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Qu’est-ce que l’usinage CNC de précision ?
L'usinage CNC de précision consiste à fabriquer des composants en découpant et en façonnant des matières premières. Les plans de fabrication assistée par ordinateur (FAO) et la conception assistée par ordinateur (CAO) aident à sélectionner la procédure de découpe correcte. Ces programmes sont essentiels lors de la phase de conception car ils comportent souvent des contours 3D complets qui garantissent une fabrication réussie des pièces.
L'usinage de haute précision est devenu un élément essentiel de l'industrie. Il requiert l'intervention de concepteurs qualifiés et d'ingénieurs experts. Les concepteurs sont chargés de concevoir les pièces et de traduire les plans en instructions de fabrication. L'opérateur transmet ensuite ces instructions codées à la machine à commande numérique (CNC) en langage machine, ce qui permet de lancer le processus de fabrication.
Étapes du processus d'usinage CNC de précision
Les processus d'usinage CNC de précision utilisés par les entreprises sont assez similaires, à savoir :
Créer le modèle graphique
La fabrication de toute pièce nécessite la création d'un modèle graphique. Ce modèle est réalisé à l'aide d' un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO) . Le logiciel de CAO permet au concepteur de créer des modèles 2D et 3D de toute pièce en vue de sa fabrication.
Les croquis dessinés à la main sont couramment utilisés pour comprendre les concepts fondamentaux d'une pièce. Le concepteur CAO a ensuite recours à ces croquis pour réaliser le modèle graphique avec des mesures précises. Il existe de nombreux logiciels populaires de conception assistée par ordinateur, gratuits et payants. Les fabricants peuvent également externaliser le processus de conception pour tout développement de conception complexe.
Convertir CAO en CAM
La conception assistée par ordinateur génère une représentation graphique informatisée de la pièce. Cette représentation est simple à comprendre pour les concepteurs, les opérateurs et les fabricants. Cependant, les machines CNC qui réalisent la pièce n’appréhendent pas directement ce format numérique.
La machine interprète les coordonnées et peut déplacer l'outil de coupe ou la pièce en fonction de celles-ci. Par conséquent, les machines CNC exigent que la conception de la pièce soit dans un format incluant les instructions de fabrication essentielles. Ce format, compatible avec l'usinage CNC de précision, est créé à l'aide d'un logiciel de FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur). Ce logiciel convertit le fichier CAO en un format lisible par les machines CNC.
Les logiciels de fabrication assistée par ordinateur (FAO) utilisent deux types de codes : les codes G et M. Le code G détermine les coordonnées de l’outil de coupe. Le code M gère les fonctions auxiliaires de la machine, comme l’activation ou la désactivation du circuit de refroidissement.
Configurer la machine
Une fois les conceptions au format CAM terminées, il est temps de configurer la machine. Cela nécessitera généralement un calibrage de la machine-outil et le montage de la pièce sur la machine. Les machines-outils utilisées diffèrent en fonction du matériau de la pièce à usiner et de la conception finale de l'article. Des outils d'usinage CNC de précision sont disponibles pour diverses raisons. Il est essentiel de serrer correctement tous les colliers et de confirmer que les caractéristiques de la machine, telles que les niveaux de liquide de refroidissement, sont acceptables au cours de ce processus.
Exécutez la machine
Une fois la configuration terminée, le programme machine est prêt à être exécuté. La plupart des machines CNC comprennent un écran permettant de surveiller le programme et d'ajuster divers paramètres. Lorsque le programme est exécuté, la machine CNC commence un usinage CNC de précision.
Finition
La machine précise peut retirer la pièce une fois qu'elle a été créée. Selon les besoins, la pièce peut être envoyée pour des procédures secondaires telles que le meulage ou le polissage. Cependant, un produit fini usiné avec précision par CNC ne nécessite aucun traitement supplémentaire dans la plupart des cas.
Tolérances dans l'usinage de précision CNC
Bien que les outils d'usinage CNC précis soient extrêmement précis, ils ne peuvent pas recréer les dimensions du produit exactement telles qu'elles apparaissent dans le plan CAO. Les machinistes utilisent des tolérances.
Les tolérances de précision des machines CNC ne sont pas normalisées. Les niveaux de tolérance varient selon la méthode de production. Le nombre de décimales d'une valeur de tolérance indique la rigueur de la mesure. Voici les différents types de systèmes de mesure de tolérance :
Tolérances limites
Cela se produit lorsque la valeur de tolérance est placée dans une plage. Par exemple, si la tolérance de l'arbre est de 15.5 mm et que la valeur nominale est de 15 mm, il s'agit d'une tolérance limite.
Mesure de tolérance unilatérale
L'écart n'est autorisé que d'un côté de la valeur nominale dans cette mesure de tolérance. Cela signifie que si la taille nominale d'un arbre destiné à entrer dans un roulement est de 20 mm, un arbre plus grand que cette taille ne conviendra pas. En conséquence, les machinistes n'autorisent une déviation que sur le petit côté d'un tel arbre.
Tolérances bilatérales
Une tolérance de ce type permet une variation des deux côtés de la valeur nominale. Il est généralement représenté par une valeur +/-. Pour clarifier, si une pièce usinée mesure 25 mm et a une tolérance de +/- 0.05 mm, la valeur peut être comprise entre 24.95 mm et 25.05 mm.
Il est essentiel de savoir quand exiger des tolérances plus strictes de la part de votre fabricant. Bien que des tolérances serrées ne soient pas nécessaires pour l'ensemble du produit, les pièces structurelles critiques, telles que celles qui s'emboîtent dans d'autres composants , requièrent une faible variation par rapport à la valeur nominale, car toute imprécision peut compromettre l'intégrité de la pièce.
Les tolérances sont importantes dans les opérations d'usinage CNC de précision car elles réduisent les coûts de production et les délais d'exécution. Aussi vitaux soient-ils, ils nécessitent beaucoup d’expertise et de temps pour être correctement mis en œuvre. Les machines CNC ont une tolérance typique de 0.005 pouces.
Méthodes et équipements d'usinage de précision
Du fait de ses nombreuses applications, l'usinage de précision CNC nécessite un large éventail de machines et d'équipements. Voici ces machines et équipements :
Meuleuses de précision
Après l'usinage des pièces, la rectification de précision par commande numérique (CNC ) est l'une des dernières opérations de fabrication. Des meules abrasives sont utilisées pour obtenir une surface parfaitement plane et une finition lisse sur les objets usinés. En éliminant les petites quantités de matière superflue, la rectification de précision permet d'obtenir des finitions aux tolérances serrées sur le produit fini.
Tournage CNC
En tournage CNC, la pièce tourne autour d'un axe central tandis qu'un outil de coupe à déplacement linéaire enlève de la matière. Contrairement aux fraiseuses CNC, l'outil de coupe est généralement fixe. On utilise le plus souvent des outils de coupe à un seul point.
Perceuses à colonne CNC
Dans les perceuses à commande numérique (CNC), la pièce est immobile tandis qu'un foret rotatif tourne autour d'elle et perce des trous . Ces trous peuvent servir à l'assemblage de pièces ou avoir une fonction esthétique. En ajustant le diamètre du foret, les perceuses CNC permettent de réaliser des trous de différentes dimensions. La profondeur des trous peut être modifiée en ajustant le calibrage de la machine-outil CNC.
Fraiseuses CNC
Le fraisage CNC est un procédé d'usinage soustractif qui utilise des fraises rotatives pour enlever de la matière d'un objet. Différents effets de coupe peuvent être obtenus en faisant varier l'angle, la direction, la pression et la vitesse de l'outil. Les fraiseuses CNC existent en diverses configurations : à banc fixe, à caisson, à raboteuse, à cadre en C, à portique, à aléseuse horizontale, à colonne, à genouillère, à tourelle et à coulisseau.
Usinage par décharge électrique
L'usinage par électroérosion (EDM) utilise des décharges électriques (étincelles) pour façonner le métal . Ce procédé est également connu sous les noms d'usinage par étincelage, d'usinage par enfonçage, d'érosion à fil ou d'électroérosion par étincelles. Les métaux étant conducteurs d'électricité, l'usinage par électroérosion ne peut être utilisé que sur les métaux.
Il utilise deux électrodes : une pour l'outil et une pour la pièce. Cette procédure d'usinage rapproche les deux électrodes mais n'établit pas de contact physique.
Un arc électrique se forme entre les électrodes, augmentant la température de l’électrode de la pièce et faisant fondre le métal. En raison de la difficulté de couper les métaux les plus durs à l'aide de fraiseuses, les applications d'électroérosion les intègrent généralement. L'EDM est fréquemment utilisé pour réaliser des trous, des fentes et des cônes dans les engrenages.
Usinage CNC multi-axes
L'usinage multi-axes CNC est un système d'usinage complet. L'outil peut se déplacer dans quatre directions ou plus. L'usinage CNC multi-axes permet la production de pièces complexes à l'aide de divers outils et méthodes de coupe, tels que le fraisage, la découpe au jet d'eau et la découpe laser.
Usinage suisse
L'usinage suisse représente une avancée par rapport aux tours CNC traditionnels. Il utilise des tours CNC suisses spécialisés pour un usinage économique et précis des pièces. Sur les tours CNC suisses classiques, la poupée fixe est immobile et se contente de faire tourner la pièce. En revanche, avec l'usinage suisse, la poupée fixe permet un mouvement linéaire et offre des possibilités d'usinage plus précises et sophistiquées.
Centres CNC de tournage et de fraisage
Les centres de fraisage-tournage CNC, également appelés machines CNC de fraisage-tournage, combinent les opérations de fraisage et de tournage de précision . Traditionnellement, le fraisage et le tournage étaient réalisés sur des machines CNC distinctes. Cependant, leur combinaison au sein d'une seule machine CNC permet de simplifier considérablement le processus de fabrication.
Les centres de fraisage-tournage CNC sont proposés dans des conceptions verticales et horizontales. En raison de l’effet de la gravité sur la configuration, la disposition verticale est considérée comme plus stable. Outre la poupée mobile, une douille de guidage coulissante se déplace le long de l’axe longitudinal de la pièce. La douille de guidage soutient la pièce à usiner lors d'un usinage de haute précision.
Machines laser CNC
Un faisceau laser haute fréquence est utilisé dans l’usinage laser CNC pour trancher ou graver des matériaux. Contrairement à l'usinage EDM, l'usinage laser peut usiner à la fois des métaux et des non-métaux.
Applications d'usinage de précision CNC
L'usinage de précision CNC gagne en popularité dans l'industrie manufacturière en raison de ses nombreuses applications, de son faible coût et de ses délais d'exécution rapides. La méthode est fréquemment utilisée dans diverses industries, notamment :
Industrie automobile
Les constructeurs automobiles doivent concevoir des prototypes de ces pièces usinées CNC avant la production, à mesure que des innovations sont intégrées à leurs modèles. L'usinage de précision CNC permet de développer ces prototypes selon des spécifications exactes. Cette technique est également utilisée pour fabriquer des composants destinés à d'autres modes de transport, tels que les navires, les camions, etc.
Industrie médicale
La médecine évolue rapidement, ce qui nécessite l'acquisition de nouveaux équipements d'usinage CNC de précision. Outre ces nouveaux équipements, elle a besoin d'un grand nombre de machines existantes. L'usinage CNC de précision permet de fabriquer ces équipements, tels que des dispositifs orthopédiques, des boîtiers de sécurité, des implants, des appareils d'IRM, du matériel de recherche, etc.
Industrie militaire et de défense
La CNC n’a jamais été aussi importante, divers pays développant leurs idées pour de nouvelles munitions et systèmes de défense. Toutes ces idées prennent vie grâce au processus d’usinage de précision, qui utilise une variété de matériaux et de méthodes. Les exemples incluent des pièces d’avion, des composants de transport, des composants de communication, des munitions et d’autres articles créés pour cette industrie.
Industrie aérospaciale
Les véhicules aérospatiaux, des avions de transport aux navettes spatiales, nécessitent des engins très précis, car une seule imprécision pourrait gravement endommager les différents véhicules aéronautiques. L'usinage de précision CNC produit plusieurs composants dans ce secteur, notamment des ports de train d'atterrissage, des bagues, des collecteurs, des profils aérodynamiques, etc.
Avantages de l'usinage CNC de haute précision
L'utilisation de ces machines de haute précision dans votre processus de production vous apportera sans aucun doute de nombreux avantages. L'usinage de haute précision est l'option la plus rentable, surtout si vous n'avez besoin que de quelques pièces à une centaine. Grâce à la réduction des coûts de production des moules, ce procédé nécessite un investissement initial inférieur à celui du moulage par injection.
Par rapport au moulage par injection, les machines CNC offrent une vitesse plus rapide. Contrairement au moulage par injection, qui peut prendre des mois pour créer un moule et garantir que les pièces usinées respectent les tolérances, l'usinage CNC peut livrer des articles en quelques semaines.
Inconvénients de l’usinage CNC de haute précision
Malgré les nombreux avantages de l’usinage de précision CNC, les entreprises doivent faire preuve de prudence lorsqu’elles exigent des tolérances serrées. Bien qu'un usinage de précision CNC puisse être requis pour des caractéristiques et des dimensions particulières, exiger un usinage de précision CNC alors que les tolérances d'usinage normales suffiraient peut constituer un énorme gaspillage de ressources.
En effet, une pièce avec une tolérance de 0.01 mm peut nécessiter une configuration de machine complètement différente de celle d'une pièce avec une tolérance de 0.05 mm, ce qui augmente considérablement les coûts de main-d'œuvre. Si votre demande de devis (RFQ) donne une estimation plus élevée que prévu, envisagez de réduire les tolérances pour les paramètres non critiques.
Matériaux adaptés à l'usinage de précision
L'usinage de précision peut être utilisé sur divers métaux, polymères et matériaux composites. Voici quelques matériaux couramment usinés par commande numérique (CNC) pour l'usinage de précision :
Métaux et alliages
- Laiton
- Acier Inoxydable
- Acier au carbone
- de bronze
- Copper
- Titane
- Alliages exotiques
- Aluminium
- Acier
- Acier à outils
Plastiques et autres non-métaux
- Polycarbonate (PC):
- Acrylonitrile Butadiène Styrène (ABS)
- Graphite
- Polyoxyméthylène (POM)
- Le verre
- Polyméthacrylate de méthyle (PMMA)
- Polyamide (PA)
Coût de l'usinage CNC de précision
Il n'existe pas de coût fixe pour l'usinage de précision, car les dépenses varient en fonction de nombreux facteurs. L'usinage CNC comprend plusieurs composants, chacun ayant un prix différent. Par exemple, le nombre d'axes peut être sélectionné sur une machine d'usinage de précision.
Lorsque l’on compare les tarifs horaires, une machine multi-axes peut coûter deux à trois fois plus cher qu’une machine à trois axes. Les dépenses supplémentaires incluent les honoraires du concepteur pour le plan de fabrication assistée par ordinateur (FAO), le coût horaire de la main-d'œuvre d'un machiniste de précision, etc.
Conclusion
L'usinage de précision CNC est une méthode efficace pour produire des pièces sur mesure de haute précision. Outre la production de composants de haute qualité, il permet également de réaliser des économies et de commercialiser vos produits plus rapidement. Un atelier d'usinage CNC de précision peut ainsi améliorer les performances de vos pièces et, par conséquent, optimiser les résultats de votre entreprise. Pour des résultats optimaux, faites appel à une entreprise de machines CNC réputée, dotée d'un service d'ingénierie interne.
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