Usinage de tournage CNC pour pièces complexes : capacités d'outillage dynamique, d'axe C et de fraisage-tournage

Réponse rapide

L'usinage par tournage CNC pour pièces complexes combine le tournage conventionnel avec l'outillage sous tension, le contrôle de l'axe C, le mouvement de l'axe Y et l'usinage par contre-broche. Ces capacités permettent le tournage, le perçage, le taraudage, le fraisage, le rainurage et le travail en retour dans moins de configurations. Pour les arbres complexes, les joints de robots, les composants fluidiques, les pièces automobiles et les assemblages industriels, l'usinage fraisage-tournage peut améliorer la précision d'une caractéristique à l'autre en gardant les opérations critiques référencées à des références d'usinage cohérentes.

moderne L'usinage de tournage CNC  ne se limite plus à produire des éléments ronds. Lorsqu'un composant tourné nécessite également des trous transversaux, des méplats, des rainures de clavette, des éléments excentriques, des poches fraisées ou un usinage de la face arrière, une stratégie de fraisage-tournage peut consolider des opérations qui nécessiteraient autrement plusieurs machines.

Pour les ingénieurs et les acheteurs, la question clé n’est pas de savoir combien d’axes possède une machine. Il s'agit de savoir si la stratégie d'usinage peut produire la géométrie, les tolérances et les relations entre les fonctionnalités requises de manière efficace et cohérente.

Qu'est-ce que le tournage CNC ?

L'usinage par tournage CNC  est très efficace pour produire des caractéristiques de rotation telles que des diamètres, des alésages, des épaulements, des rainures et des filetages. Cependant, pour les pièces complexes, le défi commence lorsque ces caractéristiques doivent être combinées avec des trous transversaux, des méplats, des rainures de clavette, des caractéristiques excentriques, des poches fraisées ou un usinage de l'arrière.

C'est là que l'usinage fraisage-tournage  étend le tournage conventionnel en intégrant des outils dynamiques, le contrôle de l'axe C, le mouvement de l'axe Y et les capacités de contre-broche pour réaliser plus de fonctionnalités avec moins de configurations.

Pour une introduction détaillée aux principes de base du tournage, consultez notre [Qu'est-ce que le tournage CNC].

Comment Live Tooling étend le tournage CNC

L'outillage dynamique  utilise des outils rotatifs motorisés dans la tourelle du centre de tournage. Au lieu de s'appuyer uniquement sur des outils de tournage fixes, la machine peut effectuer des opérations telles que :

·  Perçage transversal et axial

·  Tapotement

·  Fraisage de rainures et de rainures de clavette

·  Fraisage plat ou hexagonal

·  Modèles de trous de boulons

·  Petites poches et contours

Par exemple, considérons un arbre avec des diamètres de roulement, un filetage externe, deux méplats de clé et un trou radial.

Un processus conventionnel peut nécessiter un premier tournage et un fraisage secondaire ensuite. Avec un outillage dynamique approprié, ces éléments peuvent être usinés dans la même séquence de production.

Le principal avantage n’est pas simplement un usinage plus rapide. Il réduit les transferts de pièces tout en maintenant la relation entre les éléments tournés et fraisés..

Que fait l'axe C ?

L' axe C  permet un positionnement angulaire contrôlé ou une rotation programmée de la broche.

Lors du tournage conventionnel, la broche tourne en continu pour générer une vitesse de coupe. Avec le contrôle de l'axe C, la machine peut positionner la pièce à des angles définis ou coordonner le mouvement de la broche avec les opérations de l'outil motorisé.

Un arbre nécessitant quatre trous radiaux espacés de 90°, par exemple, peut être indexé via l'axe C sans transférer la pièce vers un autre montage.

Ceci est utile lorsque la position angulaire d'un élément percé ou fraisé doit rester liée à un diamètre tourné, un épaulement ou une autre donnée.

Pourquoi un axe Y est-il important ?

Le contrôle de l'axe C gère le positionnement angulaire, mais certaines géométries nécessitent que l'outil de coupe s'éloigne de l'axe central de la broche.

C'est le rôle du tournage sur l'axe Y.

L'axe Y prend en charge :

·  Trous excentriques

·  Fentes décalées

·  Poches décentrées

·  Rainures

·  Appartements asymétriques

·  Caractéristiques fraisées complexes

Concrètement :

Axe C = contrôle angulaire de la pièce

Axe Y = positionnement décentré de l'outil de coupe

Toutes les fonctionnalités excentriques ne nécessitent pas automatiquement un axe Y ; la configuration correcte de la machine dépend de l'axe central et de la géométrie de l'outil requis. Mais lorsqu'un véritable mouvement décentré est nécessaire, la combinaison de l'axe Y avec le contrôle de l'axe C et l'outillage motorisé augmente considérablement les capacités de tournage-fraisage.

Qu'ajoute une contre-broche ?

Les pièces tournées complexes nécessitent souvent un usinage aux deux extrémités. Le reblocage manuel du composant peut introduire un autre transfert de données et une manipulation supplémentaire.

Une contre-broche  permet à la broche secondaire de recevoir le composant de la broche principale afin que les opérations arrière puissent se poursuivre au cours du cycle d'usinage.

Un processus typique est :

Barres → Tournage broche principale → Usinage avec outils dynamiques → Transfert sous-broche → Travail arrière → Pièce finie

Le contre-travail peut inclure le dressage, le tournage, l'alésage, le perçage, le filetage, le rainurage ou le fraisage.

Pour les composants appropriés, cette approche prend en charge un usinage presque complet sans deuxième configuration distincte.

Tournage CNC vs usinage fraisage-tournage

Toutes les pièces tournées ne nécessitent pas un processus multi-axes avancé.

Pour les composants rotatifs simples, le tournage CNC conventionnel peut rester la solution la plus économique.

L'usinage fraisage-tournage devient plus précieux lorsqu'un composant à prédominance cylindrique combine des caractéristiques tournées, percées, fraisées, angulaires ou arrière avec des relations de position critiques.

Pourquoi moins de configurations sont importantes pour les pièces complexes

L'une des principales raisons d'utiliser l'usinage de tournage CNC avancé est le contrôle des références..

Supposons qu'un composant ait un diamètre de roulement de précision et un orifice radial dont la position est spécifiée par rapport à ce diamètre.

Si le diamètre est tourné en premier et que l'orifice est usiné dans un autre montage, la deuxième configuration doit recréer la référence d'origine. L'alignement des fixations, la variation du serrage, le faux-rond et le positionnement des pièces peuvent affecter la relation finale.

Le maintien des opérations associées dans la même séquence d'usinage peut réduire ces erreurs liées au transfert.

Ceci est particulièrement important pour contrôler :

·  Concentricité et faux-rond

·  Position trou-diamètre

·  Orientation angulaire

·  Relations épaule-fonctionnalité

·  Alignement d'avant en arrière

L'usinage en une seule configuration ne garantit pas automatiquement la précision. La déviation de l'outil, la dérive thermique, la distorsion du porte-pièce, les décalages d'outil et le transfert de broche secondaire doivent toujours être contrôlés grâce à un processus de fabrication et d'inspection stable.

Principaux défis du tournage CNC complexe

Accès aux outils et interférence

Les outils entraînés, les tourelles, les mors de mandrin, les contre-broches et la pièce occupent la même enveloppe d'usinage. Les parcours d'outils complexes augmentent les risques d'interférence et de collision.

Solution technique :  utilisez la simulation CAM et la vérification des collisions, optimisez l'orientation de l'outil et minimisez le porte-à-faux inutile de l'outil.

Clavardage et déviation des pièces

Les arbres longs et complexes  peuvent fléchir sous l'effet des forces de coupe, provoquant une conicité, un broutage, une mauvaise finition ou une variation dimensionnelle.

Solution technique :  réduisez la longueur non supportée, utilisez une contre-pointe ou un support de lunette le cas échéant, sélectionnez un outillage rigide et équilibrez la profondeur de coupe, l'avance et la vitesse de broche avec la rigidité de la pièce.

Chaleur et dérive dimensionnelle

Les cycles d'usinage longs génèrent de la chaleur dans la pièce, la broche, l'outillage et la structure de la machine.

Solution technique :  utilisez une distribution de liquide de refroidissement stable, séparez l'ébauche lourde de la finition critique lorsque cela est possible, maintenez un stock de finition constant et appliquez un décalage ou une compensation thermique si nécessaire.

Évacuation des copeaux

Les alésages profonds, les rainures, les poches et les trous qui se croisent peuvent emprisonner les copeaux et endommager les surfaces finies.

Solution technique :  faites correspondre la géométrie du brise-copeaux, les paramètres de coupe, l'alimentation en liquide de refroidissement et les parcours d'outils à la géométrie du matériau et des caractéristiques.

Transfert sous-broche

Une mauvaise stratégie de transfert peut introduire un faux-rond ou endommager les surfaces finies.

Solution technique :  définissez les surfaces de préhension appropriées pendant le DFM, contrôlez la pression de serrage et la longueur d'engagement, et vérifiez les relations avant-arrière critiques lors de l'inspection du premier article.

Paramètres de processus pour un usinage fraisage-tournage stable

Il n'existe pas d'avance, de vitesse ou de profondeur de passe universelle pour l'usinage par tournage CNC . Les paramètres dépendent du matériau, de l'outil de coupe, de la rigidité de la machine, de la géométrie des caractéristiques, de la tolérance et du maintien de la pièce.

Pour l'ébauche, privilégiez la formation stable des copeaux et l'enlèvement de matière prévisible.

Pour la finition, laissez un stock constant afin que l'outil subisse des forces de coupe stables.

Pour le fraisage avec outils motorisés, le contrôle de l'engagement de la fraise, de la sortie de l'outil, de la vitesse de broche, de l'avance et de l'évacuation des copeaux. Les petits outils entraînés peuvent nécessiter des conditions de coupe très différentes de celles des plaquettes de tournage.

Pour les arbres minces, les paramètres de coupe doivent être sélectionnés en fonction du risque de déflexion plutôt que du taux d'enlèvement de matière maximum.

Les tableaux d'usinage génériques sont des points de départ utiles, mais les paramètres de production doivent être validés par rapport au matériau, à la géométrie, à la tolérance et à la configuration réelle de la machine.

Contrôle de tolérance pour les pièces tournées complexes

Une machine multi-axes ne garantit pas un processus performant. La planification des tolérances doit commencer par les références fonctionnelles du dessin.

Les caractéristiques critiques peuvent inclure :

·  Diamètres de roulement et d'alésage

·  Relations de faux-rond et concentriques

·  Position réelle du trou

·  Orientation angulaire

·  Emplacements des épaules

·  Géométrie du filetage

·  Position fraisée

Dans la mesure du possible, les caractéristiques critiques doivent être usinées à partir de références cohérentes avant la libération de la pièce.

L'inspection peut inclure l'inspection du premier article, la mesure sur MMT, le sondage en cours de processus, la compensation du décalage d'outil, la mesure de la rugosité de surface et des jauges dédiées en fonction du dessin.

Évitez d’appliquer des tolérances inutilement strictes aux caractéristiques non critiques. Des exigences de tolérance excessives augmentent le temps d’usinage, les coûts d’inspection et le risque de rebut sans améliorer le fonctionnement des pièces.

Applications de l'usinage de tournage CNC complexe

Arbres complexes :  les arbres d'entraînement, les arbres d'actionneur et les broches de précision combinent souvent des sièges de roulement, des filetages, des rainures, des méplats et des trous transversaux.

Joints de robot :  les diamètres de précision peuvent devoir être alignés avec les trous de montage, les caractéristiques de l'encodeur, les passages de câbles ou les interfaces fraisées.

Composants fluidiques :  les vannes, raccords, buses et composants hydrauliques combinent souvent des alésages, des surfaces d'étanchéité, des filetages, des orifices radiaux et des trous qui se croisent.

Pièces automobiles :  les composants de transmission, les boîtiers de capteurs, les arbres et les raccords peuvent bénéficier du tournage automatisé, de l'outillage sous tension et de l'usinage par contre-broche.

Assemblages industriels :  les accouplements, les connecteurs, les composants d'actionneurs, les rouleaux et le matériel de précision combinent souvent une géométrie de rotation avec des caractéristiques percées ou fraisées.

Quand choisir le fraisage-tournage ?

Considérons un processus de fraisage-tournage lorsqu'un composant :

·  Est principalement cylindrique mais contient des éléments fraisés

·  Nécessite des trous radiaux ou décentrés

·  Comprend des plats, des fentes, des rainures de clavette ou des poches

·  A des relations de position étroites entre les fonctionnalités

·  Nécessite un usinage aux deux extrémités

·  Est difficile à déplacer avec précision dans les luminaires secondaires

·  Bénéficie de l'automatisation de la barre à la pièce finie

L’objectif n’est pas d’utiliser la machine la plus complexe disponible. Il s'agit de sélectionner l' itinéraire d'usinage le plus simple qui répond de manière fiable aux exigences de géométrie, de tolérance, de qualité et de production..

Usinage de tournage CNC chez Dawang Precision

Dawang Precision possède 27 ans d'expérience dans la fabrication de précision  et plus de 400 machines-outils avancées , notamment les systèmes d'usinage Röders et les machines 5 axes Mazak..

Nos capacités prennent en charge le tournage CNC de précision, le fraisage, l'usinage multi-axes et la production de pièces complexes, des prototypes à la fabrication répétée.

Pour les pièces tournées complexes, notre équipe d'ingénierie évalue l'ensemble du processus de fabrication (y compris la stratégie de référence, le maintien de la pièce, la séquence d'usinage, l'accès aux outils, les relations de tolérance et les exigences d'inspection) pour déterminer si le tournage conventionnel ou une stratégie d'usinage plus intégrée est appropriée.

FAQ

Q1 : Qu’est-ce que l’outillage sous tension dans le tournage CNC ?

L'outillage dynamique utilise des outils rotatifs motorisés sur un centre de tournage CNC pour effectuer le perçage, le taraudage, le fraisage et le rainurage sans transférer le composant vers une fraiseuse distincte.

Q2 : Quelle est la différence entre l’usinage sur l’axe C et l’axe Y ?

L'axe C contrôle la position angulaire ou la rotation de la broche. L'axe Y permet un mouvement linéaire décentré de l'outil pour les trous, fentes, poches et autres éléments excentriques éloignés de l'axe de la broche.

Q3 : Pourquoi utiliser une contre-broche ?

Une contre-broche reçoit le composant de la broche principale et permet l'usinage du côté arrière avec moins de resserrages manuels, aidant ainsi à maintenir les relations entre les caractéristiques d'avant en arrière.

Q4 : L'usinage fraisage-tournage est-il toujours meilleur que le tournage conventionnel ?

Non. Les pièces cylindriques simples peuvent être plus économiques sur les tours CNC conventionnels. L'usinage fraisage-tournage offre une plus grande valeur lorsqu'un composant combine le tournage avec des caractéristiques de fraisage, de perçage, décentrées, angulaires ou arrière.

Q5 : L’usinage fraisage-tournage peut-il améliorer le contrôle des tolérances ?

Il peut réduire les erreurs associées à plusieurs configurations en gardant les fonctionnalités associées référencées à des références d'usinage cohérentes. La précision finale dépend toujours de l'outillage, du maintien de la pièce, de la stabilité thermique, du contrôle du processus et de l'inspection.

Obtenez un examen DFM gratuit pour vos pièces tournées complexes

Si votre composant comprend des diamètres à tolérance serrée, des trous transversaux, des caractéristiques excentrées, des méplats fraisés, des filetages complexes ou un usinage recto-verso , envoyez vos dessins STEP et PDF  à l'équipe d'ingénierie de Dawang Precision.

Nous examinerons la géométrie, la stratégie de référence, les exigences de tolérance, le maintien de la pièce, l'accès aux outils et l'itinéraire d'usinage par tournage CNC ou par fraisage-tournage approprié  .

Envoyez vos dessins STEP/PDF pour une évaluation DFM gratuite. Notre équipe d'ingénierie vous répondra dans les 24 heures.