Guide de conception pour l'usinage CNC : meilleures pratiques et conseils

01Règles de géométrie de base pour l'usinage CNC

La fabrication soustractive est régie par le diamètre physique, la longueur de la flute, la rigidité et la direction d'approche de l'outil de coupe. Concevoir en fonction de ces limites permet d'utiliser des outils standard et des paramètres de processus stables sur tous les HXCNC. Services d'usinage CNC.

Rayons d'angle interne

Une fraise à tête rotative ne peut pas créer un angle intérieur vertical parfaitement tranchant. Chaque poche usinée conserve un rayon lié au diamètre de la fraise. Un rayon d'angle égal au rayon de l'outil force également la fraise à s'engager presque en totalité, augmentant la charge, la chaleur et le chatter.

• Augmentez le rayon de conception : Rendez le rayon intérieur plus grand que le rayon anticipé de la fraise afin que l'outil puisse interpoler dans le coin sans engagement soudain en pleine largeur.
• Utilisez des rayons généreux dans les poches profondes : Des angles plus grands permettent l'utilisation d'un outil plus grand et plus rigide, et réduisent le temps de cycle.
• Utiliser la géométrie de relief lorsqu'un coin carré d'assemblage est essentiel : Le relief en forme d'os de chien ou de T peut être plus économique que l'EDM, en fonction de l'apparence et des exigences d'assemblage.

Profondeur de poche et portée de l'outil

Les poches profondes et étroites nécessitent un long dépassement d'outil. La déviation de l'outil augmente rapidement à mesure que la longueur non supportée augmente, ce qui réduit la précision dimensionnelle et la qualité de la surface. Une profondeur proche de quatre fois la largeur de la poche peut être un seuil utile de pré-sélection DFM, mais la profondeur réalisable dépend du rayon d'angle, de l'accès, du diamètre de l'outil, du matériau et de la possibilité d'utiliser un outil à portée spéciale.

Épaisseur de paroi usinée

Les parois fines peuvent se déplacer sous la force de coupe, la pression de serrage, le stress résiduel et la chaleur. La minimum pratique dépend donc de la hauteur de la paroi, de la longueur non supportée, du module du matériau, de l'état du stock, de la géométrie adjacente et de la tolérance.

Ce sont des lignes directrices pour la cotation, pas des limites garanties. Les parois métalliques très courtes peuvent être plus fines, tandis que les parois en plastique hautes peuvent nécessiter une épaisseur considérablement plus grande.

Trou et cavités percées

• Préfère les tailles de forets standard : Les tailles de forets métriques, fractionnaires, lettres et numéros courantes réduisent les outils spéciaux et simplifient l'inspection.
• Contrôler le rapport profondeur/diamètre : Les trous jusqu'à environ 4D sont généralement simples. Les trous plus profonds peuvent nécessiter des cycles de perçage par piquage, un refroidissement traversant l'outil, un forage à la lance ou des forets spécialisés.
• Permettre le fond du point de perçage : Les forets hélicoïdaux standard laissent un fond conique. Spécifiez un fond plat uniquement lorsque l'assemblage, le flux ou la fonction d'assise le nécessite.
• Fournir un contrôle de rupture : Pour les trous intersectés ou croisés, envisagez l'accès aux bavures et l'ordre des opérations.

02Filets, tarauds, sous-coupes et dégagements

La conception du filetage doit tenir compte de la résistance du matériau, de la longueur d'engagement, du grade de la fixation, de la direction de charge, de l'accès au taraudage et de la méthode utilisée pour créer le filetage. Cela est particulièrement important dans les assemblages impliquant un arbre de montage de roulement ou un autre composant de précision réparable.

Engagement du filetage et profondeur du trou aveugle

Plus d'engagement ne crée pas toujours une augmentation proportionnelle de la résistance de l'assemblage. Pour de nombreuses combinaisons de fixations en acier et de matériaux de base métalliques, une plage de un à deux diamètres nominaux d'engagement est un point de départ utile. Les matériaux plus tendres, les inserts, les charges élevées, la fatigue et les services répétés peuvent nécessiter une conception différente.

• Évitez le filetage inutile en profondeur complète : Filetez uniquement la longueur nécessaire pour répondre au calcul de l'assemblage.
• Ajoutez une sortie de taraudage : Un trou aveugle doit dépasser le filetage complet pour accueillir le point de forage, le chanfrein de taraud, l'espace pour les copeaux et les filets incomplets.
• Utilisez des séries de filets standard : Les pas personnalisés augmentent la complexité des outils, de la programmation, du contrôle et du remplacement.
• Identifiez les besoins en inserts dès le départ : Les inserts hélicoïdaux ou solides modifient la taille du trou de guidage, l'épaisseur de la paroi et l'accès à l'installation.

Éviter les sous-cuts aveugles difficiles

Les reliefs cachés peuvent nécessiter des fraises à rainures, des outils en forme de sucette, des outils à rainurer, de l'EDM ou une opération de tournage séparée. La résistance du collet de l'outil et la clearance d'entrée deviennent souvent les facteurs limitants.

• Supprimez les sous-cuts qui ne servent pas à l'assemblage, à l'étanchéité, à la retenue ou à la fonction de dégagement.
• Utilisez une largeur de rainure standard et suffisamment d'espace d'entrée pour le corps de l'outil.
• Envisagez une caractéristique traversante, un assemblage divisé ou un relief accessible lorsque l'architecture du produit le permet.

03Tolérances, GD&T et finition de surface

La tolérance est une exigence fonctionnelle avec un coût de fabrication. Rendre une dimension plus précise peut affecter le choix de la machine, le nombre de réglages, le contrôle thermique, la méthode d'inspection, la compensation d'outil, la capacité du processus et le risque de rebuts.

Coût vs. Précision

Une tolérance générale proche de ±0,005 pouces (±0,127 mm) peut être économique pour de nombreuses caractéristiques usinées de taille moyenne, mais ce n'est pas une norme universelle en atelier. La taille de la pièce, la géométrie, le matériau, le type de caractéristique et la norme de dessin déterminent ce qui est facilement réalisable.

• Utilisez les tolérances de la zone de titre pour les dimensions non critiques : Évitez d'ajouter des annotations serrées individuelles partout.
• Rendez les interfaces plus précises, pas l'ensemble des pièces : Les sièges de roulement, les zones d'étanchéité, les datums d'alignement et les ajustements contrôlés méritent plus d'attention que les faces de jeu.
• Adapter la tolérance à la mesure : Une exigence est incomplète si elle ne peut pas être inspectée de manière fiable.
• Prévoyez un finissage secondaire si nécessaire : Des tolérances très serrées de taille, de rondeur, de cylindricité ou de finition peuvent nécessiter meulage de précision, de l'alésage, du polissage ou de l'électroérosion.

Utiliser la GD&T pour protéger la fonction

La GD&T peut contrôler les relations fonctionnelles sans obliger chaque dimension de coordonnées à porter une petite tolérance bilatérale. La position, le profil, la planéité, la perpendicularité, la déviation et les structures de référence doivent refléter comment la pièce se positionne et fonctionne en assemblage.

A un manifold de fluide de précision, par exemple, peut dépendre davantage de la position des ports, de la planéité des faces d'étanchéité et des relations de référence que de tolérances serrées appliquées de manière indiscriminée au bloc extérieur.

Définition de la rugosité de surface

Rugosité de surface Ra est la déviation moyenne arithmétique du profil mesuré. Elle ne définit pas en soi la ondulation, la planéité, les défauts, le rapport de contact ou la performance d'étanchéité, donc les surfaces fonctionnelles peuvent nécessiter une spécification supplémentaire.

04Choix des matériaux et comportement en usinage

Le choix des matériaux influence la durée de vie de l'outil, la formation des copeaux, la distorsion thermique, les bavures, l'épaisseur de paroi réalisable, la finition et le temps total de cycle. Les évaluations de machinabilité peuvent aider à faire des comparaisons générales, mais les valeurs varient selon le matériau de référence, la dureté, la trempe, la composition et la méthode de test. Elles ne doivent pas être considérées comme des pourcentages universels.

Profils de conception en métal

• Aluminium 6061 : Un choix économique courant avec une bonne machinabilité, stabilité dimensionnelle, résistance à la corrosion et performance poids/force. Voir les capacités d'usinage de l'aluminium de HXCNC.
• Laiton C360 : Un alliage à coupe facile qui favorise une productivité élevée et une excellente qualité de filetage et de surface, sous réserve des exigences réglementaires et de service.
• Acier inoxydable 304/316 : Résistant à la corrosion mais sujet au durcissement par travail et à la concentration de chaleur ; un outillage tranchant et une action de coupe positive sont importants.
• Titanium de grade 5 : Haute résistance spécifique et biocompatibilité, mais une faible conductivité thermique et une réactivité chimique accrue augmentent les exigences en matière d'outillage.
• Alliages à base de nickel : Sélectionnés pour leurs performances en termes de chaleur et de corrosion, avec des forces de coupe élevées et une usure rapide des outils nécessitant un processus spécialisé pour l'usinage CNC d'alliages de nickel.

Profils de conception en plastique usiné

• POM / acétal : Bonne stabilité dimensionnelle, faible friction et usinage propre en font un matériau adapté pour les bagues, guides et engrenages à faible charge.
• PEEK : Conserve ses propriétés à haute température et dans des environnements chimiques exigeants, mais le coût du matériau et l'historique de contrainte nécessitent une planification attentive.
• ABS : Économique et facile à usiner, bien que la chaleur, le serrage et les murs fins puissent provoquer des déformations.
• Nylon : Dur et résistant à l'usure, mais l'absorption d'humidité et l'expansion thermique doivent être pris en compte pour la précision usinage du nylon.

05Économies entre configuration 3 axes et 5 axes

Le choix de la machine dépend de plus que la géométrie. Une machine plus simple peut être économique pour des pièces ouvertes et prismatiques, tandis qu'un taux horaire plus élevé pour le 5 axes peut réduire le coût total en éliminant les dispositifs de fixation, la reorientation manuelle, le transfert de référence et l'inspection en cours de processus.

Réduction de la reorientation de la pièce

• Aligner trous, fentes et poches selon des directions d'accès à l'outil communes lorsque la fonction le permet.
• Fournir une face de référence stable et une zone de serrage qui restent disponibles lors des premières opérations.
• Éviter les angles de caractéristiques uniques nécessitant des dispositifs spécifiques, sauf si l'angle a une fonction précise.
• Prendre en compte l'accès à l'inspection en même temps que l'accès à l'outil de coupe.

Un complexe impulseur usiné est un candidat évident pour une multi-axes car l'accès aux pales, l'angle de l'outil, la continuité de surface et la portée courte de l'outil sont difficiles à réaliser efficacement avec des réglages répétés en 3 axes. HXCNC évalue ces pièces via son service d'usinage CNC 5 axes.

06Liste de contrôle DFM avant la pré-version

Pour les projets critiques, associez la revue DFM à celles de HXCNC. des capacités d'inspection afin que les contrôles de dessin et la stratégie de mesure soient alignés avant la production.

07Foire aux questions