L'usinage de précision est un processus pour retirer le matériau d'une pièce lors de la maintenance des finitions de tolérance étroite. La machine de précision a de nombreux types, notamment le broyage, le tournage et l'usinage de décharge électrique. Une machine de précision aujourd'hui est généralement contrôlée à l'aide d'un ordinateur numériques (CNC).
Presque tous les produits métalliques utilisent l'usinage de précision, tout comme de nombreux autres matériaux tels que le plastique et le bois. Ces machines sont exploitées par des machinistes spécialisées et formées. Pour que l'outil de coupe fasse son travail, il doit être déplacé dans des instructions spécifiées pour effectuer la bonne coupe. Ce mouvement principal est appelé la «vitesse de coupe». La pièce peut également être déplacée, connue sous le nom de mouvement secondaire de «se nourrir». Ensemble, ces mouvements et la netteté de l'outil de coupe permettent à la machine de précision de fonctionner.
L'usinage de précision de qualité nécessite la capacité de suivre des plans extrêmement spécifiques fabriqués par les programmes CAO (conception assistée par ordinateur) ou CAM (fabrication assistée par ordinateur) comme AutoCAD et Turbocad. Le logiciel peut aider à produire les diagrammes ou contours complexes en trois dimensions nécessaires afin de fabricant un outil, une machine ou un objet. Ces plans doivent être respectés avec de grands détails pour s'assurer qu'un produit conserve son intégrité. Alors que la plupart des entreprises d'usinage de précision travaillent avec une certaine forme de programmes CAO / CAM, elles travaillent toujours souvent avec des croquis dessinés à la main dans les phases initiales d'une conception.
L'usinage de précision est utilisé sur un certain nombre de matériaux, dont l'acier, le bronze, le graphite, le verre et les plastiques pour n'en nommer que quelques-uns. Selon la taille du projet et les matériaux à utiliser, divers outils d'usinage de précision seront utilisés. Toute combinaison de tours, de moulures, de perceuses, de scies et de broyeurs, et même une robotique à grande vitesse peut être utilisée. L'industrie aérospatiale peut utiliser un usinage à grande vitesse, tandis qu'une industrie des outils de menuiserie peut utiliser des processus de gravure et de fraisage photoériques. Le barattage d'une course, ou une quantité spécifique de tout élément particulier, peut être numéroté par milliers ou en être quelques-uns. L'usinage de précision nécessite souvent la programmation des périphériques CNC, ce qui signifie qu'ils sont contrôlés par ordinateur numériquement. Le périphérique CNC permet de suivre les dimensions exactes tout au long de l'exécution d'un produit.
Le broyage est le processus d'usinage de l'utilisation des coupeurs rotatifs pour éliminer le matériau d'une pièce en progressant (ou en alimentant) le coupeur dans la pièce dans une certaine direction. Le coupeur peut également être maintenu à un angle par rapport à l'axe de l'outil. Le fraisage couvre une grande variété d'opérations et de machines différentes, sur des échelles de petites pièces individuelles aux grandes opérations de fraisage de gangs robustes. Il s'agit de l'un des processus les plus couramment utilisés pour usiner les pièces personnalisées aux tolérances précises.
Le fraisage peut être fait avec une large gamme de machines-outils. La classe d'origine des machines-outils pour le fraisage était le broyage (souvent appelé un moulin). Après l'avènement de la commande numérique informatique (CNC), les machines de fraisage ont évolué en centres d'usinage: machines à moucher augmentées par des changeurs d'outils, des magazines ou carrousels d'outils, des capacités CNC, des systèmes de liquide de refroidissement et des boîtiers. Les centres de fraisage sont généralement classés comme centres d'usinage vertical (VMC) ou centres d'usinage horizontal (HMC).
L'intégration du fraisage en environnements de virage, et vice versa, a commencé avec des outils en direct pour les tours et l'utilisation occasionnelle des usines pour les opérations de tournage. Cela a conduit à une nouvelle classe de machines-outils, des machines multitâches (MTM), qui sont spécialement conçues pour faciliter le broyage et le tournant dans la même enveloppe de travail.
Pour les ingénieurs de conception, les équipes de R&D et les fabricants qui dépendent de l'approvisionnement des pièces, l'usinage CNC de précision permet la création de pièces complexes sans traitement supplémentaire. En fait, l'usinage CNC de précision permet souvent que les pièces finies soient effectuées sur une seule machine.
Le processus d'usinage supprime le matériau et utilise une large gamme d'outils de coupe pour créer la conception finale et souvent très complexe d'une pièce. Le niveau de précision est amélioré grâce à l'utilisation du contrôle numérique de l'ordinateur (CNC), qui est utilisé pour automatiser le contrôle des outils d'usinage.
Le rôle de "CNC" dans l'usinage de précision
En utilisant des instructions de programmation codées, l'usinage CNC de précision permet à une pièce d'être coupée et façonnée à des spécifications sans intervention manuelle par un opérateur de machine.
En prenant un modèle de conception assistée par ordinateur (CAD) fourni par un client, un machiniste expert utilise un logiciel de fabrication assisté par ordinateur (CAM) pour créer les instructions pour l'usinage de la pièce. Sur la base du modèle CAO, le logiciel détermine les chemins d'outils nécessaires et génère le code de programmation qui indique la machine:
■ quels sont les régimes et les taux d'alimentation corrects
■ Quand et où déplacer l'outil et / ou la pièce
■ Quelle est la profondeur de couper
■ Quand appliquer le liquide de refroidissement
■ Tout autre facteur lié à la vitesse, au taux d'alimentation et à la coordination
Un contrôleur CNC utilise ensuite le code de programmation pour contrôler, automatiser et surveiller les mouvements de la machine.
Aujourd'hui, CNC est une caractéristique intégrée d'un large éventail d'équipements, des tours, des usines et des routeurs à l'EDM (usinage à décharge électrique), au laser et à la coupe de plasma. En plus d'automatiser le processus d'usinage et d'améliorer la précision, CNC élimine les tâches manuelles et libère des machinistes pour superviser plusieurs machines fonctionnant en même temps.
De plus, une fois qu'un chemin d'outil a été conçu et qu'une machine est programmée, elle peut exécuter une pièce à des fins de fois. Cela fournit un niveau élevé de précision et de répétabilité, ce qui rend le processus très rentable et évolutif.
Matériaux usinés
Certains métaux qui sont couramment usinés comprennent l'aluminium, le laiton, le bronze, le cuivre, l'acier, le titane et le zinc. De plus, le bois, la mousse, la fibre de verre et les plastiques tels que le polypropylène peuvent également être usinés.
En fait, à peu près n'importe quel matériau peut être utilisé avec l'usinage CNC de précision - bien sûr, en fonction de l'application et de ses exigences.
Quelques avantages de l'usinage CNC de précision
Pour de nombreuses petites pièces et composants utilisés dans une large gamme de produits manufacturés, l'usinage CNC de précision est souvent la méthode de fabrication de choix.
Comme c'est le cas pour pratiquement toutes les méthodes de coupe et d'usinage, les différents matériaux se comportent différemment et la taille et la forme d'un composant ont également un grand impact sur le processus. Cependant, en général, le processus d'usinage CNC de précision offre des avantages par rapport aux autres méthodes d'usinage.
C'est parce que l'usinage CNC est capable de livrer:
■ Un haut degré de complexité en partie
■ Tolérances étroites, allant généralement de ± 0,0002 "(± 0,00508 mm) à ± 0,0005" (± 0,0127 mm)
■ finitions de surface exceptionnellement lisses, y compris les finitions personnalisées
■ Répétabilité, même à des volumes élevés
Alors qu'un machiniste qualifié peut utiliser un tour manuel pour faire une partie de qualité en quantités de 10 ou 100, que se passe-t-il lorsque vous avez besoin de 1 000 pièces? 10 000 pièces? 100 000 ou un million de pièces?
Avec l'usinage CNC de précision, vous pouvez obtenir l'évolutivité et la vitesse nécessaires à ce type de production à volume élevé. De plus, la répétabilité élevée de l'usinage CNC de précision vous donne des pièces qui sont toutes identiques du début à la fin, peu importe le nombre de pièces que vous produisez.
Il existe des méthodes très spécialisées d'usinage CNC, y compris l'EDM filaire (usinage à décharge électrique), l'usinage additif et l'impression laser 3D. Par exemple, le fil EDM utilise des matériaux conducteurs - généralement des métaux - et des décharges électriques pour éroder une pièce en formes complexes.
Cependant, ici, nous nous concentrerons sur les processus de fraisage et de tournage - deux méthodes soustrères qui sont largement disponibles et fréquemment utilisées pour l'usinage CNC de précision.
Misonage vs tournant
Le broyage est un processus d'usinage qui utilise un outil de coupe cylindrique rotatif pour éliminer le matériau et créer des formes. L'équipement de fraisage, connu sous le nom d'un moulin ou d'un centre d'usinage, accomplit un univers de géométries de pièces complexes sur certains des plus grands objets usinés en métal.
Une caractéristique importante du broyage est que la pièce de travail reste stationnaire pendant que l'outil de coupe tourne. En d'autres termes, sur un moulin, l'outil de coupe rotatif se déplace autour de la pièce, qui reste fixée en place sur un lit.
Le tournant est le processus de coupe ou de mise en forme d'une pièce sur l'équipement appelé tour. En règle générale, le tour fait tourner la pièce sur un axe vertical ou horizontal tandis qu'un outil de coupe fixe (qui peut ou non tourner) se déplace le long de l'axe programmé.
L'outil ne peut pas faire le tour physiquement de la pièce. Le matériau tourne, permettant à l'outil d'effectuer les opérations programmées. (Il y a un sous-ensemble de tours dans lesquels les outils tournent autour d'un fil nourri à la bobine, cependant, qui n'est pas couvert ici.)
En tournant, contrairement au broyage, la pièce tourne la pièce. La pièce de pièce tourne sur la broche du tour et l'outil de coupe est mis en contact avec la pièce.
Manuel vs usinage CNC
Bien que les usines et les tours soient disponibles dans des modèles manuels, les machines CNC sont plus appropriées aux fins de la fabrication de petites pièces - offrant une évolutivité et une répétabilité pour les applications nécessitant une production à haut volume de pièces de tolérance serrée.
En plus d'offrir des machines simples à 2 axes dans lesquelles l'outil se déplace dans les axes X et Z, l'équipement CNC de précision comprend des modèles multi-axes dans lesquels la pièce peut également se déplacer. Cela contraste avec un tour où la pièce est limitée à la rotation et les outils se déplaceront pour créer la géométrie souhaitée.
Ces configurations multi-axes permettent la production de géométries plus complexes en une seule opération, sans nécessiter de travail supplémentaire par l'opérateur de la machine. Cela facilite non seulement la production de pièces complexes, mais réduit ou élimine également le risque d'erreur de l'opérateur.
De plus, l'utilisation d'un liquide de refroidissement à haute pression avec l'usinage CNC de précision garantit que les puces ne pénètrent pas dans les travaux, même lors de l'utilisation d'une machine avec une broche orientée verticalement.
Moulins CNC
Différentes machines de fraisage varient dans leurs tailles, leurs configurations d'axe, leurs débits d'alimentation, la vitesse de coupe, la direction de l'alimentation du fraisage et d'autres caractéristiques.
Cependant, en général, les moulins CNC utilisent tous une broche rotative pour couper des matériaux indésirables. Ils sont utilisés pour couper des métaux durs tels que l'acier et le titane, mais peuvent également être utilisés avec des matériaux tels que le plastique et l'aluminium.
Les usines CNC sont conçues pour la répétabilité et peuvent être utilisées pour tout, du prototypage à la production à haut volume. Les moulins CNC de précision haut de gamme sont souvent utilisés pour des travaux de tolérance serrée tels que le moulage des matrices et les moules fines.
Alors que le fraisage CNC peut offrir un délai d'exécution rapide, la finition frappée par la fin crée des pièces avec des marques d'outils visibles. Il peut également produire des pièces avec des arêtes et des bavures vives, de sorte que des processus supplémentaires peuvent être nécessaires si les bords et les rondelles sont inacceptables pour ces caractéristiques.
Bien sûr, les outils déburorisants programmés dans la séquence seront déburr, bien qu'il obtienne généralement 90% des besoins finis au maximum, laissant certaines fonctionnalités pour la finition finale.
Quant à la finition de surface, il existe des outils qui produiront non seulement une finition de surface acceptable, mais aussi une finition en forme de miroir sur des parties du produit de travail.
Types de moulins CNC
Les deux types de broyeurs de base sont appelés centres d'usinage vertical et centres d'usinage horizontal, où la principale différence est dans l'orientation de la broche de la machine.
Un centre d'usinage vertical est un moulin dans lequel l'axe de la broche est aligné dans une direction de l'axe z. Ces machines verticales peuvent être divisées en deux types:
■ Moiltes de lit, dans lesquelles la broche se déplace parallèle à son propre axe tandis que la table se déplace perpendiculairement à l'axe de la broche
■ Muffres de tourelle, dans lesquelles la broche est stationnaire et la table est déplacée de sorte qu'elle est toujours perpendiculaire et parallèle à l'axe de la broche pendant l'opération de coupe
Dans un centre d'usinage horizontal, l'axe de la broche du moulin est aligné dans une direction de l'axe y. La structure horizontale signifie que ces usines ont tendance à prendre plus de place sur l'atelier d'usinage; Ils sont également généralement plus lourds en poids et plus puissants que les machines verticales.
Un moulin horizontal est souvent utilisé lorsqu'une meilleure finition de surface est nécessaire; En effet, l'orientation de la broche signifie que les copeaux de coupe tombent naturellement et sont facilement retirés. (En tant qu'avantage supplémentaire, l'élimination efficace des puces aide à augmenter la durée de vie de l'outil.)
En général, les centres d'usinage vertical sont plus répandus car ils peuvent être aussi puissants que les centres d'usinage horizontaux et peuvent gérer de très petites pièces. De plus, les centres verticaux ont une empreinte plus petite que les centres d'usinage horizontal.
Moulins CNC multi-axes
Les centres d'usine CNC de précision sont disponibles avec plusieurs axes. Un moulin à 3 axes utilise les axes x, y et z pour une grande variété de travaux. Avec un moulin à 4 axes, la machine peut tourner sur un axe vertical et horizontal et déplacer la pièce pour permettre un usinage plus continu.
Un moulin à 5 axes a trois axes traditionnels et deux axes rotatifs supplémentaires, permettant à la pièce d'être tournée lorsque la tête de broche se déplace autour de lui. Cela permet à cinq côtés d'une pièce d'être usinés sans retirer la pièce et réinitialiser la machine.
CNC Lathes
Un tour - également appelé centre tournant - a une ou plusieurs broches et des axes x et z. La machine est utilisée pour faire pivoter une pièce sur son axe pour effectuer diverses opérations de coupe et de mise en forme, en appliquant une large gamme d'outils à la pièce.
Les tours CNC, qui sont également appelés tours d'outillage en direct, sont idéaux pour créer des parties cylindriques ou sphériques symétriques. Comme les moulins CNC, les tours CNC peuvent gérer des opérations plus petites telles que le prototypage, mais peuvent également être configurées pour une répétabilité élevée, soutenant une production à haut volume.
Les tours CNC peuvent également être mis en place pour une production relativement mains libres, ce qui les rend largement utilisées dans les industries automobiles, électronique, aérospatiale, robotique et des dispositifs médicaux.
Comment fonctionne un tour CNC
Avec un tour CNC, une barre vierge de matériau d'origine est chargée dans le mandrin de la broche du tour. Ce mandrin maintient la pièce en place pendant que la broche tourne. Lorsque la broche atteint la vitesse requise, un outil de coupe stationnaire est mis en contact avec la pièce pour retirer le matériau et obtenir la géométrie correcte.
Un tour CNC peut effectuer un certain nombre d'opérations, telles que le forage, le filetage, l'ennui, l'alésage, le tournant et le tournant à la conique. Différentes opérations nécessitent des changements d'outils et peuvent augmenter le coût et le temps d'installation.
Lorsque toutes les opérations d'usinage requises sont terminées, la pièce est coupée du stock pour un traitement ultérieur, si nécessaire. Le tour CNC est alors prêt à répéter l'opération, avec peu ou pas de temps d'installation supplémentaire généralement requis entre les deux.
Les tours CNC peuvent également accueillir une variété de mangeoires à barres automatiques, ce qui réduit la quantité de manipulation manuelle des matières premières et offrent des avantages tels que les suivants:
■ Réduire le temps et les efforts requis de l'opérateur de la machine
■ Soutenez le bar à barre pour réduire les vibrations qui peuvent affecter négativement la précision
■ Permettez à la machine-outil de fonctionner à des vitesses de broche optimales
■ Minimiser les temps de changement
■ Réduire les déchets de matériaux
Types de tours CNC
Il existe un certain nombre de types de tours, mais les plus courants sont les tours CNC à 2 axes et les tours automatiques de style Chine.
La plupart des tours de Chine CNC utilisent une ou deux broches principales plus une ou deux broches arrière (ou secondaires), avec un transfert rotatif responsable des premiers. La broche principale effectue l'opération d'usinage primaire, à l'aide d'une bague guide.
De plus, certains tours de style chinois sont équipés d'une deuxième tête d'outil qui fonctionne comme un moulin CNC.
Avec un tour automatique de style CNC de la Chine, le matériel d'origine est alimenté par une broche de tête couchée dans une bague guide. Cela permet à l'outil de réduire le matériau plus près du point où le matériau est pris en charge, ce qui rend la machine Chine particulièrement bénéfique pour les parties tournées longues et minces et pour la micromachinage.
Les centres de rotation CNC multi-axes et les tours de style Chine peuvent effectuer plusieurs opérations d'usinage à l'aide d'une seule machine. Cela en fait une option rentable pour des géométries complexes qui nécessiteraient autrement plusieurs machines ou modifications d'outils à l'aide d'un équipement tel qu'un moulin CNC traditionnel.