Qu’est-ce que le fraisage CNC ? Procédé, types de machines et opérations

 

Qu'est-ce que le fraisage CNC ?

 

 

 

 

Si vous débutez en fraisage CNC, il est facile de se concentrer uniquement sur la machine et de négliger les détails qui influent sur la pièce finie. L'accès à l'outil, l'épaisseur des parois, la profondeur des poches, les tolérances et le bridage peuvent modifier la difficulté d'usinage, le coût et la qualité. Comprendre le processus vous permet de concevoir et de vous approvisionner en pièces avec plus d'assurance.

 

Le fraisage CNC , ou fraisage à commande numérique par ordinateur, est un procédé d'usinage qui utilise des outils de coupe rotatifs multipoints pilotés par ordinateur pour enlever progressivement de la matière d'une pièce. Il permet de réaliser des pièces sur mesure présentant des surfaces planes, des cavités, des rainures, des trous, des filetages, des contours et des formes 3D complexes, en métaux et en plastiques techniques.

 

Ce guide explique la définition du fraisage, le processus de fraisage CNC, le fonctionnement de la machine, les opérations de fraisage, les types de machines, les matériaux, les considérations de conception et les alternatives, avec des détails pratiques que vous pouvez utiliser dans des projets de fabrication réels.

 

 

 

Définition du fraisage

 

Qu'est-ce que le fraisage ? Le fraisage est un procédé d'usinage soustractif qui utilise un outil de coupe rotatif pour enlever de la matière d'une pièce. Selon la configuration de la machine, l'outil de coupe, la pièce ou les deux se déplacent le long d'axes contrôlés afin que l'outil puisse créer les surfaces et les caractéristiques souhaitées.

 

Le fraisage était initialement réalisé principalement sur des machines à commande manuelle, et il reste utile pour les réparations, les réglages d'outillage, la fabrication de pièces uniques simples et les travaux où la programmation CNC engendrerait des temps de préparation inutiles. Cependant, la plupart des opérations de fraisage de précision sont aujourd'hui effectuées sur des fraiseuses CNC, car la commande numérique facilite la répétition des trajectoires d'outils, la coordination de plusieurs opérations d'usinage et le maintien de dimensions constantes sur plusieurs pièces.

 

Le fraisage permet de réaliser des surfaces planes, des gradins, des rainures, des poches, des trous, des filetages, des chanfreins, des formes angulaires, des profils courbes et des surfaces tridimensionnelles complexes. Cette polyvalence explique pourquoi le fraisage CNC est largement utilisé pour la fabrication de boîtiers , supports , plaques, fixations, montages et autres pièces usinées avec précision.

 

 

 

 

Présentation du fraisage CNC : Comment fonctionne le processus de fraisage CNC ?

 

 

 

 

Comme les autres procédés d'usinage CNC , le fraisage CNC utilise des mouvements programmés pour contrôler la relation entre l'outil de coupe et la pièce. Le flux de travail de base du procédé de fraisage CNC original reste simple :

 

1. Concevoir le modèle CAO
2. Convertir le modèle CAO en un programme CNC
3. Configurer la fraiseuse CNC
4. Effectuer les opérations de fraisage
5. Ébavurer et inspecter la pièce
6. Appliquer une finition de surface si nécessaire

 

 

1. Concevoir le modèle CAO

 

 

Le processus d'usinage CNC commence généralement par un dessin 2D, un modèle CAO 3D, ou les deux. Votre modèle 3D définit la géométrie de la pièce, tandis que le dessin technique peut préciser des informations qui ne sont pas évidentes sur le modèle, notamment les tolérances, les spécifications géométriques et dimensionnelles (GD&T), les références de référence, les spécifications des perçages, les filetages, la rugosité de surface, le matériau et les exigences de finition.

 

C’est également à cette étape que la faisabilité de la fabrication doit être prise en compte. Une cavité profonde peut nécessiter un outil de coupe long, un rayon d’angle interne très faible peut imposer l’utilisation d’une petite fraise, et une paroi mince peut se déformer sous l’effet des forces de coupe ou de serrage. Identifier ces problèmes avant la programmation permet d’éviter des difficultés d’usinage ultérieures.

 

 

 

2. Convertir le modèle CAO en un programme CNC

 

 

Le modèle de la pièce est importé dans le logiciel de FAO, où le programmeur sélectionne les outils de coupe et crée les trajectoires d'outils nécessaires à l'usinage. Le programme contrôle des paramètres tels que la vitesse de broche, l'avance, la profondeur de passe, le sens d'usinage, les passes d'ébauche, les passes de finition et les changements d'outils.

 

Le programme ainsi obtenu fournit des instructions à la machine CNC. Programmer ne se limite pas à indiquer à l'outil de coupe où se déplacer : la stratégie de trajectoire peut influer sur le temps d'usinage, la force de coupe, les vibrations, l'usure de l'outil, la déformation et la qualité de surface.

 

 

 

3. Configurer la fraiseuse CNC

 

 

Avant l'exécution du programme, la pièce est fixée à la table de la machine ou au dispositif de fixation à l'aide d'un étau, de mors doux, de brides, de plaques de fixation, d'un système de maintien par le vide ou d'un dispositif de fixation dédié. Les outils de coupe nécessaires sont chargés dans la broche ou le magasin d'outils, et le système de coordonnées de la pièce ainsi que les corrections d'outils sont définis.

 

Le bridage est particulièrement important pour les pièces fines, longues, grandes ou flexibles. Un dispositif de fixation doit maintenir la pièce suffisamment fermement pour résister aux forces de coupe sans exercer une pression excessive susceptible de la déformer.

 

 

 

4. Effectuer les opérations de fraisage

 

 

Une fois la machine préparée, l'opérateur lance le programme et l'outil de coupe se met en rotation tandis que des mouvements contrôlés de la machine l'amènent au contact de la pièce. La matière est enlevée sous forme de copeaux jusqu'à l'obtention de la géométrie souhaitée.

 

La plupart des pièces ne sont pas usinées à leurs dimensions finales en une seule passe. L'ébauche consiste d'abord à enlever la majeure partie de la matière superflue tout en conservant une surépaisseur contrôlée sur les surfaces importantes. Les opérations de finition permettent ensuite d'obtenir les dimensions et l'état de surface définitifs des éléments critiques tels que les faces de référence, les alésages, les surfaces d'appui, les filetages et les profils.

 

 

 

5. Ébavurer et inspecter la pièce

 

 

Le fraisage peut laisser des bavures autour des trous, des rainures, des filetages, des intersections de trous et des arêtes vives. Il est essentiel de les maîtriser, car même une petite bavure peut affecter l'assemblage ou gêner l'emboîtement d'une pièce.

 

L'inspection peut alors utiliser des pieds à coulisse, des micromètres, des jauges de hauteur, des jauges à broches, des jauges de filetage, des mesures optiques, des tests de rugosité de surface ou des mesures CMM, selon les exigences du dessin.

 

 

 

6. Appliquer la finition de surface

 

 

Si votre pièce usinée par CNC nécessite une anodisation, une passivation, un placage, un microbillage, un polissage, un revêtement en poudre, un traitement PVD ou toute autre finition, il est préférable de définir les exigences de finition avant la finalisation de l'usinage. L'épaisseur du revêtement, le masquage, l'aspect esthétique des surfaces, les trous taraudés, les ajustements serrés, les surfaces d'étanchéité et les zones de contact électrique sont autant d'éléments qui peuvent influencer l'usinage de la pièce.

 

 

 

 

 

Fonctionnement de la fraiseuse CNC

 

 

Une fraiseuse à commande numérique utilise un outil de coupe rotatif et des mouvements programmés pour créer la géométrie requise. Selon le modèle, l'outil de coupe peut se déplacer par rapport à une pièce fixe, la pièce peut se déplacer par rapport à l'outil de coupe, ou les deux peuvent se déplacer.

 

Les centres d'usinage modernes peuvent réaliser plusieurs opérations simultanément, notamment le fraisage, le perçage, l'alésage, le taraudage, le filetage et le chanfreinage. Les changeurs d'outils automatiques permettent à une machine de passer d'un outil de coupe à l'autre au fur et à mesure de l'exécution du programme.

 

Les principaux éléments que vous rencontrerez sont les suivants :

 

• Broche: Fait tourner l'outil de coupe.
• Table de la machine : Supporte la pièce et le dispositif de fixation.
• Blocage : Positionne et fixe la pièce.
• Outil de coupe : Enlève le matériau.
• Magasin d'outils : Permet de ranger plusieurs outils pour un changement automatique.
• Contrôleur CNC: Exécute les mouvements programmés et les fonctions de la machine.

 

Pour la plupart des clients, il n'est pas nécessaire de connaître tous les composants internes de la machine. L'important est de savoir si la fraiseuse CNC, les outils de coupe, le dispositif de fixation et la stratégie d'usinage choisis permettent d'atteindre les caractéristiques souhaitées et de respecter les relations dimensionnelles requises par votre plan.

 

 

 

Fraises CNC courantes

 

 

Des caractéristiques différentes nécessitent des outils de coupe différents, et la taille de l'outil peut influencer directement la géométrie qu'il est possible d'usiner.

 

 

 

 

Un outil de coupe plus petit permet d'atteindre des détails plus fins, mais il est aussi moins rigide qu'un outil plus grand. C'est pourquoi les rayons internes extrêmement petits, les rainures étroites et les formes profondes de petit diamètre sont souvent plus longs à usiner.

 

 

Vitesse de broche, vitesse d'avance et profondeur de coupe

 

 

La vitesse de broche correspond à la vitesse de rotation de l'outil de coupe, généralement mesurée en tours par minute. L'avance décrit la vitesse de déplacement de l'outil dans la pièce, tandis que la profondeur de passe détermine la quantité de matière enlevée en une passe. Ces paramètres doivent être considérés conjointement avec le diamètre de l'outil, le matériau de l'outil de coupe, le matériau de la pièce, la rigidité de la machine et l'opération d'usinage.

 

Il n'existe pas de vitesse ou d'avance « idéale » unique applicable à toutes les pièces usinées par CNC. Une coupe trop agressive peut augmenter la charge sur l'outil, les vibrations, la chaleur et la déformation, tandis qu'une avance trop faible peut provoquer des frottements, une chaleur excessive ou une usure prématurée de l'outil.

 

 

 

 

Opérations courantes de fraisage CNC

 

 

Le fraisage CNC comprend plusieurs opérations de coupe différentes. La méthode appropriée dépend de la surface ou de la caractéristique que vous souhaitez réaliser.

 

 

Fraisage de face

 

 

 

 

Le fraisage en bout est réalisé avec l'axe de l'outil de coupe généralement perpendiculaire à la surface usinée. Les arêtes de coupe sur la face et la périphérie de la fraise enlèvent de la matière pour produire de larges surfaces planes.

 

Le fraisage en bout est couramment utilisé pour les faces de référence, les surfaces de montage, les surfaces d'étanchéité et la préparation des pièces brutes. Une passe d'ébauche permet d'enlever de la matière, suivie d'une passe de finition avec des conditions de coupe appropriées afin d'améliorer la planéité et la qualité de surface.

 

 

 

Fraisage périphérique ou simple

 

 

 

 

Le fraisage périphérique utilise des arêtes de coupe situées sur la circonférence de la fraise, l'axe de celle-ci étant généralement parallèle à la surface usinée. Il peut être utilisé pour les surfaces latérales, les épaulements, les épaulements et les formes extérieures droites.

 

 

 

Fraisage d'angle

 

 

 

 

Le fraisage angulaire permet de réaliser des formes inclinées par rapport aux surfaces principales de la pièce. Selon la géométrie, il peut utiliser une fraise angulaire, une fraise à chanfreiner, une fraise à queue d'aronde ou un outil à orientation multi-axes.

 

Les caractéristiques typiques comprennent les chanfreins, les queues d'aronde, les rainures en V et les surfaces angulaires. Sur les machines CNC modernes, certaines formes angulaires qui nécessitaient autrefois des outils de fraisage spécifiques peuvent désormais être usinées en repositionnant l'outil ou la pièce.

 

 

 

Fraisage de forme

 

 

 

 

Le fraisage de formes utilise une fraise dont le profil de coupe permet de générer un contour ou une forme spécifique. Il peut être utilisé pour les surfaces concaves, convexes, arrondies et autres surfaces profilées.

 

Pour les géométries complexes de forme libre, l'usinage CNC moderne combine souvent des fraises à bout sphérique ou à rayon avec des trajectoires d'outils de contour programmées plutôt que de s'appuyer entièrement sur une seule fraise de forme dédiée.

 

 

 

Fraisage de poche

 

 

Le fraisage de poches consiste à enlever de la matière à l'intérieur d'une cavité fermée pour créer des pièces que l'on retrouve fréquemment dans les boîtiers, les fixations, les supports et les éléments structurels légers. Plus la poche est profonde et étroite, plus la portée de l'outil de coupe nécessaire augmente, ce qui réduit sa rigidité et accroît les risques de vibrations, de déformation, de mauvais état de surface et de variations dimensionnelles.

 

Si votre conception le permet, réduire la profondeur inutile ou augmenter le rayon des angles internes peut rendre l'usinage d'une poche profonde plus facile et moins coûteux.

 

 

 

Fraisage de rainures

 

 

 

 

Le fraisage de rainures permet de créer des canaux, des rainures de clavette, des fentes de réglage, des passages de câbles et autres formes étroites similaires. Les rainures étroites et profondes exigent un choix judicieux de l'outil, car l'évacuation des copeaux et la rigidité de la fraise deviennent plus difficiles à maîtriser lorsque le rapport profondeur/largeur augmente.

 

 

 

Fraisage de contour

 

 

Le fraisage de contour suit les surfaces verticales, inclinées, courbes ou de forme libre. Il est couramment utilisé pour les boîtiers de produits, les composants optiques, les pièces robotiques, les moules et autres pièces aux profils 3D complexes.

 

Les opérations d'ébauche, de semi-finition et de finition peuvent utiliser différents outils de coupe et différents pas de coupe afin d'équilibrer l'enlèvement de matière et la qualité de surface finale.

 

 

 

 

Autres opérations de l'usine

 

Outre les opérations courantes mentionnées ci-dessus, les fraiseuses peuvent effectuer plusieurs opérations d'usinage spécialisées.

 

 

• Fraisage étagé ou à cheval : Le fraisage étagé permet d'usiner deux surfaces parallèles en une seule opération lorsque l'outillage et la configuration de la machine le permettent. Les machines traditionnelles peuvent utiliser plusieurs fraises montées sur le même arbre ; les centres d'usinage CNC modernes produisent plus couramment ces surfaces grâce à des changements d'outils programmés et des trajectoires d'outil contrôlées.
• fraisage combiné ou en série : Le fraisage combiné ou en série utilise plusieurs outils de coupe pour réaliser plusieurs opérations d'usinage lors d'une même opération. Bien que cette technique reste utile dans certaines applications de production, les centres d'usinage modernes atteignent souvent une productivité similaire grâce au changement d'outils automatique et à l'usinage multiaxes.
• Découpe d'engrenages : Le taillage d'engrenages peut être réalisé à l'aide de fraises de forme ou d'outils spécifiques. Pour les engrenages produits en grande série ou présentant des caractéristiques particulières, le taillage par génération, le façonnage, la rectification ou d'autres méthodes de fabrication spécifiques peuvent s'avérer plus appropriées.
• Centres d'usinage CNC : Les centres d'usinage CNC réalisent couramment des opérations de perçage, d'alésage, de réalésage, de fraisage, de contre-alésage, de taraudage et de filetage. La réalisation de ces opérations dans une même configuration permet de préserver leur positionnement par rapport à la géométrie usinée.

 

 

Fraisage ascendant vs fraisage conventionnel

 

 

 

 

La page précédente abordait également le fraisage en avalant et le fraisage conventionnel, mais il convient de clarifier la relation de coupe.

 

En fraisage en avalant, la rotation de l'outil au point de contact suit globalement le même sens que l'avance, et l'épaisseur du copeau diminue au fur et à mesure de la coupe. En fraisage conventionnel, l'action de coupe s'oppose à l'avance et l'épaisseur du copeau augmente.

 

Les machines CNC modernes utilisent fréquemment le fraisage en avalant lorsque la rigidité de la machine, le maintien de la pièce, le matériau et la trajectoire de l'outil le permettent, mais la stratégie appropriée dépend des conditions d'usinage réelles.

 

 

 

 

Précautions relatives aux fraiseuses : Choisir la configuration de machine appropriée

 

 

Les fraiseuses se distinguent généralement par l'orientation de leur broche et le nombre d'axes contrôlés.

 

Sur une fraiseuse verticale, la broche est principalement orientée verticalement. Les centres d'usinage verticaux sont couramment utilisés pour la fabrication de supports, de plaques, de couvercles, de boîtiers, de poches et de composants de précision en général.

 

Une fraiseuse horizontale utilise une broche principalement orientée horizontalement. Selon sa configuration, l'usinage horizontal peut s'avérer utile pour les usinages importants, l'accès multifaces, la production en série et l'évacuation des copeaux.

 

Lors du choix d'une machine, il faut prendre en compte la taille de la pièce, son poids, le nombre de faces usinées, l'accès aux outils requis, les relations de tolérance, la quantité produite et le système de maintien de la pièce, et non simplement le fait que la machine soit horizontale ou verticale.

 

 

 

 

 

Fraisage CNC 3 axes

 

 

Une fraiseuse CNC 3 axes contrôle les mouvements linéaires selon les axes X, Y et Z. Elle peut usiner une grande partie des pièces courantes, notamment les plaques planes, les supports, les poches, les montages et les boîtiers simples.

 

L'usinage 3 axes n'est pas intrinsèquement synonyme de faible qualité ou de précision médiocre. Lorsque la géométrie est accessible efficacement à partir d'orientations simples, un processus 3 axes bien planifié peut constituer la solution la plus pratique et la plus économique.

 

 

 

Fraisage CNC 4 axes

 

 

L'usinage 4 axes ajoute un axe de rotation aux mouvements X, Y et Z. Il permet de faire pivoter ou d'indexer la pièce, ce qui permet d'usiner des caractéristiques sur plusieurs faces avec moins d'étapes de repositionnement manuel.

 

Ceci est utile pour les motifs de perçage circulaires, les caractéristiques latérales répétitives, les composants cylindriques nécessitant des détails fraisés et autres pièces où la rotation contrôlée améliore l'accès.

 

 

 

Fraisage CNC 5 axes

 

 

L'usinage CNC 5 axes combine trois axes linéaires avec deux axes de rotation, permettant d'atteindre des surfaces complexes et des caractéristiques multi-angulaires depuis davantage de directions.

 

En usinage 3+2, les axes rotatifs positionnent la pièce selon un angle fixe, puis l'usinage s'effectue sur trois axes à partir de cette orientation. En usinage 5 axes simultané, les axes linéaires et rotatifs se déplacent simultanément pendant l'usinage.

 

L'usinage cinq axes permet de réduire les temps de réglage et d'améliorer l'accès aux géométries complexes, mais il n'est pas systématiquement la solution optimale pour chaque pièce. Une pièce simple, usinable efficacement en trois axes, ne tire aucun avantage de la complexité accrue d'une machine cinq axes, même si celle-ci est disponible.

 

En règle générale, la notation standard des axes CNC utilise X, Y et Z pour les mouvements linéaires, tandis que A, B et C décrivent les rotations autour de X, Y et Z respectivement. La configuration des axes variant d'une machine à l'autre, il est plus pertinent d'évaluer les orientations d'outils disponibles que de supposer que toutes les machines présentent la même configuration physique.

 

 

 

 

Types de fraiseuses

 

 

Outre les classifications verticales, horizontales et basées sur les axes, les fraiseuses ont traditionnellement été divisées en modèles de type genouillère, de type coulisseau, de type banc et de type raboteuse.

 

Une fraiseuse à genouillère utilise une genouillère à réglage vertical supportant le chariot et la table. Ces machines sont courantes dans les ateliers d'usinage manuel, de réparation et d'outillage.

 

Une fraiseuse à coulisseau supporte la broche ou la tête de fraisage sur un coulisseau mobile, offrant une flexibilité de positionnement accrue.

 

Une fraiseuse à banc fixe utilise une structure plus rigide, la table étant directement supportée par le banc. De nombreux centres d'usinage modernes adoptent des variantes de cette construction rigide, car elle garantit un usinage stable et sous charges élevées.

 

Une fraiseuse de type raboteuse est conçue pour les pièces de grande taille et peut utiliser plusieurs têtes de coupe pour usiner de grandes surfaces.

 

D'autres modèles spécialisés incluent les fraiseuses à table rotative, à tambour et les fraiseuses de production conçues sur mesure. Cependant, pour la plupart des clients commandant des pièces usinées CNC sur mesure, les questions les plus importantes concernent généralement l'espace de travail de la machine, la capacité de la broche, la configuration des axes, la stratégie de montage, la capacité de tolérancement et l'accès aux caractéristiques de la pièce, plutôt que la seule classification traditionnelle des machines.

 

 

 

 

 

Matériaux d'usinage CNC pour le fraisage

 

 

 

 

Le fraisage CNC permet d'usiner une large gamme de métaux et de plastiques techniques . Le choix du matériau influe sur les outils de coupe, les réglages de la machine, la vitesse de coupe, l'avance, la profondeur de passe, l'usure des outils, la génération de chaleur, l'état de surface, le comportement à la déformation et le coût d'usinage.

 

 

 

 

Les aluminiums 6061 et 7075 sont largement utilisés pour le fraisage CNC car ils combinent des propriétés mécaniques utiles avec une bonne usinabilité, bien que le choix de l'alliage approprié doive être fait en fonction de vos exigences en matière de résistance, de poids, de finition, de corrosion et de coût plutôt que de l'usinage seul.

 

L'acier inoxydable offre une meilleure résistance à la corrosion et une plus grande robustesse pour de nombreuses applications, mais il exige généralement une attention particulière à la chaleur de coupe et à l'usure des outils. Le titane, quant à lui, offre une résistance élevée pour une densité relativement faible et une bonne résistance à la corrosion, mais son usinage est plus complexe car la chaleur et les conditions de coupe doivent être rigoureusement contrôlées.

 

Les plastiques techniques tels que le POM, le PEEK, le nylon, l'ABS et le PMMA peuvent également être usinés par commande numérique, mais leur comportement à la chaleur et à la force de serrage diffère de celui des métaux. Vous trouverez d'autres nuances dans la section Matériaux pour l'usinage CNC de VMT.

 

 

 

 

 

Tolérances de fraisage CNC et rugosité de surface

 

 

Le fraisage CNC permet de produire des composants de précision, mais il n'existe pas de tolérance unique applicable à toutes les pièces usinées. La précision atteignable dépend du matériau, des dimensions de la pièce, des dimensions des détails, de la géométrie, de l'épaisseur des parois, de la longueur de l'outil, de la rigidité de la machine, du bridage, de la température, de la séquence d'usinage et de la méthode de contrôle.

 

Il convient de concentrer les tolérances serrées sur les éléments ayant une incidence sur la fonction, tels que les trous de centrage, les alésages de paliers, les surfaces d'étanchéité, les interfaces d'accouplement, les références de précision et les relations critiques pour l'assemblage. Appliquer la même tolérance serrée à chaque surface peut augmenter le temps d'usinage et le coût du contrôle sans pour autant améliorer les performances du produit.

 

Pour les applications de précision appropriées, VMT prend en charge des tolérances d'usinage jusqu'à environ ±0.005 mm et une rugosité de surface usinée aussi fine que Ra 0.2 μm. Cependant, ces valeurs ne doivent pas être considérées comme des spécifications universelles pour toutes les géométries ou tous les matériaux. Votre dessin doit être examiné élément par élément.

 

Conseil : Demandez-vous si une dimension influe sur l’ajustement, l’alignement, l’étanchéité, le mouvement ou l’assemblage. Si ce n’est pas le cas, une tolérance plus réaliste peut réduire les coûts et les risques de fabrication.

 

 

 

 

Avantages du fraisage CNC

 

 

Le fraisage CNC est largement utilisé car il permet de fabriquer des géométries complexes sur mesure sans investir au préalable dans des outillages de production dédiés, tels que des moules ou des matrices. Une seule opération permet de créer des surfaces planes, des trous, des poches, des filetages, des formes angulaires et des contours 3D, tandis que la programmation CNC assure la répétabilité du processus pour la fabrication de pièces supplémentaires.

 

Il est particulièrement utile lorsque vous avez besoin de :

 

• Prototypes fonctionnels fabriqués à partir de matériaux de qualité industrielle
• Contrôle dimensionnel strict
• Composants multifonctionnels ou à multiples faces
• Fabrication en petits et moyens volumes
• Révisions de conception fréquentes
• Pièces fabriquées à partir de différents métaux ou de plastiques techniques

 

Une fois que la conception, les trajectoires d'outils, les dispositifs de fixation et les exigences d'inspection sont validés, le même processus de fabrication fondamental peut également prendre en charge la production répétée.

 

 

 

 

 

Limitations et considérations de conception du fraisage CNC

 

 

Comprendre les limites du fraisage CNC peut vous aider à améliorer votre conception avant même le début de l'usinage.

 

 

Coins internes

 

 

Une fraise à bout rond laisse naturellement un rayon dans un angle rentrant. Si vous spécifiez un rayon extrêmement petit, un outil de coupe plus petit peut être nécessaire, ce qui réduit la rigidité et augmente le temps d'usinage.

 

Lorsque votre conception le permet, utilisez un rayon interne plus grand plutôt que de rendre chaque angle de poche aussi aigu que possible.

 

 

 

Poches profondes

 

 

Pour réaliser une poche profonde, il est souvent nécessaire d'utiliser une fraise à longue portée. Plus le porte-à-faux de l'outil est important, plus sa rigidité diminue et plus les risques de vibrations, de déformation, de mauvais état de surface et de variations dimensionnelles augmentent.

 

Si la fonction le permet, l'augmentation de la largeur des poches, l'augmentation des rayons internes ou la réduction de la profondeur inutile peuvent améliorer la fabricabilité.

 

 

 

Parois minces

 

 

Les parois minces peuvent se déformer sous l'effet de la force de coupe, de la pression de serrage, de la chaleur ou des contraintes résiduelles du matériau. Leur fabrication dépend non seulement de leur épaisseur, mais aussi de leur hauteur, du matériau, de leur géométrie, de la séquence d'usinage et des tolérances requises.

 

 

 

Accès aux outils

 

 

L'outil de coupe doit atteindre physiquement la pièce à usiner. Les pièces latérales profondes, les contre-dépouilles, les cavités cachées et les trous inclinés peuvent nécessiter des réglages supplémentaires, un outillage spécialisé, un usinage 4 ou 5 axes, ou un autre procédé de fabrication.

 

 

 

Trous et filetages

 

 

Utilisez des forets et des filetages de dimensions standard lorsque votre conception le permet. La profondeur, le point d'entrée, la position, l'épaisseur de la paroi environnante et tout revêtement ultérieur susceptible d'affecter l'ajustement du filetage doivent également être pris en compte.

 

 

 

Finition de surface

 

 

Si votre pièce doit être anodisée, plaquée, revêtue, polie ou microbillée, identifiez les zones de masquage, les surfaces esthétiques, les faces d'étanchéité, les filetages et les ajustements de précision avant la finalisation de l'usinage.

 

 

 

 

Problèmes courants de fraisage CNC et comment les contrôler

 

 

Une pièce peut paraître simple en CAO et pourtant s'avérer difficile à contrôler lors de l'usinage. Les problèmes suivants sont particulièrement fréquents en fraisage CNC de précision.

 

 

Déformation des pièces

 

 

Les boîtiers à parois minces, les composants comportant de nombreuses cavités et les grandes plaques peuvent se déformer pendant ou après l'usinage, car l'enlèvement de matière modifie l'équilibre des contraintes de la pièce. Un ébauche équilibrée, une pression de montage contrôlée, des trajectoires d'outil adaptées, le respect des surépaisseurs de finition et l'usinage ultérieur des dimensions critiques permettent de réduire ce risque.

 

 

 

Claquement et vibration

 

 

Des vibrations peuvent survenir lorsque l'outil de coupe, la pièce ou le dispositif de fixation manquent de rigidité. Un porte-à-faux important, des cavités profondes, des parois fines, des paramètres de coupe inadaptés et un mauvais maintien de la pièce peuvent y contribuer. La solution nécessite généralement d'évaluer conjointement la longueur et le diamètre de l'outil, l'engagement de coupe, la vitesse de broche, l'avance et le support du dispositif de fixation.

 

 

 

Bavures

 

 

Des bavures se forment fréquemment autour des trous percés, des fentes, des filetages, des intersections de trous transversaux et des arêtes fines. Il ne faut pas les considérer uniquement comme des défauts esthétiques, car une bavure peut empêcher le vissage correct, gêner l'assemblage d'une pièce ou engendrer des problèmes de manipulation.

 

 

 

Variation de la planéité

 

 

L'enlèvement d'une grande quantité de matière sur une face d'une plaque ou d'un boîtier permet de relâcher les contraintes résiduelles. Un usinage d'ébauche, un repositionnement, une finition contrôlée et un état de matériau approprié peuvent être nécessaires lorsque la planéité est essentielle.

 

 

 

Précision du trou

 

 

Un trou de précision peut nécessiter plus qu'un simple diamètre correct. La position, la perpendicularité, la circularité, la profondeur et la relation avec d'autres références peuvent également déterminer la réussite de l'assemblage.

 

 

 

Qualité du fil

 

 

Les problèmes de filetage peuvent provenir d'une profondeur incorrecte, de bavures, d'une mauvaise entrée de filetage, de l'usure de l'outil, d'une erreur de positionnement ou d'une accumulation de revêtement. Pour les filetages critiques pour l'assemblage, des calibres de filetage fonctionnels permettent de vérifier que l'élément fini s'emboîte correctement.

 

 

 

 

 

Fraisage CNC comparé aux autres procédés de fabrication

 

 

Le fraisage CNC offre une grande flexibilité, mais n'est pas systématiquement le procédé le plus adapté à toutes les pièces. La géométrie, le matériau, les tolérances, le volume de production, les délais et le budget d'outillage déterminent la méthode de fabrication la plus appropriée.

 

 

 

 

 

 

Si votre pièce est principalement cylindrique, le tournage CNC peut s'avérer plus efficace. Si vous avez besoin d'un boîtier mince et cintré, la fabrication de tôlerie peut être un meilleur choix. Si vous prévoyez des volumes de production très importants, le moulage sous pression ou le moulage par injection peuvent, à terme, réduire le coût unitaire après l'investissement initial dans l'outillage.

 

Le fraisage CNC est particulièrement utile lorsque vous avez besoin de matériaux de qualité industrielle, de précision dimensionnelle, de flexibilité de conception, de caractéristiques usinées complexes et d'une production en petits ou moyens volumes sans investir dans un outillage dédié.

 

Pour certaines pièces, la meilleure solution ne réside pas dans un seul procédé. Un composant cylindrique peut d'abord être tourné, puis fraisé pour créer des méplats, des trous transversaux, des rainures ou des éléments de fixation, tandis qu'une géométrie interne complexe peut nécessiter l'usinage par électroérosion (EDM) comme opération secondaire.

 

 

Conseil : Choisissez le procédé de fabrication en fonction des besoins de votre pièce, et non en fonction du procédé que vous aviez initialement prévu d’utiliser.

 

 

 

 

 

Fraisage CNC vs Tournage CNC

 

 

 

 

La différence la plus simple entre le fraisage CNC et le tournage CNC réside dans l'élément rotatif principal :

 

En fraisage CNC, c'est l'outil de coupe qui tourne. En tournage CNC, c'est la pièce à usiner qui tourne.

 

 

 

 

Si votre composant combine une géométrie de rotation et une géométrie non rotationnelle, il peut être produit par des opérations de fraisage et de tournage séparées ou sur un équipement de tournage-fraisage.

 

 

 

 

 

Quelles finitions de surface peut-on utiliser sur des pièces usinées CNC ?

 

 

 

 

Le fraisage CNC permet de laisser la pièce à l'état brut d'usinage, ou d'appliquer une finition de surface secondaire pour améliorer son aspect, sa résistance à la corrosion et à l'usure, sa texture ou répondre à d'autres exigences fonctionnelles. La finition appropriée dépend du matériau et de l'utilisation prévue de la pièce.

 

 

 

 

 

Le traitement de surface doit être envisagé avant la finalisation du fraisage CNC, et non après l'achèvement de la pièce. L'anodisation, le placage et le revêtement peuvent affecter l'ajustement du filetage, les dimensions d'accouplement, les ajustements serrés, les surfaces d'étanchéité, les zones de contact électrique et l'aspect esthétique.

 

Par exemple, si un boîtier en aluminium anodisé comporte un logement d'assemblage précis et plusieurs trous taraudés, il peut être nécessaire de préciser quelles surfaces sont revêtues, masquées ou dimensionnées en fonction de l'épaisseur du revêtement. Autrement, une pièce ayant passé le contrôle dimensionnel avant finition risque de ne pas s'assembler correctement par la suite.

 

Vous pouvez consulter des options supplémentaires offertes par les services de finition de surface de VMT lors du choix d'une finition pour votre matériau et votre application.

 

Remarque : Ne choisissez pas un état de surface uniquement en fonction de son apparence. Examinez d’abord son incidence sur les dimensions, le frottement, la conductivité, la résistance à la corrosion, l’étanchéité ou l’assemblage de votre pièce finie.

 

 

 

 

Où est utilisée l'usinage CNC ?

 

 

 

 

Le fraisage CNC est utilisé dans de nombreux secteurs industriels car il permet d'usiner des métaux et des plastiques de qualité industrielle tout en contrôlant les poches, les trous, les filetages, les surfaces d'accouplement, les caractéristiques à plusieurs faces et les géométries complexes sans nécessiter d'outillage de production dédié.

 

 

 

 

 

Un même procédé d'usinage CNC peut répondre à des exigences de fabrication très différentes. Un boîtier électronique peut nécessiter la stabilité de parois minces et une anodisation esthétique, tandis qu'un support optique peut dépendre davantage des relations de référence, de l'alignement et de la position de l'alésage.

 

C’est pourquoi il ne faut pas évaluer le fraisage CNC uniquement en se demandant si la machine peut produire la forme souhaitée. Il est également important de vérifier si le processus permet de préserver les relations fonctionnelles essentielles à l’assemblage final.

 

 

 

 

Quels sont les facteurs qui déterminent le coût du fraisage CNC ?

 

 

Deux pièces usinées par commande numérique à partir du même matériau peuvent avoir des coûts très différents, car la matière première ne représente qu'une partie du calcul.

 

Le coût d'usinage est influencé par la taille de la pièce, l'usinabilité du matériau, le volume de matière enlevée, le nombre de réglages, l'accessibilité des outils de coupe, les exigences de tolérance, la rugosité de surface, l'inspection, la finition secondaire et la quantité produite.

 

Par exemple, une simple plaque d'aluminium avec plusieurs trous percés peut nécessiter peu de programmation et de temps d'usinage, tandis qu'un boîtier à paroi mince fabriqué à partir du même alliage peut nécessiter un ébauche de poche importante, de multiples outils, un maintien contrôlé de la pièce, une planéité serrée, une finition cosmétique et une inspection supplémentaire.

 

Il est souvent possible de réduire les coûts de fraisage CNC en :

 

• Utilisation de tolérances pratiques sur les dimensions non critiques
• Augmenter les rayons des angles internes là où la fonction le permet
• Éviter les poches trop profondes et étroites
• Fournir un accès suffisant aux outils
• Utilisation des dimensions standard des trous et des filetages
• Réduire les configurations évitables
• Spécifier la rugosité de surface fine uniquement lorsque cela est nécessaire
• Identifier clairement les surfaces cosmétiques
• Demande de retour d'information sur la conception pour la fabrication (DFM) avant la production

 

L'objectif n'est pas de rendre votre conception moins précise, mais d'appliquer la précision là où elle apporte une réelle valeur ajoutée à la pièce.

 

 

 

 

Comment la qualité du fraisage CNC est-elle contrôlée ?

 

 

 

 

Le contrôle qualité commence avant même que la pièce finie n'arrive en salle d'inspection. Un processus de fraisage CNC stable doit assurer la cohérence entre les exigences du dessin, la stratégie de référence, le montage, la séquence d'usinage, les outils de coupe, les contrôles en cours de production et l'inspection finale.

 

Pour les dimensions simples, les outils de contrôle conventionnels peuvent suffire. Les relations de position complexes, les profils et les exigences géométriques strictes peuvent nécessiter une mesure tridimensionnelle (MMT) ou une mesure optique. Les filetages critiques peuvent être contrôlés à l'aide de calibres fonctionnels, tandis que les exigences de surface peuvent nécessiter une mesure de rugosité et un contrôle visuel.

 

Chez VMT, le contrôle qualité peut inclure l'examen DFM, l'inspection dimensionnelle, les contrôles qualité en cours de processus, l'inspection CMM, les jauges de filetage, les tests de rugosité de surface et l'inspection finale selon les exigences de votre dessin.

 

Si votre pièce présente des tolérances serrées, ne vous contentez pas de vérifier si la dimension finale est mesurable. Il est également important de s'assurer que le processus d'usinage permette de maintenir cette caractéristique de manière constante pour la quantité produite.

 

 

 

 

Du prototype fraisé CNC à la production

 

 

Le fraisage CNC peut accompagner un même projet à travers plusieurs étapes de développement.

 

Lors de la phase de prototypage, vous pouvez évaluer la géométrie, l'ajustement, le matériau, l'assemblage et le fonctionnement. Après les essais, vous pouvez modifier l'épaisseur des parois, la position des trous, les tolérances, les rayons internes ou les exigences de finition de surface.

 

Un lot pilote permet ensuite de confirmer la répétabilité du montage, la durée de vie de l'outil, les méthodes d'inspection, la constance de la finition de surface et de vérifier si le processus reste stable lorsque plusieurs pièces sont produites plutôt qu'une seule.

 

Une fois ces exigences validées, le programme CNC, les dispositifs de fixation, l'outillage, les critères d'inspection, les spécifications de finition et l'emballage peuvent être standardisés pour la production répétée.

 

 

 

 

Conclusion : Comprendre le fraisage CNC vous aide à prendre de meilleures décisions en matière de fabrication.

 

 

Le fraisage CNC repose sur un principe simple : une fraise rotative enlève de la matière d’une pièce. Cependant, la qualité et le coût d’une pièce finie dépendent de bien plus que de la machine elle-même. L’accès à l’outil, les rayons internes, la profondeur des poches, l’épaisseur des parois, le matériau, les tolérances, le bridage, la séquence d’usinage, la finition et le contrôle qualité sont autant d’éléments qui influencent la fabrication de votre conception.

 

Si vous vous renseignez sur le fraisage CNC parce que vous avez une pièce réelle à produire, il n'est pas nécessaire de devenir un expert en usinage avant de contacter un fournisseur. L'important est de comprendre suffisamment les exigences pour identifier celles qui influent sur la fonction et celles qui, par leurs choix de conception, risquent de créer des difficultés d'usinage inutiles.

 

Si vous hésitez entre l'usinage CNC 3, 4 ou 5 axes pour votre pièce, ou si vous avez des questions concernant la profondeur d'une poche, la finesse d'une paroi, les tolérances, le filetage, le matériau ou l'état de surface, vous pouvez envoyer votre dessin 2D et votre modèle CAO 3D à VMT. Nous analyserons les exigences de fabrication et vous fournirons un avis sur la conception pour la fabrication (DFM) avant le passage au prototype ou à la production.

 

Téléchargez vos dessins 2D/3D pour demander un devis de fraisage CNC et une analyse de fabrication.

 

 

 

FAQ sur le fraisage CNC

 

 

Qu'est-ce que le fraisage CNC en termes simples ?

 

Le fraisage CNC utilise une machine commandée par ordinateur et un outil de coupe rotatif pour enlever de la matière d'une pièce jusqu'à l'obtention de la forme de pièce requise.

 

 

 

Que signifie CNC ?

 

CNC signifie Commande Numérique par Ordinateur, ce qui signifie que des instructions numériques programmées contrôlent le mouvement et les fonctions de la machine.

 

 

 

Qu'est-ce qu'une fraiseuse CNC ?

 

Une fraiseuse CNC est une machine-outil à commande numérique qui utilise des fraises rotatives et un mouvement d'axe contrôlé pour usiner des caractéristiques telles que des surfaces planes, des poches, des fentes, des trous, des filetages et des contours complexes.

 

 

 

Quelle est la différence entre le fraisage CNC à 3 axes et à 5 axes ?

 

Une machine à 3 axes contrôle principalement les mouvements linéaires selon les axes X, Y et Z. Une machine à 5 axes ajoute deux axes de rotation, offrant ainsi une orientation d'outil supplémentaire pour les géométries complexes, angulaires ou à plusieurs faces.

 

 

 

Le fraisage CNC 5 axes est-il toujours meilleur que le fraisage 3 axes ?

 

Non. Une pièce usinable efficacement sur une machine 3 axes ne tirera aucun avantage significatif d'un usinage 5 axes. Le choix de la machine doit se faire en fonction de la géométrie, de l'accès aux outils, des tolérances, des exigences de réglage et du coût.

 

 

 

Le fraisage CNC peut-il produire des angles internes vifs ?

 

Une fraise à bout rond classique laisse naturellement un rayon d'angle interne. Si votre conception exige un angle interne parfaitement aigu, il vous faudra peut-être modifier votre conception ou opter pour un autre procédé comme l'électroérosion.

 

 

 

Le fraisage CNC peut-il produire des pièces à parois minces ?

 

Oui, mais les parois minces nécessitent une attention particulière à la force de coupe, à la pression de serrage, aux contraintes du matériau, aux trajectoires d'outil et à la séquence d'usinage, car elles sont plus susceptibles de se déformer.

 

 

 

Quels matériaux peuvent être usinés CNC ?

 

Les matériaux courants comprennent l'aluminium, l'acier inoxydable, l'acier, le laiton, le cuivre, le titane, le POM, le PEEK, le nylon, l'ABS, le PMMA et de nombreux autres matériaux techniques usinables.

 

 

 

Quelle est la précision du fraisage CNC ?

 

Le fraisage CNC permet un contrôle dimensionnel précis, mais la précision réelle dépend du matériau, de la géométrie, de la taille des caractéristiques, du bridage, de la longueur de l'outil, de la stratégie d'usinage, des capacités de la machine et de la méthode d'inspection.

 

 

 

Les pièces usinées par CNC peuvent-elles être anodisées ou plaquées ?

 

Oui. Selon le matériau, les pièces usinées par CNC peuvent être anodisées, anodisées dures, plaquées, passivées, microbillées, brossées, polies, revêtues de poudre, revêtues PVD ou subir toute autre finition après usinage.

 

 

 

Le fraisage CNC est-il adapté aux prototypes ?

 

Oui. Le fraisage CNC est parfaitement adapté aux prototypes fonctionnels car il permet d'usiner des pièces directement à partir de matériaux techniques sans investir au préalable dans un moule de production.

 

 

 

Le fraisage CNC peut-il être utilisé pour la production ?

 

Oui. Le fraisage CNC permet de réaliser des prototypes, des petites séries et des productions en lots. Pour les très grandes séries, il convient également de comparer la rentabilité de procédés tels que la fonderie, le forgeage, l'emboutissage, l'extrusion ou le moulage.