Le fraisage CNC consiste à couper une pièce à l'aide d'outils de coupe informatisés et multipoints. Connu pour son exactitude et sa précision, le procédé fait partie intégrante de plusieurs industries, les plus notables étant l'automobile et l'aéronautique.
Cet article explique tout ce que vous devez savoir sur le processus de fraisage CNC avant de le choisir pour votre projet.
Qu'est-ce que le fraisage CNC?
Il s'agit d'un processus contrôlé par ordinateur impliquant l'utilisation d'un outil de coupe pour retirer une partie d'une pièce. La configuration de base consiste à placer la pièce sur la table de la machine pendant que le ou les outils de coupe fixés à la broche tournent et se déplacent pour façonner la pièce en un produit fini.
La rotation et le mouvement de l'outil de coupe dépendent du type et du niveau de sophistication de la fraiseuse CNC. Le processus est très polyvalent et compatible avec divers matériaux tels que l'aluminium, les plastiques, le bois et le verre.
Les pièces fraisées CNC ont une tolérance élevée car les fraiseuses peuvent atteindre une tolérance comprise entre +/- 0.001 pouce et +/- 0.005 pouce (certaines machines peuvent atteindre une tolérance de +/- 0.0005 pouce).
Comment fonctionne le fraisage CNC ?
Outre le perçage et le tournage CNC, le fraisage CNC constitue la base du Usinage CNC processus. Cependant, il a un mécanisme unique par rapport aux autres.
Le processus consiste à retirer des pièces d'une pièce à l'aide d'un outil de coupe cylindrique rotatif contrôlé par ordinateur qui tourne et se déplace le long de plusieurs axes.
Étapes générales de la Processus de fraisage CNC
Le fraisage CNC peut être décomposé en trois étapes importantes :
Étape 1 : préparer un modèle CAO 2D ou 3D
Utilisez un logiciel CAD/CAM tel qu'Autodesk Inventor ou SolidWorks pour créer un dessin 2D/3D usinable du produit final.
Préparation d'un fichier CAO pour l'usinage CNC dépend de votre logiciel. D'une part, certains logiciels peuvent convertir des images 2D en fichiers CAO 3D. D'autre part, certains logiciels permettent de tracer une image 2D pour la convertir en fichier 3D.
Il existe également un dessin technique remis à l'opérateur contenant des informations telles que :
- Caractéristiques/dimensions critiques d'une pièce
- tolérances
- Indication des fils
- Préférences de finition
- Lignes de construction
Étape 2 : Exportez votre conception dans un format de fichier compatible CNC
La fraiseuse CNC ne comprendra pas le modèle que vous concevez à moins qu'il ne soit dans un format de fichier d'usinage CNC compatible. Par conséquent, il est nécessaire d'exporter votre modèle CAO dans des formats de fichiers compatibles CNC avec le logiciel CAO/FAO. STEP et STL sont des exemples de tels formats.
Si le logiciel ne peut pas convertir le dessin dans ce format, vous pouvez utiliser plusieurs services en ligne tels que Échangeur de Cadets et de Convertir.emachineshop.com.
Lors de la conversion, le fichier dirigera la machine sur le mouvement de rotation et linéaire, la séquence de coupe, le parcours d'outil, la vitesse de la machine et de la pièce associée au processus.
Étape 3 : Configurer une fraiseuse CNC et faire fonctionner une fraiseuse CNC
L'opérateur fixera les outils de coupe à la broche et placera la pièce sur la table. Ils configureront ensuite la machine pour lancer le programme d'usinage et commencer le fraisage.
Types de CNC Opérations de fraisage
Le fraisage CNC comporte plusieurs opérations avec différentes configurations et applications. Vous trouverez ci-dessous les types d'opération courants.
Fraisage de face
En surfaçage, l'axe de rotation de l'outil de coupe (fraise à surfacer) est perpendiculaire à la surface de la pièce.
La fraise à surfacer a une conception unique remarquable dans ses inserts de fraise interchangeables. Il offre une action de coupe à l'aide de ses multiples dents de coupe. En conséquence, les pièces surfacées ont une finition de surface de meilleure qualité. De plus, le processus est étroitement contrôlé, ce qui facilite la production de la surface souhaitée.
Fraisage ordinaire
Le fraisage simple est une opération de colonne et de genou utilisée pour fraiser des surfaces horizontales simples. L'outil de coupe est parallèle à la pièce. Par conséquent, la coupe se produit d'un bout à l'autre de la pièce. Les opérateurs peuvent alimenter la table longitudinalement, transversalement ou verticalement.
Fraisage angulaire
Le fraisage angulaire consiste à fraiser des surfaces planes à l'aide d'un outil de coupe en biais. Le processus est comme le fraisage simple, la seule différence étant la configuration angulaire.
Il existe deux fraises angulaires : simple angle et double angle. Les fraises à angle unique ont des dents sur la face angulaire de la fraise et de grands côtés plats et conviennent pour travailler à des angles de 450 ou 600.
Les fraises angulaires doubles ont des dents en forme de V avec des surfaces coniques et sont la meilleure option pour fraiser des surfaces planes à 45°, 60° et 90°.
Fraisage de forme
Le fraisage de forme est la meilleure méthode pour créer des contours irréguliers sur une pièce. Le contour peut être courbe ou courbe avec des lignes droites. Les contours peuvent être concaves ou convexes et sont réalisés avec des dents opposées à ces formes. Par conséquent, pour fabriquer un produit avec un bord concave, la fraise de forme doit avoir un bord convexe.
Le fraisage de forme est un peu plus lent (environ 20 à 30%) que le fraisage régulier en raison de la coupe plus complexe pour créer des surfaces courbes.
Autres types
Il existe d'autres types de processus d'usinage de fraisage que vous pouvez utiliser. Ci-dessous sont les plus importants:
- Rainurage : Dans le rainurage, la largeur de la fraise est inférieure à la largeur de la pièce et est utilisée pour faire une fente dans la pièce.
- Fraisage latéral : Il convient à l'usinage de fraisage pour produire une surface verticale plane dans la pièce. Vous pouvez contrôler la profondeur de coupe en tournant la vis d'alimentation verticale de la table.
- Fraisage de groupe: Le fraisage en groupe consiste à utiliser deux outils de coupe sur le même arbre pour couper des surfaces horizontales. La combinaison a un potentiel illimité et réduit le temps nécessaire au processus de fraisage.
Sélection des matériaux pour Fraisage CNC
Choisir les bons matériaux peut être difficile en raison de la grande variété de matériaux disponibles. Vous trouverez ci-dessous les facteurs que vous pouvez utiliser et les matériaux courants disponibles.
- Fonctions partielles : Le bon matériau doit avoir des fonctions inhérentes qui facilitent sa fonction dans l'environnement d'utilisation. Par exemple, l'acier inoxydable est meilleur que l'acier au carbone en ce qui concerne la résistance à la corrosion.
- Charge de contrainte : Les pièces applicables sous forte contrainte doivent provenir de matériaux stables sous contrainte. L'incapacité à le faire peut entraîner une déformation ou une fissuration.
- Tolérance dimensionnelle: La tolérance dimensionnelle aide à la précision lors du fraisage. Par conséquent, il devient facile d'assembler de telles pièces. Voir l'article si vous ne connaissez pas Tolérance dimensionnelle d'usinage CNC or CONTACTEZ-NOUS.
- Température de fonctionnement. La température de fusion des matériaux doit être inférieure à la température de fonctionnement de la fraiseuse CNC. Cela aidera à prévenir la déformation pendant le fraisage.
- Prix: Le coût est le facteur le plus important qui guide la sélection. Cependant, assurez-vous de choisir le meilleur matériau avec les meilleures propriétés mécaniques dans votre budget.
Le fraisage CNC convient à de nombreux matériaux. Les plus courants incluent :
- Métaux: Aluminium, acier inoxydable, acier à outils. Acier doux, Laiton, Cuivre
- Matières plastiques: ABS, polycarbonate, nylon
- Autres : Céramiques, composites, phénoliques
Avantages et inconvénients de Fraisage CNC dans le processus de fabrication
Le processus est une partie importante de nombreux processus de production industrielle en raison de ses avantages. Néanmoins, il a aussi ses inconvénients. Voici quelques avantages et inconvénients du procédé.
Avantages
Exactitude et précision
Les fraiseuses CNC ont une précision et une précision supérieures. Par conséquent, ils peuvent créer des pièces selon leurs spécifications techniques. En conséquence, ils peuvent fraiser des pièces avec des tolérances aussi serrées que 0.0004. De plus, le fait d'être un processus automatisé réduit les risques d'erreurs humaines.
Rapide et efficace
Par rapport aux fraiseuses conventionnelles, les fraiseuses CNC sont rapides et efficaces. Ceci est le résultat de leur capacité à transporter de nombreux outils de coupe (selon l'ATC), ce qui facilite le changement d'outil efficace et les processus efficaces.
Grand matériel compatible
Le procédé est compatible avec de nombreux matériaux compatibles, par exemple le plastique, les composites et les métaux. Par conséquent, le fraisage CNC peut être le processus parfait une fois que vous avez un bloc de matériau.
Inconvénients
Gaspillage de matériel
Le processus est soustractif, c'est-à-dire qu'un enlèvement de matière se produit pour former la pièce souhaitée. Par conséquent, par rapport à d'autres méthodes de fabrication telles que Services d'impression 3D, il y a beaucoup de gaspillage de matière.
Haut niveau d'entretien
Les fraiseuses CNC nécessitent un niveau élevé d'entretien pour assurer leur bon fonctionnement. La machine est chère. L'entretien est donc important.
Applications de la technique de fraisage CNC
Le fraisage est très précis, précis et avec une tolérance élevée. Il a donc un large éventail d'applications. Voici quelques-unes de ses applications industrielles.
Industrie aerospatiale
Le fraisage à commande numérique par ordinateur est applicable à la fabrication de nombreux composants aéronautiques utilisant des matériaux tels que le titane et l'aluminium. Ces matériaux sont légers et durables. En raison du besoin élevé d'exactitude et de précision, le processus est considéré comme approprié.
Automobile
L'industrie automobile utilise l'usinage par fraisage en raison de l'exigence d'efficacité sans perte de précision. Par conséquent, il convient aux produits fabriqués à l'aide de ce procédé, notamment les panneaux intérieurs, les culasses, les essieux moteurs, les composants de suspension, les pièces d'échappement et les boîtes de vitesses.
L’agriculture
L'usinage par fraisage CNC convient à la fabrication de pièces et de composants à usage général tels que des engrenages et des arbres, des écrous et des boulons et des brides. De plus, il convient aux capacités de production à grande échelle et à court terme.
Droit médical
Les pièces médicales telles que les prothèses nécessitent une conception précise et unique. Par conséquent, le fraisage CNC est la meilleure méthode pour ces pièces. Le design est conservé, et il y a productivité et efficacité.
Combien coûte le fraisage CNC ?
Le coût du fraisage CNC dépend de facteurs tels que le coût des matériaux, la conception et la machine. Vous trouverez ci-dessous une brève analyse des facteurs et de leurs effets.
Conception de pièces
La conception de la pièce coûte très cher. Vous pouvez sous-traiter le fichier CAO à un concepteur ou le créer vous-même pour contourner le coût. De plus, vous devez prendre en compte le coût d'un ingénieur de fabrication qui vérifiera et authentifiera la pièce et le programmeur qui convertira le fichier CAO en fichier CAM. Cependant, de nombreux services de fraisage CNC ont intégré cela dans leurs plateformes de devis.
Complexité de la conception
Une conception de produit complexe nécessite une machine capable de fraiser efficacement le produit. Plus la complexité est élevée, plus la sophistication de la fraiseuse est élevée et plus le coût est élevé.
De plus, une conception complexe augmentera le temps nécessaire à la production, et comme les services de fraisage CNC utilisent un taux horaire, le coût augmentera.
Pour les entreprises qui ont une fraiseuse CNC, la quantité d'énergie consommée par la machine augmentera.
Volume de production
Les grosses commandes sont moins coûteuses que les petites commandes lorsque vous sous-traitez à des services de fraisage CNC en raison de la réduction du coût par article fraisé. Ceci est basé sur les économies d'échelle. Le fraisage CNC est hautement reproductible, ce qui réduit le temps de production.
Type de fraiseuse CNC
Il existe de nombreux types de fraiseuses CNC, chacune avec des attributs et des coûts différents. Le facteur le plus important déterminant le type de machine que vous utilisez est la complexité de conception expliquée précédemment ci-dessus.
Le service de fraisage CNC fixe le coût des fraiseuses à un taux horaire (parfois avec le coût de l'opérateur). Le service calcule le coût d'utilisation d'une fraiseuse à partir du coût d'achat et de la durée de fonctionnement annuelle. Par exemple, en Europe, les machines 3 axes coûtent environ 40 $ de l'heure tandis que les machines 4 axes et 5 axes coûtent entre 75 $ et 120 $ de l'heure.
Cependant, il existe des situations où ils peuvent être moins chers. Par exemple, les services de fraisage CNC chinois tels que RapidDirect proposent des machines 3 axes pour 8 à 10 dollars de l'heure et des machines 5 axes pour 30 dollars de l'heure.
Matières
La disponibilité, le coût du marché et l'usinabilité sont toutes des propriétés importantes qui jouent un rôle dans le coût du matériau. Le coût du matériel est par bloc
Il existe deux principaux types de Matériaux CNC: plastique et métaux. D'une part, le plastique est bon marché, hautement usinable et hautement disponible. Par conséquent, ils ont un faible coût matériel. Les exemples sont ABS (17 $), Delrin (27 $) Nylon 6 (30 $). En revanche, les métaux sont plus chers que les plastiques. Exemples courants : aluminium 6061 (25 $), aluminium 7075 (80 $), acier inoxydable 304 (90 $) par bloc
Option de finition de surface
Options de finition telles que anodisation et de revêtement en poudre aider à éliminer les signes de fraisage CNC ou à améliorer l'esthétique de la pièce. Néanmoins, ils augmenteront également vos coûts de fraisage CNC.
Coûts d'achèvement supplémentaires
Le coût d'expédition s'ajoute également au coût global de fraisage CNC. Les frais d'expédition dépendent de la distance par rapport au service de fraisage CNC, du délai et du poids du matériau.
Les facteurs ci-dessus jouent un rôle important dans le coût du fraisage CNC et doivent être soigneusement pris en compte lors de l'établissement d'un budget. Cependant, si vous vous interrogez encore sur le coût et comment le réduire, vous devriez vérifier combien Calcul des coûts d'usinage CNC, parlez à un expert ou obtenir un instant Devis.
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Types d' Fraisage CNC Machine
Une fraiseuse comprend plusieurs composants qui coupent les pièces. Chaque type de fraiseuse a une configuration unique, permettant en outre différentes opérations. Vous trouverez ci-dessous les types courants que vous pouvez envisager pour votre projet.
Fraiseuse verticale
La fraiseuse verticale est une machine à 3 axes avec la table et le bras reliés à une colonne verticale et la broche est verticale.
D'une part, par rapport au bras, la table se déplace de haut en bas sur l'axe z.
Par contre, par rapport à la broche, le mouvement de la table dépend du type de fraiseuse verticale. Par exemple, lors de l'utilisation d'une fraiseuse verticale à tourelle, la broche est immobile tandis que la table se déplace le long de l'axe x. Dans un broyeur vertical à lit, la table peut se déplacer sur l'axe x et la broche le long de la direction du bras sur l'axe y.
Les fraiseuses verticales conviennent aux opérations complexes en raison de leur précision. En outre, ils conviennent au travail sur des surfaces verticales et des formes angulaires.
Fraiseuse horizontale
Les fraiseuses horizontales sont comme les fraiseuses verticales. Cependant, les universels peuvent tourner le long de l'axe z. Ce sont donc des fraiseuses 4 axes. Ils ont également une broche avec une orientation horizontale.
Ces machines sont moins polyvalentes que leurs homologues verticales. Néanmoins, ils sont plus adaptés à l'usinage lourd.
Plus: Fraisage horizontal vs vertical - Quelles sont leurs différences
Multi-axes Fraisage CNC Machine
La fraiseuse CNC multi-axes peut couper à différents angles et se déplacer le long de différents as. Il existe plusieurs types de fraiseuses multiaxes :
Fraiseuses 2 axes
Les fraiseuses 2 axes peuvent usiner une pièce dans les axes x et z. Par conséquent, ils peuvent couper verticalement et horizontalement dans une direction. Ils sont le type le plus simple de fraiseuses CNC.
Fraiseuses 3 axes
Les fraiseuses 3 axes peuvent se déplacer dans les axes x, y et z. Par conséquent, ils peuvent couper des pièces verticalement dans n'importe quelle direction.
Ce sont les fraiseuses multiaxes les plus courantes. Cependant, ils ont certaines limitations telles que l'angle uniforme réduit la capacité de couper certaines pièces complexes.
- Fraiseuses 4 axes
La broche de la fraiseuse 4 axes peut se déplacer le long des trois axes : de haut en bas, d'un côté à l'autre et d'avant en arrière sans que la pièce ne bouge. Il peut également tourner le long de l'axe X ou de l'axe A. Par conséquent, c'est un choix approprié pour faire des découpes et d'autres opérations de fraisage complexes. Ces machines sont rapides, précises et exactes.
- Fraiseuse CNC 5 axes
La broche d'une fraiseuse à 5 axes et l'outil de coupe se déplacent le long de trois axes et permettent une rotation le long de deux axes (n'importe lequel des axes x, y et z). Ils peuvent travailler sur plusieurs pièces et constituent la machine CNC multi-axes la plus complète.
Fraiseuse CNC Composantes
La machine contient plusieurs composants avec différentes fonctions pour fournir l'action de coupe. Chaque fraiseuse CNC se distingue par la sophistication et la conception de ces composants. Néanmoins, leurs fonctions ne changent pas. Vous trouverez ci-dessous les composants généraux que vous verrez dans un
Cadre
Le châssis est responsable de la stabilité et de la rigidité de la machine. Il abrite d'autres composants tels que la base, les colonnes amovibles et la poupée (un composant important qui abrite la broche).
Broche
La broche est l'ensemble de l'unité rotative de la fraiseuse comprenant l'arbre qui contient les outils de coupe et d'autres pièces. Elle est horizontale ou verticale selon la fraiseuse. Un moteur fait tourner la broche sur l'axe déterminé par le contrôleur CNC.
Haches
Les axes généraux sont x (vertical), y (horizontal) et z (profondeur). Cependant, d'autres axes rotatifs sont inclus sur la base de certaines machines ; A, B et C
Différentes machines peuvent tourner le long de l'axe en fonction de leur sophistication. Par exemple, les fraiseuses CNC à 4 axes peuvent tourner sur l'axe A tandis que les 5 axes peuvent tourner sur les axes A et C ou B et C.
Colonnes
Les colonnes reposent sur la base contenant un réservoir de liquide de refroidissement et une pompe. Par conséquent, il fonctionne comme un support dans le refroidissement de la machine pendant le processus de coupe. La colonne peut être unique. Cependant, cela dépend de la complexité de la machine.
Panneau de commande CNC
La CNC comprend un moniteur CNC et des boutons de programmation pour la saisie de données et de codes. Par conséquent, il contrôle le processus de broyage. De ce fait, c'est le système nerveux de la machine. `
Changeur d'outils automatique (ATC)
L'ATC fonctionne en changeant d'outils pendant le processus de fraisage. Par conséquent, cela augmente la vitesse, la capacité de charge des outils et la productivité de la machine.
Il existe deux types d'ATC :
- ATC du tambour : Ils conviennent aux fraisages nécessitant moins de 30 outils.
- Chaîne ATC : Ils conviennent aux fraisages nécessitant plus de 30 outils. Ceux-ci sont soit montés sur la colonne, soit montés séparément sur la machine.
Ce qui précède est la condition générale qui sépare les différents types d'ATC. Cependant, le nombre d'outils peut varier en fonction de la conception et du fabricant de la fraiseuse.
Porte-outils
Le porte-outil maintient les outils de coupe sur la machine CNC. Il existe différentes conceptions et tailles, les trois principaux types de porte-outils étant : BT, CAT et HSK.
- Porte-outils BT : Ils sont de taille standard pour les porte-outils. Les porte-outils BT ont une conception robuste et un bouton de rétention réalisé avec un filetage métrique.
- Porte-outils BBT : Ce sont des porte-outils BT améliorés avec des points de contact doubles avec la broche qui améliorent leur stabilité et leur rigidité. Par conséquent, les porte-outils BBT sont fortement recommandés dans l'espace de fraisage CNC.
- Porte-outils HSK (Hollow Taper Shank) : Ce sont des porte-outils de conception européenne avec le même angle que les porte-outils BT. Cependant, ils ont une rainure d'orientation supplémentaire au niveau des brides. Ils conviennent à l'usinage à grande vitesse avec une faible tolérance.
lampe de table
La table est la base solide où vous placez la pièce et serrez à l'aide de fixations ou d'un étau. Le type de tables et leurs fonctions supplémentaires dépendent de la machine. Par exemple, certaines tables utilisent des rainures en T pour un serrage facile. Un autre exemple est la fraiseuse CNC horizontale utilisant des palettes Tap-holes avec une grande flexibilité.
Réservoir de liquide de refroidissement
Le réservoir de liquide de refroidissement contient un liquide de refroidissement fourni à la surface de coupe ou à la broche pendant le fraisage. Comme le fraisage produit de la chaleur, il contribue à refroidir la surface et à allonger la durée de vie de la machine. Il existe différentes tailles de réservoirs de liquide de refroidissement. Le meilleur doit être adapté à l'opération d'usinage.
