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L'usinage CNC, ou usinage à commande numérique par ordinateur, est la partie la plus importante de la fabrication des objets aujourd'hui. Il permet aux entreprises de fabriquer des objets de la même manière à chaque fois. Comprendre les machines-outils à commande numérique essentielles et leurs fonctions est cruciale pour les fabricants, les machinistes et les ingénieurs qui cherchent à obtenir des résultats de production optimaux.
Ce guide détaillé passe en revue les éléments les plus importants qui assurent le bon fonctionnement des opérations CNC.
Comprendre les principes de base des machines-outils à commande numérique
Machines-outils à commande numérique essentielles et leurs fonctions sont les éléments constitutifs de toute opération d'usinage réussie. Chaque partie de ces outils a pour fonction d'enlever de la matière et de fabriquer des pièces, et ils fonctionnent tous ensemble comme un seul système. La qualité du fonctionnement des outils de coupe, des systèmes de broches et des équipements de soutien influe sur la rapidité et la qualité des opérations d'usinage.
Les machines CNC modernes doivent coordonner parfaitement de nombreux systèmes d'outils pour fonctionner correctement. Selon l'Association for Manufacturing Technology, les ventes de machines-outils à commande numérique atteindront $2,8 milliards en 2023. Cela montre à quel point il est important de connaître le fonctionnement de ces systèmes pour être compétitif.
Composants essentiels des machines-outils à commande numérique
Systèmes de broches : Le cœur des opérations CNC
Le la fonction de broche en Fraisage CNC est le principal moyen d'acheminer l'énergie d'un endroit à un autre. Elle transforme l'énergie de rotation en action de coupe. Les broches peuvent tourner à des vitesses allant de 100 à 40 000 tours/minute, en fonction des besoins de l'application. Les broches à grande vitesse facilitent l'enlèvement rapide de matière sans endommager la finition de la surface.
Fonction de la broche dans le fraisage CNC comporte plusieurs aspects critiques :
- Transmission de la puissance : Transformation du couple du moteur en force de coupe
- Contrôle de la vitesse : Modification de la vitesse de rotation des matériaux
- Maintien de l'outil : Maintien en place des outils de coupe pendant leur utilisation
- Maintenance de précision : Mettre les outils à leur place
La précision de l'usinage et la qualité de la finition de la surface dépendent directement du fonctionnement de la broche. Les broches modernes utilisent des systèmes de roulements et une gestion thermique de pointe pour rester précises même lorsque les conditions changent.
Applications et systèmes pour le maintien des outils
Les porte-outils et leur utilisation. Les porte-outils constituent un lien important entre la broche et les outils de coupe. Ces systèmes maintiennent les outils en toute sécurité et permettent de les remplacer rapidement au cours de la production.
Mandrins à pinces : Ils maintiennent très fermement les outils de petit diamètre et les maintiennent au centre. Ces porte-outils sont plus précis pour les tâches de précision qui nécessitent des tolérances très étroites.
Mandrins hydrauliques permettent d'obtenir une force de serrage constante, quelle que soit la taille de l'outil utilisé. Ces systèmes améliorent l'état de surface et réduisent le faux-rond en rendant les outils plus stables.
Supports rétractables : Utilisez la dilatation thermique pour obtenir la meilleure prise. Ces supports suppriment les vis de fixation et les pinces mécaniques, ce qui réduit les vibrations et prolonge la durée de vie des outils.
Les porte-outils ne se contentent pas de maintenir les outils. Ils influencent la durée de vie de l'outil, les performances de coupe et la précision globale de l'usinage. Études en fabrication montrent que le choix du bon support peut augmenter la productivité de 15 à 25%.
Types d'outils de coupe CNC et leurs fonctions spécifiques
Fraises en bout : Des outils de coupe qui peuvent faire beaucoup
Types d'outils de coupe CNC comprennent diverses configurations de fraises en bout conçues pour des opérations d'usinage spécifiques. Les fraises en bout ont des arêtes de coupe à la fois sur la face et sur l'extérieur, ce qui leur permet d'effectuer des fraisages latéraux, des fraisages sur la face et des coupes en plongée.
Fraises à bouts carrés : Réalisez des angles vifs pour l'usinage précis des épaulements et la découpe de fentes. Ces outils sont parfaits pour enlever la matière de l'aluminium et de l'acier.
Moulins à bouts sphériques ont des pointes arrondies qui conviennent à l'usinage des surfaces en 3D et à la réalisation de contours. Ces outils sont parfaits pour les travaux de moulage et d'emboutissage qui nécessitent des transitions douces entre les surfaces.
Fraises d'extrémité à rayon d'angle : Ces outils ont des coins arrondis qui leur donnent de la force et une bonne finition. Ces outils facilitent la coupe de matériaux résistants en réduisant les forces nécessaires et en prolongeant la durée de vie des outils.
Forets : Outils spécialisés pour la création de trous
Connaître la différence entre les mèches et les fraises peut vous aider à choisir le meilleur outil pour un travail donné. Les deux outils enlèvent de la matière, mais leur conception répond à des objectifs différents :
Les mèches produisent des trous cylindriques en se déplaçant en ligne droite le long de l'axe. Ils sont dotés de pointes et de cannelures en spirale qui permettent aux copeaux d'être évacués rapidement. Les forets hélicoïdaux standard sont bons pour faire des trous en général, mais les modèles spécialisés sont meilleurs pour certains matériaux ou certaines utilisations.
Les fraises en bout peuvent couper latéralement et faire des trous en plongeant. Mais leur capacité à couper latéralement les rend parfaites pour la réalisation de poches, de contours et d'usinages de surface.
Mèches et fraises La comparaison révèle des différences essentielles :
- Les forets excellent dans la création rapide de trous
- Les fraises en bout offrent une grande polyvalence pour de multiples opérations
- Les mèches offrent une précision supérieure en ligne droite
- Les fraises en bout permettent d'obtenir des caractéristiques géométriques complexes
Catégories d'outils de coupe spécialisés
Il existe de nombreux types d'outils de découpe CNC, chacun ayant une conception unique :
Moulins à visage : Gros outils permettant d'usiner rapidement des surfaces. Ces outils sont dotés de plusieurs plaquettes qui répartissent les forces de coupe et leur permettent d'enlever rapidement beaucoup de matière.
Moulins à filets : Réaliser des filetages intérieurs et extérieurs en déplaçant l'outil dans un mouvement d'interpolation. Ces outils peuvent prendre en charge différents pas de vis et n'ont pas besoin d'être taraudés.
Alésoirs : Réaliser des trous avec des finitions parfaites et une meilleure qualité de surface. Dans les trous prépercés, ces outils permettent d'obtenir des tolérances de diamètre très serrées et un excellent état de surface.
Systèmes de soutien et équipements auxiliaires
Systèmes de refroidissement : Essentiels pour des opérations efficaces
Pendant la coupe, les systèmes de refroidissement des machines CNC contrôlent la chaleur générée et les copeaux évacués. Ces systèmes protègent contre les dommages causés par la chaleur, prolongent la durée de vie des outils et améliorent la qualité de la finition de la surface.
Systèmes de refroidissement par inondation : Ils fournissent un débit important de liquide de refroidissement pour faciliter l'élimination des matériaux résistants. Ces systèmes conviennent parfaitement aux travaux lourds qui nécessitent de se débarrasser de la chaleur et d'éliminer les copeaux.
Systèmes de refroidissement par brouillard : L'atomisation permet d'utiliser très peu de liquide de refroidissement. Ces systèmes ont moins d'impact sur l'environnement et maintiennent le refroidissement à un niveau suffisant pour les travaux légers.
Systèmes de refroidissement Machines CNC présentent de nombreux avantages :
- Le contrôle de la température réduit la dilatation thermique.
- L'élimination des copeaux évite de rayer la surface.
- La lubrification affaiblit les forces de coupe.
- La protection contre la corrosion maintient les pièces en bon état.
Études montrent que l'utilisation du bon liquide de refroidissement peut prolonger la durée de vie des outils de 200-300% et améliorer la finition des surfaces jusqu'à 50%.
Systèmes de serrage et de fixation
Un serrage efficace garantit que les pièces sont fabriquées correctement et que les opérateurs sont en sécurité pendant l'usinage. Les étaux, les mandrins et les montages sur mesure maintiennent les pièces en place tout en permettant aux outils de coupe de les atteindre.
Étaux pour machines : Facilitez la mise en place rapide de pièces rectangulaires. Ces montages peuvent être réutilisés à l'infini et maintiennent fermement les pièces pour la plupart des tâches d'usinage générales.
Tables tournantes vous permettent d'effectuer un usinage multi-axes sur des machines standard à trois axes. Ces accessoires rendent l'usinage plus polyvalent sans perte de précision.
Optimiser le choix des outils pour une efficacité maximale
Exigences en matière d'outils spécifiques aux matériaux
Les différents types de pièces à usiner nécessitent des paramètres de coupe et des formes d'outils différents. L'usinage de l'acier nécessite des outils solides avec des revêtements qui ne s'usent pas, tandis que l'aluminium a besoin d'outils avec des arêtes vives et un bon enlèvement des copeaux.
- Outils en acier rapide sont robustes et peuvent être utilisés pour une variété de tâches, y compris les coupes interrompues. Ces outils constituent une bonne affaire pour une production modérée.
- Outils en carbure durent plus longtemps et coupent plus vite que les autres outils. Ces outils fonctionnent mieux dans les endroits où il y a beaucoup de travail à faire et avec des matériaux difficiles à usiner.
- Outils revêtus sont fabriqués en combinant les propriétés du matériau de base avec celles de la surface. Dans certains cas, les revêtements en nitrure de titane, en carbonitrure de titane et en diamant peuvent prolonger la durée de vie des outils.
Optimisation des paramètres de coupe
Le choix de la bonne vitesse, de la bonne avance et de la bonne profondeur de coupe permet à l'outil de mieux fonctionner et de réduire les temps de cycle. Ces réglages doivent trouver un équilibre entre le taux d'enlèvement de matière, la durée de vie de l'outil et les besoins en matière d'état de surface.
- Vitesse de la surface : Cela permet de contrôler la température de la coupe et la vitesse d'usure de l'outil. Les meilleures vitesses de surface dépendent du type de matériau et de la forme de l'outil.
- Vitesse d'alimentation : Cela permet de contrôler l'épaisseur des copeaux et les forces utilisées pour couper. Des vitesses d'avance correctes garantissent un enlèvement de matière rapide et évitent d'endommager les outils.
- Profondeur de coupe : Modifie les forces de coupe et la façon dont l'outil se plie. La coupe à la bonne profondeur permet de conserver une grande précision tout en augmentant la productivité.
Maintenance et gestion de la durée de vie des outils
Stratégies de maintenance préventive
Des programmes d'entretien réguliers permettent de maintenir la précision de l'usinage et d'éviter les temps d'arrêt imprévus. Les tâches d'entretien importantes sont les suivantes
- Inspection de l'outil : Vérification régulière des dommages et des schémas d'usure
- Prendre soin du fuseau : Lubrification des roulements et surveillance des vibrations
- Entretien du système de refroidissement : Remplacer les filtres et maintenir la propreté
- Vérification de l'étalonnage : Veiller à ce que les dimensions restent exactes au fil du temps
Systèmes de surveillance de la durée de vie des outils
Les machines CNC modernes sont équipées d'un système de contrôle de la durée de vie des outils qui les aide à déterminer le moment où il faut remplacer les outils et cesser de produire des déchets. Ces systèmes tiennent compte du temps de coupe, des conditions de charge et des signatures de vibrations afin d'optimiser l'utilisation des outils.
- Systèmes de contrôle adaptatif : Modifier automatiquement les paramètres de coupe en fonction des conditions du moment. Ces systèmes empêchent les outils de se briser tout en permettant d'en tirer le maximum de matière.
- Contrôle statistique des processus surveille les changements de taille pour détecter les schémas d'usure des outils. Cette méthode permet de planifier la maintenance à l'avance et de garantir la qualité.
Tendances futures de la technologie des outils CNC
Matériaux avancés pour outils de coupe
De nouveaux matériaux continuent de rendre les machines CNC plus performantes. Les outils de coupe en céramique sont très durs et fonctionnent bien à des vitesses élevées, tandis que les outils en diamant polycristallin durent longtemps sans s'user.
Revêtements nanostructurés : Les propriétés de la surface les rendent plus résistants à l'usure. Ces revêtements maintiennent le tranchant tout en réduisant la friction.
Technologie des outils intelligents : Utilise des capteurs pour surveiller les conditions de coupe en temps réel. Ces outils vous informent sur la température, les vibrations et le niveau d'usure.
Intégration de l'automatisation
Les systèmes de changement d'outils automatisés réduisent le temps de préparation tout en préservant la précision. Gestion des outils robotisés permet d'effectuer des opérations de fabrication sans éclairage pendant de longues périodes.
Systèmes de préréglage des outils : Vérifier la forme des outils avant de les placer sur la machine. Ces systèmes réduisent le temps de préparation tout en garantissant que les outils sont au bon endroit.
Gestion des stocks : Des systèmes automatisés permettent de suivre l'utilisation des outils et de savoir quand ils doivent être remplacés. Cette méthode permet d'utiliser au mieux le stock d'outils tout en évitant les retards de production.
FAQ
Quelles sont les machines-outils à commande numérique nécessaires pour une installation d'usinage de base ?
Les configurations de base nécessitent des fraises en bout pour l'usinage général, des forets pour faire des trous, des fraises à surfacer pour travailler sur des surfaces, et les bons porte-outils. La plupart des opérations d'usinage commencent par un système de broche de base qui peut changer de vitesse et se refroidir avec un liquide de refroidissement.
Comment choisir les outils de découpe CNC les mieux adaptés à mes besoins ?
Le type d'outils de coupe CNC que vous choisissez dépend du type de matériau, des besoins du travail et de la finition souhaitée. Les mèches sont plus adaptées à la réalisation de trous, tandis que les fraises en bout conviennent mieux à la réalisation de contours et de poches. Lorsque vous choisissez des outils de coupe, réfléchissez à la façon dont ils fonctionnent avec les matériaux, à la précision qu'ils doivent avoir et au nombre de pièces que vous devez fabriquer.
Quelle est la différence entre les fraises et les mèches lorsqu'elles sont utilisées en CNC ?
Si l'on compare les mèches et les fraises, on constate que les mèches servent à faire des trous en ligne droite avec des pointes et des goujures en spirale, tandis que les fraises peuvent couper sur le côté, ce qui les rend utiles pour un large éventail de tâches. Les mèches permettent de percer des trous plus rapidement, mais les fraises en bout peuvent être utilisées pour toute une série de tâches, telles que le contournage et l'usinage de surface.
Quelle est l'importance des systèmes de refroidissement pour le fonctionnement des machines CNC ?
Les machines à commande numérique ont besoin de systèmes d'arrosage pour maîtriser la chaleur, se débarrasser des copeaux et s'assurer que la finition de la surface est bonne. L'utilisation du bon liquide de refroidissement peut prolonger la durée de vie des outils et empêcher les pièces de devenir trop chaudes. Il existe différentes manières de distribuer le liquide de refroidissement, qui conviennent mieux à différentes utilisations et à différents besoins environnementaux.
Comment les porte-outils influencent-ils la précision de l'usinage CNC ?
Les porte-outils et leur mode d'utilisation ont un effet direct sur la précision de l'usinage en contrôlant les vibrations et en positionnant les outils. Des porte-outils de qualité réduisent le faux-rond de l'outil, améliorent l'état de surface et prolongent la durée de vie de l'outil. Le choix du bon porte-outil peut augmenter la productivité de 15 à 25% en rendant les choses plus stables et plus précises.
