Qu'est-ce que l'usinage CNC ?

Qu'est-ce que l'usinage CNC ?

CNC 101 : Le terme CNC signifie « commande numérique par ordinateur », et ledéfinition de l'usinage CNCIl s'agit d'un procédé de fabrication soustractif qui utilise généralement des commandes informatisées et des machines-outils pour enlever des couches de matière d'une pièce brute (appelée ébauche ou pièce à usiner) et produire une pièce sur mesure. Ce procédé convient à une large gamme de matériaux, y compris les métaux.plastiques, bois,verre, la mousse et les composites, et trouve des applications dans diverses industries, telles queusinage CNC de grande taille, l'usinage de pièces et de prototypes pour les télécommunications, etUsinage CNC de pièces aérospatiales,qui exigent des tolérances plus strictes que d'autres industries. Il convient de noter la différence entre la définition de l'usinage CNC et celle de la machine CNC : l'une désigne un procédé, l'autre une machine. Une machine CNC (parfois appelée à tort machine C&C) est une machine programmable capable d'effectuer de manière autonome les opérations d'usinage CNC.

L'usinage CNC, en tant que procédé de fabrication et service, est disponible dans le monde entier. Vous pouvez facilement le trouverServices d'usinage CNC en Europe, ainsi qu'en Asie, en Amérique du Nord et ailleurs dans le monde.

Les procédés de fabrication soustractifs, tels queUsinage CNC, sont souvent présentées en contraste avecprocédés de fabrication additive, comme l'impression 3D, ou les procédés de fabrication modulaire, tels quemoulage par injection de liquideAlors que les procédés soustractifs enlèvent des couches de matière d'une pièce pour créer des formes et des designs personnalisés, les procédés additifs assemblent des couches de matière pour obtenir la forme souhaitée et les procédés formatifs déforment et déplacent la matière brute pour lui donner la forme désirée. L'automatisation de l'usinage CNC permet la production de pièces simples de haute précision et d'une grande rentabilité pour les productions à l'unité et en moyennes séries. Cependant, malgré certains avantages de l'usinage CNC par rapport à d'autres procédés de fabrication, le degré de complexité et de finesse atteignable pour la conception des pièces, ainsi que la rentabilité de la production de pièces complexes, restent limités.

Bien que chaque type de procédé de fabrication présente ses avantages et ses inconvénients, cet article se concentre sur l'usinage CNC, en décrivant ses principes de base, ainsi que les différents composants et outils de la machine CNC. De plus, cet article explore diverses opérations d'usinage mécanique CNC et présente des alternatives à l'usinage CNC.processus d'usinage CNC.

Aperçu du processus d'usinage CNC

Issu du processus d'usinage à commande numérique (CN)qui utilisait des cartes perforées, l'usinage CNC est un procédé de fabrication qui utilisecommandes informatiséesL'usinage CNC consiste à faire fonctionner et manipuler des machines et des outils de coupe pour façonner des matériaux bruts (métal, plastique, bois, mousse, composite, etc.) en pièces et formes sur mesure. Bien que le processus d'usinage CNC offre diverses possibilités et opérations, ses principes fondamentaux restent globalement les mêmes. Le processus d'usinage CNC de base comprend les étapes suivantes :

• Conception du modèle CAO
• Conversion du fichier CAO en programme CNC
• Préparation de la machine CNC
• Exécution de l'opération d'usinage

• Conception de modèles CAO

  Le processus d'usinage CNC commence par la création d'une conception CAO 2D vectorielle ou 3D solide de la pièce, soit en interne, soit par un prestataire externe.société de services de conception CAO/FAO.Logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO)permet aux concepteurs et aux fabricants de produire un modèle ou un rendu de leurs pièces et produits, accompagné des spécifications techniques nécessaires, telles que les dimensions et les géométries, à la production de la pièce ou du produit.

  La conception des pièces usinées par commande numérique est limitée par les capacités (ou les limitations) de la machine et de l'outillage. Par exemple, la plupart des outils de machines à commande numérique étant cylindriques, les géométries de pièces réalisables par ce procédé sont restreintes, car l'outillage crée des angles arrondis. De plus, les propriétés du matériau usiné, la conception de l'outillage et les capacités de maintien de la machine limitent davantage les possibilités de conception, notamment l'épaisseur minimale des pièces, leurs dimensions maximales, ainsi que la présence et la complexité des cavités et des éléments internes.

  Une fois la conception CAO terminée, le concepteur l'exporte dans un format de fichier compatible avec les machines CNC, tel que STEP ou IGES.

  Tableaux de tolérances d'usinage CNC

  Lors de la spécification de pièces pour un atelier d'usinage, il est essentiel d'inclure toutes les tolérances nécessaires. Bien que les machines CNC soient très précises, elles présentent toujours une légère variation entre les exemplaires d'une même pièce, généralement de l'ordre de ± 0,127 mm (0,005 pouce), soit environ deux fois l'épaisseur d'un cheveu. Afin de réduire les coûts, les acheteurs doivent spécifier les tolérances uniquement pour les zones de la pièce qui requièrent une précision particulière, car elles seront en contact avec d'autres pièces. Bien qu'il existe des tolérances standard pour différents niveaux d'usinage (comme indiqué dans les tableaux ci-dessous), toutes les tolérances ne sont pas équivalentes. Par exemple, si une pièce ne doit absolument pas dépasser la dimension spécifiée, une tolérance de ±0,0/-0,5 peut être indiquée pour signifier qu'elle peut être légèrement inférieure, mais pas supérieure dans cette zone.

  Tableau 1 : Tolérances linéaires en usinage CNC

  

Conversion de fichiers CAO

Le fichier de conception CAO formaté est traité par un programme, généralement un logiciel de fabrication assistée par ordinateur (FAO), pour extraire la géométrie de la pièce et générer le code de programmation numérique qui contrôlera la machine CNC et manipulera l'outillage pour produire la pièce conçue sur mesure.

Les machines CNC utilisaient plusieurslangages de programmation, y comprisCode GetCode MLe plus connu des langages de programmation CNC,généraloucode géométrique, appeléCode GLe système contrôle les mouvements des machines-outils sur la pièce à usiner : quand, où et comment (par exemple, la mise en marche et l’arrêt, la vitesse de déplacement vers un emplacement précis, les trajectoires à suivre, etc.). Le code de fonctions diverses, appelé code M, contrôle les fonctions auxiliaires de la machine, comme l’automatisation du retrait et de la remise en place du capot en début et en fin de production.

Une fois le programme CNC généré, l'opérateur le charge dans la machine CNC.

Configuration de la machine

Avant d'exécuter le programme CNC, l'opérateur doit préparer la machine CNC pour son fonctionnement. Cette préparation comprend la fixation de la pièce à usiner directement dans la machine, surbroches de machinesou dans une machinesembleou des dispositifs de maintien de pièces similaires, et la fixation de l'outillage requis, tel queforetset les fraises, aux composants de machines appropriés.

Une fois la machine entièrement configurée, l'opérateur peut lancer le programme CNC.

Exécution des opérations d'usinage

Le programme CNC sert d'instructions à la machine-outil ; il transmet à l'ordinateur intégré de la machine les commandes et les mouvements de l'outillage, lequel pilote et manipule ce dernier. Le lancement du programme déclenche l'usinage CNC, et le programme guide la machine tout au long du processus, exécutant les opérations nécessaires à la production d'une pièce ou d'un produit sur mesure.

Les opérations d'usinage CNC peuvent être réalisées en interne – si l'entreprise investit dans l'acquisition et la maintenance de son propre équipement CNC – ou externalisées auprès de prestataires spécialisés.prestataires de services d'usinage CNC.

Types d'opérations d'usinage CNC

L'usinage CNC est un procédé de fabrication adapté à une grande variété d'industries, notamment l'automobile.aérospatial, la construction et l'agriculture, et capable de produire une gamme de produits, tels que des châssis automobiles, du matériel chirurgical, des moteurs d'avion,engrenageset des outils à main et de jardin. Le procédé englobe plusieurs opérations d'usinage à commande numérique (CNC) différentes, notamment des procédés mécaniques, chimiques, électriques et thermiques, qui enlèvent la matière nécessaire de la pièce pour produire une pièce ou un produit sur mesure. Les procédés d'usinage chimiques, électriques et thermiques sont traités dans une section ultérieure ; cette section explore certaines des opérations d'usinage CNC mécaniques les plus courantes, notamment :

• Forage
• Fraisage
• Tournant

Perçage CNC

Le perçage est un procédé d'usinage qui utilise plusieurs pointsforetspour produire des trous cylindriques dans la pièce.Perçage CNCEn général, la machine CNC alimente le foret rotatif perpendiculairement au plan de la surface de la pièce, ce qui produit des trous verticaux dont le diamètre est égal à celui du foret utilisé. Cependant, des opérations de perçage angulaires peuvent également être réalisées grâce à des configurations de machines et des dispositifs de maintien spécifiques. Les capacités opérationnelles du processus de perçage comprennent :contre-perçage, fraisage, alésage ettapotement.

Fraisage CNC

Le fraisage est un procédé d'usinage qui utilise des outils de coupe rotatifs à plusieurs points pour enlever de la matière de la pièce à usiner.Fraisage CNCLa machine à commande numérique (CNC) amène généralement la pièce à usiner vers l'outil de coupe dans le même sens que la rotation de ce dernier, tandis qu'en fraisage manuel, la machine amène la pièce dans le sens inverse de la rotation de l'outil. Les opérations de fraisage comprennent le surfaçage (usinage de surfaces planes peu profondes et de cavités à fond plat) et le fraisage périphérique (usinage de cavités profondes, telles que des rainures et des filetages).

Tournage CNC

Tournage CNC et usinage multibroches – Crédit image : Buell Automatics

Le tournage est un procédé d'usinage qui utilise des outils de coupe à un seul point pour enlever de la matière de la pièce en rotation.Tournage CNC, la machine—généralement unetour CNC—l'outil de coupe se déplace linéairement le long de la surface de la pièce en rotation, enlevant de la matière sur sa circonférence jusqu'à l'obtention du diamètre souhaité, afin de produire des pièces cylindriques présentant des caractéristiques externes et internes, telles que des rainures, des cônes et des filetages. Les capacités opérationnelles du procédé de tournage comprennentennuyeux, facettés, rainurés etcoupe de filEn matière de fraisage et de tournage, le fraisage, grâce à ses outils de coupe rotatifs, est plus adapté aux pièces complexes. En revanche, le tournage, avec ses pièces en rotation et ses outils de coupe fixes, est idéal pour la fabrication rapide et précise de pièces rondes.