Comment concevoir des pièces mécaniques CNC pour l'usinage CNC?

L'usinage de contrôle numérique informatique (CNC), en tant que technologie de fabrication soustractive efficace, s'appuie sur de nombreuses machines-outils à grande vitesse et précis pour compléter la fabrication depièces mécaniques CNC.Au cours de ce processus, le matériau est progressivement retiré à travers diverses méthodes telles que la coupe, le forage, le biseau et la fente pour obtenir la forme de souhaitépièces mécaniques CNC.

Afin d'obtenir le meilleur effet de traitement, les caractéristiques de l'usinage CNC doivent être pleinement prises en compte au stade de conception. Dans cet article, nous décrirons les divers types de machines-outils CNC et plongerons dans plusieurs points de conception clés.

Dans le domaine de l'usinage CNC, il existe différents types de machines-outils CNC, chacune avec ses applications et avantages uniques. Voici plusieurs machines-outils CNC courants et leurs caractéristiques:

Tour:Spécialement conçu pour la fabrication de formes cylindriques complexes, il est favorisé par de nombreux conceptions en raison de sa rentabilité. Dans ces machines-outils, le matériau continue de tourner tandis que l'outil de coupe reste immobile. La géométrie souhaitée est créée en contrôlant avec précision le mouvement et la vitesse d'alimentation de l'outil, ainsi que la vitesse de rotation du matériau.

Broyage vertical:Son axe de broche est perpendiculaire au lit de la machine. Contrairement à un tour, l'outil de coupe ici se déplace. Cette conception permet au broyage vertical d'effectuer une variété d'opérations de coupe, telles que le forage, le fraisage et la coupe de contour.

Broyage horizontal: son outil de coupe est installé sur une broche horizontale et convient aux occasions où une grande quantité de matériau doit être retirée ou lorsque les exigences de précision ne sont pas élevées. Ce type de machine-outil est largement utilisé dans des champs tels que la fabrication de moisissures et le traitement des pièces mécaniques.

Planeur:Semblable à un broyage vertical, mais avec un rapport différent de la zone de travail à la machine. L'outil de découpe de la race est perpendiculaire au lit de la machine tandis que les pièces restent fixes. Cette conception rend la race plus efficace lors de l'usinage de grandes pièces.

Pendant le processus d'usinage CNC, ces machines-outils sont tous équipés de divers outils de coupe à haut débit pour éliminer les matériaux des blocs de métal solide ou en plastique. Ces outils de coupe ont généralement des poignées cylindriques et des formes de pointe spécifiques, ainsi que des longueurs de coupe limitées. Lorsque le matériau est retiré de la pièce, la géométrie de l'outil est transférée à la pièce, de sorte que les caractéristiques internes des pièces mécaniques CNC ont généralement des rayons de filet.

Car il affecte directement le coût des pièces. Lors du choix des matériaux, nous devons considérer leur dureté, leur rigidité, leur résistance chimique, ainsi que d'autres qualités mécaniques et esthétiques.

Les matériaux métalliques couramment utilisés dans le traitement mécanique comprennent l'acier, l'aluminium, le laiton et le cuivre. L'acier, en tant que métal le plus utilisé, ses propriétés sont déterminées par le contenu du carbone et des alliages, fournissant une large gamme d'applications. L'aluminium, réputé pour sa légèreté et sa résistance à la corrosion, est souvent utilisé dans des applications où une réduction de poids est nécessaire. Le laiton, favorisé pour sa haute résistance, sa machinabilité élevée et sa résistance à la corrosion, est souvent utilisé dans la fabrication de connecteurs hydrauliques et de composants à faible friction. Le cuivre a trouvé sa place dans les produits électriques en raison de son excellente conductivité électrique. Pendant ce temps, sa bonne résistance à la corrosion le fait également bien fonctionner dans des applications telles que les radiateurs, les toits et les fossés de drainage.

Le contrôle approprié de la tolérance peut garantir la précision et l'interchangeabilité des pièces, tandis que la conception de l'ajustement raisonnable peut optimiser les performances et la durée de vie des pièces. Tous ces points de conception doivent être considérés de manière globale en fonction des exigences d'application spécifiques et des propriétés des matériaux.

Les tolérances géométriques de plusieurs roulements sur l'essieu arrière du véhicule doivent être strictement contrôlées pendant le processus de conception. La tolérance, en tant que concept clé définissant la plage acceptable de toute dimension donnée, joue un rôle crucial dans la conception mécanique. S'il n'y a pas de norme de tolérance globale claire, la plupart des ateliers mécaniques adopteront une tolérance standard de ± 125 millimètres. Cependant, pour des applications spécifiques, la définition de normes de tolérance plus strictes est souvent cruciale.

L'ajustement, en tant qu'application spécifique de la tolérance, est généralement classé en trois catégories:L'ajustement de dégagement, l'ajustement de transition et l'ajustement d'interférence. L'ajustement de dégagement permet à deux pièces de glisser ou de tourner pendant l'assemblage, tandis que l'ajustement d'interférence nécessite de surmonter une plus grande résistance pour terminer l'assemblage ou le démontage. Dans l'ajustement entre l'arbre et le roulement, l'ajustement de transition ou l'ajustement de micro-autorisation sont des choix courants pour assurer la flexibilité de conception de l'arbre.

De plus, le contrôle des pores lors de l'installation du boîtier est également d'une importance vitale.Si le shell doit être installé de manière rigide sur le cadre, la taille des pores doit être contrôlée avec précision pour répondre aux exigences d'espace spécifiques. Cependant, dans des scénarios d'assemblage plus complexes, comme lorsque plusieurs boîtiers sont connectés via un long arbre, comment s'assurer que la clairance uniforme des trous d'installation et la concentricité des roulements d'arbre deviennent un nouveau défi. À ce stade, l'application des dimensions et tolérances géométriques (GD&T) devient particulièrement cruciale.

Ensuite, nous explorerons l'application de trous et de fils dans la conception mécanique et leur corrélation avec les tolérances et les ajustements.

Les trous filetés sur les pièces mécaniques CNC sont l'un des éléments clés de la conception mécanique. Pendant le processus de forage, la profondeur doit être strictement contrôlée pour éviter la nécessité d'utiliser des outils professionnels, à moins qu'il ne soit vraiment nécessaire de niveler le trou du bas. Pour les trous d'extension, bien que les trous puissent être forés des deux côtés de la partie respectivement, il est nécessaire de prêter attention au problème de décalage possible qui peut se produire au point de rencontre des deux trous. Cela peut être résolu par les luminaires, mais cela augmentera le coût. Lors du forage au bord, il est nécessaire de s'assurer que le diamètre entier du foret est contenu dans la pièce pour éviter les problèmes de bris de foret et de finition de surface.

Lors de la création de threads, il existe trois méthodes principales à choisir:Couper des robinets, formant des robinets et des fraises de filetage. Pour le type de trous filetés, les trous sont le meilleur choix car ils permettent au robinet de passer complètement à travers la pièce et d'assurer une formation de fil précise. Si des trous aveugles sont utilisés, la longueur du fil doit être augmentée de cinq fois le diamètre nominal du bas du trou. De plus, le choix de la taille appropriée du thread est également crucial, car des robinets plus petits peuvent augmenter le risque de rupture pendant le processus de production.

Lors de la planification de la profondeur du fil, seule la longueur nécessaire doit être traitée pour réduire les coûts et assurer la précision des pièces. Dans le même temps, la fourniture d'informations de dessin détaillées est également indispensable pour s'assurer que les fils inclus dans la citation sont cohérents avec votre conception et pour éviter la confusion et les malentendus.

Enfin, le chanfreinage et le filet sont également des facteurs qui doivent être pris en compte dans la conception des pièces mécaniques CNC.

Ils jouent un rôle de transition sur les bords et les coins des pièces, ce qui aide à améliorer la qualité de l'apparence et la praticité des pièces.

Le chanfreinage, en tant que technique importante dans l'usinage CNC, implique la biseau à l'intersection de deux arêtes vives. Cette étape est conçue pour simplifier le processus d'assemblage, telles que permettre à des boulons d'être insérés dans les trous plus facilement, tout en réduisant le risque de blessure qui peut se produire lors de la gestion des arêtes vives.

Le filet fait référence au traitement d'arrondissement aux coins intérieurs ou extérieurs d'une pièce, qui est généralement déterminée par le rayon de l'outil de coupe. Pendant le processus d'usinage, il est crucial de maintenir un rayon de la pièce plus grand que le rayon de l'outil, car cela rendra le processus d'usinage CNC plus lisse et plus efficace.

De plus, il est nécessaire de faire la distinction entre le chanfreinage et le débordement. Le mécanicien supprimera les bavures en cassant les bords des pièces, mais si des dimensions spécifiques sont nécessaires, le matériau sera chanfreint. Lors du chanfreinage, le bord doit être maintenu à 45 degrés, sauf s'il y a des exigences particulières.

La conception des coins arrondis internes est également d'une importance vitale. Pour utiliser plus efficacement les outils de coupe de grand diamètre, le filet interne doit être aussi grand que possible. Cependant, il convient de noter que son rayon doit être au moins un tiers de la profondeur de la cavité pour empêcher l'outil de se casser.

L'usinage CNC se compose généralement de quatre étapes de base. Quel que soit le processus d'usinage adopté, les procédures suivantes doivent être suivies:

►Première étape: concevez le modèle CAO

La première étape de l'usinage CNC consiste à créer un modèle 2D ou 3D du produit. Les concepteurs utilisent généralement AutoCAD, SolidWorks ou d'autres logiciels CAD (conception assistée par ordinateur) pour créer des modèles de produits précis. Pour les pièces plus complexes, la modélisation 3D peut présenter plus clairement les caractéristiques du produit, telles que les tolérances, les lignes structurelles, les filetages et les interfaces d'assemblage.

►Étape 2: Convertir au format compatible CNC

Les machines-outils CNC ne peuvent pas reconnaître directement les fichiers CAO. Par conséquent, les logiciels CAM (fabrication assistée par ordinateur), tels que Fusion 360, MasterCam, etc., doivent être utilisés pour convertir les modèles CAO en codes de contrôle numérique compatibles CNC (tels que les codes G). Ce code est utilisé pour guider la machine-outil pour exécuter des paramètres précis tels que le chemin de coupe, la vitesse d'alimentation et la trajectoire de mouvement de l'outil afin d'assurer la précision du traitement.

►Étape 3: Sélectionnez la machine-outil appropriée et définissez les paramètres de traitement

Selon les exigences du matériau, de la forme et du traitement des pièces mécaniques CNC, sélectionnez les machines CNC appropriées (telles que les frais de fraisage CNC, les tours, les broyeurs, etc.). Ensuite, l'opérateur doit effectuer les préparations suivantes:

Installer et calibrer les outils de coupe

Définir des paramètres tels que la vitesse de traitement, le taux d'alimentation et la profondeur de coupe

Assurez-vous que la pièce est fermement fixée pour éviter l'écart pendant le traitement

►Étape 4: Effectuez l'usinage CNC

Une fois tous les travaux préparatoires terminés, la machine CNC peut effectuer des tâches de traitement en fonction du programme de contrôle numérique prédéfini. Le traitement est entièrement automatisé. L'outil de coupe coupe le matériau le long de la trajectoire réglée jusqu'à ce que la pièce soit formée.

Étape 5: Inspection de la qualité et post-traitement

Une fois le traitement terminé, une inspection de qualité dupièces mécaniques CNCest nécessaire pour s'assurer que leur précision dimensionnelle et leur qualité de surface répondent aux exigences de conception. Les méthodes de détection comprennent:

Mesure dimensionnelle:L'inspection dimensionnelle est effectuée à l'aide de calicers, de micromètres ou de machines à mesurer les coordonnées (CMM)

Inspection de la finition de surface: Vérifiez la rugosité de surface des pièces mécaniques CNC pour voir si un traitement de polissage ou de pulvérisation supplémentaire est nécessaire

Test d'assemblage: Si les pièces mécaniques CNC doivent être assemblées avec d'autres composants, un test d'assemblage doit être effectué pour assurer la compatibilité.

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