Tournage et fraisage CNC de précision : comment choisir ? | JS Precision

Le tournage CNC de précision et le fraisage CNC de précision sont très souvent le premier choix des clients du secteur manufacturier.

Imaginez maintenant une buse d'injection de carburant pour moteur aérospatial, dans laquelle des canaux et des filetages internes en alliage haute température doivent être usinés avec une grande précision, au niveau du micron.

Autre exemple : la tête d’une articulation en alliage de titane pour un implant médical, qui nécessite une finition de surface miroir pour s’adapter parfaitement au corps humain. Ces deux cas reposent sur ces deux procédés de fabrication numérique performants.

Cela pourrait entraîner une flambée des coûts, des retards de livraison, voire la mise au rebut de certaines pièces . Face à ce dilemme, de nombreux clients ont élaboré ce guide afin de vous présenter les différences, les processus et les cas d'utilisation de ces deux méthodes, et ainsi vous aider à choisir la solution la plus adaptée à votre projet.

Résumé des réponses principales

Fraisage ou tournage CNC ? Le guide JS Precision pour vous aider à choisir

Avec 12 ans d'expérience approfondie dans le domaine de l'usinage CNC, JS Precision a servi plus de 500 clients dans de multiples secteurs d'activité tels que l'aérospatiale, le médical, l'automobile et les semi-conducteurs.

Par exemple, nous avons usiné avec précision le tenon d'une aube de moteur en alliage de titane pour une entreprise aérospatiale grâce au tournage CNC de précision. Une tolérance de ±0,008 mm a été atteinte et les plus de 2 000 pièces livrées ont toutes passé avec succès des tests rigoureux.

De plus, nous avons produit en série des articulations de robots chirurgicaux en acier inoxydable 316L pour des clients du secteur médical. Grâce à une qualité garantie, cette production par lots a maintenu une production mensuelle stable de plus de 2 000 pièces avec un taux de réussite constamment supérieur à 99,8 %.

Nous avons également géré des commandes d'usinage de rotors de turbocompresseurs pour l'industrie automobile, en utilisant le tournage CNC associé à des alimentateurs automatisés pour augmenter l'efficacité de la production de 40 %, aidant ainsi le client à raccourcir les délais de livraison.

Ces exemples et données concrets témoignent de notre précieuse expérience en fraisage et tournage CNC . Ce guide s'appuie sur des projets réels et chaque suggestion a été validée sur le terrain. Vous pouvez vous y fier pour faire les bons choix.

Pour l'usinage de pièces dans les secteurs de l'aérospatiale, du médical ou de l'automobile, le service de tournage CNC de précision de JS Precision répond aux exigences de tolérances strictes et de production à haut rendement. Il vous suffit de nous fournir les plans ; nous vous proposons rapidement des solutions et lançons la production.

Qu'est-ce que le tournage CNC de précision ? Quels sont ses avantages ?

Lorsqu'ils découvrent l'usinage CNC, les clients demandent souvent ce qu'est le tournage CNC de précision. Il s'agit d'un procédé de précision dont l'activité principale est la rotation de la pièce, qui est également la caractéristique fondamentale du tournage CNC.

Définition

Le tournage CNC de précision est un procédé dans lequel la pièce est fixée sur le mandrin de la broche et mise en rotation à grande vitesse. L'outil de coupe se déplace linéairement le long d'une trajectoire prédéfinie pour enlever de la matière et produire des pièces rotatives telles que des cylindres et des cônes. Ce procédé permet un contrôle optimal des dimensions des pièces, y compris de la qualité de surface.

Principaux avantages

• Excellente concentricité : La réalisation de plusieurs opérations d'usinage en une seule opération garantit une concentricité élevée, répondant aux exigences des pièces rotatives.
• Production par lots à haut rendement : Associée à un alimentateur de barres, la production peut être laissée sans surveillance pendant 8 à 12 heures afin de réduire les coûts unitaires.
• Excellente finition de surface : la coupe continue permet d’obtenir facilement une surface lisse avec une valeur Ra inférieure à 0,8 et ne nécessite généralement aucun polissage supplémentaire.
• Rentabilité : Pour les pièces rotatives, l'efficacité de l'usinage est de 30 à 50 % supérieure à celle du fraisage, et convient donc à la production en série.

Figure 1 : Le tournage CNC, un procédé d'usinage qui façonne des pièces cylindriques à l'aide de tours à commande numérique.

Démystifier le processus de tournage CNC : du plan à la pièce.

Après avoir compris ce qu'est le tournage CNC de précision, de nombreux clients souhaitent connaître les étapes de fabrication, du plan à la pièce finie. En réalité, le processus de tournage CNC comprend cinq étapes principales, chacune soumise à des normes strictes.

Étape 1 : Conception numérique - Les clients fournissent des modèles CAO 3D au format STEP, IGES ou des dessins 2D indiquant les dimensions clés, les tolérances, les matériaux et les exigences de surface afin de réduire les modifications ultérieures.

Étape 2 : Programmation - Le logiciel FAO produit le code machine à partir du modèle, en contrôlant la vitesse de broche et la trajectoire d'outil conformément à la conception.

Étape 3 : Fixation et réglage de l'outil - L'ébauche est fixée sur le mandrin, puis, à l'aide d'un régleur d'outils, l'origine de l'outil est réglée, avec un étalonnage d'erreur à ≤ ±0,001 mm.

Étape 4 : Usinage automatisé - La machine-outil tourne automatiquement les diamètres extérieurs et alése les trous intérieurs selon un programme tandis que, dans le même temps, les ingénieurs surveillent les processus en temps réel pour assurer leur cohérence.

Étape 5 : Contrôle qualité – Les dimensions et les tolérances géométriques de toutes les pièces de tournage CNC de précision sont vérifiées à l’aide d’une machine à mesurer tridimensionnelle. La livraison n’est effectuée qu’après validation du contrôle.

Il est également vrai que, dans le contexte précédent, les services de tournage CNC de précision proposés par JS Precision fournissent des enregistrements de chaque étape du processus de tournage CNC pour le suivi, depuis la revue de conception jusqu'à l'inspection finale, pour votre tranquillité d'esprit.

Figure 2 : Vous pouvez convertir des fichiers de conception électronique au format CAO en un format reconnu par les programmes FAO.

Fraisage et tournage CNC : une comparaison directe

De nombreux clients confondent le tournage CNC et le fraisage CNC. Pourtant, comprendre les différences fondamentales permet de les distinguer. Voici une comparaison sous trois angles :

1. Des modes de mouvement fondamentalement différents

• Le tournage CNC repose sur le principe « mouvement de la pièce, outil fixe », et son principe de fonctionnement est que la pièce tourne à 500-3000 tr/min tandis que l'outil se déplace le long des axes X et Z.
• Fraisage CNC Dans ce procédé, « mouvement de l'outil, pièce fixe », l'outil tourne à 1000-10000 tr/min tout en se déplaçant le long des axes X, Y et Z.

2. Capacité de création de formes géométriques

Le tableau suivant illustre les différences de capacité d'usinage des deux procédés :

3. Usinage composite

Les centres de tournage CNC modernes de haute précision (centres de fraisage et de tournage CNC) intègrent deux technologies, ajoutant les fonctions des axes Y et C. Ils permettent d'usiner des pièces de rotation et des formes asymétriques en une seule opération, réduisant ainsi l'accumulation d'erreurs de 0,02 à 0,05 mm et diminuant les temps de production. Ils constituent un équipement essentiel pour les services de tournage CNC de précision.

Pour l'usinage de pièces alliant symétrie et asymétrie de rotation, le centre de tournage CNC haute précision de JS Precision offre une solution intégrée, éliminant les contraintes des multiples opérations de bridage. Vous gagnez ainsi en précision. Il vous suffit de nous fournir des plans complets ; nous élaborons ensuite un plan d'usinage composite.

Fraisage et tournage CNC : comment faire le bon choix ?

Après avoir abordé les différences entre les procédés et les technologies composites, la question essentielle est : « Comment choisir ? » La compatibilité des pièces est ici primordiale. Voici quelques critères de sélection.

Règle d'or pour le choix d'un tour CNC

Choisissez le tournage CNC si les conditions suivantes sont remplies :

• La forme principale de la pièce est cylindrique ou conique , par exemple pour les arbres et les manchons.
• Les filetages internes et externes doivent être usinés avec précision, en particulier selon les spécifications M2-M50.
• L'accent est mis sur la production de masse, ce qui exige une efficacité accrue et des coûts de main-d'œuvre réduits.

Règle d'or pour le choix d'une fraiseuse CNC

Envisagez l'utilisation du fraisage CNC uniquement lorsque les conditions suivantes sont remplies :

• La pièce contient des plans, des rainures, des cavités complexes ou des surfaces courbes en 3D , par exemple des supports et des coques.
• Les formes doivent être « sculptées » dans une ébauche solide plutôt que de créer d'abord une ébauche rotative.
• Des modèles présentant des caractéristiques asymétriques et discrètes , comme des trous et des bossages multidirectionnels.

Meilleures pratiques en cas d'incertitude

Pour les pièces complexes, contactez JS Precision au plus tôt. Nos ingénieurs réaliseront une analyse de faisabilité, vous recommanderont des procédés efficaces en fonction de la forme de la pièce, du matériau et de la taille du lot, et pourront également optimiser la conception pour réduire les coûts.

Que vous ayez besoin d'usinage CNC de grande envergure ou de fraisage CNC complexe, JS Precision est fière de vous proposer des solutions de tournage et de fraisage CNC de précision, adaptées à vos exigences. Il vous suffit de nous envoyer vos plans ; nous nous chargeons de sélectionner les meilleures options et vous fournissons un devis dans les plus brefs délais.

Figure 3 : Fraisage et tournage CNC - En fonction de la forme, du matériau et de la taille du lot des pièces, recommandez des processus efficaces.

Au-delà de l'acier : quels matériaux le tournage CNC de précision peut-il usiner ?

De nombreux clients nous demandent si le tournage de précision CNC permet d'usiner des matériaux spéciaux. En réalité, cette technique s'applique à une large gamme de métaux, de plastiques techniques et de matériaux composites.

Le Royaume du Métal

• Qualité aérospatiale : Les alliages à haute température, tels que les alliages de titane (Ti-6Al-4V) et l'Inconel 718, nécessitent des outils spéciaux en carbure pour gérer l'écrouissage.
• Qualité médicale : Les matériaux biocompatibles impliquent l’utilisation d’acier inoxydable 316L et d’alliages de titane comme le Ti-6Al-4V, avec des fluides de coupe de qualité médicale pour éviter toute contamination.
• Qualité industrielle : Elle comprend des alliages d'aluminium tels que 6061, 7075, des alliages de cuivre, de l'acier au carbone, de l'acier inoxydable 304, 316, etc. à faible coût avec de nombreuses applications.

Les plastiques techniques et les matériaux composites adaptés aux applications d'isolation, de résistance à l'usure et à la corrosion comprennent le PEEK, le Dellin, le nylon et le PTFE.

Défis et solutions

L'usinage de différents matériaux présente des défis, notamment une faible conductivité thermique (entraînant des températures élevées pour les alliages de titane), un risque d'enchevêtrement des copeaux pour l'acier inoxydable et une plus grande susceptibilité à la déformation des plastiques. Les trajectoires d'outil et les paramètres sont ajustés avec JS Precision afin de garantir une qualité de tournage CNC optimale.

Pour l'usinage de pièces CNC de précision destinées à des matériaux spéciaux, tels que les superalliages haute température ou les plastiques techniques résistants à la corrosion, JS Precision vous propose des services d'usinage CNC de précision . Forts d'une solide expérience dans le traitement des matériaux, nous garantissons des pièces conformes aux normes industrielles.

Au cœur d'un centre de tournage CNC de haute précision : la fabrication moderne

La précision du tournage CNC dépend d'un centre de tournage CNC de haute précision. Ses principaux composants et leur fonctionnement sont présentés ci-dessous :

1. Broche : Élément central de la transmission de la puissance de rotation, sa rigidité et sa précision déterminent directement la qualité d’usinage. Dotée d’une broche à paliers céramiques de haute précision , avec un faux-rond radial ≤ ±0,001 mm et une plage de vitesses de 100 à 6 000 tr/min, notre machine garantit la coaxialité de rotation de la pièce.

2. Tourelle : Elle peut accueillir 8 à 12 outils différents, notamment des outils de tournage extérieur et d’alésage intérieur, pour des changements d’outils automatisés et rapides (temps de changement : 0,5 à 1 seconde). Elle permet de réaliser des opérations complexes telles que le tournage de diamètres extérieurs et l’alésage de trous intérieurs. L’efficacité s’en trouve considérablement accrue.

3. Rails de guidage et vis à billes : Ils garantissent la linéarité et la précision de positionnement du mouvement de l’outil. Le système utilise des rails de guidage linéaires et des vis à billes de haute précision. L’erreur de parallélisme des rails de guidage est inférieure ou égale à 0,002 mm/m, et l’erreur de pas de vis est compensée et calibrée au laser.

4. Système CNC : Véritable « cerveau » de la machine , il interprète le code G et envoie des signaux pour piloter chaque mouvement. Nous utilisons des systèmes haut de gamme Fanuc ou Siemens, offrant une grande réactivité et une surveillance en ligne, ainsi qu’un diagnostic des pannes.

5. Structure du bâti : Le bâti en fonte de haute qualité (HT300) absorbe efficacement les vibrations et subit deux traitements de vieillissement afin de réduire les déformations dues aux contraintes internes, garantissant ainsi un fonctionnement stable et durable de la machine-outil. La dégradation de la précision est ≤ ±0,005 mm après 5 ans ou plus.

Étude de cas : Comment JS Precision a permis d’économiser 40 % sur un assemblage complexe

La théorie seule ne suffit pas, permettez-moi donc de vous présenter une étude de cas concrète pour illustrer comment nous appliquons les technologies de tournage de précision CNC et de fraisage-tournage composite pour résoudre les problèmes pratiques de nos clients et leur permettre de réaliser des économies.

Points de douleur des clients

Il y a un an, nous avons été contactés par un fabricant d'équipements optiques. Un composant essentiel de son instrument de mesure laser était initialement conçu pour être assemblé à partir de cinq pièces de précision usinées CNC indépendantes, comprenant des manchons, des bagues, des supports de connexion, etc., à l'aide de quatre vis.

Ce composant présentait trois problèmes sérieux :

• Les erreurs cumulées des pièces assemblées, de plus ou moins 0,02 mm, s'additionnent jusqu'à plus ou moins 0,1 mm sur cinq pièces. Un mauvais alignement du faisceau laser entraîne des performances optiques instables ; seuls 85 % des produits ont pu satisfaire à la norme.
• Le processus d'assemblage nécessitait deux ouvriers spécialisés, chacun capable d'assembler seulement 50 ensembles par jour, ce qui augmentait les coûts de main-d'œuvre de 5 000 $ par mois.
• L'absence de résistance structurelle dans la structure de fixation par vis peut entraîner le desserrage des pièces pendant le transport, ce qui se traduit par un taux de réclamation de 10 %.

JS Precision Solution

Après réception des plans, nos ingénieurs ont procédé à une analyse de faisabilité détaillée et ont constaté que les points de jonction de ces 5 pièces pouvaient être intégrés sans usinage séparé. Par conséquent, pour une solution de fabrication intégrée, nous recommandons un centre de tournage CNC de haute précision équipé de capacités de fraisage et de tournage 5 axes.

La pièce doit d'abord être usinée par tournage CNC pour sa partie rotative, puis les axes Y et C de la machine-outil sont utilisés pour fraiser les plans nécessaires et positionner les trous d'assemblage, et enfin le filetage est réalisé. Ce procédé résout intégralement le problème en une seule opération de serrage , sans assemblage ultérieur.

Afin de garantir la précision du trajet optique du laser, nous avons également optimisé les paramètres de coupe en augmentant la vitesse de la broche à 3000 tr/min et en utilisant des outils en carbure à grain ultra-fin pour réduire l'impact des vibrations causées pendant la coupe sur la précision de la pièce.

Parallèlement, nous avons intégré une étape de mesure en ligne au processus d'usinage. Pour chaque série de 10 pièces usinées, une sonde contrôle les dimensions critiques afin de garantir une erreur inférieure à ±0,005 mm.

Résultats et données

En déployant cette solution, le client a réalisé des gains commerciaux clés :

• Le nombre de composants a été réduit de 5 à 1 pièce intégrée unique, le processus d'assemblage a été complètement éliminé ainsi que le besoin d'ouvriers d'assemblage dédiés.
• Les coûts de fabrication totaux ont été réduits de 40 % (dont une réduction de 5 000 $ par mois des coûts de main-d'œuvre), et les déchets de matières premières ont diminué de 15 % grâce à la réduction du nombre de pièces. Le nombre de pièces a été réduit de 5 % à 3,25 %.
• Amélioration de la résistance des pièces jusqu'à 25 % (mise en évidence par des tests de traction : la force de rupture est passée de 500 N à 625 N), évitant les problèmes liés au desserrage pendant le transport et améliorant le taux de réussite des performances optiques de l'équipement à 99,5 %.
• Le cycle de production a été réduit de 3 semaines (1 semaine de traitement + 2 semaines d'assemblage) à une semaine, permettant ainsi au client de répondre plus rapidement aux demandes du marché. Le volume des commandes a augmenté de 20 % en 3 mois.

Figure 4 : Manchon de tournage CNC de précision

Quels secteurs industriels dépendent des pièces usinées par tournage CNC de précision ?

Le tournage CNC de précision trouve de nombreuses applications, et de nombreux secteurs industriels en dépendent pour la fabrication de composants essentiels. Vous trouverez ci-dessous une présentation des principaux secteurs d'application et des pièces usinées par tournage CNC de précision .

1. Aérospatiale : Les pièces précises et fiables dont elle a besoin, notamment les tenons des aubes de moteur, les composants du train d'atterrissage et les noyaux de soupapes hydrauliques, exigent une fabrication précise pour permettre un fonctionnement normal dans des environnements extrêmes.

2. Dispositifs médicaux : Exigent une biocompatibilité et une précision élevées, comme les axes articulaires des robots chirurgicaux, les vis osseuses, les implants dentaires et les engrenages des pompes à insuline, affectant la sécurité des équipements.

3. Industrie automobile : Les rotors de turbocompresseur, les arbres de boîte de vitesses et les injecteurs de système d'injection de carburant, produits en série et durables, ont une incidence directe sur les performances du véhicule et sa consommation de carburant.

4. Semi-conducteurs et optique : Nécessite des pièces de précision au niveau du micron, telles que des porte-plaquettes, des barillets de lentilles optiques et des cavités laser, pour éviter d'affecter les performances de l'équipement.

5. Défense et énergie : Cela nécessite des pièces capables de résister à des conditions de fonctionnement difficiles, notamment des arbres de guidage de précision pour missiles, des roulements pour drones et des noyaux de vannes pour pétrole et gaz afin de garantir la stabilité du fonctionnement des équipements.

FAQ

Q1 : Quelles sont les tolérances que le tournage CNC de haute précision peut généralement respecter ?

En général, ±0,025 mm et dans les applications aérospatiales , ±0,005 mm ou mieux dans les applications exigeantes, selon la taille et le matériau de la pièce.

Q2 : Une même pièce peut-elle être usinée à la fois par tournage CNC et par fraisage ?

Oui, c'est très courant. Le corps principal de la pièce rotative est généralement fabriqué par tournage CNC, puis les éléments asymétriques tels que les plans et les trous sont usinés par fraisage CNC.

Q3 : Quels formats de fichiers dois-je fournir pour obtenir un devis de tournage CNC ?

Nous privilégions les fichiers 3D STEP ou IGES, ainsi que les dessins 2D PDF/DWG. Les dimensions et tolérances essentielles doivent impérativement y être précisées afin d'établir un devis précis.

Q4 : Quels sont les avantages de l'utilisation d'un centre de tournage multi-axes ?

Les centres de tournage multi-axes peuvent réaliser toutes les opérations d'usinage en une seule configuration, réduisant ainsi l'accumulation d'erreurs, raccourcissant les délais de livraison et permettant la fabrication de pièces aux géométries plus complexes .

Q5 : Quels matériaux ne conviennent pas au tournage CNC ?

Les matériaux très élastiques, comme le caoutchouc souple, et les matériaux très cassants et durs, comme la céramique, ne peuvent généralement pas être usinés par tournage CNC traditionnel en raison de problèmes de qualité potentiels.

Q6 : Comment puis-je réduire le coût de mes pièces usinées CNC ?

Les coûts peuvent être réduits par l'optimisation de la conception, notamment en évitant des tolérances trop serrées, en choisissant des matériaux appropriés et en permettant une production par lots pour répartir les coûts de mise en place.

Q7 : Quel est le rôle du liquide de refroidissement dans le processus de tournage CNC ?

Le liquide de refroidissement lubrifie, réduit la température de coupe et évacue les copeaux, prolongeant ainsi la durée de vie de l'outil et assurant la qualité de la surface de la pièce.

Q8 : En quoi le fraisage 5 axes diffère-t-il du fraisage 3 axes ?

En fraisage 5 axes, l'outil peut aborder la pièce sous n'importe quel angle. Il est ainsi possible d'usiner des surfaces très complexes sans avoir à repositionner la pièce. Cette technique offre une précision et une efficacité supérieures au fraisage 3 axes.

Résumé

Dans le domaine de la fabrication de précision, le choix judicieux entre le fraisage et le tournage CNC est essentiel à la réussite d'un projet, à la maîtrise des coûts et à l'obtention de performances optimales. De telles décisions exigent une expertise technique pointue et un souci du détail extrême.

Que votre projet soit un corps rotatif élégant ou un polyèdre complexe, l'équipe d'experts de JS Precision et son centre de tournage et de fraisage CNC de haute précision sont prêts à vous fournir une solution complète de services de tournage CNC de précision.

Cessez de deviner et laissez les experts vous guider. Vous nous indiquez vos besoins et nous fabriquons pour vous des pièces de tournage CNC de haute précision, tout en accélérant vos projets grâce à des devis rapides et des cycles de production raccourcis.