Modéliser et dessiner en DAO / CAO avec FreeCAD

Introduction

Modéliser une pièce pour l’usinage CNC est différent de modéliser une pièce pour l’impression 3D ou la visualisation. Le technicien CNC qui maîtrise la CAO doit penser à la fabricabilité dès la conception — chaque décision de modélisation a un impact direct sur la programmation FAO et la qualité de l’usinage. Cette leçon rassemble les bonnes pratiques essentielles pour créer des modèles CAO optimisés pour l’usinage CNC.

Principe fondamental — penser à l’usinage pendant la conception

Un modèle CAO bien conçu pour l’usinage respecte ces principes :

  • Toutes les surfaces sont accessibles à l’outil
  • Les rayons intérieurs sont compatibles avec les outils disponibles
  • Les épaisseurs de paroi sont suffisantes pour éviter les vibrations
  • L’orientation de la pièce minimise le nombre de mises en position
  • Les tolérances sont réalistes et atteignables avec les outils disponibles

Bonne pratique 1 — Respecter les rayons d’outil minimum

En fraisage CNC, les angles intérieurs ne peuvent pas être vifs — ils ont toujours un rayon minimum égal au rayon de l’outil utilisé.

Règle fondamentale :

  • Rayon intérieur minimum = rayon de l’outil de finition
  • Pour une fraise D10mm → rayon intérieur minimum = 5mm
  • Pour une fraise D6mm → rayon intérieur minimum = 3mm

Bonne pratique en CAO :

  • Ajouter des congés sur tous les angles intérieurs des poches
  • Rayon des congés = rayon de l’outil + 0.5mm (jeu)
  • Exemple : outil de finition D10mm → congés intérieurs R5.5mm minimum

⚠️ Un angle intérieur vif dans le modèle CAO oblige le programmeur FAO à utiliser un outil très petit — temps d’usinage très long et risque de casse d’outil.

Bonne pratique 2 — Épaisseurs de paroi suffisantes

Les parois trop minces vibrent pendant l’usinage et produisent une mauvaise qualité de surface.

Épaisseurs minimales recommandées :

  • Aluminium : 1.5mm minimum — 3mm recommandé
  • Acier : 2mm minimum — 4mm recommandé
  • Titane : 3mm minimum — 5mm recommandé

En CAO :

  • Vérifier les épaisseurs de paroi avec l’outil de mesure FreeCAD
  • Modifier le design si une paroi est trop mince
  • Ajouter des nervures de renfort si nécessaire

Bonne pratique 3 — Profondeurs de poche raisonnables

Le rapport profondeur/largeur d’une poche influence directement la longueur d’outil nécessaire.

Règle pratique :

  • Profondeur maximale = 3 x largeur de la poche
  • Au-delà : outil trop long → vibrations et mauvaise qualité
  • Exemple : poche de 20mm de large → profondeur maximale 60mm

Si la profondeur nécessaire dépasse ce ratio :

  • Diviser la poche en plusieurs opérations
  • Utiliser un outil spécial long col
  • Envisager une autre orientation de la pièce

Bonne pratique 4 — Surfaces de référence planes

Les surfaces de référence pour la mise en origine doivent être planes et accessibles.

En CAO :

  • Prévoir au moins une surface plane parfaite pour la mise en origine Z
  • Prévoir deux surfaces planes perpendiculaires pour la mise en origine XY
  • Ces surfaces ne doivent pas être usinées en dernier — elles servent de référence

Exemple :

  • Face inférieure plane → référence Z
  • Face latérale gauche plane → référence X
  • Face frontale plane → référence Y

Bonne pratique 5 — Éviter les contre-dépouilles si possible

Une contre-dépouille est une surface non accessible en usinage 3 axes vertical — l’outil ne peut pas l’atteindre depuis le dessus.

En CAO :

  • Identifier les contre-dépouilles avant de finaliser le modèle
  • Éliminer les contre-dépouilles inutiles en modifiant le design
  • Si inévitables → prévoir un usinage 5 axes ou plusieurs mises en position

Vérification des contre-dépouilles dans FreeCAD :

  • Afficher la vue de face et de droite
  • Identifier les zones en surplomb
  • Ces zones sont des contre-dépouilles potentielles

Bonne pratique 6 — Trous normalisés

Les trous doivent respecter les diamètres normalisés des forets et alésoirs disponibles.

Diamètres normalisés courants en mm :

  • Forets : 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 16, 18, 20…
  • Alésoirs H7 : 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 35, 40…

⚠️ Éviter les diamètres non normalisés comme ø13.7mm ou ø22.3mm — ils nécessitent des outils spéciaux coûteux.

Bonne pratique 7 — Tolérances réalistes

Les tolérances trop serrées augmentent considérablement le temps et le coût d’usinage.

Tableau des tolérances atteignables selon l’opération :

  • Fraisage standard : ±0.05 à ±0.1mm
  • Fraisage de finition : ±0.01 à ±0.05mm
  • Alésage H7 : +0.021/0 sur D20mm
  • Rectification : ±0.002 à ±0.005mm

Règle pratique :

  • Ne pas tolérer plus serré que nécessaire
  • Demander uniquement les tolérances fonctionnellement justifiées
  • Les tolérances ISO 2768-m suffisent pour la majorité des dimensions non fonctionnelles

Bonne pratique 8 — Orientation optimale pour minimiser les mises en position

Chaque mise en position (retournement de la pièce) coûte du temps et peut introduire des erreurs de positionnement.

En CAO :

  • Orienter la pièce pour usiner le maximum de surfaces en une seule mise en position
  • Regrouper les surfaces à usiner sur le même côté si possible
  • Prévoir des surfaces de référence accessibles dans toutes les orientations

Objectif :

  • Idéalement : une seule mise en position
  • Maximum recommandé : 3 mises en position pour une pièce complexe

Bonne pratique 9 — Nommer les features clairement

Dans l’arborescence FreeCAD, nommer chaque feature de façon descriptive.

Exemples de nommage :

  • Au lieu de : Pad, Pocket, Pocket001, Pocket002…
  • Utiliser : Corps_Base, Alesage_Principal, Trous_Fixation_M8, Rainure_Joint…

Pour renommer une feature :

  • Clic droit sur la feature dans l’arborescence
  • Renommer
  • Saisir le nouveau nom

Avantage :

  • Plan facilement lisible et modifiable
  • Communication claire avec les autres techniciens
  • Maintenance du modèle simplifiée

Bonne pratique 10 — Enregistrer les versions

En développement industriel, conserver les versions successives du modèle.

Système de nommage recommandé :

  • Corps_Verin_V1.FCStd — première version
  • Corps_Verin_V2.FCStd — après modifications client
  • Corps_Verin_V2_FAO.step — version exportée pour la FAO

Ne jamais écraser une version précédente — toujours créer un nouveau fichier.

Checklist de vérification avant export FAO

Avant d’exporter le modèle pour la FAO, vérifier systématiquement :

Géométrie :

  • Solide fermé sans erreur — Part → Vérifier la géométrie ✓
  • Aucune face manquante ✓
  • Aucune arête dégénérée ✓

Conception :

  • Rayons intérieurs compatibles avec les outils disponibles ✓
  • Épaisseurs de paroi suffisantes ✓
  • Profondeurs de poche raisonnables ✓
  • Trous aux diamètres normalisés ✓
  • Contre-dépouilles identifiées et gérées ✓

Documentation :

  • Modèle nommé clairement ✓
  • Features nommées de façon descriptive ✓
  • Version enregistrée ✓

À retenir

  • Rayon intérieur minimum = rayon de l’outil de finition + 0.5mm
  • Profondeur de poche maximum = 3 x largeur de la poche
  • Toujours utiliser des diamètres de trous normalisés
  • Nommer les features clairement — facilite la communication avec le programmeur FAO
  • Vérifier la géométrie avant tout export — évite les problèmes dans le logiciel FAO
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