Qu'est-ce que le fraisage CNC ? Procédé, avantages et applications

Qu'est-ce que le routage CNC

Usinage CNC Il existe plusieurs types de procédés, notamment le routage, le fraisage et le tournage. Le routage CNC est un procédé d'usinage utilisé pour la découpe, la gravure, le perçage et le façonnage de matériaux tendres. 

Une fraiseuse CNC sculpte et façonne des matériaux tels que le bois, le plastique, la mousse, l'aluminium, le laiton et quelques autres métaux tendres. Cependant, ses axes de mouvement et sa portée d'outil sont limités par rapport aux fraiseuses CNC. 

Discutons du processus de routage CNC, de ses avantages et applications, de l'outillage, des types de routeurs et de la différence entre le routage et le fraisage. 

Qu'est-ce que le routage CNC ? 

Processus de routage CNC

Il s'agit d'un processus d'usinage guidé par des instructions CNC, qui découpe, façonne et grave des motifs complexes dans le matériau. Comme pour tous les autres procédés CNC, une conception CAO 2D ou 3D sert de base au processus. 

La fabrication par fraisage est réalisée sur une fraiseuse CNC, équipée d'un grand banc de travail et de fraises rotatives pour façonner le matériau. Cela permet d'usiner des feuilles fines et de grandes dimensions. 

Contrairement aux axes supérieurs fraisage CNCLe fraisage CNC implique généralement des mouvements sur 3 ou 5 axes. Par conséquent, sa capacité à créer des formes complexes est limitée. Cependant, il surpasse le fraisage et le tournage pour la gravure de motifs complexes et de grande taille.

Étapes du processus de routage CNC

Pour comprendre le fonctionnement d'une fraiseuse CNC, examinons les étapes de routage telles que la création de conception, la programmation CNC, la configuration et le positionnement du routeur, le processus d'usinage, et post-traitement.

Création de conception

Tout d'abord, une conception 2D et 3D détaillée du composant souhaité est réalisée, précisant ses dimensions, ses caractéristiques et autres caractéristiques. Lors de la conception, il est essentiel de prendre en compte la complexité et la fabricabilité. 

Vous pouvez utiliser AutoCAD, Solidworks, CATIA ou tout autre logiciel de conception assistée par ordinateur pertinent pour préparer le modèle 3D. 

Programmation CNC

Code G CNC

Un fichier contenant des instructions numériques est appelé programmation CNC, ce qui implique  Code G CNC et les lignes de code M. Le programme est généralement généré dans un logiciel de FAO. 

Choix des matériaux

Le choix du matériau nécessite plusieurs considérations. Premièrement, ses propriétés mécaniques et physiques doivent justifier les exigences de l'application. Deuxièmement, il faut également tenir compte de son usinabilité, de ses exigences opérationnelles et de son coût. 

Configuration et positionnement du routeur

Les outils et la pièce sont serrés sur la broche/défonceuse et le banc de la machine. Ensuite, la fraise est positionnée à (0,0,0) par rapport à la pièce. Il est également essentiel de choisir le bon type d'outil de défonceuse et le bon matériau. Si la barre de travail est en matériau dur, privilégiez les outils à revêtement dur. 

Processus de routage CNC

Le processus de fraisage CNC démarre, en suivant scrupuleusement les paramètres et la trajectoire d'outil prédéfinis. La fraise rotative engage la pièce et enlève la matière avec précision.  

Bien que le processus d'usinage soit automatisé, vous devez assurer une surveillance étroite du processus, comme la formation de copeaux et l'usure des outils. 

Post-traitement

Une fois la forme souhaitée obtenue, des opérations de post-traitement, comme le sablage et le polissage, permettent d'améliorer la finition et la précision dimensionnelle. De plus, certaines pièces peuvent nécessiter un traitement thermique, une peinture adhésive ou d'autres procédés. 

Contrôle Qualité 

Une fois les opérations de finition et de post-traitement terminées, les pièces usinées CNC sont soumises à des contrôles qualité. Ces contrôles consistent à tester différentes propriétés et à vérifier la précision dimensionnelle. Des équipements tels que des machines à usinage tridimensionnel (MMT), des micromètres et des pieds à coulisse sont utilisés à ces étapes. 

Machine de routeur CNC et ses composants 

Routeur CNC

Une fraiseuse CNC est un équipement commandé par ordinateur utilisé en fabrication soustractive. Elle utilise différents types d'outils de coupe pour façonner, sculpter, percer ou graver des matériaux tendres. Les outils sont fixés à la broche rotative, qui se déplace le long de la pièce fixe pour enlever la matière et obtenir la forme souhaitée.

La construction de type Granty assure la rigidité de la machine pour un fonctionnement stable. Par conséquent, il est nécessaire de changer les outils de fraisage en fonction des caractéristiques de conception. Une fraiseuse CNC avancée peut être équipée d'un mécanisme automatique de changement d'outils. 

Examinons quelques composants du routeur CNC, notamment le cadre structurel, le banc d'usinage, la broche, les moteurs plus raides ou servo, le contrôleur CNC et les outils de coupe :  

Composants de routeur CNC 

Cadre structurel 

La fraiseuse CNC est équipée d'un châssis de type portique. Les pièces du châssis sont fabriquées en acier haute résistance ou en alliages d'aluminium. Sa fonction principale est de supporter d'autres composants, comme la broche, et de résister aux efforts de coupe. Il amortit également les vibrations liées à l'usinage. 

Lit d'usinage 

Ce composant serre la pièce et offre une zone d'usinage. Le banc d'usinage est donc une surface plane dotée de rainures en T ou d'autres mécanismes de serrage. Outre un maintien sûr de la pièce, il peut également être équipé de capteurs électroniques pour assurer un déplacement précis de l'outil.

Broche

Broche de toupie 

La broche est le composant qui fixe l'outil de coupe dans un mandrin ou une pince. Robuste et rigide, elle est équipée d'arbres rotatifs et de roulements pour la rotation de l'outil, jusqu'à 10 000 tr/min, voire plus. Le système CNC guide ainsi les servomoteurs connectés pour le mouvement de la broche selon les axes X, Y et Z. 

La différence entre une toupie et une broche est qu'une toupie est un usinage moins rigide et de qualité grand public, tandis qu'une broche est un moteur de qualité industrielle conçu pour une précision et une durabilité accrues.

Moteurs plus raides ou servomoteurs 

Les moteurs facilitent le mouvement de la broche ou du portique selon les instructions de la CNC. Le système CNC contrôle le positionnement et s'ajuste en fonction des informations reçues. Les moteurs peuvent être pas à pas, servomoteurs, ou les deux. Les servomoteurs sont plus précis et équipent les défonceuses industrielles, tandis que les moteurs pas à pas sont utilisés dans les défonceuses de loisir et de bureau. 

CNC Controller

C'est le cerveau de la fraiseuse CNC, qui détermine la trajectoire et le mouvement de l'outil, la vitesse de coupe, la profondeur et d'autres variables d'usinage. Par conséquent, il coordonne les servomoteurs pour le mouvement de l'outil.  

Les contrôleurs CNC impliquent des ports pour l'entrée du programme CNC, le circuit d'entraînement et ont la capacité d'interpréter et d'agir sur les codes G et M générés sur Logiciel FAO. 

Outils de coupe 

Fraises de fraisage CNC 

Il existe plusieurs types d'outils de coupe utilisés en fraisage CNC, chacun offrant des capacités d'usinage et des caractéristiques spécifiques. Les outils les plus courants sont les fraises à bec et à bec bas, les fraises en V, les fraises à compression, les fraises à goujures droites et les fraises à queue.

Types de routeurs CNC

Types de routeurs CNC

Il existe différents types de routeurs CNC disponibles sur le marché, selon leurs capacités et leur utilisation spécifique. On trouve notamment des routeurs de bureau, des routeurs industriels et des routeurs multiaxes.

Routeur de bureau

Les défonceuses de bureau sont de petites machines spécialisées pour les petits composants. Elles peuvent être installées dans un espace restreint ou au-dessus d'une table. Par conséquent, ce type de défonceuse convient aux petits composants, aux projets de bricolage et aux amateurs. 

Routeur CNC industriel

Ce type de défonceuse est puissant et permet de façonner ou de sculpter des composants de grandes dimensions. Elle est utilisée pour produire des pièces précises et de qualité industrielle pour l'automobile, la fabrication, l'aérospatiale et d'autres secteurs. De plus, la défonceuse CNC industrielle est également plus rapide et convient à divers projets de fraisage. 

Routeur CNC multi-axes

Une fraiseuse CNC multiaxes est une machine de fraisage capable de se déplacer sur 3, 4 ou 5 axes. La broche peut se déplacer sur plusieurs axes pour former des formes géométriques complexes. De plus, les fraiseuses multiaxes permettent d'effectuer des opérations de fraisage, de découpe, de filetage, de perçage, de gravure et autres.

Routeurs CNC de loisir

Comme leur nom l'indique, ces types de défonceuses sont utilisées par les amateurs et les étudiants pour leurs projets de bricolage. Certains petits ateliers peuvent également les utiliser pour de petits travaux de menuiserie. De plus, elles sont économiques et compactes. Si vous souhaitez apprendre les bases du défonçage, ce type de défonceuse est le choix idéal. 

Routeurs CNC ATC (changeur d'outils automatique)

Ces types de défonceuses sont équipées d'un système de changement automatique d'outils. Conformément aux codes CNC, elles peuvent effectuer des opérations de perçage, de profilage, de filetage, de tronçonnage et autres en modifiant simultanément les outils. De plus, les défonceuses ATC réduisent le temps de réglage et permettent de réaliser des pièces complexes à multiples fonctions. 

Routeurs CNC basés sur l'imbrication

Ces défonceuses disposent les pièces de manière serrée sur la tôle pour minimiser les déchets. Elles sont associées à des tables à vide et à des parcours d'outils optimisés. Les défonceuses imbriquées sont populaires en ébénisterie, en fabrication de meubles et en signalétique.

Quel matériau peut être utilisé dans le routage CNC ? 

Bien que les routeurs CNC soient plus couramment utilisés dans le travail du bois, ils peuvent également gérer une variété de Matériaux d'usinage CNC, y compris les plastiques, les composites et certains métaux tendres. Le principal inconvénient de la compatibilité des matériaux est l'impossibilité d'usiner des matériaux durs comme l'acier trempé et les alliages de titane. 

Bois (résineux, feuillus, contreplaqué)

Le bois est le matériau le plus utilisé pour le fraisage CNC, notamment le bois tendre, le bois dur et le contreplaqué. Les bois durs nécessitent des avances plus lentes et des fraises en carbure plus affûtées, tandis que le contreplaqué et le bois tendre sont usinés avec des fraises à coupe ascendante ou à compression.

Acrylique (PMMA)

Pièces en PMMA

L'acrylique est un matériau brillant et vitreux. Lors du fraisage, il est usiné avec des fraises à une goujure, à goujure en O ou à compression pour éviter la fusion et la refusion. Par la suite, les vitesses de broche élevées réduisent l'écaillage et forment des bords lisses.

ABS

L'ABS est un thermoplastique durable, idéal pour les prototypes fonctionnels et la signalétique. On utilise généralement des fraises à deux goujures tranchantes pour le fraisage de l'ABS, car elles permettent une bonne évacuation des copeaux. Par ailleurs, il est important d'assurer une ventilation adéquate pour l'évacuation des fumées.

Alliages d'aluminium

Les alliages d'aluminium n'ayant pas une dureté élevée, ils peuvent être usinés avec des outils en carbure. Ils nécessitent une vitesse de broche et une avance élevées pour un fraisage fluide. Vous pouvez choisir des nuances comme 7075, 6061 et 2020, en fonction des propriétés requises pour votre application.

Laiton

Le laiton est généralement utilisé pour les pièces décoratives et de précision. Le fraisage du laiton nécessite un outillage tranchant en carbure ou en acier rapide, des vitesses de broche modérées et des angles de coupe positifs. Le laiton étant plus lourd, il nécessite des montages rigides pour éviter les vibrations. Un arrosage minimal ou un jet d'air comprimé sont indispensables pour l'évacuation des copeaux. 

Vous pouvez utiliser l’un des matériaux suivants dans le processus de routage CNC :

• Bois franc 
• Bois tendre
• Contreplaqué
• MDF
• Acrylic
• Polycarbonate
• ABS
• Alliages d'aluminium
• Laiton
• MOUSSE
• Caoutchouc 

Si vous êtes davantage intéressé par les matériaux CNC, lisez les différents articles types de plastique pour l'usinage CNC ici. 

Quelles sont les applications du routeur CNC ?  

Pièces de routage CNC

Les routeurs CNC sont utilisés pour façonner, découper, percer, sculpter et graver des matériaux dans divers secteurs. Ils sont essentiels pour le fraisage du bois, la signalétique, les panneaux publicitaires, la sculpture, etc. 

Le tableau ci-dessous décrit les applications du routeur CNC avec des exemples :

Outre la production industrielle à grande échelle, les routeurs CNC sont également indispensables au prototypage esthétique et fonctionnel. Rapides et économiques, ils permettent le prototypage rapide de biens de consommation, d'électronique, d'éléments architecturaux et de produits décoratifs.

Avantages du routage CNC

Le fraisage CNC offre une haute précision, une répétabilité élevée, un grand plateau d'usinage, des délais d'exécution rapides et des options d'outillage polyvalentes. Voyons cela en bref.

• Moindre coût: Le routage CNC est moins coûteux que le fraisage de matériaux tendres en raison de la vitesse de production et du faible coût d'installation. 
• Formes 2.5 et 3D : Il peut couper des feuilles, graver des motifs et créer des formes 3D à l'aide de différents types d'outils de routage. 
• Grand banc d'usinage : La taille du banc d'usinage est plus grande par rapport aux fraiseuses CNC, ce qui permet de façonner et de sculpter de grandes pièces. 
• Précision et répétabilité: Les fraiseuses CNC permettent d'atteindre des tolérances très strictes, jusqu'à ± 0.0025 mm. De plus, le contrôle informatique du processus produit des pièces aux dimensions constantes. 
• Production plus rapide : L'automatisation de l'enlèvement de matière et le changeur d'outils automatique avancé réduisent les temps d'arrêt de la machine, améliorant ainsi la vitesse et l'efficacité de la production. 
• Options d'outillage plus larges : Les routeurs CNC disposent d'options d'outillage polyvalentes pour couvrir une large gamme de conceptions complexes. 

Lire la suite:

• Guide de conception pour la fabrication 
• Fabrication de pièces aérospatiales

Quelles sont les différentes opérations de routage CNC ?

Il existe plusieurs opérations de fraisage CNC, chacune dotée d'un mécanisme d'enlèvement de matière distinct et permettant de créer une fonction spécifique. Parmi celles-ci :  

Voyons quand ils sont utilisés : 

Quels sont les outils nécessaires au routage CNC ?

Le routage CNC nécessite trois types d'outils pour exécuter les opérations et produire des pièces conformes aux spécifications souhaitées : des outils de coupe, des outils de serrage et des outils de contrôle qualité. Chacun de ces outils joue un rôle spécifique dans le processus d'usinage.

Examinons plus en détail les outils de coupe, de maintien et de contrôle qualité. 

Outils de coupe 

Ils entrent en contact direct avec la pièce pour l'enlèvement de matière et façonnent la forme souhaitée. Les procédés de fraisage utilisent des outils de coupe tels que des fraises, des fraises en V, des fraises à coupe droite, des fraises à bout hémisphérique, des fraises à compression et des fraises hélicoïdales. 

Outils de serrage 

Ces outils servent à fixer la surface de travail sur le banc d'usinage et l'outil sur la broche. Outre l'alignement et la stabilité, leur rôle est essentiel pour la sécurité de l'opérateur. Parmi les outils de serrage les plus courants, on trouve les fixations à rainures en T, les brides mécaniques, les étaux, les systèmes de serrage par le vide, les sauterelles, les serre-joints à étages, les vis et boulons et les cloueuses.

Outils de contrôle de la qualité 

Sonde CMM 

Les outils de contrôle qualité peuvent être classés en deux catégories : les outils utilisés avant l'usinage pour l'étalonnage des réglages, et ceux utilisés pour inspecter les pièces tournées après usinage. Le rôle de ces outils est de garantir la précision dimensionnelle et la qualité globale des pièces fabriquées. 

Les exemples d'outils de contrôle qualité sont les indicateurs à cadran, les indicateurs de test, les détecteurs de bord, les sondes tactiles, les dispositifs de réglage de longueur d'outil, les blocs d'étalonnage et les systèmes d'étalonnage laser. 

Facteurs influençant le coût du fraisage CNC

Le coût d'installation initial d'un fraisage CNC est relativement faible ; une fraiseuse standard coûte environ 200 000 $. Cependant, le coût de production, de fraisage horaire ou par projet dépend de différents facteurs.

La liste ci-dessous décrit les facteurs communs influençant le coût du routage CNC : 

1. Plus la capacité du routeur CNC que vous utilisez est élevée, plus le coût des machines à axes est élevé.
2. Les fonctionnalités complexes nécessitent des stratégies de trajectoire d'outil spécialisées, ce qui augmente les coûts.
3. Le type de matériau influence également le coût. Par exemple, les matériaux plus durs nécessitent des outils spécialisés et prennent plus de temps que les matériaux plus tendres. 
4. Si vos pièces nécessitent une précision plus stricte et une finition de surface plus fine, cela peut également augmenter le coût. 
5. Le coût varie également selon le pays d'où provient le service. Les fabricants d'Asie et d'Amérique du Nord sont généralement plus rentables. 

Erreurs à éviter lors du routage CNC

Des écarts mineurs ou des erreurs de processus peuvent entraîner des pièces défectueuses, voire une panne totale. Il est donc essentiel d'éviter certaines erreurs lors du fraisage CNC, comme le choix de l'avance, du type d'outil, du serrage lâche et de l'entretien régulier.

• Alimentation et vitesse incorrectes : Soyez conscient des vitesses d'avance et de vitesse de broche correctes en fonction du matériau de travail et de l'opération de tournage que vous effectuez. 
• Mauvais type d'outil : Vous devez choisir le bon outil, sinon cela entraînera des imprécisions et une usure de l'outil. 
• Configuration et alignement : Fixez la pièce avec la force de serrage appropriée ; un serrage lâche provoque une déflexion et un serrage serré peut endommager la surface du matériau de travail. 
• Ignorer l'étalonnage : Utiliser l'équipement et les outils pour calibrer la configuration et la qualité des pièces tournées CNC. 
• Entretien irrégulier : Ne négligez pas l’entretien périodique et préventif des tours CNC. 

Durée moyenne du routage CNC

La durée des plages de routage CNC de quelques minutes à 12 heuresSi vous créez un profil 2D simple, cela peut être réalisé en 10 minutes sur une toupie multi-axes, alors qu'il peut falloir plusieurs heures pour sculpter un motif volumineux et complexe. 

Les facteurs communs influençant la durée du routage CNC sont le type de matériau de travail, les caractéristiques complexes de la conception, le type de routeur CNC utilisé, le temps d'arrêt de la machine, la complexité du parcours de l'outil et la profondeur de coupe. 

Fraisage CNC vs. fraisage

Processus de fraisage CNC

Le routage et le fraisage CNC remplissent des rôles distincts, mais qui se chevauchent. Les routeurs privilégient un régime de broche élevé, de grands bancs et un enlèvement de matière rapide pour les matériaux plus tendres. En revanche, le fraisage offre une rigidité et un couple élevés, ainsi qu'une grande flexibilité de déplacement sur l'axe Z.

Regardons le tableau comparatif des principales différences entre le routage et le fraisage :

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Conclusion

Le tournage CNC est un procédé de fabrication polyvalent permettant de façonner, découper, sculpter et graver des matériaux tendres. Ce procédé contrôlé par ordinateur offre une précision et une régularité excellentes. Cependant, l'optimisation de la technique dessin & les paramètres d'usinage, et le choix du bon type d'outil sont essentiels pour exploiter pleinement les capacités des routeurs CNC. 

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QFP

Comment fonctionne le routage CNC ?
Le tournage CNC utilise des outils rotatifs pour enlever de la matière, contrôlés par un programme CNC. La broche se déplace sur les axes X, Y et Z et suit la trajectoire de l'outil jusqu'à l'obtention de la pièce/du produit souhaité. 

Quelle est la différence entre le fraisage CNC et le routage CNC ?

La principale différence entre le fraisage CNC et le routage réside dans les matériaux qu'ils peuvent traiter. Le fraisage peut travailler avec des matériaux durs, tandis que le routage est destiné au bois, aux plastiques et aux métaux tendres. 

Combien de temps prend le routage CNC ?
Le routage CNC est un processus d'usinage rapide. Cependant, le temps exact dépend de la taille, de la complexité de la conception, du type de matériau, de la précision souhaitée et de la qualité de finition.