Le brochage CNC est un procédé d'usinage de haute précision et d'efficacité qui utilise la technologie de commande numérique par ordinateur (CNC) pour créer des motifs de surface complexes sur diverses pièces. Il repose sur le mouvement de va-et-vient linéaire d'un outil de coupe spécialisé appelé broche, qui enlève progressivement de la matière de la pièce à chaque passe.
Qu'est-ce que le brochage CNC ?
Le brochage CNC peut être décrit comme un processus de travail des métaux qui implique l'utilisation d'un outil de coupe contrôlé par ordinateur pour diriger ou guider une broche à dents multiples à travers une pièce de travail, ce qui entraîne des caractéristiques internes ou externes complexes telles que des rainures de clavette, des cannelures ou des dents d'engrenage. La raison pour laquelle cette méthode reste importante est qu’elle a été utilisée pour fournir des finitions de surface de haute qualité dans des tolérances très étroites.
Types de machines à brocher CNC
Différentes configurations en termes de taille des pièces à usiner, de type de brochage requis et de volumes déterminent les différentes formes disponibles pour les machines à brocher CNC. Les types courants sont :
1. Machines à brocher CNC horizontales
Conformément à ce mode, l'opération se déroule horizontalement en travaillant sur le travail effectué grâce aux broches montées sur celles-ci. Les pièces internes telles que les rainures de clavette, les cannelures et les dents d'engrenage pour les arbres ou les composants cylindriques sont mieux produites à l'aide de machines CNC horizontales.
2. Machines à brocher verticales CNC
Ces systèmes ont un mouvement vertical tout en éliminant les matériaux excédentaires de leurs pièces à l'aide de lames de coupe spéciales appelées broches. Ils peuvent être utilisés pour produire des caractères extérieurs ainsi que des rainures et des profils de planéité pour des objets de forme irrégulière tels que des plaques plates en métal.
3. Centres de brochage CNC
Les centres de broche CNC sont des machines-outils qui combinent plusieurs opérations d'usinage, y compris le fraisage et le perçage, avec un mouvement linéaire de type vérin de la glissière portant le dispositif d'outillage qui y est attaché, permettant un traitement complet des pièces dans une seule configuration, maximisant respectivement son efficacité et la réduction du temps de manipulation.
4. Machines à brocher CNC à usage spécial
Pour des applications ou des industries de niche, il peut exister des conceptions spécialisées pour des industries spécifiques nécessitant certaines formes, notamment des fraises à engrenages massives, mais utilisant la technologie du brochage. Cela pourrait impliquer, par exemple, l'usinage de gros engrenages dans une ligne de fabrication d'engrenages ou de cannelures sur des arbres cannelés.
5. Accessoires de brochage CNC
Les machines de fraisage, de tournage ou multitâches existantes peuvent être équipées d'accessoires ou de modules de brochage pour leur donner une capacité de brochage. De tels accessoires représentent une solution économique pour ajouter des capacités de brochage à des installations déjà mises en place tout en maintenant un faible coût d'exploitation.
Caractéristiques du brochage
1) Productivité élevée. Les broches fonctionnent avec plusieurs dents simultanément et, après une course, elles peuvent effectuer l'ébauche et la finition.
(2) Grande durabilité de la broche. La vitesse de brochage est modérée, l'épaisseur de chaque dent est faible ; par conséquent, la force de coupe appliquée diminue également de façon négligeable et réduit la chaleur générée par la coupe.
(3) Haute précision d'usinage. La classe de tolérance dimensionnelle du brochage se situe généralement entre IT8 et IT6 et la rugosité est de Ra 0.8 ~ 0.1 μm.
(4) Aborder un seul mouvement principal (mouvement linéaire), structure simple et facile à utiliser.
( 5) Large gamme d'usinage. Le brochage peut traiter des trous traversants ronds, ainsi que toutes autres formes complexes telles que des surfaces planes sans obstacles pour les surfaces externes, mais ne peut pas réaliser de trous étagés, de trous non traversants ou d'alésages à paroi mince.
(6) Le coût élevé, la complexité d'affûtage, en plus de la standardisation et de la spécification des pièces, dans une seule pièce, la production en petits lots sont rarement appliqués.
Outils de brochage de machines CNC
Outils de brochage pour machines CNC
Dans les opérations de brochage CNC, il existe des outils de broche spécialisés conçus pour fonctionner avec des machines CNC. Ces outils sont constitués d'une barre ou d'un support capable de maintenir fermement un insert ou la broche. De plus, ce tranchant est constitué d'une série de dents qui grossissent progressivement et emportent de la matière au fur et à mesure de son passage.
Matériaux et revêtements pour outils
Les matériaux durs et résistants à l'usure utilisés dans la fabrication des outils de brochage comprennent l'acier rapide (HSS) et les carbures cémentés. Les types HSS sont destinés à l'usinage de pièces relativement plus tendres, tandis que ceux en carbure cémenté conviennent aux matériaux plus durs, par exemple les applications abrasives. De plus, ces outils peuvent être recouverts de revêtements avancés en couches minces comme le nitrure de titane (TiN), le nitrure d'aluminium-titane (AlTiN), entre autres, pour améliorer leurs performances, leur durée de vie ainsi que leur résistance à l'usure.
Durée de vie et entretien des outils
Différents facteurs déterminent la durée de vie des outils de brochage, tels que le matériau de la pièce à usiner, les paramètres de coupe et même la qualité de l'entretien de l'outil. Une garantie de performance constante est obtenue grâce à un entretien approprié comme une inspection régulière, un affûtage et un remplacement des dents usées ou endommagées, garantissant une utilisation maximale de ces outils dans le temps.
Avantages du brochage CNC
Finition de surface haute précision et constante
La capacité de produire des finitions de surface internes ou externes très précises et cohérentes est l’un des principaux avantages du brochage CNC. En comparaison avec d'autres procédés d'usinage, cette méthode permet d'obtenir un meilleur état de surface avec des tolérances serrées, évitant ainsi toute opération de finition supplémentaire.
Taux d’enlèvement de matière élevés
Avec des taux d’enlèvement de matière élevés, le brochage CNC est un processus efficace pour les séries de production en grand volume. Ce processus est particulièrement utile pour créer des contre-dépouilles profondes, des formes internes complexes et des profils complexes qui seraient impossibles ou trop difficiles à réaliser avec les techniques d'usinage traditionnelles.
Polyvalence dans la compatibilité des matériaux
D'un autre côté, un autre grand avantage du brochage CNC est qu'il peut s'adapter à presque tous les types de matériaux tels que les métaux, les plastiques et les composites. Avec une telle polyvalence, les entreprises peuvent s'engager dans diverses industries, notamment les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale et de l'outillage.
Une solution rentable
Le brochage CNC offre une solution rentable pour les séries de production en grand volume. Un temps de configuration minimum est requis avant de démarrer l'opération ; les pièces fabriquées sont toujours de bonne qualité, réduisant ainsi les exigences d'inspection et les retouches, ce qui réduit finalement les coûts globaux de fabrication.
Comparaison des procédés d'usinage de brochage, de façonnage, d'alésage et de perçage
Processus d'usinage | Action de coupe | Applications typiques | Avantages | Limites |
brocher | Mouvement alternatif linéaire d'un outil multi-dents pour créer des formes internes ou externes complexes | Rainures internes, cannelures, dents d'engrenage, polygones | Finition de surface élevée, taux d'enlèvement de matière élevés, formes complexes | Outil spécialisé requis pour chaque application, limité aux formes droites/hélicoïdales |
Façonner | Mouvement linéaire alternatif d'un outil à point unique pour générer des surfaces planes | Usinage de surfaces irrégulières, rainures de clavette, rainures | Polyvalent, peut usiner des formes irrégulières | Processus plus lent, limité aux surfaces planes |
Forage | Mouvement rotatif d'un outil monopoint ou multipoint pour agrandir ou finir des surfaces cylindriques internes | Agrandissement ou finition d'alésages de cylindres, de surfaces d'appui | Finition de surface lisse et de haute précision | Limité aux surfaces cylindriques internes |
Forage Horizontaux | Mouvement rotatif d'un foret pour créer des trous cylindriques | Forage de trous, perçage de trous profonds, perçage au pistolet | Production rapide de trous, différentes tailles de trous | Limité aux trous cylindriques, formation potentielle de bavures |
Application des machines à brocher CNC
Les machines à broches rotatives CNC sont largement utilisées dans différentes industries manufacturières, en particulier pour l'usinage très précis et la production de masse.
Certains domaines dans lesquels ils sont couramment appliqués comprennent :
1.Industrie aérospatiale
Les composants aérospatiaux de haute précision et de haute résistance tels que les coques d'engins spatiaux, les pièces de moteur, les aubes de turbine, etc. peuvent être usinés par les machines à brocher CNC.
2.Industrie automobile
Certaines des pièces automobiles qui peuvent être traitées par les machines à brocher CNC comprennent, entre autres, les essieux, les fusées d'essieu, les engrenages et les vilebrequins.
3. Industrie électronique
Les boîtiers de produits électroniques, les circuits imprimés et les rails de guidage peuvent tous être fabriqués sur une machine à brocher CNC.
4. Industrie de fabrication d’instruments de précision
Ceux-ci incluent des microscopes tels que des microscopes électroniques et des télescopes.
Conclusion
La présente invention concerne des améliorations apportées à un processus d'usinage spécialisé appelé brochage CNC. Il s'agit d'un processus d'usinage spécialisé qui combine des broches multi-dents avec la technologie de commande numérique par ordinateur (CNC) pour produire des caractéristiques internes ou externes complexes sur une pièce. Les composants présentant des caractéristiques internes ou externes complexes peuvent être produits efficacement grâce à cette méthode par des outils de coupe à une seule dent combinés à la précision et à l'automatisation des systèmes CNC.
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