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La conception pour l’usinage CNC implique une prise en compte globale de la fabricabilité, de la précision et du coût, les défis principaux se situant sur six dimensions :
Des caractéristiques complexes telles que des cavités profondes, des dégagements, des parois minces et des surfaces courbes nécessitent une vérification rigoureuse de l’accessibilité des outils, des interférences entre l’outil et la pièce, ainsi que de l’espace disponible pour le serrage. Des conceptions présentant une faible fabricabilité entraînent une augmentation des coûts, un allongement des délais de livraison ou même des structures impossibles à usiner.
Les pièces de haute précision exigent un contrôle strict des tolérances dimensionnelles, des tolérances de forme et des tolérances de position (telles que la concentricité, la perpendicularité et la planéité). La déformation due aux efforts de coupe, la déformation thermique liée à l’usinage et les erreurs de serrage affectent toutes la précision finale, ce qui requiert une compensation de processus complète.
Les différents matériaux des pièces usinées présentent des performances de coupe très variables. Les aciers trempés, les alliages de titane, les superalliages et autres matériaux difficiles à usiner provoquent une usure rapide des outils, une mauvaise qualité de surface et une déformation facile de la pièce, ce qui nécessite des outils spécialisés, des paramètres de coupe adaptés et des solutions de refroidissement spécifiques.
Les pièces complexes requièrent généralement plusieurs opérations, plusieurs montages et même plusieurs machines-outils. La conception du chemin d’usinage doit organiser de façon rationnelle la séquence d’ébauche, de finition et de traitement thermique, tout en maîtrisant les erreurs cumulées dues aux multiples serrages, ce qui repose fortement sur l’expérience en ingénierie des procédés.
Les structures à parois minces, les arbres élancés et les pièces usinées à faible rigidité sont sujettes à une déformation élastique sous l’effet de la force de coupe, ce qui entraîne des écarts dimensionnels, des vibrations (chatter) et une mauvaise qualité de surface. La conception et le procédé doivent être optimisés simultanément afin d’assurer la rigidité structurelle et la stabilité de l’usinage.
l’usinage 5 axes et multitâche implique une programmation complexe du parcours outil et une simulation du mouvement. Les ingénieurs doivent vérifier les risques de collision entre la broche, le porte-outil, la pièce, le dispositif de serrage et le corps de la machine-outil, ce qui exige des compétences professionnelles en programmation ainsi qu’un soutien logiciel de simulation.