Usinage CNC par fraisage : Guide complet | JS Precision

L'usinage par fraisage CNC résout de nombreux problèmes de fabrication. Imaginez comment un bloc d'aluminium massif peut être transformé en quelques jours en un fuselage de drone comportant des centaines de trous de précision, des surfaces complexes et des tolérances serrées ?

La réponse réside dans la « main magique » de la fabrication moderne : l’usinage par fraisage CNC. Outre sa capacité à transformer des plans numériques en pièces tangibles, cette technologie constitue l’un des principaux moteurs de l’innovation dans des domaines aussi variés que l’aérospatiale et les dispositifs médicaux.

Ce guide complet, rédigé par les experts de JS Precision, vous permettra de comprendre comment le fraisage CNC donne vie à vos idées avec une précision, une efficacité et une régularité optimales.

Résumé des réponses clés

JS Precision : Votre fournisseur de fraisage CNC de précision

JS Precision est spécialisée dans l'usinage CNC de précision depuis 12 ans et est certifiée ISO 9001 et AS9100. L'entreprise compte plus de 600 clients issus de 12 secteurs d'activité : aérospatiale, médical, automobile, drones, énergies nouvelles, etc.

Chaque année, JS Precision fabrique plus de 30 000 pièces usinées par fraisage CNC. Son parc de machines comprend des modèles haut de gamme de DMG MORI et Haas.

Nous fabriquons des clous osseux en alliage de titane pour le secteur médical, avec une précision stable de ± 0,005 mm grâce à des dispositifs hydrauliques sur mesure et un contrôle rigoureux des paramètres. Les paramètres de fabrication et la vérification de la biocompatibilité sont conformes à la norme ISO 5832-3 relative aux implants chirurgicaux.

Nous produisons des supports en alliage d'aluminium pour les entreprises aérospatiales, avec un rendement de 99,5 % par lot. Nous fabriquons des fixations pour languettes de batteries destinées aux entreprises du secteur des énergies nouvelles, avec une précision de ±0,01 mm.

Ce guide est un résumé pratique de plus de 3000 projets complexes et il est digne de confiance.

Vous souhaitez découvrir comment JS Precision peut adapter ses solutions de fraisage CNC à votre secteur d'activité ? Indiquez-nous vos besoins en usinage et les pièces que vous souhaitez usiner pour recevoir gratuitement une étude de cas personnalisée et maîtriser les aspects clés de l'usinage industriel en un temps record.

Comment l'usinage par fraisage CNC transforme-t-il les dessins numériques en réalité ?

Le fraisage CNC nécessite la collaboration de commandes numériques, d'outils de coupe et de dispositifs de fixation pour transformer les dessins en objets. Voici une description du processus d'usinage de base en fraisage CNC.

Du code au mouvement : le rôle cérébral de la commande numérique

Le contrôleur CNC est le « cerveau », tandis que le code G est le « langage d'instructions ».

Après l'importation des dessins CAO, le logiciel FAO les convertit en code G, comme G01 pour le déplacement linéaire et M03 pour la rotation avant de la broche. Ces instructions permettent à la commande numérique d'activer les servomoteurs, qui pilotent la table de travail et la trajectoire de la broche afin que celle-ci corresponde précisément au dessin.

Magasin d'outils et changeur d'outils

L'usinage automatisé multi-étapes peut être réalisé à l'aide d'un magasin d'outils et d'un changeur d'outils.

Les centres d'usinage de précision JS sont équipés d'un magasin d'outils de 20 à 40 emplacements pouvant contenir des fraises, des forets, etc. Le système change automatiquement les outils en fonction des exigences du processus d'usinage CNC, ce qui élimine le besoin d'intervention manuelle et permet ainsi d'effectuer des opérations de fraisage, de perçage et de taraudage en une seule étape.

Dispositifs de fixation : un serrage stable est la base de la précision

La fixation des pièces influe sur la précision. JS Precision conçoit des dispositifs de fixation adaptés au type de pièce, tels que des mandrins hydrauliques et à vide.

Par exemple, pour les pièces prototypes de moteurs automobiles, un dispositif sur mesure contrôle la force de serrage à 500-800 N avec une déformation minimale pour garantir que l'erreur dimensionnelle est inférieure à ±0,02 mm, assurant ainsi la précision des pièces usinées par fraisage CNC.

Figure 1 Les fraiseuses à commande numérique convertissent les modèles de conception assistée par ordinateur (CAO) tridimensionnels en une série d'instructions informatiques.

Comment maîtriser le processus d'usinage par fraisage CNC et atteindre une précision au micron près ?

Pour une précision au micron près, le processus d'usinage par fraisage CNC doit être optimisé, ce qui inclut l'identification des erreurs, les stratégies de contrôle et le retour d'information sur les mesures.

Identification des sources d'erreur : machines-outils, outils de coupe, déformation thermique et vibrations

• Erreur de machine-outil : Une machine-outil qui n’a pas été calibrée depuis 5 ans peut présenter une erreur de guidage de 0,03 mm.
• Erreur d'outil de coupe : lors de l'usinage d'alliages d'aluminium, les outils de coupe en acier rapide s'usent de 0,01 mm pour 100 pièces.
• Erreur de déformation thermique : lors d’un fonctionnement à 8 000 tr/min, une augmentation de température de 5 °C peut allonger la broche de 0,005 mm.
• Erreur due aux vibrations : La découpe profonde de pièces à cavité profonde peut facilement produire des vibrations, affectant la rugosité de surface.

Stratégie de contrôle de précision de JS Precision : de la prévention à la compensation

• Étalonnage mensuel des machines-outils à l'aide d'un interféromètre laser, contrôlant les erreurs de positionnement à ±0,003 mm près,
• Les capteurs infrarouges de la machine-outil signaleront automatiquement le besoin d'un remplacement si l'usure atteint 0,008 mm.
• Le système de refroidissement à température constante permet de maintenir le fluide de coupe à 20±1℃ afin de réduire la déformation thermique.
• Les patins antivibratoires placés sur le socle de la machine-outil réduisent les vibrations de 10 % lors de l'usinage de pièces en acier.

Mesure et retour d'information : garantir la qualité de chaque pièce grâce aux données

JS Precision a mis en place un système de contrôle qualité complet , avec échantillonnage à chaque étape du processus. Une machine à mesurer tridimensionnelle est utilisée pour le contrôle dimensionnel des produits finis.

Par exemple, pour les composants optiques, 15 dimensions clés sont mesurées, chaque dimension est mesurée 3 fois et la moyenne est calculée ; tout écart est utilisé pour ajuster les paramètres du processus d'usinage par fraisage CNC.

Figure 2 Les pièces usinées par fraisage CNC possèdent des capacités incroyables pour un usinage précis et exact.

Centre d'usinage CNC 3 axes vs 5 axes : choisir le meilleur centre d'usinage pour votre projet

Le choix du centre d'usinage CNC adapté est essentiel pour optimiser l'efficacité et réduire les coûts. Les centres d'usinage à trois et cinq axes présentent chacun leurs propres avantages.

Centre d'usinage trois axes : le roi de l'usinage planaire économique et efficace

Grâce à son système de déplacement sur les axes X, Y et Z, cette machine est adaptée aux pièces planes telles que les plaques et les socles. Elle est économique et très performante. Par exemple, une plaque en alliage d'aluminium de 200 × 300 mm peut être usinée en une heure pour environ 50 $. En revanche, l'usinage d'une pièce aux surfaces courbes complexes nécessite de nombreuses opérations de bridage, ce qui peut engendrer des erreurs.

Centre d'usinage cinq axes : un outil puissant pour les surfaces courbes complexes et le formage en une seule étape

Comprenant les axes X, Y, Z + axes de rotation A, C, l'usinage multi-angles, les pièces complexes peuvent être serrées en une seule fois avec une grande précision, convient aux pièces aéronautiques et médicales, mais le coût est relativement élevé.

Comment JS Precision vous aide-t-il à faire un choix intelligent ?

JS Precision dispose de 10 centres d'usinage à trois axes et de 5 centres à cinq axes. Les ingénieurs recommandent, en fonction de la taille, de la complexité, de la précision et du budget de la pièce : par exemple, pour des socles simples en aluminium, un centre à trois axes est préférable afin de réduire les coûts ; pour des turbines complexes en alliage de titane, un centre à cinq axes est recommandé.

Comparaison des centres d'usinage CNC à trois et cinq axes

Figure 3 Fraisage CNC 5 axes. L'usinage continu sur cinq axes permet de produire des formes tridimensionnelles très complexes avec des surfaces détaillées.

Décryptage de la logique tarifaire des services complexes de fraisage CNC

Les coûts des services de fraisage CNC comprennent le temps machine, les matériaux et les frais de post-traitement. Comprendre ce calcul permet de maîtriser le budget.

Coûts en temps machine : complexité matérielle et géométrique

Le coût en temps machine est lié à la difficulté et à la durée d'usinage.

Comme la vitesse d'usinage de l'alliage de titane est trois fois inférieure à celle de l'alliage d'aluminium, le coût horaire de son usinage est plus élevé. Les pièces complexes à cavités profondes nécessitent cinq fois plus de temps d'usinage que les simples cubes. Ainsi, le coût horaire d'un cube en aluminium est de 50 $, tandis que celui d'une pièce complexe en alliage de titane s'élève à 300 $ pour 5 heures de travail.

Coûts des matériaux : de l’aluminium courant aux alliages spéciaux haut de gamme

Le prix des matériaux utilisés pour l'usinage CNC varie : l'aluminium 6061 coûte environ 10 $/kg, tandis que l'alliage de titane TC4 coûte environ 100 $/kg. Les pertes de matière sont incluses et estimées à 20 % pour une pièce complexe et à 5 % pour une pièce simple.

Post-traitement et finition : les composantes de coût souvent négligées

Le prix sera influencé par le traitement de finition : l’anodisation pour alliage d’aluminium coûte 20 $/m², le nickelage pour acier inoxydable 50 $/m², tandis que le polissage de haute précision doit être effectué manuellement, ce qui augmentera le coût en conséquence.

Référence commune des coûts des matériaux et du post-traitement

Vous souhaitez comprendre clairement le détail de votre devis pour les services d'usinage CNC ? Indiquez les spécifications de vos pièces (matériaux, dimensions et post-traitement) et JS Precision vous fournira un devis détaillé tout en optimisant votre conception pour réduire les coûts.

Quels modèles sont considérés comme parfaitement adaptés à l'usinage de pièces par fraisage CNC ?

Le fraisage CNC est particulièrement adapté aux trois types de conceptions suivants afin d' en maximiser les avantages.

Pièces d'accouplement de haute précision et à tolérances serrées

Le fraisage CNC excelle dans l'usinage de pièces d'assemblage avec une tolérance de ±0,01 à 0,05 mm , notamment pour divers supports aérospatiaux et montures de lentilles optiques exigeant une tolérance de ±0,005 mm. JS Precision atteint un taux de rendement supérieur à 99 % pour ce type de pièces usinées par fraisage CNC.

Prototypes fonctionnels à géométrie 3D complexe

Les prototypes complexes, tels que le bloc-moteur d'une voiture et le boîtier d'un dispositif portable, sont usinés directement à partir des fichiers CAO , sans aucun besoin de moule. Ceci permet une validation rapide de la conception et réduit le temps de cycle de R&D.

Pièces finales de haute valeur en petites et moyennes séries

Elle permet de produire des pièces de haute valeur en petites et moyennes séries (de 1 à 1 000 pièces) sans moule , réduisant ainsi les coûts. À titre d'exemple, on peut citer les instruments chirurgicaux (lots de 50 à 200 pièces) et les boîtiers de capteurs industriels (lots de 100 à 500 pièces). La production sera efficace et la qualité garantie par JS Precision.

Besoin de pièces usinées par fraisage CNC ? Précisez l’application, la taille du lot et les exigences de précision pour obtenir une évaluation de faisabilité gratuite et des recommandations DFM.

Optimisation des paramètres du processus d'usinage par fraisage CNC : au-delà des compétences de base

L'optimisation des paramètres vise à garantir la précision, l'efficacité et la durée de vie de l'outil. Voici quelques-unes des techniques principales :

L'équilibre parfait entre la vitesse de coupe et la vitesse d'avance

L'efficacité, la durée de vie des outils et la finition de surface sont toutes liées à la vitesse de coupe (avance). JS Precision détermine un réglage optimal en fonction des matériaux et des outils de fraisage CNC.

Pour l'alliage d'aluminium 6061, il convient d'utiliser des outils en carbure à 1 500 tr/min, avec une avance de 200 mm/min, tout en maintenant un état de surface Ra de 0,8 µm et une durée de vie de l'outil supérieure à 500 pièces. Pour l'acier inoxydable 304, la vitesse est réduite à 800 tr/min et l'avance à 100 mm/min afin d'éviter une usure excessive de l'outil.

Liquide de refroidissement et lubrification : bien plus qu’un simple système de refroidissement

Le liquide de refroidissement lubrifie, évacue les copeaux et réduit les déformations thermiques. Différents matériaux requièrent différentes méthodes de refroidissement : refroidissement à l’huile pour les alliages d’aluminium afin de limiter la formation de bavures, refroidissement à l’air comprimé pour les alliages de magnésium afin d’éviter la combustion, et refroidissement à l’air pour les plastiques techniques afin d’éviter les déformations.

Référence des paramètres de processus d'usinage par fraisage CNC pour les matériaux courants

Repousser les limites : stratégies pour surmonter les difficultés d’usinage des matériaux par fraisage CNC

Les matériaux difficiles à usiner, notamment ceux présentant une dureté élevée et une faible conductivité thermique, entraînent facilement une usure prématurée des outils et une faible précision. JS Precision propose des solutions sur mesure.

Usinage des alliages de titane et des alliages haute température

Difficultés : Dureté comprise entre 30 et 45 HRC, faible conductivité thermique, sensibilité à l’écrouissage. Solution : Utilisation de fraises en carbure spécifiques , vitesse de rotation réduite et avances élevées (300 à 500 tr/min), refroidissement haute pression (10 à 20 MPa).

Léger et résistant, les défis de l'usinage de l'acier inoxydable et de l'acier à moules

L'acier inoxydable adhère à la fraise ; utiliser des fraises revêtues de TiAlN et optimiser l'avance. Acier à moules (HRC 50 et plus) : recuit pour réduire la dureté, ébauche au carbure puis finition au CBN.

Usinage de précision des matériaux non métalliques : matériaux composites et plastiques techniques

En raison du risque de délaminage des matériaux composites, utilisez des fraises à spirale à grande vitesse et faible avance, avec un tampon de protection. Dans les plastiques techniques, la fusion étant fréquente , il convient d'utiliser des fraises en acier rapide refroidies par air afin d'éviter la formation de bavures et les déformations.

Solutions pour les matériaux difficiles à usiner par fraisage CNC

Étude de cas : De 48 heures à 8 heures – Comment la commande numérique 5 axes accélère les projets de drones de 83 %

Points de douleur des clients

Une start-up spécialisée dans les drones était confrontée à un problème urgent : fabriquer un fuselage en alliage de magnésium de 300 × 200 × 150 mm, doté d’une coque extérieure profilée complexe et de nervures de renfort internes.

Le procédé initial nécessitait six opérations de bridage sur trois machines CNC 3 axes et pouvait durer jusqu'à 48 heures. Malgré la très haute précision de chaque machine, le recalibrage nécessaire après chaque opération de bridage entraînait une erreur cumulée de 0,1 mm, limitant le rendement à 70 % et compromettant gravement le calendrier de lancement du produit.

JS Precision Solution

1. Sélection du matériel :

Nous utilisons un centre d'usinage à cinq axes (modèle DMG MORI NTX2000). Cette machine prend en charge la liaison des axes X, Y, Z, A et C, permettant ainsi l'usinage de toutes les surfaces du bâti en une seule opération et éliminant complètement les erreurs cumulatives dues à des opérations multiples.

2. Solution spécifique au matériau :

L'alliage de magnésium est un matériau inflammable. Nous avons adapté les paramètres de coupe (vitesse de broche : 5 000 tr/min, avance : 800 mm/min) et utilisé un refroidissement par air comprimé à haute pression (0,8 MPa) associé à un dépoussiéreur d'huile afin de garantir un refroidissement efficace tout en évitant la combustion des débris d'alliage de magnésium.

3. Optimisation de la trajectoire d'outil :

Nous avons appliqué la stratégie de fraisage dynamique du logiciel Mastercam afin d' optimiser la trajectoire d'outil et de réduire les déplacements à vide. Par exemple, nous avons transformé la trajectoire d'outil linéaire d'avance/retrait initiale en une trajectoire circulaire d'avance/retrait et combiné certaines opérations d'usinage adjacentes, ce qui a permis de réduire le temps de déplacement à vide de 8 heures à 2 heures.

Résultats

En appliquant la solution ci-dessus, le temps d'usinage d'un fuselage en alliage de magnésium a été réduit de 48 heures à 8 heures, ce qui a amélioré l'efficacité globale de 83 %.

Parallèlement, le moulage en une seule étape a permis d'éviter l'accumulation d'erreurs et de garantir une précision dimensionnelle des pièces à ±0,02 mm près, portant ainsi le taux de rendement à 99,5 %. De plus, la réduction du nombre d'opérations de serrage a permis de réaliser des économies d'environ 3 000 $ sur la fabrication de trois jeux d'outillage spéciaux.

Finalement, le drone du client a été lancé avec deux semaines d'avance, lui assurant une position avantageuse sur le marché. Par la suite, il a signé un accord de coopération à long terme avec nous, confiant l'intégralité de ses commandes de services de fraisage CNC à JS Precision.

Vous souhaitez accélérer et réduire les coûts de vos projets, comme l'usinage de fuselages de drones ? Appelez la hotline de JS Precision et planifiez une démonstration d'usinage sur notre centre d'usinage CNC 5 axes. Nous proposons des services d'usinage performants et de haute précision qui permettront à vos produits de conquérir rapidement le marché.

Figure 4 : Usinage CNC du corps de drone en alliage de magnésium

Collaborez avec JS Precision : Meilleures pratiques pour le lancement de votre prochain projet d’usinage CNC

Il n'est pas compliqué de démarrer un projet d'usinage CNC. JS Precision présente ici trois bonnes pratiques pour vous aider à réduire les coûts de communication et les pertes de temps.

Étape 1 : Les fichiers CAO normalisés doivent être fournis au format IGES ou STEP.Les dimensions doivent être spécifiées, ainsi que les tolérances et les références. Les dimensions critiques doivent être précises à ±0,02 mm. Si des structures de conception inappropriées – telles que des congés trop petits ou des cavités trop profondes – sont proposées, une optimisation devra être effectuée ultérieurement.

Étape 2 : Indiquez clairement les matériaux utilisés pour l’usinage CNC , tels que l’alliage d’aluminium 6061 et l’alliage de titane TC4. Précisez les exigences de précision, notamment les dimensions clés à ±0,01 mm, et indiquez clairement le traitement de surface requis (anodisation) afin d’ éviter les retouches dues à des exigences imprécises.

Étape 3 : Consultation DFM gratuite – Nos ingénieurs optimiseront davantage la conception à partir des documents et exigences reçus. Cela peut impliquer la standardisation des congés afin d’ajuster la profondeur des cavités. Nous avons aidé nos clients à optimiser la conception de leurs coques, ce qui leur a permis de réaliser jusqu’à 30 % d’économies sur le temps d’usinage et 25 % sur les coûts.

Prêt à démarrer votre projet d'usinage CNC ? Fournissez ici un cahier des charges et un fichier CAO, et bénéficiez dès maintenant d'une consultation DFM gratuite pour optimiser votre conception et réaliser des économies de temps et d'argent.

FAQ

Q1 : Quelle est la précision maximale qui peut être atteinte avec un fraisage CNC ?

La précision dépend de la classe de la machine-outil et des dimensions de la pièce. Grâce à ses machines-outils cinq axes haut de gamme, JS Precision peut atteindre une précision de ±0,01 mm de manière répétée. La précision exacte dépend de l'évaluation des dimensions et du matériau de la pièce.

Q2 : Comment choisir entre le fraisage CNC et l'impression 3D ?

Lorsque la pièce exige une résistance élevée, une grande précision et une excellente qualité de surface, l'usinage par fraisage CNC est préférable. En revanche, si la pièce doit présenter une structure interne complexe, nécessiter un prototypage rapide ou une résistance moindre, l'impression 3D peut être envisagée.

Q3 : Quelle est la taille maximale des pièces que vous pouvez manipuler ?

Les courses des centres d'usinage JS Precision sont variables, et le diamètre des pièces peut dépasser 1 500 mm . Veuillez nous fournir des plans afin que nous puissions vous donner une réponse précise concernant la compatibilité dimensionnelle.

Q4 : Quel est le délai habituel entre le devis et la livraison ?

Les pièces simples, comme les blocs d'aluminium, sont livrées sous 2 à 3 jours après réception du devis. Les projets plus complexes, tels que les turbines en alliage de titane, nécessitent un délai de 1 à 2 semaines. La date de livraison précise sera indiquée dans le devis.

Q5 : Quel matériau, entre les deux, est le mieux adapté au fraisage CNC : l'aluminium ou l'acier ?

L'aluminium est facile à usiner et peu coûteux, ce qui le rend adapté aux pièces peu exigeantes en termes de résistance. L'acier, quant à lui, offre une résistance élevée, mais son usinage est plus long et l'outillage plus onéreux. Le choix du matériau le plus approprié dépendra de votre application .

Q6 : Fournissez-vous des services d'assemblage ?

Oui, JS Precision propose un service complet , de l'usinage au traitement de surface jusqu'à l'assemblage final de vos pièces. L'entreprise garantit une qualité optimale après assemblage, conforme à vos exigences.

Q7 : Comment puis-je réduire mes coûts d'usinage CNC ?

Notre service DFM vous aidera à réduire efficacement vos coûts en optimisant la conception grâce à la réduction de la profondeur des cavités et à l'uniformisation du rayon de congé, à la sélection de matériaux appropriés et à l'assouplissement des tolérances non critiques.

Q8 : Outre le fraisage, quels autres services d'usinage proposez-vous ?

Outre le fraisage CNC, la gamme de services proposés par JS Precision comprend le tournage, la découpe au fil et la découpe laser, ce qui peut répondre à la plupart de vos besoins en matière de fabrication de précision.

Résumé

L'usinage par fraisage CNC est une sorte de « main magique » dans la fabrication de précision, transformant les dessins numériques en pièces usinées de haute précision et de haute qualité . Qu'il s'agisse de surfaces courbes complexes ou d'assemblages aux tolérances serrées, il peut tout faire avec aisance.

Forte de 12 ans d'expérience, d'un parc d'équipements complet et de solutions sur mesure, JS Precision aide ses clients à surmonter les défis de l'usinage, à accélérer la production et à réduire les coûts.

Votre conception mérite une fabrication parfaite.

Téléchargez dès maintenant votre fichier de modèle 3D sur la plateforme de devis en ligne de JS Precision et obtenez un devis détaillé avec des conseils DFM gratuits en quelques heures.Laissez la précision nourrir votre créativité !