Introduction

Cette leçon est le projet final de la formation FreeCAD. Nous allons modéliser une pièce mécanique complète représentative des pièces réellement usinées sur un centre d’usinage CNC 3 axes un corps de vérin pneumatique. Cette pièce combine toutes les compétences acquises dans les modules précédents et simule un cas industriel réel.

Présentation de la pièce Corps de vérin pneumatique

Le corps de vérin est une pièce mécanique complexe usinée en aluminium. Il contient des alésages de précision, des filetages, des rainures et des surfaces fonctionnelles.

Caractéristiques de la pièce :

• Matériau : Aluminium 2017A
• Dimensions générales : 100x60x50mm
• Alésage principal : ø40 H7, profondeur 45mm
• Fond de l’alésage : R20mm (demi-sphère)
• 4 trous de fixation M8 traversants aux coins
• 2 raccords pneumatiques M10x1 sur les faces latérales
• Rainure de joint torique : ø48x2mm sur la face frontale
• Chanfreins 1.5mm sur les arêtes principales
• Congés R2mm sur les raccordements intérieurs

Étape 1 : Corps de base

Créer le parallélépipède de base :

Esquisse 1 sur plan XY :

• Rectangle 100x60mm centré sur l’origine
• Entièrement contraint

Protrusion :

• Hauteur : 50mm
• Résultat : pavé 100x60x50mm

Étape 2 : Alésage principal

Créer l’alésage principal ø40mm profondeur 45mm :

Esquisse 2 sur la face supérieure :

• Cercle ø40mm centré sur l’origine

Cavité :

• Type : Dimension
• Profondeur : 45mm
• Résultat : alésage borgne ø40x45mm

Étape 3 : Fond sphérique de l’alésage

Le fond de l’alésage est une demi-sphère R20mm :

Esquisse 3 sur plan XZ (plan de coupe passant par l’axe) :

• Tracer un demi-cercle R20mm centré à Z=-45mm (fond de l’alésage)
• Axe de révolution sur l’axe Z

Révolution :

• Axe : Z
• Angle : 360°
• Type : Cavité de révolution (Groove)
• Résultat : fond sphérique R20mm

Étape 4 : Rainure de joint torique

La rainure de joint torique ø48mm section 2mm sur la face supérieure :

Esquisse 4 sur la face supérieure :

• Deux cercles concentriques : ø48mm et ø44mm (largeur rainure 2mm)

Cavité :

• Profondeur : 1.8mm (profondeur standard rainure joint torique section 2mm)
• Résultat : rainure circulaire pour joint torique

Étape 5 : Trous de fixation M8

4 trous M8 traversants aux coins :

Esquisse 5 sur face supérieure :

• 4 cercles aux positions ±40mm / ±22mm
• Symétrie par rapport aux axes X et Y

Outil Perçage :

• Type : Fileté
• Filet : M8
• Profondeur : Traversant
• Résultat : 4 trous filetés M8 traversants

Étape 6 : Raccords pneumatiques M10x1

2 raccords pneumatiques M10x1 sur les faces latérales :

Face latérale gauche Esquisse 6 :

• Cercle centré à Z=10mm (hauteur 10mm depuis la base)
• Position X=0 (centre de la face)

Outil Perçage :

• Type : Fileté
• Filet : M10x1 (pas fin)
• Profondeur : 15mm

Symétrie :

• Symétrie de ce trou par rapport au plan YZ
• Résultat : 2 raccords pneumatiques sur les faces opposées

Étape 7 : Chanfreins et congés

Finition des arêtes :

Chanfreins 1.5mm :

• Sélectionner les 4 arêtes verticales extérieures
• Sélectionner les arêtes supérieures du corps
• Chanfrein : 1.5mm

Congés R2mm :

• Sélectionner l’arête circulaire supérieure de l’alésage principal
• Congé : R2mm
• Résultat : raccordement doux entre la face et l’alésage

Étape 8 : Vérification du modèle

Vérifications à effectuer :

Visuelle :

• Inspecter sous toutes les vues — aucune face manquante
• Vérifier les congés et chanfreins — raccordements propres
• Vérifier l’alésage — fond sphérique correct

Dimensionnelle :

• Mesurer l’alésage principal : ø40mm ✓
• Mesurer la profondeur : 45mm ✓
• Vérifier les positions des trous M8 ✓

Arborescence :

• 8 features dans l’ordre logique
• Aucune feature en erreur

Propriétés physiques :

• Volume calculé par FreeCAD
• Masse = Volume x densité aluminium (2.7 g/cm³)
• Masse approximative attendue : 0.65 à 0.75 kg

Bonnes pratiques de modélisation pour l’usinage CNC

La modélisation CAO pour l’usinage CNC doit respecter des règles spécifiques pour faciliter la programmation FAO :

Règle 1 : Modéliser la pièce finie Modéliser uniquement la pièce finie — pas le brut. Le logiciel FAO gère le brut séparément.

Règle 2 : Respecter les rayons d’outil Les rayons intérieurs des poches et alésages doivent être supérieurs au rayon de l’outil qui les usine. Un rayon intérieur de 2mm nécessite une fraise de diamètre maximum 4mm.

Règle 3 : Éviter les angles vifs intérieurs Les angles vifs intérieurs sont impossibles à usiner avec des outils rotatifs. Toujours prévoir un congé minimum égal au rayon de l’outil.

Règle 4 : Surfaces accessibles Vérifier que toutes les surfaces à usiner sont accessibles à l’outil. Les contre-dépouilles nécessitent un usinage 5 axes ou des montages spéciaux.

Règle 5 : Épaisseurs minimales Les parois et fonds trop minces vibrent pendant l’usinage. Épaisseur minimale recommandée : 1.5mm pour l’aluminium, 2mm pour l’acier.

À retenir

• La pièce finale combine toutes les opérations Part Design vues dans le module 3
• Toujours vérifier les propriétés physiques masse et volume pour valider le modèle
• Les rayons intérieurs doivent être supérieurs au rayon de l’outil CNC
• Modéliser la pièce finie uniquement pas le brut