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 CNC est qu'il s'agit d'un processus de fabrication soustractif qui utilise généralement des commandes informatisées et des machines-outils pour éliminer les couches de matériau d'une pièce en stock (appelée ébauche ou pièce à usiner) et produire une pièce conçue sur mesure. Ce procédé convient à une large gamme de matériaux, notamment les métaux,plastiques, bois,verre, la mousse et les composites, et trouve des applications dans diverses industries, telles quegrand usinage CNC, usinage de pièces et prototypes pour les télécommunications, etUsinage CNC de pièces aérospatiales, qui nécessitent des tolérances plus strictes que d’autres industries. Notez qu'il existe une différence entre la définition de l'usinage CNC et la définition de la machine CNC : l'une est un processus et l'autre est une machine. Une machine CNC (parfois appelée à tort machine C et C) est une machine programmable capable d'effectuer de manière autonome les opérations d'usinage CNC.

L'usinage CNC en tant que processus et service de fabrication est disponible dans le monde entier. Vous pouvez facilement 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 présentés en contraste avecprocédés de fabrication additive, comme l'impression 3D, ou des processus de fabrication formatifs, tels quemoulage par injection de liquide . Alors que les processus soustractifs suppriment les couches de matériau de la pièce pour produire des formes et des conceptions personnalisées, les processus additifs assemblent des couches de matériau pour produire la forme souhaitée et les processus de formation déforment et déplacent le matériau de base dans la forme souhaitée. La nature automatisée de l'usinage CNC permet la production de pièces simples et de haute précision, de haute précision et rentable lors de la réalisation de séries de production uniques et moyennes. Cependant, même si l'usinage CNC présente certains avantages par rapport aux autres processus de fabrication, le degré de complexité et de complexité pouvant être atteint pour la conception des pièces et la rentabilité de la production de pièces complexes sont limités.

Bien que chaque type de processus de fabrication ait ses avantages et ses inconvénients, cet article se concentre sur le processus d'usinage CNC, décrivant les bases du processus 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 auxProcessus d'usinage CNC.

Aperçu du processus d'usinage CNC

Évolution du processus d'usinage à commande numérique (CN)qui utilisait des cartes à bande perforée, l'usinage CNC est un processus de fabrication qui utilisecontrôles informatisés utiliser et manipuler des machines et des outils de coupe pour façonner des matériaux en stock (par exemple, métal, plastique, bois, mousse, composite, etc.) en pièces et conceptions personnalisées. Bien que le processus d'usinage CNC offre diverses capacités et opérations, les principes fondamentaux du processus restent en grande partie les mêmes dans chacune d'entre elles. 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 de pièce solide vectorielle 2D ou 3D, soit en interne, soit par unEntreprise 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 ainsi que les spécifications techniques nécessaires, telles que les dimensions et les géométries, pour produire la pièce ou le produit.

  Les conceptions de pièces usinées CNC sont limitées par les capacités (ou incapacités) de la machine et de l'outillage CNC. Par exemple, la plupart des machines-outils CNC sont cylindriques, donc les géométries de pièces possibles via le processus d'usinage CNC sont limitées car l'outillage crée des sections d'angle incurvées. De plus, les propriétés du matériau usiné, la conception de l'outillage et les capacités de maintien de la pièce de la machine limitent davantage les possibilités de conception, telles que les épaisseurs minimales des pièces, la taille maximale des pièces, ainsi que l'inclusion et la complexité des cavités et caractéristiques internes.

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

  Tableaux de tolérances d'usinage CNC

  Lors de la spécification de pièces à un atelier d'usinage, il est important d'inclure toutes les tolérances nécessaires. Bien que les machines CNC soient très précises, elles laissent néanmoins une légère variation entre les doublons de la même pièce, généralement autour de + ou – 0,005 po (0,127 mm), soit environ deux fois la largeur d'un cheveu humain. Pour économiser sur les coûts, les acheteurs doivent uniquement spécifier des tolérances dans les zones de la pièce qui devront être particulièrement précises car elles entreront 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 égales. Si, par exemple, une pièce ne peut absolument pas être plus grande que la mesure, elle peut avoir une tolérance spécifiée de +0,0/-0,5 pour indiquer qu'elle peut être légèrement plus petite, mais pas plus grande dans cette zone.

  Tableau 1 : Tolérances linéaires dans l'usinage CNC

  

Conversion de fichiers CAO

Le fichier de conception CAO formaté est exécuté via 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 ont utilisé plusieurslangages de programmation, y comprisCode GetCode M . Le plus connu des langages de programmation CNC,généraloucode géométrique, dénomméCode G , contrôle quand, où et comment les machines-outils se déplacent (par exemple, quand allumer ou éteindre, à quelle vitesse se déplacer vers un emplacement particulier, quels chemins emprunter, etc.) à travers la pièce. Un code de fonction divers, appelé code M, contrôle les fonctions auxiliaires de la machine, telles que l'automatisation du retrait et du remplacement du capot de la machine, respectivement au début et à la fin de la production.

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

Configuration de la machine

Avant que l'opérateur n'exécute le programme CNC, il doit préparer la machine CNC à fonctionner. Ces préparations comprennent l'apposition de la pièce directement dans la machine, surbroches de machines, ou dans la machineà plus tardou des dispositifs de maintien de pièce similaires, et en fixant l'outillage requis, tel queforetset les fraises en bout, aux composants appropriés de la machine.

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

Exécution des opérations d’usinage

Le programme CNC fait office d'instructions pour la machine CNC ; il soumet les commandes de la machine dictant les actions et les mouvements de l'outillage à l'ordinateur intégré de la machine, qui exploite et manipule la machine-outil. Le lancement du programme invite la machine CNC à commencer le processus d'usinage CNC, et le programme guide la machine tout au long du processus pendant qu'elle exécute les opérations de machine nécessaires pour produire une pièce ou un produit conçu sur mesure.

Les processus d'usinage CNC peuvent être réalisés en interne (si l'entreprise investit dans l'obtention et la maintenance de son propre équipement CNC) ou sous-traités à des sociétés dédiées.Fournisseurs de services d'usinage CNC.

Types d'opérations d'usinage CNC

L'usinage CNC est un processus de fabrication adapté à une grande variété d'industries, notamment l'automobile,aérospatial, de la construction et de l'agriculture, et capable de fabriquer une gamme de produits, tels que des châssis d'automobiles, du matériel chirurgical, des moteurs d'avion,engrenages , et des outils à main et de jardin. Le processus englobe plusieurs opérations d'usinage contrôlées par ordinateur, notamment des processus mécaniques, chimiques, électriques et thermiques, qui éliminent le matériau nécessaire de la pièce à usiner pour produire une pièce ou un produit conçu sur mesure. Bien que les processus d'usinage chimique, électrique et thermique soient abordés dans une section ultérieure, cette section explore certaines des opérations d'usinage CNC mécaniques les plus courantes, notamment :

• Forage
• Fraisage
• Tournant

Forage CNC

Le perçage est un processus d'usinage qui utilise plusieurs pointsforets pour produire des trous cylindriques dans la pièce. DansPerçage CNC , généralement, la machine CNC alimente le foret rotatif perpendiculairement au plan de la surface de la pièce, ce qui produit des trous alignés verticalement avec des diamètres égaux au diamètre du foret utilisé pour l'opération de perçage. Cependant, les opérations de perçage angulaire peuvent également être effectuées grâce à l'utilisation de configurations de machines spécialisées et de dispositifs de maintien de la pièce. Les capacités opérationnelles du processus de forage comprennentcontre-alésage, fraisage, alésage ettapotement.

Fraisage CNC

Le fraisage est un processus d'usinage qui utilise des outils de coupe multipoints rotatifs pour enlever de la matière de la pièce. DansFraisage CNC , la machine CNC amène généralement la pièce à l'outil de coupe dans le même sens que la rotation de l'outil de coupe, tandis qu'en fraisage manuel, la machine alimente la pièce dans le sens opposé à la rotation de l'outil de coupe. Les capacités opérationnelles du processus de fraisage comprennent le surfaçage (découpe de surfaces planes peu profondes et de cavités à fond plat dans la pièce) et le fraisage périphérique (découpe de cavités profondes, telles que des fentes et des filetages, dans la pièce).

Tournage CNC

Tournage CNC et usinage multibroches – Crédit image : Buell Automatics

Le tournage est un processus d'usinage qui utilise des outils de coupe à un seul point pour enlever de la matière de la pièce en rotation. DansTournage CNC, la machine, généralement unTour CNC —alimente l'outil de coupe dans un mouvement linéaire le long de la surface de la pièce en rotation, en enlevant de la matière autour de la circonférence jusqu'à ce que le diamètre souhaité soit atteint, pour produire des pièces cylindriques avec des caractéristiques externes et internes, telles que des fentes, des cônes et des filetages. Les capacités opérationnelles du processus de tournage comprennentennuyeux, dressage, rainurage etCoupe-fil . Lorsqu'il s'agit d'une fraiseuse CNC par rapport à un tour, le fraisage, avec ses outils de coupe rotatifs, fonctionne mieux pour les pièces plus complexes. Cependant, les tours, avec des pièces rotatives et des outils de coupe fixes, fonctionnent mieux pour une création plus rapide et plus précise de pièces rondes.