L'usinage CNC est un procédé de fabrication dans lequel un logiciel préprogrammé dicte le mouvement des outils et des machines de l'usine. Ce procédé permet de contrôler une gamme de machines complexes, des rectifieuses et tours aux fraiseuses et défonceuses. Grâce à l'usinage CNC, des tâches de découpe tridimensionnelles peuvent être réalisées en un seul ensemble d'instructions.
Abréviation de « commande numérique par ordinateur », le procédé CNC contraste avec les limites de la commande manuelle, qui nécessite l'intervention d'opérateurs pour commander et guider les outils d'usinage via des leviers, des boutons et des molettes. Pour l'observateur, 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 exécutent les tâches dimensionnelles comme spécifié, un peu comme un robot.
En programmation CNC, le générateur de code du système numérique suppose souvent que les mécanismes sont irréprochables, malgré le risque d'erreurs, qui est accru lorsqu'une machine CNC est conçue pour usiner simultanément dans plusieurs directions. Le positionnement d'un outil dans un système de commande numérique est défini par une série d'entrées appelées programme pièce.
Sur 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 de l'ordinateur. Le code lui-même est écrit et modifié par les programmeurs. Les systèmes CNC offrent donc une capacité de calcul bien plus importante. Mieux encore, ils ne sont en aucun cas statiques, car de nouvelles invites peuvent être ajoutées aux programmes préexistants grâce à un code révisé.
PROGRAMMATION DE MACHINES CNC
En CNC, les machines sont pilotées par commande numérique, un logiciel étant chargé de contrôler un objet. Le langage de l'usinage CNC, également appelé G-code, est écrit pour contrôler les différents comportements d'une machine, 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 une intervention humaine minimale. Grâce à ces capacités, ce procédé a été adopté dans tous les secteurs de la fabrication et est particulièrement essentiel dans les domaines de la production de métaux et de plastiques.
Pour commencer, un dessin CAO 2D ou 3D est conçu, puis traduit en code informatique pour exécution par le système CNC. Une fois le programme saisi, l'opérateur effectue un essai pour s'assurer de l'absence d'erreurs de codage.
Systèmes d'usinage en boucle ouverte/fermée
Le contrôle de position est déterminé par un système en boucle ouverte ou fermée. Dans le premier cas, la signalisation circule dans un seul sens entre le contrôleur et le moteur. Dans le second, le contrôleur reçoit un retour d'information, ce qui permet de corriger les erreurs. Ainsi, un système en boucle fermée peut corriger les irrégularités de vitesse et de position.
En usinage CNC, le mouvement est généralement dirigé sur les axes X et Y. L'outil est ensuite positionné et guidé par des moteurs pas à pas ou des servomoteurs, qui reproduisent exactement les mouvements déterminés par le code G. Si la force et la vitesse sont minimales, le processus peut être piloté en boucle ouverte. Pour le reste, la régulation en boucle fermée est nécessaire pour garantir la vitesse, la régularité et la précision requises pour les applications industrielles, comme la métallurgie.
L'usinage CNC est entièrement automatisé
Dans les protocoles CNC actuels, la production de pièces via des logiciels préprogrammés est en grande partie automatisée. Les dimensions d'une pièce donnée sont définies par un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO), puis converties en produit fini réel par un logiciel de fabrication assistée par ordinateur (FAO).
Une pièce donnée peut nécessiter diverses machines-outils, telles que des perceuses et des fraises. Pour répondre à ces besoins, de nombreuses machines actuelles combinent plusieurs fonctions différentes au sein d'une même cellule. Une installation peut également être composée de plusieurs machines et d'un ensemble de robots qui transfèrent les pièces d'une application à l'autre, mais l'ensemble est contrôlé par le même programme. Quelle que soit la configuration, le procédé CNC permet une production de pièces homogène, difficile, voire impossible, à reproduire manuellement.
LES DIFFÉRENTS TYPES DE MACHINES CNC
Les premières machines à commande numérique datent des années 1940, époque à laquelle des moteurs furent utilisés pour contrôler le mouvement d'outils préexistants. Avec les progrès technologiques, les mécanismes furent perfectionnés par des ordinateurs analogiques, puis numériques, ce qui conduisit à l'essor de l'usinage CNC.
La grande majorité des systèmes CNC actuels sont entièrement électroniques. Parmi les procédés CNC les plus courants figurent le soudage par ultrasons, le poinçonnage et la découpe laser. Les machines les plus fréquemment utilisées dans les systèmes CNC sont les suivantes :
Fraiseuses CNC
Les fraiseuses CNC peuvent exécuter des programmes composés d'invites numériques et alphabétiques qui guident les pièces sur différentes distances. La programmation d'une fraiseuse peut être basée sur un code G ou un langage spécifique développé par une équipe de fabrication. Les fraiseuses de base sont équipées d'un système à trois axes (X, Y et Z), bien que la plupart des fraiseuses plus récentes puissent accueillir trois axes supplémentaires.
Tours
Sur les tours, les pièces sont usinées dans le sens circulaire à l'aide d'outils indexables. Grâce à la technologie CNC, les coupes sont réalisées avec précision et à grande vitesse. Les tours CNC permettent de réaliser des conceptions complexes impossibles à réaliser avec des machines manuelles. Globalement, les fonctions de commande des fraiseuses et des tours CNC sont similaires. Comme pour les premiers, les tours peuvent être pilotés par code G ou par un code propriétaire unique. Cependant, la plupart des tours CNC sont équipés de deux axes : X et Z.
Découpeurs plasma
Dans un découpeur plasma, le matériau est découpé à l'aide d'une torche plasma. Ce 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 à la découpe du métal, le plasma est généré par une combinaison d'air comprimé et d'arcs électriques.
Machines à décharge électrique
L'usinage par électroérosion (EDM), aussi appelé usinage par enfonçage ou usinage par étincelles, est un procédé qui permet de mouler des pièces selon des formes particulières grâce à des étincelles électriques. Avec l'EDM, des décharges de courant se produisent entre deux électrodes, ce qui permet d'enlever des sections d'une pièce.
Lorsque l'espace entre les électrodes se réduit, le champ électrique devient plus intense et donc plus fort que le diélectrique. Cela permet au courant de passer entre les deux électrodes. Par conséquent, des portions de la pièce sont enlevées par chaque électrode. Les sous-types d'électroérosion comprennent :
● EDM à fil, où l'érosion par étincelles est utilisée pour retirer des parties d'un matériau conducteur électronique.
● EDM par enfonçage, où une électrode et une pièce à usiner sont trempées dans un fluide diélectrique afin de former la pièce.
Dans un processus connu sous le nom de rinçage, les débris de chaque pièce finie sont emportés par un diélectrique liquide, qui apparaît une fois que le courant entre les deux électrodes s'est arrêté et est destiné à éliminer toute charge électrique supplémentaire.
Découpeuses à jet d'eau
En usinage CNC, les jets d'eau sont des outils qui découpent des matériaux durs, comme le granit et le métal, grâce à des applications d'eau à haute pression. Dans certains cas, l'eau est mélangée à du sable ou à une autre substance abrasive puissante. Les pièces de machines d'usine sont souvent façonnées par ce procédé.
Les jets d'eau sont utilisés comme alternative plus froide pour les matériaux qui ne supportent pas les procédés à forte chaleur des autres machines CNC. Ils sont ainsi utilisés dans divers secteurs, tels que l'aéronautique et l'exploitation minière, où ce procédé est performant pour la sculpture et la découpe, entre autres. Les découpeuses à jet d'eau sont également utilisées pour des applications nécessitant des découpes très complexes, car l'absence de chaleur empêche toute altération des propriétés intrinsèques des matériaux, susceptible de résulter de la découpe métal sur métal.
LES DIFFÉRENTS TYPES DE MACHINES CNC
Comme le montrent de nombreuses vidéos de démonstration de machines CNC, ce système permet de réaliser des découpes très détaillées de pièces métalliques destinées à la quincaillerie industrielle. Outre les machines mentionnées ci-dessus, les systèmes CNC incluent également d'autres outils et composants :
● Machines à broder
● Défonceuses à bois
● Poinçonneuses à tourelle
● Machines à cintrer les fils
● Coupe-mousse
● Découpeuses laser
● Rectifieuses cylindriques
● Imprimantes 3D
● Coupe-verre
Lorsqu'il s'agit de réaliser des découpes complexes à différents niveaux et angles sur une pièce, une machine CNC peut les réaliser en quelques minutes. Si la machine est programmée avec le code approprié, ses fonctions exécuteront les étapes conformément au logiciel. Si tout est codé conformément à la conception, un produit détaillé et à forte valeur technologique devrait émerger une fois le processus terminé.
Date de publication : 31 mars 2021
