Pièce usinée en copeaux métalliques

Fraisage CNC – un guide complet pour comprendre le processus

Le fraisage CNC est l’un des processus les plus courants pour produire des pièces complexes. Pourquoi complexe? Chaque fois que d’autres méthodes de fabrication comme la découpe au laser ou au plasma peuvent obtenir les mêmes résultats, il est moins coûteux de les utiliser. Mais ces deux ne fournissent rien de similaire aux capacités de fraisage CNC.

Nous allons donc nous plonger dans le fraisage, en examinant les différents aspects du processus lui-même ainsi que les machines. Cela vous aidera à comprendre si vous avez besoin de services de fraisage CNC pour produire vos pièces ou existe-t-il une alternative plus rentable disponible.

Qu’est-ce que le fraisage CNC?

Nous allons examiner le processus, les machines, etc. dans les paragraphes suivants. Mais voyons d’abord clairement ce que signifie le fraisage CNC et clarifions certains des points les plus confus du terme lui-même.

Tout d’abord, les gens demandent souvent un usinage CNC lors de la recherche de fraisage. L’usinage implique à la fois le fraisage et le tournage, mais ces deux éléments ont des différences distinctes. L’usinage fait référence à une technologie de coupe mécanique qui utilise un contact physique pour retirer la matière, en utilisant une large gamme d’outils.

Deuxièmement, tout usinage CNC utilise des machines CNC mais toutes les machines CNC ne sont pas destinées à l’usinage. Le contrôle numérique par ordinateur est ce qui se cache derrière ces trois lettres. Toute machine utilisant la CNC utilise des systèmes informatisés pour automatiser le processus de coupe.

Par conséquent, les machines CNC comprennent également des coupeurs laser, des coupeurs plasma, des presses plieuses, etc.

L’usinage CNC est donc un mélange de ces deux termes, nous apportant la réponse à la question posée dans l’intitulé. Le fraisage CNC est une méthode de fabrication soustractive qui utilise des systèmes de commandes numériques par ordinateur pour automatiser le processus.

Processus de fraisage

Nous pourrions nous limiter à décrire le processus de fabrication uniquement, mais donner un aperçu du flux complet donne une image plus saine.

Le processus de fraisage comprend:

  • Conception des pièces en CAO
  • Traduction des fichiers CAO en code d’usinage
  • Mise en place de la machinerie
  • Production des pièces

Conception des fichiers CAO et traduction en code

La première étape consiste à créer la représentation virtuelle du produit final dans un logiciel de CAO. Il existe de nombreux programmes CAD-CAM puissants qui permettent à l’utilisateur de créer le code G nécessaire pour l’usinage.

Le code est disponible pour vérification et modification, si nécessaire, en fonction des capacités de la machine. De plus, les ingénieurs de fabrication peuvent simuler l’ensemble du processus de coupe à l’aide de ce type de logiciel.

Cela permet de vérifier les erreurs de conception pour éviter de créer des modèles qui ne sont pas possibles à produire.

Le code G peut également être écrit manuellement, comme cela a été fait dans le passé. Cependant, cela prolonge considérablement l’ensemble du processus. Par conséquent, nous suggérons d’exploiter pleinement les possibilités qu’offre le logiciel d’ingénierie moderne.

Configuration de la machine

Bien que les machines CNC effectuent le travail de coupe automatiquement, de nombreux autres aspects du processus nécessitent la main d’un opérateur. Par exemple, fixer la pièce sur la table de travail ainsi que fixer les outils de fraisage à la broche de la machine.

Le fraisage manuel dépend fortement des opérateurs tandis que les nouveaux modèles ont des systèmes d’automatisation plus avancés. Les centres d’usinage modernes peuvent également avoir des possibilités d’outillage en direct. Cela signifie qu’ils peuvent changer les outils à tout moment pendant le processus de fabrication. Il y a donc moins d’arrêts mais quelqu’un doit encore les configurer au préalable.

Une fois la configuration initiale terminée, l’opérateur vérifie une dernière fois le programme de la machine avant de donner le feu vert à la machine pour démarrer.

Travail de production

Le processus de fraisage utilise un outil rotatif qui entre en contact avec la pièce pour couper les copeaux. La coupe continue donne la forme souhaitée.

Il existe cependant plusieurs façons d’effectuer la découpe:

  • Fraisage conventionnel
  • Fraisage en montée

Procédé de fraisage conventionnel

Comme son nom l’indique, fraisage conventionnel a été la façon la plus courante d’usiner, du moins par le passé. La mécanique du fraisage conventionnel:

  • La puce de coupe augmente en épaisseur. Cela peut entraîner des températures élevées qui produisent un écrouissage.
  • Le début d’une coupe comprend davantage de frottements et de frottements, accélérant l’usure de l’outil et raccourcissant sa durée de vie.
  • Lorsque les dents portent des copeaux vers le haut, elles peuvent retomber dans le chemin de coupe, ce qui diminue la qualité de la finition.
  • Un serrage et une fixation plus serrés de la pièce sont nécessaires pour éviter les déplacements provoqués par les grandes forces vers le haut.

Processus de fraisage en montée

Les fraiseuses CNC plus récentes utilisent plutôt grimper le fraisage. Les caractéristiques du fraisage en montée sont:

  • L’épaisseur de la puce de coupe diminue, provoquant un échauffement de la puce plutôt que de la pièce.
  • La surface de coupe est plus propre, ce qui réduit le frottement et augmente la durée de vie de l’outil.
  • Les copeaux tombent derrière le couteau, ce qui réduit le problème d’un chemin de coupe pollué.
  • Le fraisage en montée horizontale crée des forces vers le bas, réduisant la nécessité d’un serrage supplémentaire.

Le processus de broyage comprend généralement quelques opérations différentes, mais cela dépend de la forme du produit final et de l’état de la pièce brute. Souvent, le fraisage est nécessaire pour donner une finition précise et ajouter quelques fonctionnalités comme des fentes ou des trous filetés.

Mais il convient également pour créer une pièce finie à partir d’un bloc de matière. Les premières opérations utilisent des outils plus grands pour découper rapidement le matériau afin de fixer le processus jusqu’à obtenir une forme approximative de la pièce finale.

Un changement d’outil est nécessaire pour créer les pièces usinées de haute précision. Le grand fraisage de précision est connu pour être atteint dans la dernière étape, en prenant les tolérances et la rugosité de surface à des niveaux difficiles à égaler avec tout autre processus de fabrication.

Composants de fraiseuse

Voyons maintenant ce qui fait une fraiseuse. Bien que les nouveaux centres de fraisage aient la capacité d’effectuer toutes sortes d’opérations, ils sont également plus compliqués. Nous nous en tenons donc aux bancs plus traditionnels ici pour donner un aperçu des composants de la machine.

Fraiseuse horizontale

Composants de fraiseuse horizontale
Source de l’image: technologystudent.com

Les fraiseuses horizontales tirent leur nom du positionnement de l’outil – leur axe est horizontal. Les images ci-dessus montrent une façon de les utiliser qui est le fraisage ordinaire. Bien entendu, les fraises horizontales conviennent également pour le fraisage en bout.

La construction d’un moulin horizontal est assez simple. L’outil de coupe se fixe sur l’arbre. Lorsqu’un changement d’outillage est nécessaire, vous pouvez retirer le support de l’arbre et les entretoises pour remplacer les outils.

La fixation de la pièce sur la table de travail nécessite un étau. La traverse peut déplacer la table dans les axes X, Y et Z pour déplacer la pièce.

Bien sûr, les nouvelles machines sont un peu différentes, ce qui les rend adaptées à l’automatisation. Les centres de fraisage horizontaux peuvent avoir plusieurs broches avec une variété d’outils sur eux pour des délais d’exécution plus rapides. De plus, la table ainsi que les outils peuvent se déplacer dans plus de directions, y compris les axes de rotation.

Pourtant, les bases sont les mêmes et comprendre la machine plus traditionnelle suffit pour donner un sens aux contemporaines.

Les avantages du fraisage horizontal:

  • Possibilité de produire des pièces avec moins d’opérations
  • Possibilité de créer des pièces plus complexes
  • Environ 3 à 4 fois plus rapide que le fraisage horizontal
  • Durée de vie de l’outil plus longue
  • Meilleure finition de surface (les 2 derniers points sont liés à moins de copeaux tombant sur le chemin de coupe)

Fraiseuse verticale

Composants de fraiseuse verticale
Source de l’image: technologystudent.com

Encore une fois, le nom d’un moulin vertical est assez évident en regardant l’image ci-dessus. Le positionnement de l’axe de l’outil étant vertical, il convient mieux au fraisage en bout.

Les composants d’un broyeur vertical sont similaires à ceux d’un broyeur horizontal. La tête de la machine se trouve au bout d’un vérin. La broche pour les outils de coupe est fixée à la tête.

Tout sur le positionnement de la table est identique à un broyeur horizontal, offrant la possibilité de la déplacer dans les 3 mêmes directions.

Les fraiseuses verticales à 5 axes modernes offrent des possibilités de rotation de la pièce pour plus d’accès et des délais d’exécution plus rapides. L’automatisation de tous les mouvements se traduit par une meilleure précision, des délais plus courts et des lots de pièces identiques.

Les avantages du fraisage vertical:

  • Beaucoup moins cher que les broyeurs horizontaux, avec une différence de prix jusqu’à 4-5x
  • Disponibilité car plus d’ateliers peuvent se le permettre
  • Plus facile à utiliser car le broyeur vertical offre une meilleure visibilité sur ce qui se passe réellement
  • Plus de machinistes qui peuvent fournir d’excellents résultats
  • Les machines sont plus petites et nécessitent moins d’espace dans l’atelier

Types de fraiseuses

Il existe aujourd’hui une grande variété de variétés sur le marché. Il existe également de nombreux modes de classification. Les bases restent à peu près les mêmes partout, avec quelques modifications apportant plus de possibilités et donc un autre type de fraiseuse.

Voici les types de fraiseuses les plus courants:

  • Type de lit
  • Type de genou
  • Type de bélier
  • Type de raboteuse

Broyeurs à banc

fraiseuse à banc fixe

La conception des fraiseuses à banc fixe comprend un banc de machine stable. Alors que les pièces volumineuses et lourdes peuvent entraîner une instabilité avec les machines de type genou, celles de type lit peuvent tenir leur place. Le lit long signifie que plusieurs pièces peuvent être fixées sur le lit à la fois, ce qui réduit les temps morts et augmente l’efficacité sur le plan de travail.

La table de travail se fixe directement au lit de la machine et peut se déplacer dans 2 directions. Bien entendu, la tête de broche peut se déplacer axialement pour déterminer la profondeur de coupe. La position de l’axe dépend de la machine, car il existe des broyeurs à banc horizontal et vertical, ainsi que des machines universelles. Tous peuvent également être automatisés à l’aide de la CNC.

La plus courante de ces options est une fraiseuse universelle CNC. Alors que les broyeurs horizontaux et verticaux présentent des limitations considérables, ces machines offrent plus de flexibilité.

Une autre façon d’augmenter la productivité est d’utiliser un support pour deux machines. Cela permet de monter un certain nombre de pièces sur la table pour un traitement simultané ou une grande pièce. Cela perd la nécessité de le resserrer pour traiter l’autre extrémité. Il est important de noter que cette configuration ouvre la possibilité d’une collision d’outils qui peut être évitée par un programme CNC correct.

Fraiseuses à genou

fraiseuse à genou

Ces machines conviennent à la production de pièces de petite à moyenne taille. La limitation vient du fait que les broyeurs à genou offrent moins de stabilité que, par exemple, les fraiseuses à banc fixe. En outre, le cadre définit ses propres limites pour les dimensions des pièces.

Un broyeur à genou traditionnel est une excellente option pour produire des pièces uniques, des travaux d’entretien, des tâches préparatoires, etc. Le mouvement unidirectionnel de la tête de coupe limite les risques d’accidents. Leur utilisation pour préparer la pièce pour un affinage ultérieur sur une station CNC est courante.

Ces machines nécessitent un changement manuel d’outils après chaque opération, ce qui rend l’ensemble du processus un peu plus lent. Pourtant, les centres d’usinage CNC modernes incluent les capacités des fraiseuses à genou.

Fraiseuses à piston

Le broyeur de type vérin a sa tête de coupe montée sur un vérin qui peut coulisser d’avant en arrière. Cela augmente le mouvement de l’outil à 2 axes – X et Y. Les options horizontales et verticales du broyeur à piston sont disponibles sur le marché. Beaucoup de ces broyeurs incluent également la possibilité de faire pivoter la tête de coupe.

Broyeur de type raboteuse

Les fraiseuses de type raboteuse sont très similaires aux fraiseuses à banc fixe. Les deux ont de grandes tables de travail et des broches qui peuvent se déplacer dans 3 directions. La principale différence vient de la capacité des fraiseuses de type raboteuse à accueillir plus d’outils de fraisage à la fois. Le nombre d’outils différents va généralement jusqu’à 4.

Une flexibilité supplémentaire augmente leur efficacité et réduit le besoin d’arrêter le traitement pour un changement d’outils.

Combien d’axes?

Axes d'usinage

Nous avons déjà mentionné les différents axes dans cet article. Mais expliquons clairement ce que chacun signifie.

Broyeur 3 axes

Un broyeur vertical à 3 axes signifie que la table peut se déplacer dans 2 directions – X et Y. Cela permet de positionner la pièce par rapport à l’outil de coupe alors que la distance reste la même. Ainsi, le troisième, l’axe Z, est ajouté en permettant d’abaisser l’outil de coupe.

Les contrôleurs CNC permettent le mouvement simultané des trois, offrant la flexibilité nécessaire pour la plupart des besoins de traitement.

Moulin 4 axes

Un broyeur à 4 axes possède les 3 axes comme décrit précédemment. Mais un autre entre en jeu – l’axe A. La table peut désormais tourner autour de l’axe X, ce qui permet de fraiser les côtés sans repositionner la pièce.

Broyeur 5 axes

Comme vous pouvez le deviner, tout ce qui était vrai pour la fraise 4 axes s’applique également à la fraise 5 axes. Mais maintenant, nous ajoutons l’axe B qui donne un mouvement de rotation autour de l’axe Y.

Les centres d’usinage CNC 5 axes coûtent beaucoup plus cher que les autres options mais permettent de produire des pièces très complexes en une seule fois. Aucune configuration supplémentaire n’est nécessaire tandis que la durée de vie de l’outil augmente en rendant possible le positionnement approprié des pièces.

Broyeur 6 axes

Vignette vidéo

Fraiseuse 6 axes

La vidéo montre comment fonctionne une fraiseuse à 6 axes. Il compare également la productivité des fraiseuses 5 axes vs 6 axes.

Les centres de fraisage CNC à 6 axes ne sont pas trop courants en raison du prix élevé. Ils peuvent être jusqu’à 75% plus rapides que les machines à 5 axes mais la nécessité de telles capacités est assez rare pour justifier les dépenses. La vidéo ci-dessus montre également une comparaison d’un moulin à 5 axes et 6 axes.

Le broyeur à 6 axes a une table de travail fixe et toute la liberté de mouvement est allouée à la tête de coupe. Il peut se déplacer dans 3 directions et tourner autour de tous ces axes.

Opérations de fraisage CNC

Le fraisage convient à de nombreuses fonctionnalités différentes, y compris le filetage, le chanfreinage, le rainurage, etc. Cela permet de produire des conceptions complexes sur un seul centre de fraisage CNC avec une précision enviable. Les tolérances sont d’environ +/- 0,1 mm.

La création de ces caractéristiques susmentionnées nécessite une variété d’opérations de fraisage différentes:

  • Fraisage de surface
  • Fraisage de face
  • Fraisage angulaire
  • Fraisage de forme
  • Fraisage de profil
  • Fraisage d’engrenages, etc.

Fraisage ordinaire

Vignette vidéo

Fraisage ordinaire

Fraisage à plat d’une pièce métallique

Le fraisage ordinaire est également connu sous le nom de fraisage de surface. Il utilise une fraise horizontale, ce qui signifie que l’axe de rotation de l’outil de coupe est parallèle à la surface de coupe.

Le fraisage de surface peut utiliser différentes fraises, larges ou étroites, selon le résultat nécessaire. L’utilisation d’une fraise large peut entraîner un enlèvement rapide de matière lorsqu’elle est associée à une vitesse de coupe lente, une vitesse d’avance rapide et des dents grossières de la fraise. Bien entendu, la finition de surface d’une telle découpe peut ne pas répondre aux exigences.

Par conséquent, une deuxième étape peut inclure un changement d’outils pour utiliser des dents plus fines. Cela nécessite également des vitesses de coupe plus rapides et des vitesses d’avance plus lentes, de sorte que la quantité d’enlèvement de matière par unité de temps est plus lente. Dans le même temps, la finition finale est plus précise. Ainsi, la combinaison des deux fait un bon choix d’un point de vue économique.

Fraisage de face

Vignette vidéo

Fraisage de face

Fraisage de face de plusieurs plaques d’acier

Cette opération utilise un outil de coupe qui a des dents sur les côtés ainsi que sur l’extrémité. L’axe de l’outil est perpendiculaire à la pièce usinée.

Le surfaçage vient souvent après le surfaçage, car il peut produire des contours plus complexes et laisse une belle finition. Les dents sur les côtés effectuent la majeure partie du travail de coupe tandis que les dents sur la pointe prennent soin de la finition de la surface.

Fraisage angulaire

Vignette vidéo

Fraisage de chanfrein

Fraisage d’un chanfrein à l’aide d’outils coniques

Cette opération de fraisage nous permet de créer des chanfreins, des rainures, etc. Il existe plusieurs façons d’accomplir ces fonctions.

Dans le cas d’une fraiseuse 3 axes régulière, l’utilisation de différentes fraises est la plus logique. Ceux-ci peuvent être des fraises en queue d’aronde pour produire des rainures angulaires ou simplement un broyeur avec une tête de coupe conique pour le chanfreinage. Notez que ces deux sont fondamentalement les opposés l’un de l’autre.

L’axe de la fraise peut être perpendiculaire ou aligné avec la surface.

Fraisage de forme

Vignette vidéo

Fraisage de forme

Opération de fraisage de forme

Ce type de fraisage nécessite un outillage spécial pour créer des contours de surface plus complexes. Les fraises convexes et concaves sont deux exemples d’outils qui trouvent ici leur utilité.

Le fraisage de forme permet de créer ces contours de surface en une seule coupe. Les outils peuvent aider à créer des évidements ronds, des bords arrondis, etc. Les outils doivent avoir les bons paramètres pour atteindre le résultat souhaité.

Le fraisage en groupe est une sous-catégorie du fraisage de forme par lequel l’utilisation de plusieurs fraises à la fois peut créer des motifs.

Fraisage de profil

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Fraisage de profil

Utilisation d’une fraiseuse CNC sur un bloc de métal

Une opération de fraisage commune pour produire des pièces convexes et concaves. Le processus comprend 3 étapes – ébauche, semi-finition et finition.

L’ébauche utilise des inserts ronds pour effectuer le travail initial d’élimination de la plupart des matériaux. Les fraises à bout sphérique conviennent parfaitement à la semi-finition et à la finition.

Ces travaux bénéficieront largement du fraisage CNC, car la technologie 4 et 5 axes peut considérablement accélérer les opérations et fournir une meilleure qualité.

Fraisage d’engrenages

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Fraisage d’engrenages

Fraisage de profilés sur une machine CNC

Oui, le fraisage trouve également une utilité pour produire des engrenages. L’ensemble du processus de production des engrenages comprend deux étapes.

Vient d’abord le fraisage des engrenages. La douceur du matériau permet de créer la pièce avec plus de facilité tout en atteignant de grandes tolérances. Les engrenages passent ensuite par un processus de traitement thermique pour durcir la surface. Après cela, le tournage sera responsable du résultat final.

Matériaux appropriés

Le fraisage CNC peut être utilisé sur une variété de matériaux différents. Le choix, bien sûr, se résume aux exigences. Le processus de sélection comprend les étapes suivantes:

  • Création de la géométrie de la pièce.
  • Déterminer les forces agissant sur la pièce. Un logiciel de CAO avec des compléments FEA peut être d’une grande aide ici.
  • Spécification des propriétés du matériau en fonction des résultats.
  • Création d’une liste de matériaux possibles.
  • Choisir celui qui répond aux exigences avec le meilleur rapport qualité-prix.
  • S’assurer que le matériau est adapté au fraisage.

Donc, nous pouvons vous aider avec la dernière étape ici.

Métaux adaptés au fraisage CNC:

  • Acier doux
  • Acier inoxydable
  • Acier à outils
  • Aluminium
  • Laiton

Plastiques adaptés au fraisage:

  • abdos
  • Nylon
  • Polycarbonate
  • POM
  • PTFE
  • PEHD
  • PEEK

Après avoir fait votre choix, il est temps de choisir un entrepreneur de fabrication fiable pour le travail. Si vous cherchez quelqu’un pour vous aider dans le fraisage des métaux, vous pouvez simplement contacter nos ingénieurs commerciaux.

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