Tournage CNC de précision : Solutions pour l'usinage de pièces d'arbres complexes

Un stimulateur cardiaque comporte un arbre d'entraînement en alliage de titane d'un diamètre de seulement 0,8 mm, nécessitant une précision de positionnement de 5 micromètres. Par ailleurs, la roue cycloïdale intégrée au réducteur RV d'un robot industriel doit présenter une erreur de contour inférieure à 3 micromètres.

La technologie moderne de tournage CNC de précision fait tomber progressivement les barrières une à une dans la fabrication, barrières que l'on croyait auparavant impossibles à atteindre.

Cet article explique comment cette technologie permet de transformer des composants d'arbres complexes , des plans de conception aux objets physiques parfaits, en vous aidant à définir des trajectoires d'usinage fiables. Grâce à ce système éprouvé de tournage CNC de précision , il est possible de répondre à divers besoins d'usinage de composants d'arbres complexes.

Résumé des réponses principales

Usinage d'arbres de haute difficulté : la force du tournage de précision JS

La résolution de nombreux problèmes complexes liés à l'usinage de précision de pièces d'arbres repose sur l'expérience, un domaine dans lequel JS Precision possède une expertise particulière. Forte de plus de 15 ans d'expérience dans le tournage CNC de précision, JS Precision accompagne des clients issus de tous les secteurs d'activité et domaines d'application, notamment le médical, l'aérospatiale et l'automobile.

Par exemple, JS Precision a usiné des arbres en Inconel de 15 mm de diamètre et 120 mm de longueur pour un client du secteur aérospatial, avec une circularité de 1,2 µm. L'entreprise a également usiné des arbres de capteurs en acier inoxydable 316 de 5 mm de diamètre et 80 mm de longueur pour un client du secteur de l'électronique automobile, avec une rugosité de surface Ra de 0,4 µm.

Les exemples ci-dessus ne représentent qu'une infime partie des nombreux projets menés à bien par JS Precision. L'entreprise est capable d'usiner des arbres de 0,5 mm à 300 mm de diamètre, y compris dans divers matériaux difficiles à usiner tels que les alliages de titane, l'acier inoxydable et les alliages d'aluminium.

Ce guide est le fruit de plusieurs années d'expérience pratique de JS Precision. Chaque suggestion et méthode a été testée en situation réelle, garantissant ainsi son professionnalisme et son efficacité.

JS Precision possède une vaste expérience en tournage CNC de précision et peut donc usiner des arbres composés d'une grande variété de matériaux difficiles à usiner. Pour tout besoin, il vous suffit de nous envoyer les plans de vos pièces ; nous vous ferons parvenir rapidement un devis détaillé et lancerons un processus d'usinage efficace.

Les principaux avantages des pièces de tournage CNC de précision

Le tournage CNC est privilégié dans la fabrication de pièces d'arbre complexes en raison des principaux avantages suivants :

• Précision et répétabilité extrêmes : pilotées par un système CNC, les pièces usinées selon un plan numérique prédéfini sont exemptes d’erreurs humaines. Qu’il s’agisse de la première ou de la centième, chaque pièce usinée par CNC est parfaitement conforme au plan, garantissant ainsi une précision optimale pour les séries de production.
• Une efficacité de production exceptionnelle : grâce aux programmes prédéfinis, les tours CNC peuvent assurer une production continue 24 h/24 et 7 j/7, avec un personnel réduit au minimum sur site. Idéal pour les commandes en grande série, ce système offre un avantage considérable en termes de coût unitaire, d’autant plus que le volume de production est important.
• Une sophistication inégalée : les fonctions de perçage, de fraisage et de taraudage sont intégrées aux centres de fraisage et de tournage actuels pour offrir une « configuration unique, un usinage complet », libérant totalement les pièces des contraintes de conception.
• Qualité de surface supérieure : Les paramètres de coupe optimisés et les trajectoires d'outils de finition permettent aux pièces d'atteindre directement des surfaces quasi polies, réduisant ainsi les opérations de rectification ultérieures.

Voici une comparaison entre le tournage CNC et le tournage conventionnel afin de démontrer visuellement leurs avantages :

Ce mode de traitement efficace permet à chaque lot de pièces usinées par CNC de conserver une qualité stable, répondant ainsi parfaitement aux exigences rigoureuses de la fabrication haut de gamme.

Pour vos pièces usinées CNC de haute qualité, le service de tournage CNC de précision de JS Precision est la solution idéale. Nous mettons à votre service notre expertise technique pour une production efficace. Après votre commande, nous vous tiendrons informé(e) de l'avancement de la production pour une sérénité totale.

Figure 1 : Le processus de tournage CNC consiste à fixer la matière première sur le tour, où elle est mise en rotation tandis qu'un outil de coupe à un seul point se déplace parallèlement à l'axe de rotation, façonnant ainsi la matière en conséquence.

Pourquoi l'outillage est-il essentiel dans le tournage de précision CNC ?

En tournage de précision CNC, l'outil détermine la précision, l'efficacité et la qualité de l'usinage. Les facteurs essentiels à prendre en compte sont :

Conception adaptée au matériau : les outils sont conçus en fonction des propriétés du matériau à usiner. Par exemple, les alliages de titane nécessitent des outils présentant une dureté et une résistance aux hautes températures élevées, tandis que pour les alliages d’aluminium, les outils doivent être performants en matière d’enlèvement de copeaux ; leurs paramètres microgéométriques sont donc différents.

Système de rigidité extrême : Basé sur des systèmes de serrage de haute précision comme un porte-outil thermorétractable, après refroidissement, le porte-outil chauffé serre fermement et réprime les micro-vibrations à haute vitesse, améliorant ainsi la précision d’usinage.

Contrôle du bris de micro-copeaux : La précision de la conception de la rainure garantit que le bris de copeaux se produit dans les paramètres définis lors de la coupe au niveau du micron, sans enchevêtrement de l’outil ou de la pièce, pour un usinage en douceur.

Surveillance et gestion intelligentes : surveillance en temps réel et en continu de l’usure des outils, prédiction de leur durée de vie et remplacement opportun avant toute détérioration de la qualité afin de garantir la stabilité de l’usinage et une qualité uniforme des pièces.

JS Precision accorde une grande importance au choix et à la gestion des outils en tournage CNC de précision , en utilisant des outils optimaux adaptés aux pièces fabriquées à partir de divers matériaux. En choisissant nos services, vous bénéficierez d'une expérience d'usinage fluide et efficace. Nous pouvons rapidement développer une solution d'outillage dès réception de vos besoins.

Figure 2 : Des outils de coupe de haute qualité sont essentiels pour obtenir une précision optimale en tournage CNC.

Comment concevoir un système de bridage avancé pour des pièces complexes usinées CNC

L'usinage de pièces complexes tournées CNC nécessite un outillage de pointe pour garantir la précision. Les principales méthodes de conception sont les suivantes :

• Principe de référence unifiée : La méthode d’établissement d’une référence stable avec la règle de positionnement à six points permet de réduire les erreurs de conversion de référence, garantissant ainsi la précision de positionnement des éléments usinés.
• Contrôle de la déformation des parois minces : un mandrin à expansion hydraulique applique une pression radiale uniforme, déformation < 5 µm. L’expansion hydraulique épouse la paroi interne de la pièce, empêchant toute déformation localisée.
• Solution antivibratoire pour arbres élancés : les variations en temps réel des conditions vibratoires permettent un ajustement immédiat de la rigidité du support d’un porte-outil intelligent magnétorhéologique. La variation de la viscosité du fluide magnétorhéologique contrôle les vibrations et assure ainsi une précision d’usinage optimale.
• Pièces sur mesure de forme irrégulière : La conception topologiquement optimisée des mandrins dédiés s’adapte parfaitement à la surface des pièces de forme irrégulière, assurant un serrage fiable et empêchant tout déplacement lors de l’usinage.

Le tableau suivant présente différentes solutions d'outillage, leurs scénarios d'application et leurs effets :

Ces conceptions permettent de résoudre efficacement le problème de serrage lors de l'usinage de pièces tournées CNC et de fournir un support stable pour l'usinage de haute précision de pièces complexes.

JS Precision conçoit des outillages de pointe pour l'usinage de pièces complexes par CNC, garantissant une précision optimale. Pour toute exigence particulière, comme des formes irrégulières ou des parois fines, n'hésitez pas à nous contacter : nous pouvons développer une solution d'outillage sur mesure et assurer une production rapide dès la validation de votre commande.

Relever le défi : Tournage CNC de précision du titane

Défis et solutions pour le tournage CNC de précision du titane :

• Défis liés à la gestion thermique : La faible conductivité thermique de l’alliage de titane peut entraîner une accumulation de chaleur lors de la coupe. Un fluide de coupe à haute pression est injecté directement dans la zone de coupe afin de dissiper rapidement la chaleur ou de contrôler la température pour assurer la stabilité dimensionnelle.
• Contrôle de l'écrouissage : des paramètres de coupe optimaux, avec des vitesses plus faibles et des avances appropriées, sont utilisés en fonction des caractéristiques de l'alliage de titane afin de minimiser l'écrouissage superficiel et l'usure de l'outil.
• Gestion de la réactivité chimique : Les alliages de titane ont tendance à réagir facilement avec les outils de coupe à haute température. Des outils spéciaux, tels que les outils en carbure cémenté à grains ultrafins, ont été sélectionnés pour résister à cette réaction chimique et ainsi prolonger leur durée de vie.
• Compensation de la déformation élastique : Le module d’élasticité des alliages de titane étant faible, ils se déforment facilement. Lors de la conception, des coefficients de compensation prédéfinis sont intégrés. Les valeurs de déformation sont calculées à partir de simulations et de l’expérience . Des ajustements sont effectués lors de la programmation.

Ces solutions ciblées permettent de résoudre efficacement les difficultés d'usinage du tournage CNC de précision du titane et offrent la possibilité d'une production en série de pièces d'arbres en alliage de titane.

Comment nous optimisons le processus de tournage CNC pour les arbres complexes

L'optimisation du processus de tournage CNC est essentielle pour améliorer la qualité d'usinage des pièces d'arbres complexes. JS Precision optimise ce processus de la manière suivante :

1. Démarrage numérique :

Dès réception du modèle 3D de la pièce, les techniciens analysent les données afin de définir des paramètres d'usinage optimaux. Parallèlement, une étude de conception approfondie est réalisée pour vérifier la faisabilité de la fabrication et s'assurer que la structure de la pièce répond aux exigences d'usinage. Tout problème détecté est corrigé et communiqué sans délai au client.

2. Programmation intelligente :

Le processus de programmation FAO génère non seulement des trajectoires d'outils précises, mais effectue également des contrôles de collision afin d'éviter les collisions entre les outils et les machines-outils, les dispositifs de fixation ou les pièces. De plus, les paramètres de coupe sont optimisés en fonction du matériau de la pièce et des exigences d'usinage, ce qui garantit une efficacité maximale tout en préservant la qualité d'usinage.

3. Processus de production allégée :

• Ébauche : Ce procédé utilise une grande profondeur de passe et une vitesse d'avance élevée pour enlever l'excédent de matière sur la surface de la pièce, en vue de l'usinage ultérieur.
• Semi-finition : Conformément aux exigences de finition, la surépaisseur d'usinage des pièces est maintenue uniforme afin d'éviter les erreurs de finition dues à une surépaisseur irrégulière.
• Finition : Avec des outils de coupe neufs, une méthode d'usinage à faible profondeur de coupe, à grande vitesse et à avance lente est employée pour garantir que les pièces atteignent la précision dimensionnelle finale et la finition de surface .

4. Inspection en ligne :

Lors de l'usinage, les dimensions clés des pièces sont mesurées automatiquement à l'aide d'une sonde. En cas d'écart dimensionnel , le système compense l'usure de l'outil en temps réel afin de garantir la précision dimensionnelle de chaque pièce.

Cette solution complète d'optimisation du processus de tournage CNC permet d'améliorer significativement le taux de qualification d'usinage des pièces d'arbres complexes et de raccourcir le cycle de production.

Figure 3 : Le tournage de précision CNC est entièrement automatisé, avec des vitesses réglables pour une précision accrue, éliminant le besoin de mise en forme manuelle.

Étude de cas JS Precision : Tournage de précision d’un arbre de transmission en alliage de titane pour un robot médical miniature

Exigences du client

Une entreprise de matériel médical a commandé un arbre de transmission en alliage de titane (Ti-6Al-4V) pour un robot chirurgical. La pièce mesure seulement 3 mm de diamètre et 50 mm de longueur.

Outre sa petite taille, la pièce nécessite plusieurs filetages miniatures à pas différents, une came excentrique et un alésage de 15 mm de profondeur afin d'en réduire le poids. Sa rondeur générale doit être inférieure à 2 µm et sa rugosité de surface Ra inférieure à 0,4 µm. Le premier lot de 100 pièces sera livré sous deux semaines.

Défis fondamentaux

• Tout d'abord, l'alliage de titane est un matériau difficile à usiner et qui s'écrouit facilement, avec une accumulation de chaleur lors de la coupe. Cette pièce de très petite taille exige donc un contrôle encore plus précis des paramètres de coupe.
• La pièce à usiner est mince, avec un rapport longueur/diamètre élevé de 16,7, elle se déforme et vibre donc facilement sous l'effet des forces de coupe , ce qui affecte la précision d'usinage.
• De plus, cette pièce présente de nombreuses caractéristiques complexes : un pas de filetage minimal de 0,5 mm et une excentricité de 0,3 mm pour la came excentrique. Maintenir la précision de positionnement relatif entre toutes les pièces usinées lors d’un même serrage s’avère extrêmement difficile.
• Enfin, le rapport longueur/diamètre du trou profond de réduction de poids atteint 5, ce qui rend l'évacuation des copeaux difficile pendant le perçage et conduit facilement à des parois de trou rugueuses ou à la rupture du foret.

Solution de précision de JS Precision

Pour tous ces problèmes, JS Precision propose une solution complète.

Outillage : Un mandrin d'expansion hydraulique miniature est conçu et fabriqué, la longueur de sa section de serrage étant strictement contrôlée à 8 mm afin de fournir une force de serrage suffisante pour maintenir la pièce fermement sans la surpositionner.

Choix de l'équipement : Utilisation d'un tour à tronçonner longitudinal de type suisse, dont la broche est de haute précision et le porte-outil motorisé, permettant de réaliser en une seule opération de serrage toutes les opérations de tournage de diamètre extérieur, de filetage, de fraisage excentrique et de perçage profond. L'erreur de serrage est ainsi réduite.

Outils et refroidissement : Des outils de coupe en alliage micro-dur, optimisés pour les alliages de titane et dotés d’arêtes de coupe spécialement traitées pour une meilleure affûtage, sont utilisés. Un système de refroidissement haute pression de 70 bars assure une évacuation efficace des copeaux et contrôle parfaitement la génération de chaleur de coupe.

Contrôle qualité : Un système d'inspection visuelle haute résolution est intégré au processus d'usinage pour effectuer un contrôle à 100 % sur machine des dimensions critiques et de la qualité de surface des pièces, permettant ainsi la détection et la correction rapides des problèmes.

Résultats et valeur

Grâce à l'ensemble des solutions mises en œuvre, JS Precision a livré le premier lot de 100 pièces en 12 jours, soit deux jours avant le délai de livraison exigé par le client. Les pièces livrées étaient parfaitement conformes aux plans : la circularité était contrôlée à 1,5 µm près et la rugosité de surface Ra de 0,3 µm, dépassant largement les attentes du client.

Le client a reçu des composants essentiels pouvant être assemblés directement sans traitement supplémentaire, ce qui a permis de gagner un temps précieux pour le lancement réussi de ses dispositifs médicaux haut de gamme et a jeté les bases d'une coopération à long terme entre les deux parties.

JS Precision relève efficacement les défis d'usinage des pièces de précision tournées CNC, comme par exemple la fabrication d'un arbre de transmission miniature pour robot médical. Pour vos pièces plus complexes nécessitant un usinage, contactez-nous et fournissez-nous vos plans afin de trouver une solution adaptée. Nous assurons une livraison rapide après votre commande.

Figure 4 : Arbre de transmission en alliage de titane (Ti-6Al-4V)

Comment identifier un fabricant qualifié de pièces usinées avec précision ?

Choisir un fabricant qualifié de pièces usinées de précision nécessite une évaluation multidimensionnelle afin de s'assurer qu'il répondra à vos exigences d'usinage :

Matrice des capacités techniques : Elle comprend des équipements de pointe, une base de données de procédés et une équipe technique. Des équipements de pointe garantissent la précision, une bibliothèque de procédés complète offre des solutions éprouvées et une équipe de professionnels relève les défis techniques.

Niveau de détail du système qualité : La certification ISO 9001 ne remplace pas les systèmes rigoureux exigés par la norme IATF 16949 et ne fournit pas non plus d’enregistrements normalisés des contrôles qualité sur l’ensemble de la chaîne de valeur, des matières premières aux produits finis.

Acquisition d'expérience industrielle : Les exigences en matière de composants varient considérablement d'un secteur à l'autre. Privilégiez les fabricants ayant déjà fait leurs preuves dans le secteur ciblé (par exemple, médical ou aérospatial), car ils en connaissent parfaitement les spécificités.

Mécanisme d'amélioration continue : Un système d'optimisation des processus en boucle fermée, basé sur le Big Data, doit être mis en place. L'analyse des données permettra d'optimiser les processus et d'améliorer la qualité et l'efficacité.

L'avantage JS : votre partenaire pour les pièces complexes de précision usinées CNC

Spécialisée dans l'usinage de pièces de précision tournées CNC , JS Precision possède de nombreux atouts qui en font un partenaire fiable :

Niveau technique :

Les ateliers de haute précision de JS Precision sont équipés de machines performantes et de pointe, notamment des tours longitudinaux de type suisse et des équipements de contrôle de haute précision. Nous possédons une vaste expertise dans l'usinage de matériaux difficiles comme les alliages de titane et l'Inconel, ainsi que dans la réalisation de géométries complexes.

Dans le cas des pièces en Inconel, par exemple, un ensemble de paramètres de coupe et de solutions de refroidissement exclusifs ont été développés, permettant d'améliorer efficacement l'efficacité et la qualité de l'usinage.

Engagement qualité :

JS Precision considère le « zéro défaut » comme un objectif réalisable et a mis en place un système de contrôle qualité complet. Dès l'approvisionnement en matières premières, chaque lot est contrôlé par des tests de performance et de composition. Tout au long du processus, une inspection en ligne en temps réel est effectuée pour chaque dimension, et avant sa sortie d'usine, chaque pièce est minutieusement vérifiée quant à ses dimensions et son aspect.

Modèle de coopération :

JS Precision peut intervenir dès les premières étapes du développement de vos projets afin de vous proposer des conseils gratuits en matière de conception pour la fabrication (DFM). À partir des plans des pièces, nous analysons les difficultés de production, formulons des suggestions d'optimisation et accompagnons nos clients dans la réduction des coûts de fabrication et l'accélération du cycle de développement.

Livraison fiable :

JS Precision comprend parfaitement l'importance du respect des délais de livraison pour ses clients. Grâce à une gestion rigoureuse de la chaîne d'approvisionnement et à une planification de la production optimisée, nous garantissons des livraisons ponctuelles .

Nous organisons rationnellement la séquence de production en fonction de l'état de la commande du produit, suivons l'approvisionnement en matières premières et l'avancement de la production en temps réel, et communiquons rapidement avec les clients en cas de circonstances particulières afin de trouver conjointement des solutions.

FAQ

Q1 : Quel degré de rugosité de surface peut-on obtenir par tournage de précision ?

Le procédé de tournage de précision standard de JS Precision permet d'atteindre une rugosité de surface Ra de 0,4 µm. Après des traitements ultérieurs, tels que le profilage, la rugosité de surface peut atteindre Ra 0,1 µm, voire mieux pour un fini miroir, afin de répondre aux exigences de haute précision les plus élevées.

Q2 : Quels sont les principaux avantages du tournage de précision par rapport à la rectification ?

Le tournage de précision permet de réaliser des formes complexes en une seule opération, avec une efficacité accrue et une finition miroir identique. Il est particulièrement adapté à l'intégration de plusieurs procédés, réduisant ainsi les changements d'outillage, garantissant des tolérances géométriques plus strictes et diminuant les coûts d'usinage.

Q3 : Quelles sont les dimensions des pièces usinées CNC que vous pouvez traiter ?

L'équipement de précision JS Precision permet d'usiner des pièces tournées CNC d'un diamètre allant de 0,5 mm à 300 mm . L'entreprise est ainsi en mesure de fournir des services d'usinage de précision, aussi bien pour des micro-pièces que pour des pièces de grandes dimensions.

Q4 : Quelles sont les différences de paramètres lors du tournage de différentes nuances d'acier inoxydable, par exemple, 303 par rapport à 316 ?

L'acier inoxydable 303, contenant du soufre, est facile à usiner ; JS Precision utilisera donc une vitesse d'avance plus élevée. L'acier inoxydable 316, plus dur, exige des outils plus affûtés, des vitesses de coupe plus faibles et un arrosage sous haute pression pour garantir un bon enlèvement de copeaux et une excellente qualité de surface.

Q5 : Le tournage de précision convient-il au prototypage en petites séries ?

Le tournage de précision est parfaitement adapté au prototypage en petites séries, car le tournage CNC ne nécessite aucun moule spécifique. Après programmation, les prototypes peuvent être rapidement produits pour répondre aux besoins de vérification itérative et de production en petites et moyennes séries, ce qui permet de gagner du temps et de réduire les coûts.

Q6 : Quels matériaux prenez-vous en charge ?

JS Precision propose des services de tournage de précision pour divers métaux, notamment l'aluminium, l'acier inoxydable, le titane, le cuivre, l'acier allié et certains plastiques techniques comme le PEEK et le Delrin. Le choix des matériaux dépendra de vos besoins.

Q7 : Les arêtes vives des pièces tournées nécessitent-elles un chanfreinage ? Comment les traiter ?

Le chanfreinage des arêtes vives sur les pièces usinées est important car une arête vive peut constituer un point de concentration de contraintes, en plus d' être dangereuse. JS Precision utilise une commande programmable de trajectoire d'outil pour chanfreiner ou passiver toutes les arêtes vives avec précision et fiabilité.

Q8 : Combien de temps faut-il entre une demande de renseignements et la réception d'un devis ?

JS Precision promet un devis préliminaire clair et transparent pour les pièces standard avec des dessins complets dans un délai de 2 heures, et pour les pièces complexes, les devis seront fournis après communication avec les clients dans un délai de 4 heures.

Résumé

Le tournage CNC de précision est la pierre angulaire de la fabrication moderne, alliant parfaitement performances optimales des matériaux et contrôle numérique précis. Le choix de partenaires compétents et expérimentés s'avérera déterminant pour la réussite de la fabrication de vos pièces critiques.

En tant que fabricant fiable de pièces usinées de précision, JS Precision vous aidera à optimiser la conception, vous offrira un service complet de la conception à la livraison des produits finis et vous aidera à surmonter les nombreux défis qui se présentent lors de l'usinage de pièces d'arbre complexes.

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