Qu'est-ce que le fraisage CNC ?
Le fraisage CNC, dont le nom complet est Computer Numerical Control Milling, est un processus d'usinage qui utilise des outils de coupe multipoints contrôlés par ordinateur et rotatifs pour retirer progressivement le matériau d'une pièce et produire une pièce ou un produit conçu sur mesure. Le processus convient à l'usinage d'une variété de matériaux, tels que le métal, le plastique, le bois, et à la production d'une variété de pièces et de produits conçus sur mesure.
De multiples capacités sont disponibles sous l'égide des services d'usinage CNC de précision, y compris l'usinage mécanique, chimique, électrique et thermique. Le fraisage CNC est un processus mécanique qui comprend le perçage, le tournage et divers autres processus d'usinage, ce qui signifie que le matériau est retiré d'une pièce par des moyens mécaniques, tels que l'action de l'outil de coupe d'une fraiseuse.
Cet article se concentre sur le processus de fraisage CNC, décrivant les bases du processus, ainsi que les composants et les outils d'une fraiseuse CNC. De plus, cet article explore diverses opérations de fraisage et propose des alternatives au processus de fraisage CNC.
Définition de fraisage
Qu'est-ce que le fraisage ? Il s'agit d'un type d'usinage qui utilise un outil pour façonner la pièce sur une table généralement mobile, bien que certaines fraiseuses aient également des outils mobiles. Le fraisage était à l'origine une opération manuelle effectuée par des ouvriers, mais aujourd'hui, la plupart des fraisages sont effectués par des fraiseuses CNC, qui utilisent des ordinateurs pour superviser le processus de fraisage. Le fraisage CNC peut fournir une plus grande précision, exactitude et productivité, mais il existe des situations dans lesquelles le fraisage manuel peut être utile. Le fraisage manuel nécessite beaucoup de compétences techniques et d'expérience, ce qui réduit les délais d'exécution. Il présente également l'avantage supplémentaire que les fraiseuses manuelles sont moins chères et que les utilisateurs n'ont pas à se soucier de la programmation de la machine.
Vue d'ensemble du fraisage CNC
Comme la plupart des processus d'usinage CNC mécaniques traditionnels, les processus de fraisage CNC utilisent des commandes informatiques pour faire fonctionner et manipuler des machines-outils qui coupent et forment des ébauches. De plus, le processus suit les mêmes étapes de production de base que tous les processus d'usinage CNC, notamment :
- Concevoir des modèles CAO
- Convertir des modèles CAO en programmes CNC
- Réglage de la fraiseuse CNC
- Effectuer une opération de fraisage
Qu'est-ce que le fraisage CNC ?
Les fraisage CNC Le processus commence par la création d'une conception de pièce CAO 2D ou 3D. La conception complète est ensuite exportée vers un format de fichier compatible CNC et convertie par le logiciel CAM en un programme de machine CNC qui dicte le mouvement de la machine et le mouvement de l'outil sur la pièce. Avant que l'opérateur n'exécute le programme CNC, il prépare la fraiseuse CNC en fixant la pièce sur la surface de travail de la machine-outil (c'est-à-dire la table) ou sur le porte-pièce (comme un étau) et en montant l'outil de fraisage sur la machine. broche d'outil. Le processus de fraisage CNC utilise de puissantes fraiseuses CNC horizontales ou verticales - selon les spécifications et les exigences de l'application de fraisage - ainsi que des outils de coupe rotatifs multipoints (c'est-à-dire multidents) tels que des fraises et des perceuses. Lorsque la machine est prête, l'opérateur démarre un programme via l'interface machine qui invite la machine à effectuer une opération de fraisage.
Une fois le processus de fraisage CNC lancé, la machine-outil commence à faire tourner l'outil de coupe à des vitesses pouvant atteindre plusieurs milliers de tours par minute. Selon le type de fraiseuse utilisée et les exigences de l'application de fraisage, lorsque l'outil plonge dans la pièce, la machine effectuera l'une des opérations suivantes pour effectuer les coupes nécessaires sur la pièce :
- Amenez lentement la pièce à usiner dans l'outil rotatif stationnaire
- Déplacement de l'outil sur une pièce fixe
- Mouvement relatif de l'outil et de la pièce
Contrairement au processus de fraisage manuel, dans le fraisage CNC, la machine-outil alimente généralement la pièce mobile par la rotation de l'outil de coupe plutôt que par la rotation de l'outil de coupe. Les opérations de fraisage qui respectent cette convention sont appelées opérations de fraisage en avalant, tandis que l'opération inverse est appelée opérations de fraisage conventionnel.
En général, le fraisage est mieux adapté en tant que processus complémentaire ou de finition d'une pièce usinée pour fournir la définition des caractéristiques de la pièce telles que les trous, les fentes et les filetages, ou pour produire des caractéristiques de la pièce. Cependant, le processus peut également être utilisé pour façonner le matériau de stock du début à la fin. Dans les deux cas, le processus de fraisage enlève progressivement de la matière pour créer la forme et la forme de pièce souhaitées. Tout d'abord, l'outil coupe de petits morceaux, ou copeaux, de la pièce pour créer une forme approximative. La pièce est ensuite usinée selon un calendrier plus élevé et avec une plus grande précision pour finir la pièce avec ses caractéristiques et spécifications précises. Souvent, la pièce finie doit être usinée plusieurs fois pour atteindre la précision et les tolérances souhaitées. Pour les pièces aux géométries plus complexes, une fois l'opération de fraisage terminée et la pièce produite selon des spécifications conçues sur mesure, la pièce fraisée passe aux étapes de finition et de post-traitement de la production.
Opération de fraisage CNC
fraisage CNC est un procédé d'usinage adapté à la réalisation de pièces de haute précision et à haute tolérance en prototype, en pièce unique et en petite et moyenne série. Alors que les pièces sont généralement fabriquées avec des tolérances allant de +/- 2 filaments à +/- 10 filaments, certaines fraiseuses peuvent atteindre des tolérances aussi élevées que +/- 1 filament ou même plus. La polyvalence du processus de fraisage lui permet d'être utilisé dans un large éventail d'industries et pour une variété de caractéristiques et de conceptions de pièces, y compris les fentes, les chanfreins, les filetages et les poches. Les opérations de fraisage CNC les plus courantes comprennent :
- Surfaçage
- Fraisage à plat
- Fraisage d'angle
- Fraisage de forme
surfaçage
Surfaçage dans lequel l'axe de rotation de l'outil de coupe est perpendiculaire à la surface de la pièce. Cette méthode utilise une fraise à surfacer qui a des dents à la fois sur le périmètre et sur la face de l'outil, où les dents du périmètre sont principalement utilisées pour la coupe et les dents frontales sont utilisées pour les applications de finition. En règle générale, le surfaçage est utilisé pour créer des surfaces planes et des contours sur la pièce finie et est capable de produire une finition de meilleure qualité que les autres processus de fraisage. Les fraiseuses verticales et horizontales prennent en charge ce processus.
Les types de surfaçage comprennent les fraises en bout et les fraises latérales, qui utilisent respectivement des fraises en bout et des fraises latérales.
Fraisage à plat
Surfaçage, également connu sous le nom de surfaçage ou fraisage de dalles, dans lequel l'axe de rotation de l'outil de coupe est parallèle à la surface de la pièce. Le procédé utilise des dents de fraise ordinaires pour effectuer des opérations de coupe en périphérie. Selon les spécifications de l'application de fraisage, telles que la profondeur de coupe et la taille de la pièce, des fraises étroites et larges sont disponibles. Les couteaux étroits permettent des coupes plus profondes, tandis que les couteaux larges peuvent être utilisés pour couper de plus grandes surfaces. Si une application de surfaçage nécessite l'enlèvement d'une grande quantité de matière d'une pièce, l'opérateur commence par utiliser une fraise à dents grossières, des vitesses de coupe lentes et des vitesses d'avance rapides pour produire la géométrie approximative de la pièce conçue sur mesure. Les opérateurs introduisent ensuite des fraises à dents plus fines, des vitesses de coupe plus rapides et des vitesses d'alimentation plus lentes pour produire les détails de la pièce finie.
Fraisage d'angle
Le fraisage d'angle est l'endroit où l'axe de rotation de l'outil de coupe forme un angle par rapport à la surface de la pièce. Le processus utilise des fraises à angle unique (inclinées selon la conception spécifique usinée) pour créer des caractéristiques angulaires telles que des chanfreins, des dentelures et des rainures. Une application courante pour le fraisage d'angle est la production de queues d'aronde, qui utilisent des fraises à queue d'aronde de 45°, 50°, 55° ou 60° selon la conception de la queue d'aronde.
Fraisage de forme
Le fraisage de profil fait référence aux opérations de fraisage impliquant des surfaces, des contours et des profils irréguliers, tels que des pièces avec des surfaces courbes et plates ou des surfaces entièrement courbes. Le processus utilise des fraises à profil ou à mouche conçues pour des applications spécifiques, telles que des fraises à filets convexes, concaves et d'angle. Certaines applications courantes du fraisage de formes incluent la production de cavités hémisphériques et semi-circulaires, de cordons et de profils, ainsi que des conceptions complexes et des pièces complexes à partir d'une configuration de machine unique.
Autres opérations de fraisage
En plus des opérations ci-dessus, les fraiseuses peuvent être utilisées pour effectuer d'autres opérations de fraisage et d'usinage spécialisées. Voici des exemples d'autres types d'opérations de fraisage disponibles :
Fraisage par étapes: Le fraisage par étapes fait référence à une opération de fraisage dans laquelle une machine-outil usine deux surfaces de pièce parallèles ou plus en une seule coupe. Le processus utilise deux fraises sur la même broche de machine, disposées de sorte que les fraises se trouvent de chaque côté de la pièce et peuvent fraiser les deux côtés simultanément
Fraisage combiné: Qu'est-ce que le fraisage combiné ? Le fraisage combiné est une opération de fraisage effectuée avec deux outils ou plus (généralement de tailles, de formes ou de largeurs différentes) sur le même arbre de machine. Chaque fraise peut effectuer la même opération de coupe en même temps, ou différentes opérations de coupe en même temps, permettant de produire des pièces plus complexes dans des temps de production plus courts.
Fraisage de contour: Le fraisage de contour est l'endroit où une machine-outil crée un chemin de coupe sur une pièce le long d'une surface verticale ou inclinée. Le processus utilise des équipements de fraisage de profil et des outils de coupe, qui peuvent être parallèles ou perpendiculaires à la surface de la pièce.
Coupe d'engrenages: Le taillage d'engrenages est une opération de fraisage qui utilise une fraise à développante pour créer des dents d'engrenage. Ces fraises sont un type de fraise à profiler et sont disponibles dans une variété de formes et de tailles de pas en fonction du nombre de dents requises pour une conception d'engrenage particulière. Dans ce processus, des outils de tournage spéciaux peuvent également être utilisés pour produire des dents d'engrenage.
Autres procédés d'usinage: Étant donné que les fraiseuses prennent en charge l'utilisation d'autres machines-outils que les outils de fraisage, elles peuvent être utilisées pour des processus d'usinage autres que le fraisage, tels que le perçage, l'alésage, l'alésage et le taraudage.
Comme la plupart des processus d'usinage CNC, le processus de fraisage CNC utilise un logiciel de CAO pour générer la conception initiale de la pièce et un logiciel de FAO pour générer le programme CNC qui fournit les instructions d'usinage pour produire la pièce. Le programme CNC est ensuite chargé sur la machine CNC de votre choix pour lancer et exécuter le processus de fraisage.
Précautions concernant la fraiseuse
Généralement, les fraiseuses sont divisées en configurations de machines horizontales et verticales et se différencient par le nombre d'axes de mouvement.
Sur une fraiseuse verticale, la broche de la machine est orientée verticalement, tandis que dans une orientation horizontale, la broche de la fraiseuse est positionnée horizontalement. Les machines horizontales intègrent également des broches pendant le fraisage pour un soutien et une stabilité supplémentaires, ainsi que la capacité de supporter une grande variété d'outils de coupe, tels que le fraisage à la roue et à cheval.
Le contrôle des fraiseuses verticales et horizontales dépend du type de machine utilisée. Par exemple, certaines machines peuvent lever et abaisser la broche et déplacer la table latéralement, tandis que d'autres machines ont une broche et une table fixes qui peuvent se déplacer horizontalement, verticalement et en rotation. Lors du choix des fraiseuses verticales et horizontales, les fabricants et les ateliers doivent tenir compte des exigences de l'application de fraisage, telles que le nombre de surfaces à fraiser, ainsi que la taille et la forme de la pièce. Par exemple, les pièces lourdes sont mieux adaptées aux opérations de fraisage horizontal, tandis que les applications de platine sont mieux adaptées aux opérations de fraisage vertical. Des équipements auxiliaires sont également disponibles pour équiper des machines verticales ou horizontales afin de prendre en charge le processus opposé.
La plupart des fraiseuses CNC peuvent utiliser 3 à 5 axes, offrant généralement des performances le long de l'axe XYZ et (le cas échéant) autour de l'axe de rotation. Les axes X et Y représentent le mouvement horizontal (déplacement de gauche à droite et d'avant en arrière sur le plan, respectivement), tandis que l'axe Z représente le mouvement vertical (déplacement de haut en bas) et W représente le mouvement horizontal. – L'axe représente le mouvement diagonal dans le plan vertical. Dans les fraiseuses CNC de base, le mouvement horizontal est possible sur deux axes (XY), tandis que les modèles plus récents autorisent des axes de mouvement supplémentaires, tels que les machines CNC à 3, 4 et 5 axes. Vous trouverez ci-dessous un aperçu de certaines des caractéristiques des fraiseuses classées selon le nombre d'axes de mouvement.
3 axes
- Capable de répondre à la plupart des besoins d'usinage
- La configuration de la machine est simple.
- Un seul poste de travail est requis
- Exigences de connaissances plus élevées pour les opérateurs
- efficacité et qualité moindres
4 axes
- Meilleures capacités que les machines 3 axes
- Précision et exactitude supérieures à celles des machines à 3 axes
- La configuration de la machine est plus complexe que les machines à 3 axes
- Plus cher qu'une machine à trois axes
5 axes
- Peut être configuré avec plusieurs axes (par exemple 4+1, 3+2 ou 5)
- plus puissant
- Selon la configuration, les touches plus rapides sont plus faciles à utiliser que les machines à trois et quatre axes
- Niveau supérieur de qualité et de précision
- Selon la configuration, il s'exécute plus lentement que l'usinage 3 axes et 4 axes
- Plus cher que les machines 3 axes et 4 axes
Selon le type de fraiseuse utilisée, la machine, la table de la machine ou les deux composants peuvent être dynamiques. En règle générale, les tables dynamiques se déplacent le long de l'axe XY, mais elles peuvent également se déplacer de haut en bas pour ajuster la profondeur de coupe et pivoter le long de l'axe vertical ou horizontal pour étendre la coupe. Pour les applications de fraisage nécessitant des outils dynamiques, en plus de son mouvement de rotation inhérent, la machine-outil se déplace verticalement le long de plusieurs axes, permettant à la circonférence de l'outil (plutôt qu'à sa pointe) de couper la pièce. Les fraiseuses CNC avec plus de degrés de liberté permettent une plus grande polyvalence et complexité des pièces fraisées produites.
Type de fraiseuse
Plusieurs types de fraiseuses sont disponibles pour une variété d'applications d'usinage. En plus d'être classées uniquement en fonction de la configuration de la machine ou du nombre d'axes de mouvement, les fraiseuses peuvent également être classées en fonction de leurs caractéristiques spécifiques. Certains des types les plus courants de fraiseuses comprennent :
- type de genou
- Type de vérin
- Type de lit (ou type de fabrication)
- planeur
Type de genou : Les fraiseuses de type genou sont dotées d'une broche fixe et d'une table réglable verticalement qui repose sur une selle soutenue par le genou. Selon la position de la machine, le genou peut être abaissé et relevé sur la colonne. Quelques exemples de broyeurs à genoux comprennent les broyeurs horizontaux sur pied et de table.
Type de RAM : Les fraiseuses de type RAM utilisent une broche fixée à une colonne, ce qui permet à la machine de se déplacer le long de l'axe XY avec un boîtier mobile (c'est-à-dire RAM). Les deux types les plus courants de fraiseuses verticales comprennent les fraiseuses à tête de coupe horizontales et rotatives à usage général sur pied.
Type de banc : Une fraiseuse de type banc utilise une table directement fixée sur la machine pour empêcher la pièce de se déplacer le long de l'axe Y et Z. La pièce est située sous l'outil de coupe qui, selon la machine, peut se déplacer le long de l'axe XYZ. Certaines des fraiseuses à banc disponibles comprennent des fraiseuses à simple face, double face et triple face. Les machines simple face utilisent une seule broche qui se déplace le long de l'axe X ou Y, tandis que les machines double face utilisent deux broches, tandis que les machines triple face utilisent trois broches (deux horizontales et une verticale) pour usiner le long des axes XY et XYZ, respectivement.
Fraises à raboter : Les fraises à raboter sont similaires aux fraises à banc en ce sens qu'elles ont une table fixe le long des axes Y et Z et une broche qui peut se déplacer le long de l'axe XYZ. Cependant, les raboteuses peuvent prendre en charge simultanément plusieurs machines (généralement jusqu'à quatre), ce qui réduit les délais d'exécution des pièces complexes.
Certains des types spéciaux de fraiseuses disponibles comprennent les fraiseuses à table rotative, à tambour et planétaires. Les fraiseuses à table rotative ont une table circulaire qui tourne autour d'un axe vertical et utilisent des machines situées à différentes hauteurs pour l'ébauche et la finition. Une fraiseuse à tambour est similaire à une machine à table rotative, sauf que la table s'appelle un «tambour» et qu'elle tourne autour d'un axe horizontal. Dans une machine planétaire, la table est fixe et la pièce est cylindrique. Une machine rotative se déplace sur la surface de la pièce, coupant à la fois des éléments internes et externes tels que des filetages.
Matériaux de traitement
Le processus de fraisage CNC est mieux utilisé comme processus d'usinage secondaire pour fournir des capacités de finition pour les pièces conçues sur mesure, mais peut également être utilisé pour produire des pièces conçues sur mesure et spécialisées du début à la fin. La technologie de fraisage CNC permet au processus d'usiner des pièces dans une variété de matériaux, notamment :
- Métaux (y compris alliages, métaux spéciaux, métaux lourds, etc.)
- Plastiques (dont thermodurcissables et thermoplastiques)
- Elastomère
- matériau composite
- du bois.
Comme pour tous les processus d'usinage, plusieurs facteurs doivent être pris en compte lors de la sélection d'un matériau pour les applications de fraisage, tels que les propriétés du matériau (c. matériel de traitement. Ces critères déterminent respectivement si le matériau est adapté au processus de fraisage et les contraintes budgétaires de l'application de fraisage. Le matériau choisi détermine le type de machine utilisée et sa conception, ainsi que les réglages optimaux de la machine, notamment la vitesse de coupe, l'avance et la profondeur de coupe.
Qu'est-ce que le fraisage CNC ?
Le fraisage CNC est un processus d'usinage adapté à l'usinage d'une variété de matériaux et à la production d'une variété de pièces conçues sur mesure. Bien que ce processus puisse présenter des avantages par rapport à d'autres processus d'usinage, il peut ne pas convenir à toutes les applications de fabrication, et d'autres processus peuvent s'avérer plus appropriés et plus rentables.
Certains autres processus d'usinage plus conventionnels comprennent le perçage et le tournage. Comme le fraisage, le perçage s'effectue généralement avec un outil multipoint (c'est-à-dire une perceuse), tandis que le tournage s'effectue avec un outil monopoint. Cependant, pendant la rotation, la pièce peut se déplacer et tourner comme certaines applications de fraisage, tandis que pendant le perçage, la pièce est immobile tout au long du processus de perçage.
Certains processus d'usinage non conventionnels (c'est-à-dire sans l'utilisation de machines-outils, mais toujours avec des processus mécaniques d'enlèvement de matière) comprennent l'usinage par ultrasons, la découpe au jet d'eau et l'usinage par jet abrasif. Les processus non conventionnels et non usinables (c'est-à-dire les processus d'usinage chimiques, électriques et thermiques) offrent d'autres alternatives à l'enlèvement de matière des pièces qui n'utilisent pas de machines-outils ou de processus mécaniques d'enlèvement de matière, y compris le fraisage chimique, l'ébavurage électrochimique, la découpe au laser et la découpe à l'arc plasma. . Ces méthodes d'usinage non conventionnelles prennent en charge la production de pièces plus complexes, plus exigeantes et spécialisées qui ne sont souvent pas possibles avec l'usinage conventionnel.
