GUIDE DE CONCEPTION POUR LA FABRICATION CNC

Laboratoire POLYGRAMES, ÉCOLE POLYTECHNIQUE

VERSION 2

7 juin 2004

SOMMAIRE 1. COMMENT PRÉSENTER VOTRE DESSIN

• IDENTIFICATION • COMMENT ÉCRIRE LES COTES SUR LES DESSINS

2. CARACTÉRISTIQUES DES OUTILS

• DIAMÈTRE VERSUS LONGUEUR • RAYONS DE TRANSITION ENTRE DEUX LIGNES DROITES

3. FACTEURS INFLUENÇANT LA QUALITÉ DE L'USINAGE

4. LOGICIELS

• SHOPMILL (Conversationnel CNC) • MASTERCAM • AUTOCAD

5. COMMENT FORMATER UN FICHIER AUTOCAD UTILISABLE AVEC MASTERCAM 6. PROPRIÉTÉS DE L’ALUMINIUM, DU LAITON (BRASS) ET DU CUIVRE 7. NOTES CONCERNANT LES SYSTÈMES D'UNITÉS DE MESURE

Nous désirons vous présenter ici, quelques informations et requêtes nécessaires pour la fabrication de pièces mécaniques. Nous traiterons ici de matériaux non-ferreux, tel que: aluminium, cuivre, laiton et "polymères"... Noter qu'il est impossible de machiner tous matériaux plus durs que nos outils, comme la céramique, le TMM, le verre, silicium... 1. COMMENT PRÉSENTER VOTRE DESSIN

• IDENTIFICATION

SVP, CETTE PARTIE EST TRÈS IMPORTANTE!!! Pour faciliter la nomenclature, le transfert, la conversion et le classement des fichiers, il faut

regrouper les informations suivantes de façon claire, sur vos dessins :

• Vos prénoms et noms (dans cet ordre) • Numéro de téléphone et courriel • Le nom de votre ou vos professeurs titulaires • Un titre, le plus précis possible, qui décrit bien votre projet, avec sous-titre si

nécessaire (dans le cas d’assemblage multiple) • Le numéro de version du projet • Le type de matériel à utiliser • La date ou vous me soumettez ce projet (dans le format AAAA/MM/JJ) • Fournir les pièces que vous avez besoin et que nous n'avons pas (MIMIC ou autres...) • S’il s’agit d’une antenne, il faut déterminer une méthode de fixation au mat de

mesure (positionneur du compact range) • Unités en pouce (inch) seulement (le mil et les fractions ne sont pas acceptés) • Toutes autres informations pertinentes…

• COMMENT ÉCRIRE LES COTES SUR LES DESSINS

En premier lieu, le dessin doit toujours comprendre la dimension totale de la pièce. Le dessin

peut être de n’importe quelle format (logiciel ou à la main), mais très clair. Si une dimension n’est pas critique, veuillez l’indiquer. La seule façon de donner les cotes, sur les dessins, est le pouce (inch), car le logiciel SHOPMILL accepte les données en pouce (inch) seulement.

ATTENTION, le mil et les fractions ne sont pas acceptés. La précision est limitée à 4 décimales, et seulement le point est accepté dans la désignation

décimale. Il ne faut pas oublier le zéro avant la décimale, pour plus de clarté. La résolution des cotes est donc de 0.0001 pouce (correspond à environ 2.5 µm).

1.2395 inch…correspond à 1239.5 mil 0.1459 inch…correspond à 145.9 mil

Pour la fabrication de guides d’onde, de cavités, etc…il faut donner les cotes à partir d'un point de référence, généralement l’un des coins de la pièce. On donne alors les coordonnées X et Y, de façon absolue. On peut aussi donner les coordonnées de façon relative, mais toujours de façon successive par rapport à la référence. Une vue isométrique (3D) est souvent très utile. Pour ce qui est de la profondeur, le dessus de la pièce est Z=0 La plupart de vos pièces seront de formes rectangulaires (axe X et Y). Utiliser le sens le plus long dans l’axe X.

Dans le schéma #3, c’est un très bon exemple d’une manière efficace de présenter votre dessin.

Il faut un point de référence (X0 ; Y0), la coordonnée d’un des coins (ou de centre) de chacune des cavités et la profondeur de chacune de celles-ci (Z). NOTER qu’il faut donner la coordonnée du coin comme s’il était carré (ne pas tenir compte de l’arrondi créer par l’outil). Schéma #1 : Cotation de manière absolue

2.600"

4.600"

4.800"

AXE X

3.00

0"

2.80

0"

0.20

0"

0.200"

COORDONNÉES ABSOLUES

AXE

Y

(X0 ; Y0)

4.800"

2.200"

1.70

0" 2.00

0"

2.80

0"

0.20

0"

Schéma #2 : Cotation de manière relative

0.200"

AXE X

3.00

0"

2.60

0"

0.20

0"

COORDONNÉES RELATIVES

AXE

Y

(X0 ; Y0)

4.800"

2.000"2.000" 0.400"

1.50

0"

0.20

0"

0.80

0"

0.30

0"

Schéma #3 : Cotation mixtes (sans les axes, pour plus de clarté).

4.600"

4.800"

4.800"

Z= 0.136

3.00

0"

2.60

0"

COORDONNÉE DU COIN

LARGEUR

LONGUEUR

2.000"

0.200"(X0 ; Y0)

0.20

0"

Z= 0.217

COORDONNÉE DU COIN

LARGEUR

LONGUEUR

1.50

0"

2.80

0"

2.000"

0.20

0"

2.000"

COORDONNÉE DU COINLARGEURLONGUEUR 0.

800"

Schéma #4 : Données nécessaires pour un guide d’onde (une vue 3D n’est pas toujours obligatoire).

5.000"

0.500"

0.20

0"

0.700"

(X0 ; Y0)

SPÉCIFIER UN DES COINS OU LE CENTRE DU GUIDEDONNER LA HAUTEUR ET LA LARGEUR DU GUIDEAJOUTER EN PLUS LE TYPE DE GUIDE (WR...)

2.000"

Schéma #5,6,7 :. Données nécessaires pour une élévation. Pour une élévation ou une cavité

circulaire, il faut donné le point centre seulement. Noter que les schémas #6 et #7 sont une réprésentation approximative du schéma #5.

POUR UNE PIÈCE DE CE TYPEIL FAUT UNE VUE DE HAUT ET UNE DE CÔTÉ(VOIR LES 2 SCHÉMAS SUIVANTS)

5.000"

3.400"

0.600"

0.40

0"

0.30

0"

1.100"

2.00

0"

0.800"

1.30

0"

0.60

0"

1.00

0"

2. CARACTÉRISTIQUES DES OUTILS

• DIAMÈTRE VERSUS LONGUEUR Le diamètre est la largeur nominale de coupe de l’outil (Axe XY). La longueur de coupe est la

profondeur maximale de pénétration de l’outil dans le matériel (Axe Z). Il faut tenir compte que plus le diamètre est petit, plus la hauteur de coupe est petite aussi. Plus la hauteur de coupe est grande (pour un même diamètre), plus l’oscillation de l’outil sera grande, donc, la précision en souffrira. Les outils que nous possédons varient en diamètre et en longueurs de coupe. Sur le marché, il y a des dimensions "STANDARD", en divisions de 1/64 de pouce (pour les diamètres et les longueurs

Tableau #1 : Diamètre et profondeur de coupe des outils disponibles au laboratoire

Diamètre Profondeur de Coupe pouces (inch) pouces (inch)

1/32 0.0313 3/32 0.0938 3/64 0.0469 7/64 0.1094

1/16 0.0625 7/32 0.2188 3/32 0.0938 3/8 0.3750 7/64 0.1094 3/8 0.3750 1/8 0.1250 1/2 0.5000

3/16 0.1875 5/8 0.6250 1/4 0.2500 3/4 0.7500 3/8 0.3750 1 1.0000 1/2 0.5000 1 1.0000

1 1.0000 2 2.0000 2 2.0000 surfaçage surfaçage

Photo #1 et #2 : Illustration de la profondeur de coupe

• RAYONS DE TRANSITION ENTRE DEUX LIGNES DROITES

Pour une transition entre 2 droites, si l'angle est plus grand que 180 degrés, il est possible de

programmer le rayon de transition, entre les 2 droites, de 0 à l'infini.

Fraise

α 180> °

Déplacement de la fraise

Rayons de transition

Si l'angle est plus petit que 180 degrés, le plus petit rayon possible est celui de l'outil. Donc le

rayon de transition possible dans ce cas est le rayon de l'outil jusqu'à l'infini.

Fraise

Rayons de transition Rayon minimal de la fraise

≥

α 180< °

ATTENTION!!! Dans une succession de droites avec angles <180, il faut que la longueur des droites soient plus grandes que le diamètre de l’outil qui fera le travail.

3. FACTEURS INFLUENÇANT LA QUALITÉ DE L'USINAGE

La température ambiante doit être la plus stable possible (20 à 22 °C). Dès qu'une séquence

d'usinage est mise en route, on doit éviter à tout prix l'arrêt prolongé de la machine. Dans la plupart des cas, nous pouvons obtenir une précision meilleur que 1 mil (25 µm). 4. LOGICIELS

• SHOPMILL (Conversationnel CNC) La plupart des pièces (cavités, guides d’onde) seront facilement programmables avec ce

logiciel. Il y a des "modèles" déjà programmés "POCKET, SLOT, STUB,…", il est donc facile et rapide de programmer la majorité de nos pièces.

• MASTERCAM Il est possible de réaliser des pièces de formes complexes (3D). Courbes, équations

mathématiques, etc… (ATTENTION, cela ne veut pas dire que l`on peut faire n`importe quelle forme!!!). Il faudra discuter de votre projet pour savoir si votre pièce est réalisable à l’aide de ce logiciel. Exemple # 1 : Antenne (94 GHz), pour Jean-Jacques Laurin, fabriquée à partir de deux équations mathématique.

• AUTOCAD Le fichier AUTOCAD sera utile lorsque vous aurez plusieurs cavité ou guide d’onde sur un

même morceau de métal. Il est aussi très utile lorsque vous avez une longue succession de lignes droites (semblable à une courbe… voir exemple #3).Il est impossible de fabriquer directement une pièce à partir d’un fichier AUTOCAD. Le dessin AUTOCAD peut être utile pour la réalisation des dessins MASTERCAM, Ils doivent être formatés d’une manière utilisable par MASTERCAM.

Exemple # 2 : Cavité realisée à partir d’un fichier AUTOCAD et formater pour MASTERCAM.

Exemple # 3 : Cavité realisée à partir d’un fichier AUTOCAD et formater pour

MASTERCAM. Remarquer la forme complexe de la transition vers le guide d’onde .

5. COMMENT FORMATER UN FICHIER AUTOCAD UTILISABLE AVEC MASTERCAM

II faut faire un dessin 3D de chacune des pièces. Chaque pièce possède son propre fichier. Les dessins doivent être à l’échelle (1:1), et d’une couleur qui contraste bien sur un fond bleu foncé. Un des coins ou le centre de la pièce doit être doit être à la coordonnée (X0, Y0, Z0). Sauver vos fichiers au format DWG. Vous devez ensuite me remettre ce fichier, avec un dessin me montrant les détails que vous exigez (arrondis, dimension totale, etc…), ne pas oublier la partie « IDENTIFICATION » pour ce dessin. 6. PROPRIÉTÉS DE L’ALUMINIUM, DU LAITON (BRASS) ET DU CUIVRE Tableau #2 : Propriétés des métaux utilisés ici au laboratoire ALUMINIUM LAITON CUIVRE Physical Properties Density at 20°C (g/cm3) 2,70 8.45 to 8.55 8,96 Melting Point (°C) 660 900 to 965 1083 Boiling Point (°C) 2467 ----- 2567 Electrical Properties Electrical Resistivity at 20°C (µOhm.cm) 2,67 6.20 to 6.80 1,69 Temperature Coefficient at 0-100°C (1/K) 0,0045 0.0012 to 0.0017 0,0043 Thermal Properties Thermal Conductivity, at 0-100°C (W/(m*K)) 237 109 to 125 401 Linear Expansion Coefficient at 0-100°C (x10 -6/K) 23,5 19.0 to 20.5 17 Specific Heat at 25°C (J/(K*kg)) 900 125 385 7. NOTES CONCERNANT LES SYSTÈMES D'UNITÉS DE MESURE

POUR DES RAISONS D’UNIFORMITÉ ET DE DISPONIBILITÉ DES OUTILS, il est

IMPÉRATIF d’utiliser les unités impériales, sur les dessins que vous nous soumettez. Nous ne possédons aucuns outils métriques. Nous voulons vous donner ici un petit survol du système impérial pour vous aider à comprendre la base de ce système. Le pouce, tout comme le mètre, le millimètre,… est divisible par mille!!! C’est le "mil"!!! Donc, un pouce (inch) est égal à 1000 mil.

1 inch = 1000 mil (dans le même sens que 1 m = 1000 mm ou 1mm = 1000 µm)

1 inch = 25.399 mm 1 mil = 25.399 µm

Les fractions sont souvent utilisées avec le système impérial, mais proscrit dans le système métrique. Dans ce sens, la particularité du système impérial est la division successive par 2 de son "unité de base", le pouce... (1 pouce, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16,... etc…)

Donc : 1/32 pouce =1×1000 mil/32 = 31.25 mil 1/4 pouce =1×1000 mil/4 = 250.00 mil 7/32 pouce =7×1000 mil/32 = 218.75 mil