Service d'usinage CNC : le guide complet

Service d'usinage CNC : ce que les ingénieurs doivent savoir avant de commander

“Commander des pièces usinées CNC” semble simple-envoyez simplement votre fichier CAO, recevez un prix et attendez l'arrivée des pièces. Cependant, en réalité, les facteurs critiques différenciant la pièce “good” (une itération) de la “bad” sont des décisions prédictives sur le travail avant même que la commande ne soit passée. Ce guide discute de ce que les ingénieurs et les responsables des achats doivent prendre en compte lors du choix d'un service d'usinage CNC - de la sélection du processus et de la détermination des tolérances requises pour comprendre ce qui affecte votre coût et qualifier vos fournisseurs - avec les données concrètes pour prendre en charge votre choix.

Qu’est-ce que l’usinage CNC et comment fonctionne-t-il ?

A Service d'usinage CNC est l'un des processus de fabrication continue qui utilisent une machine à commande numérique par ordinateur pour couper des matériaux à partir d'un bloc de matériau, pièce à travailler afin de façonner et de dimensionner une pièce Contrairement aux imprimantes 3 D, une machine CNC utilise un bloc de matériau de départ plus grand pour couper à la forme souhaitée.

Chaque travail CNC suit trois étapes Un ingénieur conçoit un modèle 3 D à l'aide du logiciel CADolidWorks, Fusion 360, ou similaire Ensuite, le modèle 3 D est converti en chemins d'outils usinables dans le logiciel CAM, qui génère ensuite des codes G qui indiquent à la machine CNC où aller, à quelle vitesse tourner, à quelle profondeur couper, et ainsi de suite.

Enfin, la machine CNC exécute ces codes. Les vitesses de broche sont généralement comprises entre 8 000 et 30 000 tr/min en fonction du diamètre du matériau et de la fraise, avec des débits d'alimentation puis une sélection basée sur la recherche d'une finition de surface acceptable tout en atteignant le temps de cycle souhaité.

La répétabilité est l'endroit où CNC bat l'opération manuelle Un unique peut être fait à la main, fait sur commande, mais un CNC, s'il fonctionne, fait 1 ou 1000 exactement la même Les tolérances du premier au dernier sont maintenues quelque chose qu'aucune opération manuelle ne peut prétendre.

Types de processus d'usinage CNC

Fraisage CNC 3-A×is et 5-A×is

Un broyeur CNC de 3 a×is traduit l'outil de coupe dans les directions X, Y et Z. Il est parfaitement adapté pour produire des géométries plates ou prismatiques c'est-à-dire des équerres, des plaques et des boîtiers avec toutes les caractéristiques accessibles d'un côté Toute contre-dépouille, trou coudé ou composant de courbe composé nécessite une re-fi×turation de la pièce augmentant le coût de configuration et le risque d'erreur de position.

Le fraisage CNC 5×is comprend 2 a× de rotation supplémentaires (généralement les axes A et B), permettant au couteau de s'incliner et de pivoter selon pratiquement n'importe quel angle au sein d'une seule configuration sur la pièce à travailler. (Les statistiques industrielles indiquent que l'année dernière (2015), sur 80% de tous les moulins industriels nouveaux sur le marché étaient vendus avec une capacité de 5 axes). Le travail d'économie réel qui prenait auparavant 7 jours sur des machines à 3 axes tirant parti de plusieurs configurations sur un ou plusieurs centres d'usinage peuvent désormais être effectués en quelques heures sur une seule machine à 5 axes avec une précision dimensionnelle accrue et une partie non réparée pendant le processus.

Tournage CNC et usinage suisse

Tournage CNC implique de faire tourner la pièce contre un outil de coupe fixe, ce qui en fait le processus de choix pour les composants cylindriques et coniques - arbres, bagues, raccords, attaches filetées Les tours CNC modernes avec outillage sous tension peuvent également usiner les opérations de fraisage et de tournage en une seule configuration.

Le tournage CNC de type suisse va encore plus loin dans le cas de pièces de petit diamètre (moins de 32 mm).La douille de guidage supporte le travail près de la coupe, supprimant la flexion qui conduit à la déflexion et permettant des tolérances jusqu'à 0,0005 «. L'usinage suisse est standard pour les vis à os médicales, les broches de connecteur électronique et les pièces de montre ».

Grillage EDM et procédés spécialisés

L'usinage par décharge électrique utilise un fil fin chargé électriquement pour couper des matériaux conducteurs avec des tolérances aussi serrées que 0,0001«. Sans force de coupe mécanique directe, l'EDM en fil manipule des aciers à outils trempés, du carbure de tungstène et d'autres matériaux qui détruiraient les fraises conventionnelles. Le problème est qu'il coupe lentement par rapport au fraisage.

Matériaux d'usinage CNC : choisir le bon métal ou plastique

Choisir le bon matériau est essentiel pour contrôler le coût, réduire le délai de livraison et atteindre les spécifications des pièces Le mauvais choix de matériau peut produire une pièce qui machine magnifiquement mais qui échoue en service - ou qui réussit en service mais qui fait exploser le budget La liste ci-dessous montre les matériaux d'usinage CNC les plus traités avec les propriétés mécaniques et les données de coût dont les ingénieurs ont besoin.

Alliages d'aluminium (6061-T6, 7075-T6)

L'aluminium est devenu une sorte de norme de facto Usinage CNC matériau : il fraise rapidement, il détient des tolérances étroites, et il coûte moins cher que la plupart des autres métaux Lorsque l'aluminium 6061-T6 est indiqué pour les pièces à usage général-supports, enceintes, fixations, et dissipateurs de chaleur-il est de loin le plus courant Lorsque la résistance à la traction plus élevée (éléments structurels aérospatiaux, gabarits à haute contrainte) est essentielle, 7075-T6 fournit 572 MPa à environ 1,5 le prix du matériau.

Acier inoxydable, acier au carbone et titane

L'acier inoxydable 304, par exemple, présente une excellente résistance à la corrosion - comme pour les équipements de qualité alimentaire et médicaux. 316 L remplace le molybdène par une résistance chimique supérieure - un choix pour les applications de traitement marin et chimique. Surperforme l'acier pour les rapports résistance/poids, Ti-6Al-4 V (titane de grade 5). offre une résistance à la traction de 950 MPa à environ 601TP3 T la densité - mais est lent et peut être coûteux. L'acier au carbone 1045 atteint le point idéal pour les applications d'engrenages, d'arbres et de fixations à haute résistance sans résistance à la corrosion.

Plastiques d'ingénierie (PEEK, Delrin, Polycarbonate, ABS, PTFE)

Les plastiques techniques sont usinés lorsque les pièces nécessitent une isolation électrique, une meilleure résistance chimique ou moins de poids qu'un mélange de métal et de plastiques peut offrir - combiné à des tolérances plus serrées que celles que le moulage par injection peut offrir à de faibles volumes de production. Le PEEK est un substitut métallique dans les applications aérospatiales et médicales - il résiste à un fonctionnement continu à 260 °C, tout en offrant une résistance à la traction de 100 MPa. Delrin (POM) supporte la charge sur les engrenages, les roulements et les bagues. Le polycarbonate offre une opacité ainsi qu'une résistance élevée aux chocs pour les couvercles et les boucliers.

Tolérances d'usinage CNC et finitions de surface

Obtenir la bonne tolérance d'usinage est un lancer de dés : s'il est trop lâche, les pièces d'accouplement ne rentreront pas Si c'est trop serré, vous payez juste pour un temps d'usinage inutile qui ne vous a rien acheté Les tableaux ci-dessous montrent ce qui est faisable sur une vraie machine de production, pas une image marketing au meilleur des cas.

L'état de surface est spécifié comme Ra (rugosité moyenne arithmétique de la surface) en unités de micromètres par ISO 4287. À moins que votre dessin CAO n'indique clairement une exigence Ra spécifique, la plupart des ateliers d'usinage CNC appliquent par défaut Ra 3,2 µm à la surface naturelle laissée par une opération de fraisage ou de tournage standard.

Combien coûte l’usinage CNC ?

Les dépenses d'usinage CNC sont influencées par cinq facteurs clés, chacun ajoutant un pourcentage différent au prix final à la pièce. Comprendre ces facteurs permet aux ingénieurs de choisir des stratégies de conception qui répondent à des tolérances strictes dans le cadre du budget souhaité.

Facteurs de coûts clés

Comment réduire les coûts d'usinage CNC 7 conseils exploitables

Vous voulez une estimation rapide des coûts ? Téléchargez votre fichier CAO et obtenez un devis. La plupart des plateformes proposent des tarifs instantanés avec des résultats inférieurs à 24 heures.

Comment choisir un fournisseur de services d'usinage CNC

Des certifications importantes

Lors du choix d'un Atelier d'usinage CNC, [TRADUCTION] ?Vérifiez leurs certifications pour vous assurer qu'elles ont fait l'objet d'un audit indépendant pour les contrôles de qualité La référence standard est ISO 9001 Tout magasin qui ne possède pas cela doit être considéré comme suspect Les certifications pertinentes supplémentaires peuvent varier selon le domaine :

• La certification AS9100 D est exigée par plus de 801TP3 T des fournisseurs aérospatiaux. Aborde la sécurité, l’atténuation des risques et la gestion de la configuration.
• L'ISO 13485 est un incontournable pour les composants des dispositifs médicaux Comprend la validation des processus et les contrôles de conception.
• IATF 16949 est le système qualité de l'industrie automobile, y compris le PPAP et les contrôles statistiques des processus.
• NADCAP effectue des audits des processus spécialisés nécessaires sur les pièces aérospatiales.

Ateliers de machines en ligne et locaux, quand chacun gagne

Les services d'usinage CNC en ligne (services de devis instantanés) fonctionnent très bien lors de la production de matériaux standards, géométriquement simples à moyennes complexités, et lorsque les tolérances 0,002 0,005 « peuvent être tolérées dans un délai de 3 à 7 jours. Vous envoyez le fichier CAO, recevez un prix instantané et les pièces sont expédiées sans jamais avoir parlé à quelqu'un. Les ateliers d'usinage locaux font très bien lorsque vous avez besoin d'un délai d'exécution le jour même, d'une conception personnelle pour la fabrication (DFM) et de discussions d'ingénierie, ou exécutez un programme avec des modifications techniques que vous souhaiterez une relation de travail étroite avec votre fabricant.

Que le résultat final soit un atelier d'usinage CNC en ligne ou un magasin local, voici les caractéristiques que vous devez exiger lors de la sélection d'un atelier et les caractéristiques que vous devez éviter :

Conception pour la fabricabilité CNC (DFM) 7 règles

Les sept règles de conception pour la fabrication sont tirées des lignes directrices fournies par Protolabs et Ingénierie Libretexts vous évitera les erreurs de conception d'usinage CNC les plus courantes (et les plus coûteuses). Utilisez-les pour vérifier votre fichier CAO avant d'envoyer vos pièces pour les citer.

1. Épaisseur minimale de la paroi : 0,8 mm pour les métaux, 1,5 mm pour les plastiques, 1,0 mm pour l'aluminium 6061, 1,5 mm pour l'acier inoxydable Les parois plus fines que celle-ci auront tendance à dévier sous la fraise, ce qui entraînera des marques de broutage et une dérive dimensionnelle.
2. Rayons d'angle : 1/3 de la profondeur de la cavité Les coins internes doivent être rayonnés ; Afin de couper les coins serrés, la fraise CNC doit être rayonnée Si votre cavité a une profondeur de 30 mm, vous devez inclure au moins un rayon de 10 mm sur les coins. Les rayons plus petits nécessitent des fraises plus petites, des alimentations plus lentes et plus de passes.
3. Profondeur du trou : maximum 10 x diamètre Les forets torsadés standard vont de manière fiable jusqu'à 4 diamètres de profondeur Le forage Peck ira de manière fiable jusqu'à 10 diamètres de profondeur À de plus grandes profondeurs, utilisez un foret à canon comme opération distincte.
4. Profondeur de poche : rapport profondeur/largeur maximum de 3 :1 Les poches profondes nécessitent des outils de coupe plus longs qui ont tendance à vaciller, dégradant la finition et la dimensionnalité Les poches larges permettent d'utiliser des outils plus courts et plus rigides Envisagez d'élargir une poche si vous en avez besoin en profondeur.
5. Sous-coupes : ajoutez 30-501TP3 T au coût de chaque caractéristique Gardez vos largeurs de contre-coupe en millimètres entiers pour correspondre à l'outillage standard, et laissez un jeu de 4 mm entre la contre-coupe et tout mur attenant.
6. Profondeur maximale du filetage : 3 diamètres Les filetages supplémentaires au-delà de 3 diamètres offrent une capacité de charge supplémentaire négligeable tout en augmentant les chances de rupture du taraudage Précisez une profondeur maximale de 18 mm pour les filetages M6.
7. Texte et gravure : largeur de ligne minimale de 0,018 « sur métaux mous, 0,033 » sur métaux durs Les polices fines, les empattements fins et les polices de script sont difficiles ou impossibles à usiner ; utilisez une police sans empattement avec un trait de 10 pt (~0,134 « ) ».

Foire aux questions

En quoi l'usinage CNC diffère-t-il de l'impression 3 D

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L'usinage CNC est un processus soustractif qui élimine la matière d'une billette de matière par ailleurs solide à l'aide d'outils de coupe rotatifs, alors que, pour chaque cordon de matière extrudé pendant l'impression 3 D environ quatre sont jetés comme déchets CNC fournit des tolérances plus serrées à 0,001 « et une qualité de surface supérieure à l'impression 3 D FFF, mais a un gaspillage de matière plus élevé À l'inverse, l'impression 3 D FFF est mieux adaptée aux géométries internes complexes et à l'expérimentation rapide de prototypes d'ajustement et de forme où aucune tolérance dimensionnelle meilleure que 0,010 » n'est nécessaire.

Quel est le délai typique pour les pièces usinées CNC ?

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Le délai d'exécution standard varie de 3 à 10 jours ouvrables selon la géométrie de la pièce, le matériau, la distance de plomb et la taille de la commande La plupart des pièces simples en aluminium sont expédiées en 3 à 5 jours Les pièces CNC multi-axes en métal exotique telles que le Titanium et le PEEK peuvent prendre 7 à 10 jours pour le profilage complexe et l'usinage multi-axes. Les services CNC à rotation rapide en ligne peuvent produire des pièces en 24 à 48 heures avec une prime de 1,5 à 2 par rapport au délai d'exécution normal. Le délai varie également entre les commandes qui spécifient l'inspection (FAI, rapport CMM) et celles qui ne le font pas.

Quels formats de fichiers les services d'usinage CNC acceptent-ils ?

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La plupart des services CNC acceptent les formats CAO 3 D préférés de STEP (.stp), IGES (.igs) et Parasolid (.x_t).D'autres acceptent également les fichiers SolidWorks (.sldprt), Inventor (.ipt) et STL. Fournissez toujours des dessins 2 D (PDF ou DWG) pour les appels de finition de surface, GD & T et le tolérancement.

Les machines CNC peuvent-elles gérer des essais en petits lots et en prototypes

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Oui, l'usinage CNC est parfait pour les prototypes et la fabrication en petite quantité de 1 à 500 pièces Contrairement au moulage par injection, CNC ne nécessite pas d'outillage de moule (mould tooling) (mould tooling) seulement un coût de configuration unique. Les coûts de configuration sont amortis sur la taille du lot (batch size), ce qui rend le coût du prototype entre $50-200+ basé sur la complexité, mais maintient le budget total du projet à un niveau bas tout en validant les concepts. Cela fait de CNC un choix idéal pour les prototypes fonctionnels et la fabrication de ponts.

Quelles industries dépendent le plus des services d'usinage CNC ?

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Les plus grands marchés pour les pièces usinées CNC sont l'aérospatiale, les dispositifs médicaux, l'automobile, l'électronique grand public et la défense. L'aérospatiale demande des magasins enregistrés AS9100D, les soins médicaux nécessitent la certification ISO 13485, les demandes automobiles l'accréditation IATF 16949 et l'électronique grand public externalise CNC pour développer des dissipateurs thermiques, des boîtiers et des objectifs d'appareil photo.

Comment inspectez-vous les pièces usinées CNC pour en vérifier la qualité ?

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Les pratiques d'inspection standard incluent la vérification dimensionnelle pour les positions angulaire, linéaire, circulaire, curviligne et ponctuelle à l'aide de machines de mesure de coordonnées (CMM).L'inspection supplémentaire implique le tracé de surface 3 D, l'inspection du premier article (FAI) et peut inclure des tests non destructifs (NDT) tels que des rayons X ou un pénétrant de colorant pour les composants médicaux et aérospatiaux selon les spécifications.