L'usinage par fraiseuse CNC est une technologie industrielle de haute précision utilisée pour fabriquer des pièces à partir d'une variété de matériaux, du métal au plastique. Les machines de fraisage à commande numérique par ordinateur sont équipées de programmes pour la coupe automatisée et de systèmes servo contrôlés par ordinateur qui guident la machine pour couper une pièce à l'emplacement exact souhaité de manière fluide et précise. Les industries automobile, aérospatiale, médicale et d'autres ont toutes été révolutionnées par la haute précision et la constance des résultats que ce type d'usinage offre.
Pour effectuer un fraisage CNC, une variété d'outils est nécessaire, y compris une machine de fraisage CNC, un logiciel informatique et des matières premières. L'article suivant vous fournira un guide approfondi du processus de fraisage CNC.
Qu'est-ce que le fraisage CNC et comment fonctionne-t-il ?
Le fraisage CNC est un processus d'usinage contrôlé par ordinateur qui utilise un outil de coupe rotatif pour enlever de la matière d'une pièce. L'outil de coupe est généralement monté sur un mandrin et se déplace en mouvement linéaire ou circulaire pendant que la pièce est montée sur une table et alimentée dans l'outil de coupe.
Les machines CNC sont pilotées par des programmes informatiques qui indiquent à la machine quoi faire. Les programmes sont écrits en langages CNC, qui sont similaires aux langages de programmation classiques mais avec quelques différences. La plus courante est le G-code. Ces programmes indiquent à la machine à quelle vitesse se déplacer, dans quelle direction, et quand s'arrêter. La plupart des machines disposent de bien plus d'options que ces simples. Certaines machines ont un écran tactile qui affiche le programme à l'écran au lieu de l'écrire et est utilisé pour modifier le programme en cas d'erreurs.
Les machines de fraisage CNC peuvent effectuer une variété d'opérations de fraisage, y compris le fraisage d'extrémité, le fraisage de face et le fraisage de rainures. Le fraisage d'extrémité est un processus polyvalent et puissant, capable de couper des rainures, des épaules, des surfaces planes et des formes 3D complexes. Le fraisage de face, quant à lui, est utilisé pour produire une grande variété de surfaces planes sur des pièces avec de grands diamètres. Le fraisage de rainures peut être utilisé pour créer des rainures et des poches dans des pièces pour l'assemblage de composants et d'autres usages. Nous discuterons de ces types d'opérations de fraisage CNC plus en détail dans les paragraphes suivants.
Les différentes opérations de fraisage CNC
Il existe une variété de processus de fraisage CNC, chacun pouvant être utilisé pour différentes applications. Voici un aperçu des processus de fraisage CNC les plus courants.
Fraisage en tournant
Le fraisage en tournant est une opération d'usinage polyvalente dans laquelle une pièce est maintenue dans un mandrin et tournée pendant qu'une fraise est alimentée dans celle-ci, en enlevant de la matière. La quantité de matière enlevée peut être contrôlée par la vitesse d'avance et la vitesse de la fraise.
Ce type d'opération de tournage CNC consiste en deux étapes qui peuvent être répétées plusieurs fois sur la même pièce en utilisant différents outils à chaque étape. La première étape consiste à faire tourner la pièce sur un tour qui crée la forme cylindrique, et la seconde est le fraisage de la pièce pour créer le produit souhaité.
La rotation lors du processus de tournage-fraisage crée un trajet hélicoïdal, ce qui rend la forme de la lame de coupe du outil de coupe la mieux adaptée à l'opération de fraisage respective. Il est utilisé pour créer des filets, des rainures et d'autres caractéristiques internes sur une pièce.
Fraisage d'angle
Également appelé chanfreinage, c'est le processus d'une petite coupe inclinée de matière à partir du bord d'une pièce pour obtenir une surface douce appelée chanfrein. En conséquence, le chanfrein en deux dimensions développe une série d'angles créant une surface lisse, généralement utilisée pour préparer les bords d'une pièce pour le soudage ou le brasage.
Ce type de processus de fraisage CNC est utile dans une large gamme d'applications et d'industries. Les outils de fraisage de chanfrein donnent aux planches et autres matériaux un bord lisse et courbé – parfait pour tout projet architectural, d'ingénierie ou de menuiserie. Les médecins et ingénieurs électroniques sont également disponibles pour créer des bords angulés sûrs et lisses sur les composants.
Il existe divers types de fraisage d'angle, parmi les plus courants figurent le fraisage d'angle carré, le fraisage d'angle extérieur, le fraisage d'angle intérieur, le fraisage à fond plat et le fraisage de face d'angle.
Fraisage de rainure
Le fraisage de rainure est une opération de fraisage CNC où un outil de coupe rotatif est utilisé pour enlever de la matière d'une pièce en la déplaçant dans et hors d'une rainure. Il est spécifiquement utilisé pour créer des rainures, des fentes ou des poches.
Ce qui le différencie des autres types d'opérations de fraisage CNC, c'est sa capacité à couper des rainures ou des poches plus profondes que ce qui peut être réalisé avec un fraisage d'extrémité par exemple. De plus, ce processus de fraisage CNC aboutit souvent à une finition de surface plus propre et de meilleure qualité.
Les outils de coupe pour le fraisage de rainure sont extrêmement polyvalents. Avec plusieurs dents montées en cercle sur un mandrin, ils peuvent usiner des mandrins à mâchoires solides, des barres guides et des pièces plates en métal brut. Non seulement cela, mais ils peuvent également couper des rainures et des cavités, graver et couper, percer des trous, réaliser des trous ronds, former des rainures rectangulaires, carrées et hexagonales ainsi que des ouvertures de poche, et fraiser les faces de broches et de chevilles.
Processus de fraisage de profil
Le fraisage de profil est un procédé d'usinage CNC utilisé pour créer des surfaces tridimensionnelles complexes sur une pièce. Cet outil peut être utilisé pour créer des caractéristiques telles que des rainures, des poches et des contours. L'opération de fraisage est généralement effectuée par une machine de fraisage multi-axes équipée d'une fraise tournant autour de la pièce. La fraise sculpte le matériau en suivant le trajet de l'outil lors de ses déplacements.
Le fraisage de profil peut être utilisé pour trois principaux types d'opérations :
Finition grossière
Les opérations de finition grossière visent à réduire l'épaisseur du stock en sections suffisamment grandes pour éliminer l'excès de matière à l'intérieur ou à l'extérieur de la pièce. Les trous sur la face de la pièce nécessitent une fraise à extrémité qui coupe sur la périphérie ou le côté de la fraise. La fraise couramment utilisée pour ce type d'opération est la « fraise à extrémité périphérique ».
Semi-finition
Les outils de coupe à centre sont utilisés sur des machines semi-finition pour couper autour des trous où ils seront situés. Cela permet un placement plus précis des trous avant que les outils de semi-finition ne coupent les pièces.
Finition
C'est le processus de réduction de la quantité de matière enlevée lors de la finition grossière, préparant ainsi le terrain pour les opérations de finition. Il est généralement effectué à l'aide d'une petite fraise de finition. Différentes machines doivent être utilisées pour la finition grossière et la finition, et un outil de coupe optimisé doit être utilisé pour chaque opération afin d'obtenir des résultats plus précis.
Fraisage de face
Le fraisage de face consiste à usiner des surfaces planes sur une pièce. Une fraise de face coupe des surfaces planes en faisant avancer la pièce contre une fraise rotative munie de nombreux arêtes de coupe. Cela diffère du perçage, où un seul trou est créé à la fois.
Le fraisage de face comprend quatre étapes :
- Avant de commencer le fraisage de face, vous devez préparer et installer votre matériau sur une machine de fraisage verticale. La pièce doit être solidement fixée à la table de la machine pour garantir une opération précise et réussie.
- Ensuite, vous devez positionner le mandrin de la machine de manière à ce qu'il soit perpendiculaire à la surface de la pièce.
- Après avoir correctement positionné la coupe, vous ajustez ensuite l'avance. La vitesse de l'arbre principal est également ajustée pour effectuer une coupe appropriée. L'avance peut être réglée à l'aide des manettes externes de l'arbre principal.
- Vous pouvez enfin procéder à l'usinage. Afin de produire la forme et la silhouette souhaitées de la pièce, il est nécessaire de faire plusieurs passes avec la fraise. Le produit final sera coupé le long du fond du motif que vous avez tracé. Vous effectuerez plusieurs coupes avant d'obtenir le résultat désiré.
Fraisage d'épaulement
Le fraisage d'épaulement est un type d'opération de fraisage CNC dans laquelle la fraise est montée sur un mandrin et coupe le long du périmètre de la pièce. La fraise est généralement stationnaire et la coupe est réalisée en inclinant la broche de l'outil le long d'un axe vertical droit. L'angle d'épaulement le plus courant est de 90 degrés, mais d'autres angles peuvent être utilisés en fonction de l'application.
Le but d'une machine de fraisage CNC d'épaulement est de produire des surfaces plates et angulaires sur la pièce. Ce qui rend une fraise d'épaulement idéale pour ce travail, c'est la nécessité d'un accès constant à la surface de la pièce et aux outils de coupe. Contrairement au serrage, le processus de fraisage coupe en zigzag plutôt qu'en ligne droite.
Autres opérations de fraisage CNC
En plus de celles mentionnées ci-dessus, il existe un certain nombre d'autres opérations de fraisage CNC qui peuvent être réalisées. Celles-ci incluent :
Fraisage en surface
Il est aussi parfois appelé fraisage de surface ou fraisage en dalle. Le fraisage en surface est défini comme le fraisage de surfaces planes avec l'axe de la fraise parallèle à la surface à usiner. Normalement, le fraisage en surface est effectué avec la surface de la pièce montée parallèlement à la surface de la table de la machine et la fraise montée sur un porte-fraise CNC standard.
Fraisage de forme
Le fraisage de forme est le processus d'usinage de contours spéciaux composés de courbes et de lignes droites, ou entièrement de courbes, à une profondeur de coupe unique. La fraise habituelle possède plusieurs dents et tourne sur un porte-fraise, maintenu dans un mandrin entraîné par le mandrin principal de la machine. Les dents de la fraise engagent la pièce et forment des copeaux qui sont évacués par des rainures (fosses) entre les dents.
Fraisage angulaire
Le fraisage angulaire est un type d'opération de fraisage dans laquelle la pièce est alimentée à un angle par rapport à l'axe de la fraise. L'action de coupe de la fraise produit des formes de copeaux qui ne sont pas perpendiculaires à la surface de la pièce, ce qui peut créer de nombreux types de caractéristiques sur la pièce. Le fraisage angulaire peut être utilisé pour créer des caractéristiques telles que des rainures, des épaulements et des gorges.
Les différentes machines de fraisage CNC
Bien que toutes les machines de fraisage CNC partagent certaines caractéristiques de base, il existe également un certain nombre de caractéristiques uniques qui rendent chaque machine idéale pour des applications spécifiques.
Machines de fraisage à table fixe
Une machine de fraisage à table fixe est une grande machine de fraisage CNC robuste utilisée dans l'usinage de métaux et les applications de fabrication. Ce type de machine de fraisage possède une grande table plate qui se déplace dans les directions X, Y et Z pour usiner des pièces lourdes. Ces machines sont généralement utilisées pour usiner de grandes pièces lourdes qui ne peuvent pas être usinées sur une machine plus petite et moins robuste. Les machines de fraisage à table fixe sont très précises et ont une tolérance très élevée pour l'usinage de formes grandes et irrégulières.
La machine de fraisage à table fixe est une pièce d'équipement grande et coûteuse, généralement utilisée uniquement dans des environnements industriels. Cependant, il y a certains avantages à l'utiliser plutôt que d'autres. Un avantage est que ces machines sont plus rigides que d'autres types de machines de fraisage, ce qui leur permet de supporter des coupes lourdes et de produire des résultats de haute qualité. De plus, elles disposent d’un couple « instantané » plus élevé pour permettre une vitesse de coupe plus rapide, ce qui les rend idéales pour des projets avec des coupes répétitives et de petites pauses.
Une machine de fraisage à table fixe est une machine où la broche est montée sur une table mobile pouvant glisser d'avant en arrière dans une direction horizontale, ainsi que se déplacer verticalement. La table peut également être tournée pour permettre un fraisage à différents angles. Ces machines sont généralement utilisées pour des travaux de fraisage plus importants que ceux pouvant être réalisés avec une machine portative.
Machines de fraisage à colonne mobile
Une machine de fraisage à colonne mobile est un type de machine CNC qui possède une table de travail réglable verticalement reposant sur une projection en forme de colonne à l'avant de la machine. La table de travail peut être levée ou abaissée pour s'adapter à différentes hauteurs de pièces, et la quille (la partie de la machine qui maintient l'outil de coupe) peut être déplacée verticalement pour permettre différentes profondeurs de coupe.
Les machines de fraisage à colonne mobile sont parmi les plus polyvalentes. Elles peuvent être utilisées pour effectuer une large gamme d'opérations, y compris le rainurage, le fraisage d'angles et le perçage. Cependant, elles ne sont pas aussi précises que certains autres types. Cela est dû au fait que la table d'une machine de fraisage à colonne mobile n'est pas aussi rigide que celle d'une machine de fraisage verticale. Cela signifie que lorsque la table est levée ou abaissée, certains des coupes effectuées sur la pièce peuvent ne pas être parfaitement exactes.
Machines de fraisage verticales
Une machine de fraisage verticale est un type de machine de fraisage CNC où la broche est orientée verticalement. Les fraises sont maintenues dans la broche et tournent sur leur axe. En général, la broche peut être prolongée, ou la table levée ou abaissée pour produire le même effet, permettant des coupes en plongée et le perçage. La machine de fraisage verticale est bien adaptée pour des travaux plus petits, tels que le fraisage de pièces pour des prototypes ou des petites séries de production.
La machine de fraisage CNC verticale présente de nombreux avantages par rapport à d'autres équipements d'usinage. Parmi lesquels nous mentionnons :
- Elle occupe moins d'espace dans un atelier en raison de sa forme haute et fine.
- Elle peut effectuer plus d'une opération à la fois, comme le perçage et le fraisage.
- Elle est relativement peu coûteuse comparée à ses homologues de fraisage CNC.
- Les fraiseuses CNC verticales sont faciles à apprendre et à utiliser.
Cependant, comparées à la machine de fraisage horizontale, les fraiseuses verticales sont assez limitées et ne peuvent être utilisées que pour certaines applications. Un inconvénient est qu'elles ont tendance à être plus lentes car les fraises tournent en orientation verticale. Cela signifie qu'il faut plus de temps pour enlever la même quantité de matière.
Machines de fraisage horizontales
Une machine de fraisage horizontale est un type de machine de fraisage dont la broche est alignée dans une orientation horizontale. La broche est parallèle à la table et la machine possède un outil de coupe monté sur un arbre. L'outil de coupe et la table peuvent tous deux être déplacés dans différentes directions. La machine peut également être équipée de différents accessoires tels qu'une table rotative ou une tête de division.
Cette machine de fraisage CNC est conçue pour enlever la matière d'une pièce, et elle peut le faire très efficacement. La machine de fraisage horizontale peut être utilisée pour créer des pièces très précises et complexes. Elle est souvent utilisée dans l'industrie aéronautique et d'autres industries où des pièces extrêmement précises sont requises.
Cependant, il existe certains inconvénients potentiels à l'utilisation de ce type de machine. Un point négatif est que les machines de fraisage CNC horizontales peuvent être coûteuses à l'achat et à l'entretien. De plus, ces machines peuvent être grandes et encombrantes, ce qui les rend difficiles à déplacer ou à transporter. Un autre inconvénient potentiel est que les machines de fraisage CNC horizontales peuvent générer beaucoup de bruit et de vibrations, ce qui peut avoir un impact négatif sur l'environnement et les propriétés voisines.
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FAQ
Quelle est la différence entre la machine de fraisage CNC horizontale et la machine à tournage CNC ?
Les machines de fraisage CNC horizontales sont utilisées pour créer des pièces avec des formes et des caractéristiques complexes, tandis que les machines à tournage CNC sont utilisées pour créer des pièces avec des caractéristiques symétriques.
Une machine de fraisage CNC est-elle la même chose qu'une machine de routage CNC ?
Non, une fraiseuse CNC n'est pas la même chose qu'une machine de routage CNC. Bien que les deux machines soient contrôlées par ordinateur, une fraiseuse CNC utilise des outils de coupe rotatifs pour enlever de la matière d'une pièce, tandis qu'une machine de routage CNC utilise une fraise à router pour couper la matière.
Quelle est la différence entre la fraiseuse CNC et le tournage CNC ?
La fraiseuse CNC est un processus où une matière est coupée à l'aide d'un outil de coupe rotatif, alors que le tournage CNC est un processus où une matière est coupée à l'aide d'une pièce en rotation. Les deux processus peuvent être utilisés pour créer des pièces avec une variété de formes et de tailles.
Combien de broches y a-t-il dans une fraiseuse CNC ?
Il y a généralement de trois à cinq broches dans une fraiseuse CNC. Ces broches peuvent être positionnées autour de la pièce pour usiner des caractéristiques de plusieurs côtés en même temps.
