes étroites et diviser la pièce en deux parties. Le coupeur se déplace vers le bas, coupant le matériau avec une alimentation continue.
Cependant, les opérations de fraisage à la scie sont généralement plus lentes que les autres méthodes en raison de la grande taille de la fraise, qui peut générer une chaleur importante lors d'un enlèvement rapide du matériau, pouvant potentiellement causer des dommages thermiques au matériau de travail et à la fraise.
De plus, les opérations de scie CNC vont au-delà des simples tâches de rainurage et de tronçonnage typiques des machines traditionnelles. Ils sont également capables de produire d’autres géométries, comme de légères courbes ou profils.
10. Fraisage d'engrenages
Le fraisage d'engrenages est une opération spécialisée utilisée pour affiner les engrenages fabriqués à des dimensions et une rugosité de surface précises, ou pour créer des profils de dents détaillés. Par exemple, il peut affiner un engrenage conique extrudé pour obtenir une rugosité de surface de Ra 1.2 µm. Dans certains cas, elle peut également fabriquer un équipement complet à partir de zéro.
Les outils utilisés dans le fraisage d'engrenages comprennent les fraises à engrenages, les machines à tailler les engrenages et les fraises à forme. Ces outils permettent une mise en forme très précise des dents d'engrenage, surpassant la précision offerte par d'autres techniques de génération d'engrenages.
De plus, cette opération peut gérer presque tous les types d'engrenages, quelle que soit leur forme et leur complexité, tels que les engrenages droits, les engrenages coniques, les engrenages hélicoïdaux et les configurations à crémaillère et pignon.
11. Fraisage de filetage
Comme le nom de l'opération, il s'agit de couper les filetages internes et externes de la pièce. Pour les filetages internes, un outil d'insertion élimine le matériau de la surface du trou existant pour former les filetages. En revanche, il peut facilement produire les filetages externes souhaités en utilisant le bon type et la bonne taille de fraises à fileter ou de fraises à fileter. À condition que le filetage à la fraise soit plus utile pour le filetage interne des trous de grande taille.
Les pièces de filetage à fraiser peuvent être trouvées dans tous les secteurs, des moteurs automobiles aux produits de consommation. Partout pour l'assemblage et à d'autres fins.
12. Fraisage CAM
Les CAMS sont des composants essentiels dans différents systèmes mécaniques et machines pour convertir un mouvement linéaire en rotation ou vice versa. Pendant ce temps, l'opération de fraisage CAM produit ces composants avec un outil à tête plongeante. Cet outil facilite la rotation de la pièce pour la positionner de manière à ce que l'outil puisse enlever les matériaux de surface selon le profil CAM conçu.
Différents types d'opérations de fraisage CNC basées sur des mécanismes de fraisage
Il existe trois principales variantes d'opérations sur les fraiseuses : manuelle, CNC et conventionnelle et ascendante.
1. Fraisage manuel
Lors des opérations manuelles, l'opérateur place manuellement la pièce à usiner et les outils dans la machine. Les paramètres de fraisage tels que la profondeur de coupe, le régime et l'avance sont également ajustés manuellement.
Le contrôle du mouvement de la fraise est manuel, permettant à l'opérateur de couper la pièce dans la direction et l'orientation souhaitées pour la façonner en conséquence. De plus, des ajustements du lit de fraisage peuvent être effectués à l'aide d'un volant. Si les opérations manuelles sont plus chronophages et moins précises, elles offrent une flexibilité en termes de coût et de personnalisation.
2. Fraisage CNC
Le fraisage CNC est l'opération la plus précise et la plus rapide en raison de l'automatisation du processus d'usinage. Le contrôle informatique du mouvement de l'outil et du positionnement de la pièce élimine les risques d'erreurs et réduit considérablement le temps. Presque toutes les opérations sont possibles avec une fraiseuse CNC, même si les bons outils ou fraises sont nécessaires pour toute opération particulière.
Les dernières machines multi-axes (3 à 6 généralement) permettent d'obtenir des formes et des détails complexes sur la pièce avec une plus grande précision. Par conséquent, les applications sont plus larges que tout autre fraisage, de l’automobile et de l’aérospatiale aux composants médicaux.
3. Fraisage conventionnel et fraisage en montée
Fondamentalement, ces deux opérations impliquent des mécanismes d’alimentation différents. Dans le fraisage conventionnel, l'outil (ou la fraise) tourne dans le sens opposé au sens d'alimentation. En revanche, en fraisage en avalant, l'outil tourne dans le sens de l'avance.
| Fonctionnalité | Fraisage conventionnel | Montée Fraisage |
| Finition de surface | Relativement plus rude | Plus fluide et de meilleure qualité |
| Usure des outils | Plus élevé en raison de l’action du frottement | Inférieur en raison de la coupe par cisaillement |
| Enlèvement de matière | Coût en adjuvantation plus élevé. | Meilleure performance du béton |
| Matériaux | Des matériaux plus doux | Matériaux durs et cohérents |
En outre, deux autres techniques ou opérations populaires sont le fraisage vertical et horizontal basé sur l'orientation de la broche. Pour une compréhension approfondie, vous pouvez lire Fraisage horizontal ou vertical ici.
Comment choisir les bonnes opérations de fraisage ?
Savez-vous combien d’opérations sont nécessaires pour créer une boîte de vitesses automobile ? Les réponses sont nombreuses, notamment le surfaçage, le fraisage en bout et le fraisage d'engrenages. Il s'agit simplement d'un exemple montrant que différentes opérations créent cumulativement une pièce finale. Cela s’applique à presque tous les projets.
Ainsi, seuls des choix opérationnels corrects selon le modèle 3D garantissent le succès du projet. Pour cela, considérons les facteurs qui influencent le résultat des différents types d’opérations effectuées sur une fraiseuse.
Type d'ouvrage
Premièrement, le type de matériau de travail a un impact significatif sur les choix de types d'opérations de fraisage CNC, car les variations des différences de propriétés ont un impact direct sur le taux d'enlèvement de matière et l'usure de l'outil.
Ainsi, l’opération que vous souhaitez utiliser doit être compatible avec des propriétés telles que la dureté, la conductivité thermique et la ténacité. Par exemple, le fraisage conventionnel s'avère difficile pour façonner des matériaux durs comme l'acier à outils.
Finition souhaitée
Les exigences en matière de finition de surface sont un autre facteur à prendre en compte lors de la sélection des opérations de fraisage pour votre conception. En effet, chaque opération produit une surface avec des niveaux de rugosité différents. Sélectionnez donc l’opération qui permet d’atteindre la valeur Ra nécessaire à la fonctionnalité et à l’esthétique du produit final.
| Opération de fraisage | Valeur Ra de rugosité (μm) |
| Fraisage de face | 0.8 – 3.2 |
| Fin de fraisage | 0.8 – 6.3 |
| Fraisage de rainures | 1.6 – 6.3 |
| Filetage fraisage | 1.6 – 3.2 |
| Fraisage d'engrenages | 1.6 – 3.2 |
Complexité géométrique
Toutes les techniques de fraisage ne permettent pas de créer des détails complexes et complexes sur une pièce. Certaines opérations conviennent uniquement aux profils et formes simples, telles que les techniques de plaine, de face et de fente. D’un autre côté, les opérations telles que les extrémités, les filetages et les engrenages sont réputées pour leur capacité à produire des pièces et des composants complexes.
Un autre élément à prendre en compte dans la complexité de la conception est de savoir si vous pouvez ou non optimiser la trajectoire de l'outil avec l'opération choisie, selon les besoins.
Tenir compte des paramètres et réglages de la machine
Les paramètres de la machine tels que la vitesse de broche, l'avance et la profondeur de coupe sont cruciaux pour sélectionner les bonnes opérations de fraisage. La raison en est que ces paramètres affectent la finition, la précision et la vitesse de production. De plus, les paramètres de la machine tels que les capacités de mouvement des axes, le maintien de la pièce et la rigidité doivent également être compatibles avec l'opération de fraisage que vous souhaitez exécuter.
Sélectionnez la bonne fraise pour différentes opérations de fraisage
Toutes les fraises ne sont pas compatibles avec toutes les opérations de fraisage. Chaque type d'opération possède son propre jeu de fraises compatibles, et l'utilisation du mauvais type peut entraîner des résultats médiocres ou même endommager l'outil et la pièce.
De plus, la spécificité est cruciale même après la sélection de l’opération. Par exemple, lors du choix d'une fraise pour l'usinage d'extrémité, les options incluent une extrémité plate, un nez sphérique ou un rayon de coin, chacun adapté à différentes applications.
Conclusion
Les formes et caractéristiques complexes du fraisage CNC ne sont réalisables qu'en sélectionnant les opérations appropriées pour votre projet. Chaque opération offre des avantages et des capacités uniques pour créer des géométries spécifiques. De plus, des machines avancées et un ensemble d’outils de coupe adaptés sont essentiels pour effectuer efficacement ces diverses opérations. Ce n’est qu’alors que les résultats exacts souhaités pourront être obtenus.
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FAQ
Les types de base de fraiseuses comprennent les fraiseuses horizontales et verticales. Ici, les catégorisations sont basées sur le mouvement des axes et l'orientation des machines.
En règle générale, le fraisage de forme est connu comme l'opération de fraisage la plus précise car elle implique un mécanisme à passe unique qui réduit considérablement la déflexion et les imprécisions de l'outil.
L'opération de fraisage d'engrenages a tendance à encourir le coût le plus élevé car il nécessite des couteaux spécialisés, des temps de cycle longs et des configurations précises.
Le fraisage simple ou le fraisage de dalles est le plus rentable. Il s’agit de simples couteaux et d’un mécanisme simple d’enlèvement de matière sur une surface plane. Cependant, vous ne pouvez pas créer des formes complexes uniquement avec cette opération.
