Le fraisage CNC de A à Z
Le fraisage CNC compte parmi les principaux procédés d'usinage par enlèvement de matière de l'industrie moderne. Dans cet article, FACTUREE explique tous les aspects importants de ce procédé. Cela comprend les principes techniques de base, les composants des machines et les outils. Les matériaux, les secteurs d'activité et les coûts sont également abordés.
Qu'est-ce que le fraisage CNC ?
CNC signifie « Computerized Numerical Control », c'est-à-dire « commande numérique assistée par ordinateur ».
Le fraisage CNC de FACTUREE utilise un outil rotatif qui enlève de la matière d'une pièce. Les mouvements de la machine sont entièrement dictés par un programme de commande. FACTUREE classe le fraisage CNC parmi les procédés de fabrication soustractifs. La matière est ainsi enlevée de manière ciblée jusqu’à l’obtention des géométries souhaitées.
Les origines technologiques de la commande numérique remontent aux années 1970. Depuis lors, ce procédé est devenu l'un des procédés de fabrication les plus précis et les plus fiables.
La principale différence par rapport au fraisage conventionnel réside dans le système de commande. Dans le fraisage conventionnel, un opérateur guide l'outil manuellement, ce qui exige de l'expérience et une attention constante. Dans le fraisage CNC, un programme prend entièrement en charge le contrôle de la trajectoire de l'outil, de la vitesse de rotation et de l'avance. La répétabilité et la précision s'en trouvent ainsi considérablement améliorées.
Le processus de fraisage CNC : étape par étape
Le processus de fraisage CNC est un enchaînement de étapes structuré avec précision, qui va de la conception numérique au contrôle qualité final. Il comporte plusieurs phases essentielles.
Les étapes du processus de fraisage CNC peuvent être résumées comme suit :
Conception
Chaque projet de fraisage CNC commence par la conception dans un logiciel de CAO. C'est au cours de ce processus CAO-FAO que sont créés le projet numérique et les caractéristiques géométriques de la future pièce, y compris toutes les cotes, tolérances et surfaces fonctionnelles.
Programmation
À l'étape suivante, un logiciel de FAO convertit les données CAO en programmes CNC lisibles par la machine, au format G-Code. Ce code définit les trajectoires d'outils, la profondeur de coupe, la vitesse de rotation et l'avance, et constitue l'instruction de travail précise destinée à la machine CNC.
Mise en place et traitement
Avant l'usinage proprement dit, l'opérateur sélectionne les outils adaptés et serre la pièce de manière sûre. La machine exécute ensuite les mouvements programmés et enlève de la matière jusqu'à ce que la géométrie souhaitée soit obtenue.
Contrôle qualité et retouches
Une fois l'usinage terminé, FACTUREE vérifie les tolérances dimensionnelles de chaque pièce. En fonction des exigences, des procédés de finition tels que le meulage, l'anodisation ou le revêtement par poudre sont ensuite mis en œuvre afin d'améliorer les propriétés de surface et l'aspect esthétique.
Fraiseuse CNC : structure, axes, machines spécialisées
La fraiseuse à commande numérique est au cœur de la fabrication moderne ; elle se compose de différents composants, de configurations d'axes et de tables spécialisées qui, ensemble, permettent un usinage de précision.
Les huit éléments clés
Une fraiseuse à commande numérique se compose de plusieurs éléments centraux qui, en agissant de concert, permettent un usinage de précision.
composant |
Fonction |
| mandrin | Maintient l'outil de fraisage solidement en place |
| broche porte-outil | Génère le mouvement de rotation de l'outil |
| Serrage de la pièce | Immobilise la pièce à usiner pendant l'usinage |
| Dispositif de changement d'outil | Passe automatiquement d'un outil à l'autre |
| lubrifiant réfrigérant | Réduit les frottements et la production de chaleur |
| unité de commande | Traite le code G et contrôle tous les mouvements |
| outil de fraisage | Enlève de la matière de la pièce à usiner |
| Panneau de commande | Permet le contrôle et la surveillance manuels |
Pourquoi la requalification représente-t-elle un risque en cas de changement de fournisseur ?
Le nombre d'axes détermine les géométries qu'une fraiseuse à commande numérique peut usiner.
- Les machines à 3 axes conviennent aux géométries simples impliquant des mouvements le long des axes X, Y et Z.
- Les machines à 4 axes intègrent un axe de rotation permettant d'obtenir des angles d'usinage supplémentaires.
- Les machines à 5 axes permettent l'usinage de pièces et de formes complexes, ainsi que de géométries encore plus complexes, en une seule opération, comme c'est le cas pour les aubes de turbine, car l'outil et la pièce peuvent être déplacés simultanément dans cinq directions.
- Les fraiseuses à portique, quant à elles, sont conçues pour les pièces de grand format, sur lesquelles l'outil est guidé par un portique fixe.
Tables spéciales pour machines
Les tables à console sont réglables en hauteur et conviennent à des configurations de serrage flexibles. Les tables à trame ou à matrice sont dotées d'une grille de trous permettant une fixation rapide des pièces. Les tables lisses offrent une surface plane et continue et conviennent particulièrement aux pièces de grande taille ou de forme irrégulière.
Procédés, outils et cinématique
Le succès du fraisage CNC repose sur la coordination précise entre les procédés de fraisage, la cinématique de la machine et le choix des outils adaptés à la géométrie concernée.
Aperçu des procédés de fraisage CNC
FACTUREE utilise différents procédés de fraisage en fonction des exigences liées aux pièces :
- Le surfaçage permet d'obtenir des surfaces planes
- Le fraisage de profilés permet de suivre des contours complexes
- Le fraisage en plongée est utilisé pour réaliser des rainures
- Le fraisage de finition permet d'obtenir une finition de haute qualité
- Le fraisage d'ébauche permet un enlèvement rapide de matière lors de l'usinage préliminaire
- Le fraisage par génération est principalement utilisé pour les engrenages
- Le fraisage circulaire permet d'obtenir des géométries cylindriques
- Le fraisage de contours en 3D permet de réaliser des surfaces de forme libre tridimensionnelles complexes
- Le filetage par fraisage permet de réaliser des filetages intérieurs ou extérieurs à l'aide d'un outil rotatif
- La fraiseuse à chanfreiner usine les arêtes et les chanfreins des pièces
- Le fraisage trochoïdal utilise une trajectoire d'outil circulaire pour un usinage haute performance préservant la matière
- Le fraisage HSC s'effectue à une vitesse de coupe élevée et à faible profondeur de coupe
- Le fraisage à froid permet d'usiner directement les aciers trempés à l'aide d'une fraise, en remplacement de la rectification.
Comparaison entre le fraisage à 3 axes, à 4 axes et à 5 axes
| critère | Fraisage à 3 axes | Fraisage à 4 axes | Fraisage à 5 axes |
| Géométrie | Géométries simples et planes avec usinage dans une seule direction | Un axe de rotation supplémentaire permet l'usinage sur plusieurs faces sans changement de serrage | Surfaces de forme libre complexes et contours dans toutes les directions de l'espace |
| contre-dépouilles | Impossible sans changer le serrage de la pièce | Possibilité limitée en raison de l'axe de rotation | Rendu possible par le déplacement simultané de l'outil et de la pièce |
| Tolérances | Convient aux tolérances standard | Une plus grande précision grâce à un nombre réduit d'opérations de changement de tension | Des tolérances très serrées, même pour des géométries complexes |
| Coûts | Coût par composant le plus bas | Niveau de coûts moyen | Des coûts très élevés en raison d'une technologie mécanique plus complexe |
| Délai de livraison | Délais d'exécution très courts pour les pièces simples | Durée moyenne de traitement | Un temps de programmation plus long, mais moins d'opérations de changement de tension en production |
Types de fraises
Le choix de la fraise appropriée dépend du matériau et de la géométrie.
Parmi les types courants, on trouve les fraises à queue, les fraises toriques, les fraises à rayon, les fraises à surfacer, les fraises cylindriques, les fraises sphériques, les fraises à rayon d'angle, les fraises à disque ainsi que les fraises à fileter.
Les fraises en carbure et en diamant sont utilisées pour les matériaux particulièrement abrasifs ou durs.
Diversité des matériaux dans le fraisage CNC
Le choix du matériau approprié est un facteur déterminant dans le fraisage CNC, car les différentes catégories de matériaux imposent chacune des exigences spécifiques en matière de processus de fraisage et de choix des outils.
Métaux
L'aluminium séduit par sa légèreté et est souvent utilisé dans la construction légère. L'acier offre une grande résistance pour les composants soumis à de fortes contraintes. Le titane est utilisé dans le secteur médical et l'aéronautique en raison de sa biocompatibilité et de sa résistance. Le laiton est souvent utilisé pour des applications décoratives et dans l'électronique.
Plastiques
L'acrylique convient aux applications exigeantes sur le plan esthétique, le polycarbonate séduit par sa grande résistance aux chocs et le POM se distingue par sa faible usure, ce qui le rend particulièrement adapté aux isolateurs ou aux prototypes.
Bois et matériaux dérivés du bois
Le fraisage du bois dur et du bois tendre nécessite des vitesses d'avance et des géométries d'outils différentes. Les matériaux en panneaux tels que le MDF, le contreplaqué, le multiplex et les panneaux de particules imposent chacun des exigences spécifiques en matière d'outils et de système d'aspiration.
Matériaux composites renforcés de fibres
Le PRV et le PRFC sont très abrasifs, ce qui rend nécessaire l'utilisation d'outils diamantés et d'un système d'aspiration spécial afin de réduire l'usure des outils et l'exposition à la poussière.
Avantages et inconvénients, ainsi que les procédés de fabrication alternatifs
Bien que le fraisage CNC offre un niveau élevé de précision et de flexibilité, il est essentiel, pour choisir le procédé le plus adapté, d'avoir une vision globale de ses avantages et de ses inconvénients et de le comparer à d'autres procédés de fabrication.
Avantages du fraisage CNC
Ce procédé offre une grande précision, une répétabilité élevée et une qualité constante ; il réduit le risque d'erreurs humaines et permet la fabrication de pièces complexes à partir d'une large gamme de matériaux différents. Chaque pièce d'une série répondant à des spécifications identiques, l'efficacité s'en trouve considérablement améliorée.
FACTUREE utilise également le fraisage CNC pour un large éventail de matériaux et de géométries. Les programmes pouvant être réutilisés autant de fois que souhaité une fois créés, ce procédé convient aussi bien à la fabrication à l'unité qu'aux grandes séries.
Inconvénients du fraisage CNC
L'un des inconvénients du fraisage CNC réside dans l'enlèvement de matière plus important, car le matériau excédentaire est transformé en chutes, ce qui a un impact direct sur les coûts lorsqu'il s'agit de matériaux onéreux comme le titane. De plus, l'acquisition d'une fraiseuse CNC nécessite un investissement initial élevé ainsi que du personnel qualifié pour la programmation et la mise en service.
Lorsque les cavités internes sont très complexes, le fraisage CNC se heurte à des limites physiques, car l'outil doit pouvoir atteindre directement chaque surface. Dans de tels cas, la fabrication additive offre souvent la solution la plus pratique.
Comparaison des alternatives
La fabrication additive est mieux adaptée aux pièces présentant des cavités internes complexes et génère moins de chutes. Le moulage par injection est plus économique pour les pièces en plastique produites par millions, mais nécessite des investissements initiaux élevés pour le moule.
Coûts, optimisation et approvisionnement
Facteurs de prix
Le prix d'une pièce usinée par fraisage CNC dépend de plusieurs facteurs. Le matériau, la complexité des géométries, la qualité du fichier CAO, le nombre de pièces et les tolérances serrées requises déterminent ensemble le prix final.
Optimisation des processus au quotidien
Des solutions spécialisées, telles qu'une table de fraisage supplémentaire permettant d'effectuer rapidement des retouches manuelles parallèlement à l'usinage CNC proprement dit, contribuent à améliorer l'efficacité au quotidien dans la production.
Pièces fraisées CNC chez FACTUREE
FACTUREE est une plateforme d'approvisionnement numérique dédiée aux pièces sur plan, qui s'appuie sur un réseau de plus de 2 000 partenaires de fabrication qualifiés en Europe. Nous proposons une large gamme de solutions de fabrication ; notre réseau comprend notamment des centres de fraisage CNC certifiés dotés de technologies à 3, 4 et 5 axes, ainsi que des services de tournage CNC pour les métaux, les plastiques et les matériaux composites. Grâce à FACTUREE, vous pouvez faire usiner par fraisage CNC des pièces individuelles, des prototypes ainsi que des petites et grandes séries avec des tolérances serrées.
Vous recherchez un spécialiste du fraisage CNC certifié ISO 9001 ou AS9100, disposant de capacités de fraisage 5 axes pour les surfaces de forme libre complexes ou ayant de l'expérience dans les tolérances serrées ? Là encore, nous trouvons le partenaire qui vous convient en fonction de sa spécialisation technique, de son parc de machines et de ses certifications. Sans avoir à passer par une recherche fastidieuse de fournisseurs !
Chez FACTUREE, le fraisage CNC s'associe parfaitement à Finition des surfaces tels que l'anodisation et le revêtement par poudre, avec Tournage CNC pour les pièces tournées et avec traitement thermique, le tout auprès d'un seul et même fournisseur.
Vos avantages en vous approvisionnant auprès de FACTUREE : Réseau qualifié d'ateliers de fraisage CNC certifiés (DIN EN ISO 9001, AS9100, NADCAP) | Devis rapides pour pièces unitaires, prototypes et production en série, de l’usinage 3 axes à 5 axes | Demande directe avec indication du matériau, du plan, des tolérances et du nombre de pièces | Assistance technique pour le choix des matériaux, des procédés de fraisage et de l'optimisation de la conception par une équipe d'experts | Le fraisage CNC peut être combiné avec le tournage, la finition de surface et le traitement thermique, le tout auprès d'un seul et même prestataire.
Note éditoriale : Ce guide a été élaboré en collaboration avec les experts en technologies de fabrication de FACTUREE, qui s'appuient sur de nombreuses années d'expérience dans la coordination de processus de production certifiés. Toutes les informations fournies sont données à titre indicatif ; seuls l'examen et l'accord spécifiques au projet font foi.
Foire aux questions sur le fraisage CNC
Quelle est la différence entre le fraisage CNC et le tournage CNC ?
FACTUREE distingue ces deux procédés en fonction du mouvement de la pièce. Lors du fraisage CNC, l'outil tourne tandis que la pièce reste généralement fixe. Lors du tournage CNC, en revanche, c'est la pièce qui tourne tandis qu'un outil fixe enlève de la matière.
Quels matériaux FACTUREE peut-elle usiner par fraisage CNC ?
FACTUREE traite un large éventail de matériaux, notamment des métaux tels que l'aluminium, l'acier, le titane et le laiton, des plastiques tels que l'acrylique, le polycarbonate et le POM, ainsi que des matériaux à base de bois et des composites renforcés de fibres, tels que le PRV et le PRFC.
Combien de temps faut-il pour fabriquer une pièce usinée par fraisage CNC chez FACTUREE ?
FACTUREE détermine le délai de livraison en fonction de la complexité, du matériau et du nombre de pièces du composant. Grâce à la plateforme en ligne, les clients obtiennent, dès l'établissement du devis, une estimation ferme du délai de livraison prévu.
Quels systèmes d'axes FACTUREE utilise-t-elle pour le fraisage CNC ?
FACTUREE utilise des machines à 3, 4 et 5 axes en fonction des exigences des pièces. Les géométries complexes de forme libre sont réalisées sur des machines à 5 axes par le biais de son réseau de partenaires certifiés.
Le fraisage CNC est-il adapté à la fabrication de pièces uniques et de prototypes ?
FACTUREE fabrique aussi bien des pièces unitaires et des prototypes que des composants en série. Le processus de commande numérique est évolutif et couvre ces deux cas d'utilisation selon la même procédure.
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