Logiciels CAM gratuits : du dessin au G-code sécuritaire

Un logiciel CAM gratuit peut produire un G-code correct, mais il ne vous protégera pas contre toutes les suppositions incorrectes dans la configuration. La méthode qui fonctionne consiste à utiliser une géométrie vectorielle ou CAO à code source ouvert, à créer une tâche CAM avec des profondeurs et des décalages réfléchis, puis à faire une simulation et un essai à vide avant que la fraise atteigne le matériau.

Dessinez une géométrie que le logiciel CAM peut interpréter

Pour une illustration plane, commencez dans Inkscape. Pour des pièces cotées, commencez dans FreeCAD Sketcher. Aucun de ces dessins ne constitue à lui seul une stratégie de découpe.

Dans Inkscape, définissez les unités du document et le format de la page dans File > Document Properties avant de dessiner. Convertissez l’illustration en tracés avec Path > Object to Path. Si une forme est composée d’un contour, utilisez Path > Stroke to Path lorsque le contour lui-même représente la limite de découpe. Un contour visible qui demeure un contour peut être exporté comme une ligne sans diamètre d’outil significatif, ou comme deux arêtes alors que vous en attendiez une seule.

Pour un contour destiné au laser, un tracé fermé unique constitue habituellement la meilleure entrée. Pour un profil de toupie, déterminez si la ligne dessinée représente l’arête finie ou le centre d’une rainure. La plupart des logiciels CAM gratuits supposent que la géométrie est la limite et appliquent ensuite le décalage de la fraise. Dessiner un contour déjà décalé, puis appliquer une autre compensation de fraise, est une façon fiable d’obtenir une pièce de la mauvaise dimension.

Enregistrez un fichier SVG simple pour le travail vectoriel, ou exportez un fichier DXF lorsque l’opération suivante nécessite une géométrie CAO. Après avoir importé un DXF dans FreeCAD, mesurez une ligne connue avec les outils de mesure. L’interprétation des unités d’un DXF est souvent la cause d’un dessin en millimètres qui arrive à une autre échelle. Ne continuez pas avant qu’une dimension connue corresponde à l’originale.

FreeCAD est le meilleur choix pour une plaque avec des trous, des poches ou des éléments d’assemblage. Dans Part Design, créez un Body et une Sketch, imposez les contraintes des dimensions importantes, puis extrudez l’esquisse jusqu’à l’épaisseur du matériau. Une esquisse entièrement contrainte sépare les dimensions de conception des choix CAM ultérieurs. La profondeur de coupe appartient à la tâche, et non à un dessin qui pourrait être réutilisé pour un autre matériau.

Créez la tâche CAM autour du matériau réel

Passez à l’atelier Path et créez une tâche (Job). Sélectionnez le modèle, définissez le matériau brut et réglez l’origine de la tâche dans la boîte de dialogue Setup ou Job. L’origine doit correspondre au zéro physique que vous réglerez sur la machine. Nous utilisons le dessus du matériau brut pour les tâches où la profondeur de poche est mesurée vers le bas à partir de la surface, et un coin ou le centre uniquement lorsque cet emplacement peut être retrouvé de façon reproductible.

Le premier choix de configuration qui diverge d’un tutoriel est habituellement le zéro Z. Un tutoriel peut prendre le zéro sur la face supérieure, tandis que la machine d’un artisan peut être mise à zéro sur la planche martyr. Les deux méthodes sont valides. Elles nécessitent des profondeurs d’opération différentes. Si le matériau brut fait 12 mm d’épaisseur et que la tâche est mise à zéro sur sa face supérieure, une découpe traversante nécessite une profondeur finale négative dépassant les 12 mm nominaux afin que la fraise traverse les fibres et les variations de surface. Si la tâche est mise à zéro sur la planche martyr, la même opération doit plutôt s’arrêter au-dessus de ce plan.

Dans la configuration de la tâche, vérifiez les éléments suivants avant d’ajouter des opérations :

• La longueur, la largeur et l’épaisseur du matériau brut correspondent au matériau fixé, et non au modèle CAO nominal.
• Le postprocesseur sélectionné correspond au contrôleur, comme GRBL, LinuxCNC ou un autre dialecte pris en charge.
• Le diamètre de l’outil correspond à la fraise réellement installée, notamment s’il s’agit d’une fraise droite, à coupe ascendante, à coupe descendante ou à compression.
• La hauteur sécuritaire passe au-dessus des brides et du dispositif de fixation, tandis que la hauteur de dégagement permet les déplacements rapides au-dessus du matériau brut.
• La profondeur de coupe est mesurée à partir du zéro Z sélectionné et comprend une marge de finition ou de traversée raisonnable.

Créez un contrôleur d’outil à partir de Path > Tool Manager ou de la commande du contrôleur d’outil dans l’atelier Path actuel. Saisissez soigneusement le diamètre, la longueur de l’arête de coupe et les avances. La vitesse d’avance, la vitesse de broche, la profondeur par passe et le recouvrement dépendent de la fraise, de la rigidité de la machine, du matériau et de l’évacuation des copeaux. Utilisez les recommandations de charge de copeaux du fabricant de la fraise comme point de départ, puis essayez un petit carré ou une rainure. Une arête chaude, du plastique fondu, une broche qui cale ou une coupe poussiéreuse et polie indiquent qu’il faut modifier la combinaison plutôt que de considérer une seule valeur d’avance comme universelle.

Créez les opérations dans l’ordre où la fraise travaille

Pour une poche, utilisez Path > Pocket après avoir sélectionné la face ou la géométrie fermée de la poche. Réglez la profondeur finale, la profondeur par passe, le recouvrement et la direction. Pour un périmètre, utilisez Profile Edges ou Contour, sélectionnez une compensation intérieure ou extérieure et ajoutez une entrée ou une sortie uniquement lorsque le dispositif de fixation et le matériau le permettent.

Les attaches font partie du parcours d’outil, et non d’un élément visuel de dernière minute. Utilisez le contrôle des attaches ou des languettes disponible dans l’opération Profile ou ses outils d’habillage. Placez les attaches à des endroits où elles ne nuiront pas à une arête d’assemblage et vérifiez que leur hauteur laisse assez de matériau pour retenir la pièce sans imposer un important travail de nettoyage. Un profil qui atteint la profondeur finale avant que les attaches soient actives peut libérer la pièce pendant la coupe.

Pour la gravure, utilisez une opération Engrave lorsque la géométrie est destinée à servir de tracé central. Une fraise en V modifie la largeur visible selon la profondeur, de sorte que le même fichier peut produire un lettrage différent lorsque l’angle inclus, la profondeur ou le matériau change. Pour une marque à fond plat, utilisez une petite fraise en bout et traitez la géométrie comme une poche ou un profil étroit.

Pour les trous, utilisez une opération Drilling uniquement lorsque la géométrie sélectionnée et le postprocesseur produisent les cycles de perçage que votre contrôleur comprend. Certains contrôleurs acceptent les cycles préprogrammés; d’autres ont besoin que le postprocesseur les développe en déplacements ordinaires. Inspectez la sortie plutôt que de supposer que le simulateur et la machine interprètent chaque cycle de la même façon.

Les vérifications de sécurité d’un logiciel CAM payant doivent quand même être effectuées quelque part dans un flux de travail gratuit. Vérifiez la portée de la fraise, le dégagement en cas de collision, les limites de déplacement, le sens de rotation de la broche, l’emplacement des brides et le fait que l’ordre des opérations laisse assez de matériau attaché. Les outils CAM gratuits produisent généralement un code correct avec moins de vérifications intégrées. Ils laissent davantage de la responsabilité de la vérification à l’opérateur.

Inspectez le G-code avant la coupe

Utilisez Path > Path Utilities ou les commandes de sortie de la tâche pour inspecter le fichier généré et confirmer le postprocesseur. L’en-tête peut contenir des commandes comme G21 pour les millimètres, G90 pour le positionnement absolu et des commandes de broche ou de liquide de refroidissement, mais l’en-tête exact dépend du postprocesseur. N’ajoutez pas de commandes par habitude sans vérifier ce que le contrôleur prend en charge.

Ouvrez le G-code dans CAMotics ou un autre simulateur qui prend en charge la sortie de votre contrôleur. Chargez le bon diamètre d’outil, le bon format de matériau brut et la bonne origine. Une simulation est utile pour trouver une opération qui coupe du mauvais côté, plonge à une profondeur inattendue ou se déplace rapidement à travers une bride absente du modèle. Elle ne peut pas détecter une pièce mal fixée, une fraise émoussée, un mauvais outil physique ou une machine dont le déplacement configuré est plus court que la tâche.

Lisez ensuite le fichier réel autour du premier déplacement de coupe. Confirmez que le premier déplacement rapide se trouve au-dessus de la pièce, que la première plongée est à l’endroit prévu et que la compensation du profil se trouve du côté voulu. Recherchez la profondeur Z finale et comparez-la à vos notes de configuration écrites. Cette vérification détecte une erreur de signe plus rapidement qu’une animation rejouée.

Un logiciel payant peut avertir d’un usinage excessif, d’une portée d’outil insuffisante, d’une collision avec le matériau brut ou de l’absence d’attaches dans son interface. Dans un flux de travail gratuit, ces vérifications forment une séquence : modéliser le matériau brut, simuler le code, inspecter le texte et faire un essai à vide de la machine. Une vérification ne remplace pas les autres.

Faites un essai à vide, une coupe d’essai, puis enregistrez la configuration

Fixez le matériau brut comme il sera coupé, installez l’outil réel et réglez les zéros X, Y et Z. Exécutez le programme avec la fraise au-dessus du matériau brut si le contrôleur et la machine permettent une coupe à vide contrôlée. Surveillez le premier déplacement rapide, la première plongée et chaque déplacement près du dispositif de fixation. Une simulation correcte avec un mauvais zéro produit quand même une mauvaise coupe.

Pour un nouveau matériau ou une nouvelle fraise, utilisez un petit fichier d’essai avec une poche, un profil extérieur et une rainure. Modifiez une variable à la fois. Si la rainure est trop petite, vérifiez le diamètre de l’outil, le faux-rond et la compensation avant de modifier la dimension CAO. Si le profil extérieur est trop grand, vérifiez si un décalage intérieur a été utilisé. Si la coupe brûle, produit une poussière fine ou soude du plastique à l’outil, revoyez la charge de copeaux, la vitesse de broche, la profondeur par passe et l’aspiration.

Notez le matériau, le diamètre de la fraise, la sortie de l’outil, l’emplacement du zéro, la profondeur par passe, le recouvrement, l’avance, le réglage de la broche et le postprocesseur avec le fichier du projet. L’élément réutilisable n’est pas seulement le dessin. C’est la relation entre ce dessin et la configuration de la machine qui a produit une coupe d’essai propre.

Questions fréquentes

FreeCAD Path est-il assez bon pour une CNC amateur?

Oui, pour les pièces 2,5D, les poches, les profils, le perçage et la gravure, à condition de vérifier le modèle et la configuration de la tâche. Je choisirais FreeCAD Path plutôt qu’un essai gratuit limité lorsque la pièce comporte plusieurs opérations, parce que le projet, le modèle, le matériau brut et les parcours d’outil peuvent rester ensemble. Son point faible est l’accompagnement de l’opérateur : vous devez vérifier vous-même le postprocesseur, le dégagement en cas de collision, les attaches et les profondeurs.

Quel est le meilleur flux de travail CAM gratuit pour les fichiers SVG?

Nettoyez d’abord le SVG dans Inkscape en convertissant les objets et les contours en tracés, puis importez la géométrie dans un outil de CAO ou de CAM et vérifiez une dimension connue. Utilisez une opération Engrave pour les marques suivant une ligne centrale et une opération Profile ou Pocket lorsque la limite a une largeur physique. Ne présumez pas que la largeur d’un contour SVG devient le diamètre de la fraise.

Pourquoi mon G-code CAM gratuit coupe-t-il à la mauvaise profondeur?

Les causes habituelles sont une différence entre le zéro Z sur le dessus du matériau brut et celui sur la planche martyr, une profondeur négative saisie avec la mauvaise référence ou une épaisseur de matériau brut différente de celle du modèle. Comparez l’origine de la tâche, l’épaisseur du matériau brut, la profondeur finale et la première plongée dans le G-code. Un simulateur reproduira fidèlement la mauvaise référence; il ne peut donc pas corriger une mauvaise prise de zéro.

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