Comment concevoir des pièces pour l'usinage CNC
L'usinage CNC est l'une des méthodes de fabrication les plus efficaces et les plus précises qui soient. Toutefois, pour obtenir les meilleurs résultats, vous devez savoir comment concevoir des pièces pour l'usinage CNC.
Ce blog a pour but de fournir des lignes directrices et des bonnes pratiques lors de la conception de pièces pour l'usinage CNC.
Qu'est-ce qu'un processus d'usinage CNC ?
Usinage CNC (Computer Numerical Control) est un processus de fabrication soustractive qui permet de créer des pièces précises. Vous partez d'un bloc de matériau solide et les outils de coupe en retirent des sections pour façonner le produit final.
Cette méthode offre une grande précision et fonctionne avec les métaux, les plastiques et d'autres matériaux. Toutefois, comme elle repose sur des outils de coupe, vous devez tenir compte de certaines limites de conception pour garantir la fabricabilité.
Quelles sont les restrictions d'une conception CNC ?
L'usinage CNC permet de créer des pièces complexes, mais il existe certaines limites. Ces limites sont liées au fonctionnement des outils de coupe et sont abordées ci-dessous.
Géométrie de l'outil
La plupart des outils CNC, comme les fraises et les forets, sont cylindriques et ont une longueur de coupe limitée. Lorsque l'outil enlève de la matière, il laisse sa forme. Cela signifie que les angles intérieurs auront toujours un bord arrondi, même si vous utilisez un outil très petit.
Accès aux outils
Les outils CNC coupent directement le matériau. Si une partie de votre dessin ne peut être atteinte par le haut, elle ne peut être usinée. Les contre-dépouilles constituent une exception. Celles-ci nécessitent des outils spéciaux, que vous découvrirez plus tard.
Pour faciliter l'usinage, essayez d'aligner les trous, les parois et les autres caractéristiques sur l'une des six directions principales (haut, bas, avant, arrière, gauche, droite). Toutefois, les machines CNC 5 axes avancées peuvent traiter des angles plus complexes.
Si vous avez des caractéristiques profondes et étroites, l'outil doit aller plus profondément, ce qui peut entraîner davantage de vibrations et une moindre précision. Pour éviter cela, concevez des pièces qui peuvent être usinées à l'aide de l'outil le plus grand possible et de la longueur la plus courte possible. Le processus est ainsi plus fluide et plus précis.
Rigidité de l'outil
Dans l'usinage CNC, vos outils de coupe sont fabriqués à partir de matériaux solides tels que le carbure ou le tungstène, qui sont plus durs que la pièce à usiner. Cependant, même les outils solides peuvent se déformer légèrement lors de la coupe. Cette flexion, appelée déviation de l'outil, peut entraîner de petites erreurs dans votre travail.
Si vous n'avez pas besoin d'une précision extrême, ce n'est peut-être pas un gros problème. Mais si vous travaillez sur un ouvrage très précis, même une petite courbure peut affecter le résultat final et limiter vos choix de conception.
Rigidité de la pièce
Même si vos outils de coupe sont très robustes, ils peuvent ne pas fonctionner correctement sur des matériaux très résistants.
Si la pièce est trop rigide, elle peut trembler ou se déformer pendant l'usinage. Il est alors plus difficile d'obtenir des résultats précis, en particulier lorsque les tolérances doivent être très étroites.
Forme de la pièce
La forme de votre pièce influe sur la facilité ou la difficulté de l'usinage. Si la forme est trop complexe, vous devrez peut-être vous arrêter et l'ajuster plusieurs fois, ce qui ralentira le processus.
Même si vous utilisez une machine perfectionnée, vous devrez peut-être tourner la pièce plusieurs fois, ce qui rendra la production moins efficace. La simplicité des conceptions peut vous aider à gagner du temps et à obtenir de meilleurs résultats.
Maintien de la main d'œuvre
Il est important de tenir fermement votre pièce pendant l'usinage. Si l'un des éléments de votre installation est faible, votre machine ou votre outil peut vibrer, ce qui réduit la précision.
Si la pièce se déplace pendant l'usinage, chaque pièce finie peut être légèrement différente. Une configuration solide vous permet d'obtenir des résultats de haute qualité à chaque fois.
Lignes directrices pour la conception d'une CNC
Lors de la conception de pièces pour l'usinage CNC, il n'existe pas de règles strictes, car les machines et les outils ne cessent de s'améliorer. Ces lignes directrices vous aideront à créer des modèles plus faciles à usiner.
Tolérances
Les tolérances définissent l'ampleur des variations de taille d'une pièce. La plupart des tolérances d'usinage CNC sont de ±0,1 mm, mais des tolérances plus étroites de ±0,005 mm sont possibles. Si aucune tolérance n'est spécifiée, les fabricants utiliseront les tolérances industrielles standard.
Bords internes
Les arêtes internes doivent avoir un rayon d'au moins un tiers de la profondeur de la cavité. Cela permet à l'outil de couper en douceur. Une légère augmentation du rayon (d'environ 1 mm) permet à l'outil de suivre une trajectoire circulaire au lieu d'effectuer un virage serré, ce qui améliore la qualité de la surface.
Si vous avez besoin d'angles vifs à 90 degrés, envisagez d'utiliser une contre-dépouille en T au lieu de réduire le rayon. Les rayons de plancher doivent être de 0,5 mm, 1 mm ou laissés sans rayon, car ces tailles sont celles qui conviennent le mieux à l'usinage.
Cavités et poches
Les cavités et les poches ne doivent pas être plus profondes que quatre fois leur largeur. Les outils de coupe ont une longueur limitée, généralement trois à quatre fois leur diamètre. Si les cavités sont trop profondes, l'outil risque de se déformer et les copeaux risquent de ne pas s'évacuer correctement, ce qui entraînera des vibrations.
Si vous avez besoin de cavités plus profondes, concevez-les avec des profondeurs variables au lieu de faire une seule coupe profonde. Des outils spéciaux peuvent découper des cavités d'une profondeur supérieure à six fois le diamètre de l'outil. Par exemple, une fraise de 1 pouce de diamètre peut couper jusqu'à 35 cm de profondeur.
Trous
Dans la mesure du possible, les trous doivent correspondre aux dimensions des mèches standard. Tout trou supérieur à 1 mm peut être usiné, mais l'utilisation de tailles standard garantit une meilleure précision. La profondeur optimale d'un trou est de quatre fois son diamètre, bien que des trous plus profonds puissent être réalisés à l'aide de mèches spéciales.
Normalement, les trous sont percés jusqu'à dix fois leur diamètre, mais les outils spécialisés peuvent aller jusqu'à quarante fois le diamètre. Les mèches laissent des trous borgnes à fond conique (angle de 135 degrés), tandis que les fraises en bout créent des trous à fond plat. L'usinage CNC ne privilégie pas les trous débouchants par rapport aux trous borgnes.
Murs minces
Les parois minces peuvent être difficiles à usiner car elles vibrent et réduisent la précision. Pour les pièces métalliques, les parois doivent avoir une épaisseur d'au moins 0,8 mm et pour les pièces en plastique, d'au moins 1,5 mm. Il est possible de descendre jusqu'à 0,5 mm pour le métal et 1,0 mm pour le plastique, mais cela doit être vérifié avec soin. Les pièces en plastique peuvent se déformer ou se ramollir sous l'effet de la chaleur et des contraintes.
Fils
Les filets doivent être au moins de taille M1, mais il est préférable qu'ils soient de taille M6 ou supérieure. Les filets inférieurs à M6 sont coupés à l'aide de bâches, tandis que les outils de filetage à commande numérique sont utilisés pour les filets plus importants, car ils évitent la casse de l'outil. La meilleure longueur de filet est d'au moins 1,5 fois le diamètre, avec un maximum de trois fois le diamètre.
La majeure partie de la force exercée sur un filet est absorbée par les premières dents, il n'est donc pas nécessaire de les allonger. Si un trou borgne est fileté et plus petit que M6, laissez une section non filetée au fond égale à 1,5 fois le diamètre. Pour les trous M6 ou plus grands, le trou peut être entièrement fileté.
Petites caractéristiques
Les petites caractéristiques, comme les trous minuscules, doivent avoir un diamètre minimum de 2,5 mm (0,1 pouce). Il est possible d'usiner des trous aussi petits que 0,05 mm (0,005 pouces), mais cela nécessite des micro-forets spéciaux et des connaissances spécialisées. La physique de la coupe change à cette taille, c'est pourquoi, à moins que cela ne soit absolument nécessaire, les très petites caractéristiques doivent être évitées.
Grandes caractéristiques
Les éléments hauts sont difficiles à usiner avec précision car ils ont tendance à vibrer. Pour minimiser ce problème, la hauteur ne doit pas dépasser quatre fois la largeur. Vous pouvez également améliorer la stabilité en faisant pivoter la pièce de 90° pendant l'usinage, ce qui modifie le rapport hauteur/largeur et facilite l'usinage.
Texte et lettrage
Les textes et les lettres doivent être gravés plutôt que gaufrés, car la gravure enlève moins de matière. La taille de police recommandée est de 20 ou plus, avec une profondeur d'au moins 5 mm. Les polices sans empattement comme Arial ou Verdana sont idéales car elles sont largement supportées par les machines à commande numérique.
Réglages des machines à commande numérique et positionnement des pièces
Lors de l'usinage d'une pièce à l'aide d'une machine CNC, il est souvent nécessaire de la faire tourner plusieurs fois pour atteindre toutes les surfaces. Cependant, à chaque rotation de la pièce, la machine doit être recalibrée et un nouveau système de coordonnées doit être défini.
Lorsque vous concevez une pièce, gardez ces deux éléments à l'esprit :
- La rotation et le réalignement de la pièce demandent du travail et du temps supplémentaires. Si la pièce doit être tournée trois ou quatre fois, c'est généralement suffisant, mais au-delà, c'est trop.
- Si deux éléments doivent être très précis l'un par rapport à l'autre, essayez de les usiner dans la même configuration. Chaque fois que vous recalibrez, il y a un petit risque d'erreur.
Usinage CNC des contre-dépouilles
Une contre-dépouille est une forme de pièce qu'un outil de coupe ordinaire ne peut pas atteindre par le haut. Des outils spéciaux sont nécessaires pour réaliser ces coupes. Il en existe deux types principaux : Les rainures en T et les queues d'aronde. Une rainure en T présente une coupe horizontale à l'intérieur de la pièce, tandis qu'une queue d'aronde présente des coupes angulaires, généralement à 45 ou 60 degrés. Les contre-dépouilles peuvent se trouver d'un seul côté ou des deux côtés d'une pièce.
Un outil de rainurage en T est doté d'une lame horizontale fixée à un arbre vertical. La largeur de la coupe peut être comprise entre 3 et 40 mm. Il est préférable d'utiliser des tailles courantes, comme des millimètres entiers ou des fractions de pouce standard, afin de trouver plus facilement l'outil adéquat.
Un outil à queue d'aronde est mesuré par son angle. Les angles les plus courants sont 45 et 60 degrés, mais vous pouvez également trouver d'autres angles allant de 5 à 120 degrés par paliers de 10 degrés. Ces angles moins courants sont plus difficiles à trouver.
Conception de contre-dépouilles pour l'usinage CNC
Si vous concevez une pièce avec une contre-dépouille à l'intérieur, veillez à laisser suffisamment d'espace pour que l'outil puisse s'adapter. Une bonne règle consiste à laisser un espace d'au moins quatre fois la profondeur de la contre-dépouille entre les parois.
Les outils standard ne peuvent couper qu'à une certaine profondeur car leur diamètre de coupe est généralement deux fois plus grand que celui de l'arbre. Si vous avez besoin d'une contre-dépouille spéciale qu'un outil standard ne peut pas réaliser, l'atelier d'usinage devra peut-être créer un outil sur mesure. Cela prend plus de temps et coûte plus cher, alors essayez de l'éviter si vous le pouvez.
Choix des matériaux pour l'usinage CNC
Le choix du bon matériau pour l'usinage CNC a une incidence sur le coût, la facilité d'usinage et la qualité finale. Les métaux tels que l'aluminium, l'acier, l'acier inoxydable, le laiton, le cuivre et le titane sont solides et durables, c'est pourquoi ils sont idéaux pour les pièces soumises à de fortes contraintes. Ils résistent également à la chaleur et à la corrosion, ce qui est utile pour de nombreuses industries.
Les plastiques sont légers, abordables et faciles à façonner pour obtenir des modèles complexes. Certains, comme l'acétal (POM), le nylon, le polycarbonate (PC), l'acrylique (PMMA) et le PEEK, résistent aux produits chimiques et conviennent donc aux environnements difficiles. Les plastiques conviennent parfaitement lorsque vous avez besoin de flexibilité et de coûts réduits sans sacrifier la durabilité.
Finition de surface pour l'usinage CNC
L'état de surface d'une pièce CNC influe sur son aspect, sa résistance et ses performances. Une finition "telle qu'usinée" présente de petites marques d'outils, mais vous pouvez demander une surface plus lisse. Le microbillage donne un aspect lisse et mat en projetant de minuscules billes sur la pièce. L'anodisation ajoute une couche protectrice pour résister aux rayures, à la chaleur et à la corrosion. Le type II offre une protection de base, tandis que le type III est plus durable.
Le revêtement par poudre crée une couche résistante et colorée en faisant cuire de la poudre sèche sur la pièce. Si vous avez besoin de quelque chose d'unique, les finitions personnalisées peuvent ajouter des textures, des couleurs ou des revêtements spéciaux. La bonne finition rend votre pièce plus solide, plus durable et plus belle.
Quelles sont les meilleures pratiques d'usinage CNC ?
- Utilisez l'outil ayant le plus grand diamètre possible pour usiner vos pièces plus rapidement et avec plus de précision.
- Ajoutez de grands coins arrondis (au moins ⅓ de la profondeur de la cavité) à tous les bords verticaux intérieurs.
- Pour éviter les problèmes d'usinage, la profondeur des cavités ne doit pas dépasser 4 fois leur largeur.
- Alignez les principales caractéristiques de votre dessin sur l'une des six directions principales. Si cela n'est pas possible, envisagez l'usinage CNC à 5 axes.
- Si votre projet comprend des filetages, des tolérances ou des exigences en matière de finition de surface, soumettez un dessin technique avec des notes claires à l'intention de l'opérateur de la machine.
Comment concevoir des pièces pour l'usinage CNC Résumé
L'usinage CNC est un excellent moyen de fabriquer des pièces précises, mais une bonne conception rend le processus plus fluide et plus rentable. En suivant ces quelques conseils, vous pourrez créer des pièces plus faciles à usiner, plus résistantes et plus précises.
Pour vous assurer des pièces de haute qualité, contactez DEK. Nous sommes une entreprise d'usinage CNC qui possède des années d'expérience dans la fabrication de pièces pour différentes industries.
Notre magasin dispose d'une gamme de machines à commande numérique, allant des machines à trois axes aux machines à commande numérique. 5 axeset une équipe qualifiée de concepteurs, d'ingénieurs et de machinistes. Nous pouvons également vous aider à trouver les meilleures idées de conception de machines CNC. Quelle que soit la complexité de votre projet, nous pouvons le prendre en charge.
