L'usinage CNC est un processus de fabrication dans lequel un logiciel informatique préprogrammé dicte le mouvement des outils et des machines d'usine. Le processus peut être utilisé pour contrôler une gamme de machines complexes, depuis les meuleuses et les tours jusqu'aux fraiseuses et toupies. Avec l'usinage CNC, les tâches de découpe tridimensionnelles peuvent être accomplies en un seul ensemble d'invites.
Abréviation de « commande numérique par ordinateur », le processus CNC contraste avec les limites de la commande manuelle, où des opérateurs en direct sont nécessaires pour inciter et guider les commandes des outils d'usinage via des leviers, des boutons et des roues. Pour le spectateur, un système CNC peut ressembler à un ensemble classique de composants informatiques, mais les logiciels et les consoles utilisés dans l'usinage CNC le distinguent de toutes les autres formes de calcul.
Comment fonctionne l'usinage CNC ?
Lorsqu'un système CNC est activé, les coupes souhaitées sont programmées dans le logiciel et dictées aux outils et machines correspondants, qui effectuent les tâches dimensionnelles spécifiées, un peu comme un robot.
En programmation CNC, le générateur de code du système numérique supposera souvent que les mécanismes sont impeccables, malgré la possibilité d'erreurs, ce qui est plus important lorsqu'une machine CNC doit couper dans plusieurs directions simultanément. Le placement d'un outil dans un système de commande numérique est défini par une série d'entrées appelées programme pièce.
Avec une machine à commande numérique, les programmes sont saisis via des cartes perforées. En revanche, les programmes des machines CNC sont transmis aux ordinateurs via de petits claviers. La programmation CNC est conservée dans la mémoire d'un ordinateur. Le code lui-même est écrit et édité par des programmeurs. Par conséquent, les systèmes CNC offrent une capacité de calcul bien plus étendue. Mieux encore, les systèmes CNC ne sont en aucun cas statiques, puisque de nouvelles invites peuvent être ajoutées aux programmes préexistants via un code révisé.
PROGRAMMATION DE MACHINES CNC
En CNC, les machines fonctionnent via une commande numérique, dans laquelle un logiciel est désigné pour contrôler un objet. Le langage derrière l'usinage CNC est également appelé G-code et est écrit pour contrôler les différents comportements d'une machine correspondante, tels que la vitesse, l'avance et la coordination.
Fondamentalement, l'usinage CNC permet de préprogrammer la vitesse et la position des fonctions de la machine-outil et de les exécuter via un logiciel selon des cycles répétitifs et prévisibles, le tout avec peu d'implication des opérateurs humains. Grâce à ces capacités, le processus a été adopté dans tous les domaines du secteur manufacturier et est particulièrement vital dans les domaines de la production de métal et de plastique.
Pour commencer, un dessin CAO 2D ou 3D est conçu, qui est ensuite traduit en code informatique pour que le système CNC l'exécute. Une fois le programme saisi, l’opérateur effectue un essai pour s’assurer qu’aucune erreur n’est présente dans le codage.
Systèmes d'usinage en boucle ouverte/fermée
Le contrôle de position est déterminé via un système en boucle ouverte ou fermée. Avec le premier, la signalisation circule dans un seul sens entre le contrôleur et le moteur. Avec un système en boucle fermée, le contrôleur est capable de recevoir un retour d’information, ce qui rend possible la correction des erreurs. Ainsi, un système en boucle fermée peut corriger les irrégularités de vitesse et de position.
Dans l'usinage CNC, le mouvement est généralement dirigé sur les axes X et Y. L'outil, à son tour, est positionné et guidé via des moteurs pas à pas ou des servomoteurs, qui reproduisent les mouvements exacts déterminés par le code G. Si la force et la vitesse sont minimes, le processus peut être exécuté via un contrôle en boucle ouverte. Pour tout le reste, un contrôle en boucle fermée est nécessaire pour garantir la vitesse, la cohérence et la précision requises pour les applications industrielles, telles que la métallurgie.
L'usinage CNC est entièrement automatisé
Dans les protocoles CNC actuels, la production de pièces via un logiciel préprogrammé est en grande partie automatisée. Les dimensions d'une pièce donnée sont définies à l'aide d'un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO), puis converties en un produit fini réel à l'aide d'un logiciel de fabrication assistée par ordinateur (FAO).
Toute pièce à usiner donnée peut nécessiter diverses machines-outils, telles que des perceuses et des fraises. Afin de répondre à ces besoins, de nombreuses machines actuelles combinent plusieurs fonctions différentes en une seule cellule. Alternativement, une installation peut être composée de plusieurs machines et d’un ensemble de mains robotiques qui transfèrent des pièces d’une application à une autre, mais tout étant contrôlé par le même programme. Quelle que soit la configuration, le processus CNC permet une production cohérente de pièces qui serait difficile, voire impossible, à reproduire manuellement.
LES DIFFÉRENTS TYPES DE MACHINES CNC
Les premières machines à commande numérique datent des années 1940, lorsque les moteurs ont été utilisés pour la première fois pour contrôler le mouvement des outils préexistants. À mesure que les technologies progressaient, les mécanismes ont été améliorés grâce à des ordinateurs analogiques, et finalement à des ordinateurs numériques, ce qui a conduit à l'essor de l'usinage CNC.
La grande majorité des arsenaux CNC actuels sont entièrement électroniques. Certains des processus CNC les plus courants comprennent le soudage par ultrasons, la perforation et la découpe au laser. Les machines les plus fréquemment utilisées dans les systèmes CNC sont les suivantes :
Fraises CNC
Les fraiseuses CNC sont capables de fonctionner selon des programmes composés d'invites basées sur des chiffres et des lettres, qui guident les pièces sur différentes distances. La programmation utilisée pour une usine peut être basée soit sur le code G, soit sur un langage unique développé par une équipe de fabrication. Les fraiseuses de base se composent d'un système à trois axes (X, Y et Z), bien que la plupart des fraiseuses les plus récentes puissent accueillir trois axes supplémentaires.
Tours
Dans les tours, les pièces sont découpées dans une direction circulaire avec des outils indexables. Grâce à la technologie CNC, les coupes utilisées par les tours sont réalisées avec précision et vitesse élevée. Les tours CNC sont utilisés pour produire des conceptions complexes qui ne seraient pas possibles sur les versions manuelles de la machine. Dans l’ensemble, les fonctions de commande des fraiseuses et des tours CNC sont similaires. Comme pour les premiers, les tours peuvent être dirigés par un code G ou un code propriétaire unique. Cependant, la plupart des tours CNC sont constitués de deux axes : X et Z.
Coupeurs de plasma
Dans un découpeur plasma, le matériau est coupé avec une torche à plasma. Le procédé s’applique principalement aux matériaux métalliques mais peut également être utilisé sur d’autres surfaces. Afin de produire la vitesse et la chaleur nécessaires pour couper le métal, le plasma est généré par une combinaison de gaz d'air comprimé et d'arcs électriques.
Machines à décharge électrique
L'usinage par électroérosion (EDM) - alternativement appelé usinage par enfonçage et usinage par étincelle - est un processus qui façonne des pièces dans des formes particulières avec des étincelles électriques. Avec l'EDM, des décharges de courant se produisent entre deux électrodes, ce qui supprime des sections d'une pièce donnée.
Lorsque l’espace entre les électrodes devient plus petit, le champ électrique devient plus intense et donc plus fort que le diélectrique. Cela permet à un courant de passer entre les deux électrodes. Par conséquent, des parties d'une pièce à travailler sont éliminées par chaque électrode. Les sous-types d'EDM comprennent :
● Wire EDM, où l'érosion par étincelle est utilisée pour retirer des parties d'un matériau conducteur électronique.
● EDM par plomb, où une électrode et une pièce à usiner sont trempées dans un fluide diélectrique dans le but de former la pièce.
Dans un processus appelé rinçage, les débris de chaque pièce finie sont emportés par un diélectrique liquide, qui apparaît une fois le courant entre les deux électrodes arrêté et vise à éliminer toute charge électrique supplémentaire.
Découpeurs à jet d'eau
Dans l'usinage CNC, les jets d'eau sont des outils qui coupent des matériaux durs, tels que le granit et le métal, avec des applications d'eau à haute pression. Dans certains cas, l’eau est mélangée à du sable ou à une autre substance fortement abrasive. Les pièces de machines d’usine sont souvent façonnées grâce à ce processus.
Les jets d'eau sont utilisés comme alternative plus froide pour les matériaux qui ne peuvent pas supporter les processus à forte intensité thermique des autres machines CNC. Ainsi, les jets d’eau sont utilisés dans de nombreux secteurs, tels que les industries aérospatiale et minière, où le procédé est puissant pour la sculpture et la découpe, entre autres fonctions. Les découpeuses au jet d'eau sont également utilisées pour des applications nécessitant des coupes très complexes de matériaux, car le manque de chaleur empêche toute modification des propriétés intrinsèques des matériaux pouvant résulter de la découpe métal sur métal.
LES DIFFÉRENTS TYPES DE MACHINES CNC
Comme le montrent de nombreuses démonstrations vidéo de machines CNC, le système est utilisé pour réaliser des découpes très détaillées de pièces métalliques pour des produits de quincaillerie industrielle. En plus des machines susmentionnées, d'autres outils et composants utilisés dans les systèmes CNC comprennent :
● Machines à broder
● Défonceuses à bois
● Perforateurs à tourelle
● Machines à cintrer les fils
● Coupe-mousse
● Découpeuses laser
● Meuleuses cylindriques
● Imprimantes 3D
● Coupe-verre
Lorsque des coupes complexes doivent être réalisées à différents niveaux et angles sur une pièce à usiner, tout cela peut être réalisé en quelques minutes sur une machine CNC. Tant que la machine est programmée avec le bon code, les fonctions de la machine exécuteront les étapes dictées par le logiciel. À condition que tout soit codé conformément à la conception, un produit détaillé et à valeur technologique devrait émerger une fois le processus terminé.
Heure de publication : 01 janvier 2022
