L'usinage CNC est une méthode de fabrication de précision utilisant des machines-outils commandées par ordinateur. Il est aujourd'hui largement utilisé dans l'aérospatiale, l'automobile, les dispositifs médicaux et d'autres secteurs. Pour obtenir une production efficace et de haute qualité en usinage CNC, il est essentiel de prendre en compte les aspects de conception dès la phase de conception. Ce guide d'usinage CNC détaille les principes de conception et les méthodes d'optimisation pour aider les concepteurs et les ingénieurs à accroître leur productivité. réduire les coûts et garantir la qualité et les performances des pièces.
Table des matières
Guide des règles de base pour la conception d'un usinage CNC
Voici quelques règles de base à suivre lors de la conception d'un usinage CNC.
- Concevoir des pièces facilitant l'usinage avec des outils de grand diamètre afin d'obtenir des vitesses d'usinage plus élevées. De plus, l'utilisation d'outils spécialisés doit être évitée autant que possible.
- Les cavités ne doivent pas être plus de quatre fois plus profondes que leur largeur, car cela rend l'usinage légèrement plus complexe.
- Lors de la création de votre conception, tenez compte de la direction principale prise en charge par votre machine et du nombre conventionnel d'axes pour minimiser les problèmes.
- Pour éviter les erreurs dans l'écriture gravée, n'utilisez pas de tailles inférieures à 20 points lors de l'usinage.
Guide des restrictions de conception pour l'usinage CNC
Certes, l'usinage CNC est adaptable, mais toutes les conceptions ne sont pas réalisables. Autrement dit, il est nécessaire de connaître certaines limites et restrictions pour obtenir un usinage fluide. Les deux principales limites de la conception CNC sont :
Géométrie de l'outil
La plupart des outils de coupe CNC ont une longueur de coupe fixe. Ils présentent tous des formes et géométries cylindriques. Lors de l'enlèvement de matière d'une pièce, ces outils de coupe lui confèrent leur forme cylindrique. C'est pourquoi, quelle que soit la taille de l'outil de coupe, les angles internes d'une pièce sont toujours arrondis.
Accès aux outils
L'accès aux outils devient un défi majeur lorsqu'on travaille sur une pièce présentant un rapport profondeur/largeur élevé. C'est un problème car les machines CNC usinent en appliquant les outils de coupe sur la pièce par le dessus.
En d'autres termes, il serait impossible d'usiner une pièce inaccessible depuis l'angle supérieur. La seule exception à cette règle concerne l'usinage en contre-dépouille des pièces usinées CNC.
Une solution pour résoudre ce problème d'accès aux outils consiste à aligner les caractéristiques de votre pièce ou composant sur l'une des six directions principales. De plus, l'adoption d'un système d'usinage CNC 5 axes doté d'une forte capacité de maintien de la pièce élimine les restrictions d'accès aux outils.
Guide de conception d'usinage CNC
Dans le domaine de l'usinage CNC, il n'existe pas de guide standardisé et largement accepté. Cela s'explique principalement par l'évolution constante du secteur et des machines utilisées. Cependant, plusieurs bonnes pratiques et conseils vous aideront à maintenir une qualité de conception élevée. Parmi ces recommandations, on peut citer :
bords internes
Lors de la construction des bords intérieurs, assurez-vous que le rayon d'angle vertical est au moins égal au tiers de la profondeur de la cavité. Si vous respectez les rayons d'angle indiqués, vous pouvez utiliser un outil de diamètre ayant la profondeur de cavité recommandée.
Un rayon d'angle légèrement supérieur à celui recommandé permet de découper selon une trajectoire circulaire plutôt qu'à un angle de 90 degrés. Cela permet d'obtenir une finition de surface de meilleure qualité. Pour un angle de 90 degrés, privilégiez une contre-dépouille en T plutôt qu'une réduction du rayon d'angle.
trous
Les machinistes peuvent percer des trous avec des forets ou des fraises. Utilisez des tailles de forets conventionnelles pour déterminer le diamètre des trous de votre conception. De plus, il est préférable de mesurer en unités métriques ou impériales.
Techniquement, toute taille supérieure à 1 millimètre peut être réalisée. Les opérateurs de machines utilisent des alésoirs et des outils d'alésage pour remplir les trous avec des tolérances précises. Pour les trous inférieurs à 20 millimètres et nécessitant une grande précision, un diamètre standard est recommandé.
Lors de la conception de pièces destinées à l'usinage CNC, la profondeur maximale recommandée pour un trou est de quatre fois le diamètre nominal, mais une valeur de quarante fois ce diamètre est envisageable. Le diamètre nominal est généralement dix fois ce rapport.
Fils
Le plus petit filetage utilisé pour le développement de pièces usinées CNC est le M2, tandis que le M6 ou un filetage plus grand est souvent privilégié. Les machinistes peuvent réduire le risque de casse de taraud en utilisant des machines à fileter CNC pour réaliser des filetages aussi petits que le M6.
La longueur minimale du filetage doit être égale à 1,5 fois le diamètre nominal, et la longueur suggérée est trois fois supérieure à la longueur habituelle. Pour tout filetage inférieur à M6, vous devez prévoir une longueur non filetée au fond du trou égale à 1,5 fois le diamètre nominal. Il est préférable de fileter le trou sur toute sa longueur pour les filetages supérieurs à M6.
Cavités et poches
En raison de la longueur de coupe limitée des fraises, la profondeur de cavité standard de toute conception est quatre fois supérieure à sa largeur. Un rapport profondeur/largeur réduit entraînerait une augmentation de l'évacuation des copeaux, de la déflexion de l'outil et des vibrations.
Votre conception CNC nécessite-t-elle des profondeurs plus importantes ? Une solution à ce problème consiste à utiliser une profondeur de cavité variable et un instrument personnalisé.
Texte petit ou en relief
Vous devrez peut-être étiqueter des pièces avec des numéros de pièces ou des noms d'entreprise. L'ajout de texte à la conception CNC personnalisée est esthétique, mais son traitement prend du temps. La gravure électrochimique ou le marquage au laser sont généralement préférables.
Guide des meilleures pratiques pour la conception de pièces à l'aide de l'usinage CNC
Le respect des meilleures pratiques et la compréhension des fondamentaux de l'usinage CNC contribuent à garantir des pièces et des produits de haute qualité. Dans cette optique, voici quelques recommandations à suivre lors de la conception de pièces destinées à l'usinage CNC, en fonction du type d'usinage.
Conception pour le fraisage CNC
Le fraisage CNC est une méthode d'usinage Il s'agit d'extraire rapidement de la matière première à l'aide de fraises rondes pour obtenir la forme souhaitée. Les fraiseuses existent en plusieurs modèles, de trois à douze axes.
Outils de coupe couramment utilisés
Tenez compte des nombreux outils disponibles pour le fraisage CNC lors de la conception de vos composants CNC, comme les fraises. Si les caractéristiques et géométries requises peuvent être réalisées avec des outils standard, le coût et le délai de fabrication de la pièce seront considérablement réduits. Par conséquent, tenez compte des dimensions standard des outils lors de la conception. En effet, des rayons inférieurs à la norme peuvent entraîner des problèmes de conception et des coûts supplémentaires.
Évitez les angles intérieurs pointus
Il est impossible d'obtenir des angles vifs avec une fraiseuse. L'outil de coupe utilisé ici est rond. Pour utiliser une fraiseuse CNC, vos angles doivent avoir un rayon supérieur à celui de la fraise utilisée. Idéalement, le diamètre de l'outil de coupe sera deux fois supérieur au rayon produit.
Des filets sont également nécessaires lorsqu'une surface inclinée ou dépouillée rencontre une paroi verticale ou une arête vive. À moins que la surface ne soit lisse et parallèle à l'outil, une fraise carrée ou une fraise à tête sphérique laissera toujours de la matière entre la paroi et la surface en dessous.
Évitez les machines à sous profondes et étroites
Les outils longs vibrent et dévient fréquemment, ce qui entraîne une mauvaise finition de surfacePar conséquent, les fraises ne doivent pas usiner les plastiques à une profondeur finale supérieure à 15 fois leur diamètre. Pour l'aluminium, cette profondeur ne doit pas dépasser 10 fois son diamètre, et pour l'acier, elle ne doit pas dépasser 5 fois son diamètre.
Par exemple, une rainure taillée sur une pièce en acier usinée avec une fraise de 12,7 mm (0,5″) et une largeur de 14,7 mm (0,55″) ne doit pas avoir une profondeur supérieure à 70 mm (2,75″). Afin de tenir compte du rapport entre le rayon interne du filet et le diamètre de l'outil, tout rayon interne doit être supérieur à 6,3 mm (0,25″).
Conception avec le plus grand rayon interne possible
Une fraise plus grande enlève plus de matière à chaque fois, réduisant ainsi le temps et les coûts d'usinage. Lors de la conception, utilisez toujours les rayons internes les plus grands autorisés. Dans la mesure du possible, évitez les rayons inférieurs à 0,8 mm.
Réalisez des filets légèrement plus grands que le rayon de la fraise, par exemple 3,3 mm (0,130 po) au lieu de 3,175 mm (0,125 po). La fraise effectuera un tracé plus lisse, donnant à la surface un poli plus fin.
Conception pour le tournage CNC
Le tournage CNC est une technique d'usinage Cette technique permet de produire des pièces à symétrie axiale et de forme cylindrique sur un tour. Elle consiste à maintenir la pièce dans un mandrin rotatif pendant que l'outil de coupe la taille à la forme souhaitée. Ce procédé d'usinage produit une surface plus lisse et des tolérances plus strictes.
Voici quelques recommandations pour créer une conception pour la découpe CNC à l'aide d'un tour.
Prévenir les angles vifs internes et externes
Lors de la conception d'une machine CNC, il est essentiel d'éliminer les angles vifs, tant à l'intérieur qu'à l'extérieur. L'ajout d'un rayon à l'angle interne permet d'éviter que l'outil ne parcoure une surface plus large. Une autre méthode pour éviter les angles vifs internes consiste à incliner légèrement une paroi latérale abrupte. Le contournage avec un seul outil de tournage peut être plus efficace, car il nécessite moins d'opérations.
Évitez les pièces longues et fines
Évitez d'utiliser des pièces longues et fines tournées, car elles ont tendance à tourner irrégulièrement et à vibrer contre l'outil. Lors de la fabrication d'une pièce longue, prévoyez suffisamment d'espace pour un foret de centrage à l'extrémité libre et utilisez-en un pour maintenir la pièce en rotation droite. De plus, en règle générale, le rapport longueur/diamètre doit être inférieur ou égal à 8:1.
Évitez les murs minces
Un enlèvement de matière excessif, comme lors du fraisage, peut exercer une contrainte excessive sur le composant. Des parois trop fines réduisent également la rigidité. De plus, des parois étroites rendent difficile le respect de tolérances strictes. C'est pourquoi il est recommandé de maintenir une épaisseur de paroi supérieure à 0,02 pouce pour les pièces tournées lors de la conception pour l'usinage CNC.
Symétrie des caractéristiques
Chaque élément ajouté à une pièce tournée doit être symétrique par rapport à l'axe de tournage. L'ajout d'une géométrie ou d'éléments non symétriques axialement nécessitera un usinage et des réglages plus complexes. Les marches, les cônes, les chanfreins et les courbes sont idéaux pour le tournage. Il est parfois nécessaire de conférer des propriétés non symétriques axialement à une pièce tournée, ce qui peut nécessiter une procédure spécifique. Même lorsque la symétrie est requise, il est possible d'en conserver une partie.
Méthodes pour optimiser les trajectoires d'usinage et réduire les coûts
Grâce à l'utilisation judicieuse des tolérances standard, à l'optimisation de l'efficacité d'enlèvement de matière et à la sélection de matériaux appropriés, les trajectoires d'usinage peuvent être optimisées efficacement Réduire les temps et les coûts d'usinage tout en garantissant la qualité et les performances des pièces. Cela a des implications importantes pour la conception et la fabrication de l'usinage CNC, conduisant à une production plus efficace et plus rentable.
Utilisation des tolérances standard
En utilisant tolérances standard Peut réduire considérablement les coûts et les délais d'usinage. Grâce aux tolérances standard, les pièces ne nécessitent pas de mesures ni d'ajustements trop précis pendant le processus de fabrication, ce qui simplifie les étapes d'usinage et augmente la productivité. Une tolérance standard de ± 0,1 mm est généralement recommandée pour répondre à la plupart des exigences de conception sans augmenter les coûts d'usinage. Si la conception exige une précision supérieure, la tolérance peut être réduite à ± 0,02 mm, mais sachez que cela augmentera le temps et les coûts d'usinage.
Choisir le bon matériau
Le choix du matériau a un impact direct sur la conception et le coût de l'usinage CNC. Les matériaux tendres (comme l'aluminium et les plastiques) sont plus faciles à usiner que les matériaux plus durs (comme l'acier et le titane), car ils peuvent être usinés à des vitesses de coupe plus élevées et avec une usure moindre de l'outil, ce qui améliore la vitesse et la qualité d'usinage. Un autre avantage des matériaux tendres est qu'ils se déforment moins pendant l'usinage, ce qui facilite l'obtention des tolérances et de l'état de surface requis. Cependant, il est également important de prendre en compte l'application finale et les exigences de performance lors du choix d'un matériau.
Augmenter l'efficacité de l'enlèvement de matière
L'optimisation de la conception pour utiliser des tailles d'outils standard et réduire le nombre de changements d'outils est essentielle pour accroître l'efficacité d'enlèvement de matière. Il est conseillé d'utiliser des outils de taille standard autant que possible, car ils sont non seulement plus facilement disponibles, mais aussi moins coûteux. De plus, la conception doit envisager de réduire le nombre d'étapes d'usinage, par exemple en réduisant l'utilisation d'outils et optimisation des trajectoires d'usinage pour améliorer l'efficacité. Les conceptions peuvent essayer de standardiser les diamètres des trous et des fentes afin que plusieurs étapes d'usinage puissent être effectuées avec le même outil, réduisant ainsi le nombre de changements d'outils et le temps de réglage.
Implications de conception des géométries complexes et du choix des matériaux
Pour améliorer efficacement la conception et l'efficacité d'usinage de géométries complexes et pour garantir la qualité et la fonctionnalité de vos pièces, Yonglihao Machinery a compilé une liste de meilleures pratiques et considérations pour vous aider à prendre de meilleures décisions.
Meilleures pratiques pour la conception de géométries complexes
Lors de la conception de pièces aux géométries complexes, il est essentiel de garder à l'esprit quelques points clés. Premièrement, évitez les caractéristiques internes trop complexes, telles que les trous profonds, les fentes étroites et les angles vifs, qui peuvent rendre l'usinage plus difficile et coûteux. Deuxièmement, privilégiez les congés internes plus grands pour minimiser les concentrations de contraintes et augmenter la résistance de la pièce. De plus, l'accessibilité des outils doit être prise en compte dès la conception afin de garantir l'usinage de toutes les caractéristiques avec des outils standards.
Les outils de conception recommandés incluent les logiciels de CAO et de FAO tels qu'AutoCAD et SolidWorks, qui aident les concepteurs à créer avec précision des géométries complexes et à générer des trajectoires d'usinage optimisées. Leur utilisation réduit le temps d'essais et d'erreurs et améliore la précision et la fabricabilité de la conception.
Précautions
Lors de l'usinage de pièces aux géométries complexes, vous pouvez rencontrer des problèmes courants.
Les trous profonds et les rainures étroites ont tendance à provoquer des bris d'outil et des erreurs d'usinage. Pour éviter ces problèmes, réduisez la profondeur de chaque avance en procédant par étapes et utilisez des outils spécialement conçus pour améliorer la stabilité de l'usinage. Par ailleurs, des caractéristiques internes complexes peuvent empêcher l'outil d'accéder pleinement à la surface usinée. Des méthodes d'usinage spéciales, telles que les machines CNC multiaxes ou l'usinage par électroérosion (EDM), peuvent être envisagées.
Les matériaux se comportent différemment lors de l'usinage CNC : les matériaux plus durs, comme le titane et l'acier inoxydable, sont plus difficiles et plus coûteux à usiner, tandis que les matériaux plus tendres, comme l'aluminium et les plastiques, sont plus faciles à usiner. La conception doit être basée sur les exigences de l'application et tenir compte des caractéristiques d'usinage du matériau. Par exemple, l'aluminium est facile à usiner et moins coûteux, mais peut ne pas convenir aux applications exigeant une résistance élevée.
Le choix des matériaux et ses implications en matière de conception
En comprenant les caractéristiques d'usinage et les exigences de conception de différents matériaux, les concepteurs peuvent optimiser la conception des pièces usinées CNC pour garantir des performances et une rentabilité optimales.
Performances de différents matériaux dans l'usinage CNC
Les caractéristiques d'usinage des différents matériaux varient considérablement en usinage CNC. Les matériaux couramment usinés sont l'aluminium, l'acier, le titane et le plastique. Lors du choix d'un matériau, il convient de prendre en compte l'environnement d'utilisation de la pièce et ses exigences fonctionnelles. Choisissez le matériau d'usinage le plus adapté.
Aluminium : L'aluminium est l'un des matériaux les plus couramment utilisés pour l'usinage CNC. Il se caractérise par sa légèreté, sa résistance modérée et sa facilité de coupe. Sa conductivité thermique élevée permet une dissipation rapide de la chaleur et donc une réduction de l'usure des outils.
Acier : L'acier présente une résistance mécanique et une résistance à l'usure élevées, mais son usinage est plus difficile. Son usinage nécessite des outils plus robustes et des vitesses de coupe plus faibles, ce qui augmente le temps et les coûts d'usinage.
Titane : Le titane présente une très grande résistance mécanique et une excellente résistance à la corrosion, mais il est très difficile à usiner. Sa dureté élevée et sa faible conductivité thermique entraînent une usure rapide des outils, nécessitant des outils et des liquides de refroidissement spécifiques.
Plastiques : Les matières plastiques comme l'ABS et le polycarbonate sont faciles et peu coûteuses à usiner. Cependant, leur stabilité thermique est moindre et nécessitent un contrôle de la température pendant l'usinage pour éviter toute déformation.
Impact des propriétés des matériaux sur la conception
Les propriétés des matériaux ont un impact direct sur la conception d'une pièce. La conductivité thermique élevée de l'aluminium et sa facilité d'usinage permettent des géométries plus complexes, tandis que la dureté élevée de l'acier et du titane limite la complexité de conception. La flexibilité et la faible résistance des plastiques nécessitent l'ajout de structures de support lors de la conception pour garantir la stabilité et la durabilité des pièces. En comprenant ces propriétés des matériaux, les concepteurs peuvent optimiser leurs conceptions afin de maximiser l'efficacité de traitement et les performances des pièces.
Conclusion
Dans cet article, nous nous concentrons sur les principes de conception de base, les trajectoires d'usinage optimisées et le choix rationnel des matériaux dans le guide de conception d'usinage CNC. Une explication détaillée est fournie. Éviter la conception de trous profonds, de fentes étroites et d'angles internes aigus peut contribuer à réduire la difficulté et les coûts d'usinage. L'utilisation de grands rayons internes et de tailles d'outils standardisées peut améliorer l'efficacité de l'enlèvement de matière et réduire le temps d'usinage. Le choix de matériaux adaptés, tels que l'aluminium, l'acier, le titane et les plastiques, peut répondre aux besoins de différentes applications et améliorer la qualité des pièces.
L'application de ces principes de conception et de ces méthodes d'optimisation améliore non seulement l'efficacité et la qualité de l'usinage CNC, mais réduit également considérablement les coûts de production. En concevant et en optimisant correctement les parcours d'usinage, vous garantissez la durabilité et la fonctionnalité de vos pièces.
Si vous avez des besoins en matière de guide d'usinage CNC ou si vous avez besoin d'une assistance technique supplémentaire, veuillez contacter Yonglihao Machinery, nous fournissons des services professionnels pièce CNC et vous fournira la meilleure solution pour assurer la réussite de votre projet !
FAQ
Qu'est-ce que l'usinage CNC?
CNC (commande numérique par ordinateur) désigne l'utilisation d'ordinateurs pour automatiser les machines-outils. Cela signifie que le processus utilise des programmes informatiques pour contrôler des machines-outils telles que des tours, des fraiseuses et des rectifieuses. Cette technologie améliore la précision, l'efficacité et la régularité de la production des pièces et des produits.
Quels sont les problèmes les plus courants dans la conception d’usinage CNC ?
Les problèmes courants incluent des trous profonds et des fentes étroites qui rendent l'usinage difficile et coûteux, des coins internes pointus qui sont difficiles à usiner et une mauvaise sélection de matériaux qui affecte l'efficacité et la qualité de l'usinage.
Comment choisir le bon matériau pour l'usinage CNC ?
Le choix des matériaux doit reposer sur une combinaison d'exigences d'application et de performance. L'aluminium est destiné aux exigences de légèreté, l'acier aux besoins de haute résistance, le titane aux pièces hautes performances et les plastiques aux applications à faible coût.
Quelle est la meilleure façon d’optimiser les trajectoires d’usinage CNC ?
L'optimisation des trajectoires comprend l'utilisation de tailles d'outils standard pour réduire le nombre de changements d'outils, la réduction de l'utilisation d'outillage pour optimiser la conception et l'utilisation de logiciels de CAO/FAO pour générer des trajectoires d'usinage optimisées afin d'améliorer l'efficacité.