Ce que vous devez savoir sur les routeurs CNC ?

INTRODUCTION

Un routeur CNC est un kit de machine dont les trajectoires d'outils peuvent être contrôlées via une commande numérique par ordinateur. Il s'agit d'une machine commandée par ordinateur pour la découpe de divers matériaux durs, tels que le bois, les composites, l'aluminium, l'acier, les plastiques et les mousses. C'est l'un des nombreux types d'outils qui ont des variantes CNC. Un routeur CNC est très similaire dans son concept à une fraiseuse CNC.

Les routeurs CNC sont disponibles dans de nombreuses configurations, des petits routeurs CNC « de bureau » de style domestique aux grands routeurs CNC « portiques » utilisés dans les installations de fabrication de bateaux. Bien qu'il existe de nombreuses configurations, la plupart des routeurs CNC ont quelques pièces spécifiques :un contrôleur CNC dédié, un ou plusieurs moteurs de broche, des onduleurs AC et une table.

Les routeurs CNC sont généralement disponibles aux formats CNC 3 axes et 5 axes.

Le routeur CNC est géré par un ordinateur. Les coordonnées sont téléchargées dans le contrôleur de la machine à partir d'un programme séparé. Les propriétaires de routeurs CNC ont souvent deux applications logicielles :un programme pour créer des conceptions (CAO) et un autre pour traduire ces conceptions en un programme d'instructions pour la machine (CAM). Comme pour les fraiseuses CNC, les routeurs CNC peuvent être contrôlés directement par programmation manuelle, mais la CFAO ouvre des possibilités plus larges de contournage, accélérant le processus de programmation et dans certains cas créant des programmes dont la programmation manuelle serait, sinon vraiment impossible, certainement commercialement peu pratique.

Les routeurs CNC peuvent être très utiles pour effectuer des travaux identiques et répétitifs. Un routeur CNC produit généralement un travail cohérent et de haute qualité et améliore la productivité de l'usine.

Un routeur CNC peut réduire les déchets, la fréquence des erreurs et le temps nécessaire au produit fini pour arriver sur le marché.

Un routeur CNC donne plus de flexibilité au processus de fabrication. Il peut être utilisé dans la production de nombreux articles différents, tels que des sculptures de portes, des décorations intérieures et extérieures, des panneaux de bois, des panneaux de signalisation, des cadres en bois, des moulures, des instruments de musique, des meubles, etc. De plus, le routeur CNC facilite le thermoformage des plastiques en automatisant le processus de détourage. Les routeurs CNC contribuent à assurer la répétabilité des pièces et une sortie d'usine suffisante.

CONTROLE NUMERIQUE

La technologie de commande numérique telle qu'elle est connue aujourd'hui est apparue au milieu du 20e siècle. On peut retracer l'année 1952, l'US Air Force et les noms de John Parsons et du Massachusetts Institute of Technology à Cambridge, MA, États-Unis. Il n'a pas été appliqué dans la fabrication de production jusqu'au début des années 1960. le véritable boom est venu sous la forme de CNC, vers l'année 1972, et une décennie plus tard avec l'introduction de micro-ordinateurs abordables. L'histoire et le développement de cette technologie fascinante ont été bien documentés dans de nombreuses publications.

Dans le domaine de la fabrication, et en particulier dans le domaine du travail des métaux, la technologie de la commande numérique a provoqué une révolution. Même à l'époque où les ordinateurs ne deviennent des appareils standard dans chaque entreprise et dans de nombreux foyers, les machines-outils équipées du système de contrôle numérique ont trouvé leur place particulière dans les ateliers d'usinage. l'évolution récente de la microélectronique et le développement incessant de l'informatique, y compris son impact sur la commande numérique, ont apporté des changements importants au secteur manufacturier en général et à l'industrie métallurgique en particulier.

DÉFINITION DE LA COMMANDE NUMÉRIQUE

Dans diverses publications et articles, de nombreuses descriptions ont été utilisées au cours des années pour définir ce qu'est le contrôle numérique. Beaucoup de ces définitions partagent la même idée, le même concept de base, utilisent simplement des formulations différentes.

La majorité de toutes les définitions connues peuvent être résumées en un énoncé relativement simple :

La commande numérique peut être définie comme une opération de machines-outils au moyen d'instructions spécifiquement codées au système de commande de la machine.

Les instructions sont des combinaisons de lettres de l'alphabet, de chiffres et de symboles sélectionnés, par exemple, une virgule décimale, le signe de pourcentage ou les symboles de parenthèse. Toutes les instructions sont écrites dans un ordre logique et sous une forme prédéterminée. L'ensemble de toutes les instructions nécessaires à l'usinage d'une pièce est appelé programme CN, programme CNC ou programme pièce. Un tel programme peut être stocké pour une utilisation future et utilisé à plusieurs reprises pour obtenir des résultats d'usinage identiques à tout moment.

Technologie CN et CNC

Dans le strict respect de la terminologie, il existe une différence dans la signification des abréviations NC et CNC. Le NC représente l'ordre et la technologie de contrôle numérique d'origine, l'abréviation CNC représentant la nouvelle technologie de contrôle numérique informatisé, une retombée moderne de son aînée. Cependant, dans la pratique, CNC est l'abréviation préférée. Pour clarifier l'utilisation appropriée de chaque terme, examinez les principales différences entre les systèmes NC et CNC.

Les deux systèmes effectuent les mêmes tâches, à savoir la manipulation de données dans le but d'usiner une pièce. Dans les deux cas, la conception interne du système de contrôle contient les instructions logiques qui traitent les données. À ce stade, la similitude se termine.

Le système NC (par opposition au système CNC) utilise des fonctions logiques fixes, celles qui sont intégrées et câblées en permanence dans l'unité de contrôle. Ces fonctions ne peuvent pas être modifiées par le programmeur ou l'opérateur de la machine. en raison de l'écriture fixe de la logique de commande, le système de commande NC peut interpréter un programme pièce, mais il ne permet pas qu'aucune modification ne doive être effectuée en dehors de la commande, généralement dans un environnement de bureau. De plus, le système NC nécessite l'utilisation obligatoire de bandes perforées pour la saisie des informations sur le programme.

Le système CNC moderne, mais pas l'ancien système NC, utilise un microprocesseur interne (c'est-à-dire un ordinateur). Cet ordinateur contient des registres de mémoire stockant une variété de routines capables de manipuler des fonctions logiques. Cela signifie que le programmeur de pièces ou l'opérateur de la machine peut modifier le programme de la commande elle-même (au niveau de la machine), avec des résultats instantanés. Cette flexibilité est le plus grand avantage des systèmes CNC et probablement l'élément clé qui a contribué à une utilisation aussi large de la technologie dans la fabrication moderne. Les programmes CNC et les fonctions logiques sont stockés sur des puces informatiques spéciales, sous forme d'instructions logicielles. Plutôt que d'être utilisé par les connexions matérielles, telles que les fils, qui contrôlent les fonctions logiques. Contrairement au système NC, le système CNC est synonyme du terme « softwired ».

Lorsqu'on décrit un sujet particulier lié à la technologie de la commande numérique, il est d'usage d'utiliser le terme NC ou CNC. Gardez à l'esprit que NC peut également signifier CNC dans le langage courant, mais CNC ne peut jamais faire référence à la technologie de commande, décrite ici sous l'abréviation de NC. La lettre « C » signifie informatisé et ne s'applique pas au système câblé. Tous les systèmes de contrôle fabriqués aujourd'hui sont de conception CNC. Les abréviations telles que C&C ou C'n'C ne sont pas correctes et reflètent mal ceux qui les utilisent.

Terminologie

Zéro absolu

Il s'agit de la position de tous les axes lorsqu'ils sont situés au point où les capteurs peuvent les détecter physiquement. une position zéro absolu est normalement atteinte après l'exécution d'une commande d'origine.

Axe

Une ligne de référence fixe autour de laquelle un objet se déplace ou pivote.

Vis à billes

Une vis à billes est un dispositif mécanique permettant de traduire un mouvement de rotation en mouvement linéaire. il se compose d'un écrou à recirculation de billes qui se loge dans une vis filetée de précision.

CAD

La conception assistée par ordinateur (CAO) est l'utilisation d'un large éventail d'outils informatiques qui aident les ingénieurs, architectes et autres professionnels de la conception dans leurs activités de conception.

CAM

La fabrication assistée par ordinateur (FAO) est l'utilisation d'une large gamme d'outils logiciels informatiques qui aident les ingénieurs et les machinistes CNC dans la fabrication ou le prototypage de composants de produits.

CNC

L'abréviation CNC signifie commande numérique par ordinateur et fait spécifiquement référence à un "contrôleur" informatique qui lit les instructions du code g et pilote la machine-outil.

Contrôleur

Un système de contrôle est un appareil ou un ensemble d'appareils qui gèrent, commandent, dirigent ou régulent le comportement d'autres appareils ou systèmes.

Lumière du jour

Il s'agit de la distance entre la partie la plus basse de l'outil et la surface de la table de la machine. La lumière du jour maximale fait référence à la distance entre la table et le point le plus élevé qu'un outil peut atteindre.

Banques de forage

Autrement connu sous le nom de multi-forets, ce sont des jeux de forets généralement espacés par incréments de 32 mm.

Vitesse d'avance

Ou la vitesse de coupe est la différence de vitesse entre l'outil de coupe et la surface de la pièce sur laquelle il opère.

Décalage du luminaire

Il s'agit d'une valeur qui représente le zéro de référence d'un appareil donné. il correspond à la distance dans tous les axes entre le zéro absolu et le zéro de l'appareil.

G-code

G-code est un nom commun pour le langage de programmation qui contrôle les machines-outils CN et CNC.

Accueil

Il s'agit du point de référence programmé également connu sous le nom de 0,0,0 représenté soit comme le zéro machine absolu, soit comme un zéro de décalage de montage.

L'interpolation linéaire et circulaire est une méthode de construction de nouveaux points de données à partir d'un ensemble discret de points de données connus. en d'autres termes, c'est ainsi que le programme calculera la trajectoire de coupe d'un cercle complet en ne connaissant que le centre et le rayon.

Machine à domicile

Il s'agit de la position par défaut de tous les axes de la machine. Lors de l'exécution d'une commande de prise d'origine, tous les variateurs se déplacent vers leurs positions par défaut jusqu'à ce qu'ils atteignent un interrupteur ou un capteur qui leur indique de s'arrêter.

Imbrication

Il fait référence au processus de fabrication efficace de pièces à partir de feuilles. à l'aide d'algorithmes complexes, le logiciel d'imbrication détermine comment disposer les pièces de manière à maximiser l'utilisation du stock disponible.

Décalage

Il s'agit de la distance par rapport à la mesure de la ligne centrale qui provient du logiciel CAM.

Outils de ferroutage

C'est le terme utilisé pour désigner les outils pneumatiques qui sont montés à côté de la broche principale.

Post processeur

Logiciel qui fournit un traitement final aux données, tel que le formatage pour l'affichage, l'impression ou l'usinage.

Programme zéro

C'est le point de référence 0,0 spécifié dans le programme. dans la plupart des cas, il est différent du zéro machine.

Crémaillère et pignon

Une crémaillère est une paire d'engrenages qui convertissent le mouvement de rotation en mouvement linéaire.

Broche

Une broche est un moteur haute fréquence équipé d'un porte-outil.

Spoilboard

Il est également connu sous le nom de panneau sacrificiel, c'est le matériau utilisé comme base pour le matériau à couper. il peut être composé de nombreux matériaux différents, parmi lesquels le MDF et les panneaux de particules sont les plus courants.

Chargement des outils

Il s'agit de la pression exercée sur un outil pendant qu'il coupe à travers le matériau.

Vitesse de l'outil

On l'appelle aussi vitesse de broche, c'est la fréquence de rotation de la broche de la machine, mesurée en tours par minute (RPM).

Outillage

L'outillage, assez étonnamment, est souvent l'aspect le moins compris de l'équipement CNC. étant donné que c'est le seul élément qui affectera le plus la qualité de coupe et la vitesse de coupe, les opérateurs devraient passer plus de temps à explorer ce sujet.

Les outils de coupe sont généralement disponibles en trois matériaux différents; acier rapide, carbure et diamant.

Acier rapide (HSS)

Le HSS est le plus tranchant des trois matériaux et le moins cher, cependant, il s'use le plus rapidement et ne doit être utilisé que sur des matériaux non abrasifs. il nécessite des changements et un affûtage fréquents et pour cette raison, il est principalement utilisé dans les cas où l'opérateur devra couper un profil personnalisé en interne pour un travail spécial.

Carbure monobloc

Les outils en carbure se présentent sous différentes formes :pointes en carbure, plaquettes en carbure et outils en carbure monobloc. Gardez à l'esprit que tous les carbures ne sont pas identiques car la structure cristalline varie considérablement entre les fabricants de ces outils. en conséquence, ces outils réagissent différemment à la chaleur, aux vibrations, aux chocs et aux charges de coupe. en général, les outils en carbure génériques à bas prix s'usent et s'écaillent plus rapidement que les marques renommées plus chères.

Des cristaux de carbure de silicium sont noyés dans un liant cobalt pour former l'outil. Lorsque l'outil est chauffé, le liant cobalt perd sa capacité à retenir les cristaux de carbure et il devient terne. en même temps, l'espace creux laissé par le carbure manquant se remplit de contaminants provenant du matériau à couper, amplifiant le processus d'émoussement.

Outillage diamant

Cette catégorie d'outillage a baissé de prix au cours des deux dernières années. sa remarquable résistance à l'abrasion le rend idéal pour la découpe de matériaux tels que les stratifiés haute pression ou le Mdf. certains prétendent qu'il durera jusqu'à 100 fois plus longtemps que le carbure. Les outils à pointe de diamant sont susceptibles de s'ébrécher ou de se fissurer s'ils heurtent un clou enfoncé ou un nœud dur. certains fabricants utilisent des outils diamantés pour le dégrossissage des matériaux abrasifs, puis passent au carbure ou à l'outillage d'insertion pour les travaux de finition.

Géométrie de l'outil

Tige

La tige est la partie de l'outil qui est maintenue par le porte-outil. c'est la partie de l'outil qui ne présente aucun signe d'usinage. la tige doit être maintenue exempte de contamination, d'oxydation et de rayures.

Diamètre de coupe

C'est le diamètre ou la largeur de la coupe que l'outil va produire.

Longueur de coupe

Il s'agit de la profondeur de coupe effective de l'outil ou de la profondeur à laquelle l'outil peut couper le matériau.

Flûtes

C'est la partie de l'outil qui extrait le matériau coupé. le nombre de cannelures sur une fraise est important pour déterminer la charge de copeaux.

Profil d'outil

Il existe de nombreux profils d'outils dans cette catégorie. les principaux à considérer sont les spirales ascendantes et descendantes, les spirales de compression,

outils d'ébauche, de finition, à faible hélice et à coupe droite. tous ceux-ci viennent dans une combinaison d'une à quatre flûtes.

La spirale ascendante fera voler les copeaux vers le haut hors de la coupe. c'est bien lors d'une coupe aveugle ou lors d'un perçage vers le bas. cette géométrie de l'outil favorise cependant le levage et a tendance à arracher le bord supérieur du matériau à couper.

Les outils en spirale à coupe descendante pousseront les copeaux vers le bas dans la coupe, ce qui tend à améliorer la tenue des pièces, mais peut provoquer un colmatage et une surchauffe dans certaines situations. cet outil aura également tendance à déchirer le bord inférieur du matériau à couper.

Les outils hélicoïdaux de coupe ascendante et descendante sont tous deux fournis avec une ébauche, un brise-copeaux ou une arête de finition.

Les spirales de compression sont une combinaison de flûtes ascendantes et descendantes.

Les outils de compression repoussent les copeaux des bords vers le centre du matériau et sont utilisés lors de la découpe de stratifiés double face ou lorsque l'arrachement des bords pose problème.

Les mèches hélicoïdales à faible hélice ou à hélice élevée sont utilisées lors de la coupe de matériaux plus mous tels que le plastique et la mousse, lorsque le soudage et l'évacuation des copeaux sont essentiels.

Charge de copeaux

Le facteur le plus important pour augmenter la durée de vie de l'outil est de dissiper la chaleur absorbée par l'outil. le moyen le plus rapide de le faire est de couper plus de matériau plutôt que d'aller plus lentement. Les copeaux extraient plus de chaleur de l'outil que la poussière. De plus, le fait de frotter l'outil contre le matériau provoquera une friction qui se traduira par de la chaleur.

Un autre facteur à considérer dans la quête pour augmenter la durée de vie de l'outil est de garder l'outil, la pince et le porte-outil propres, exempts de dépôts ou de corrosion, réduisant ainsi les vibrations causées par des outils déséquilibrés.

L'épaisseur de matière enlevée par chaque dent de l'outil est appelée charge de copeaux.

La formule de calcul de la charge copeaux est la suivante :

Charge de copeaux =Vitesse d'avance / RPM / # Flûtes

Lorsque la charge de copeaux est augmentée, la durée de vie de l'outil est augmentée, tout en diminuant le temps de cycle. en outre, une large gamme de charges de copeaux permet d'obtenir une bonne finition des bords. il est préférable de se référer au tableau de charge de copeaux du fabricant de l'outil pour trouver le meilleur nombre à utiliser. les charges de copeaux recommandées varient généralement entre 0,003" et 0,03" ou 0,07 mm à 0,7 mm.

Accessoires

Impression d'étiquettes

C'est une option qui devient de plus en plus populaire dans l'industrie, d'autant plus que les machines CNC s'intègrent de plus en plus dans l'ensemble de la formule commerciale. Le contrôleur peut être connecté au logiciel de vente ou de planification et les étiquettes des pièces sont imprimées une fois la pièce usinée. Certains fournisseurs utilisent des étiquettes pour identifier le matériel restant pour une récupération facile à l'avenir.

Lecteurs optiques

Autrement appelées baguettes à code-barres, elles peuvent être intégrées au contrôleur afin qu'un programme puisse être appelé en scannant un code-barres sur le plan de travail. Cette option permet de gagner un temps précieux en automatisant le processus de chargement du programme.

Sondes

Ces appareils de mesure se présentent sous diverses formes et remplissent de nombreuses fonctions différentes. Certaines sondes mesurent simplement la hauteur de la surface pour assurer un alignement correct dans les applications sensibles à la hauteur. d'autres sondes peuvent scanner automatiquement la surface d'un objet en trois dimensions pour une reproduction ultérieure.

Capteur de longueur d'outil

Un capteur de longueur d'outil agit comme une sonde qui mesure la lumière du jour ou la distance entre l'extrémité de la fraise et la surface de l'espace de travail et entre ce nombre dans les paramètres d'outil de la commande. Ce petit ajout évitera à l'opérateur le long processus nécessaire à chaque changement d'outil.

Projecteurs laser

Ces appareils ont été vus pour la première fois dans l'industrie du meuble dans les coupeurs de cuir CNC. Un projecteur laser monté au-dessus de la table de travail CNC projette une image de la pièce sur le point d'être découpée. Cela simplifie grandement le positionnement du flan sur la table pour éviter les défauts et autres problèmes.

Coupe vinyle

Un accessoire de couteau en vinyle est souvent vu dans l'industrie de la signalétique. il s'agit d'une fraise qui peut être fixée sur la broche principale ou sur le côté avec un couteau à rotation libre dont la pression peut être réglée par un bouton. Cet accessoire permet à l'utilisateur de transformer son routeur CNC en traceur pour fabriquer des masques en vinyle pour le sablage ou des lettres et logos en vinyle pour les camions et les panneaux.

Distributeur de liquide de refroidissement

Des pistolets à air froid ou des brumisateurs de fluide de coupe sont utilisés avec une toupie à bois pour couper l'aluminium ou d'autres métaux non ferreux. Ces accessoires projettent un jet d'air froid ou un brouillard de liquide de coupe à proximité de l'outil de coupe pour s'assurer qu'il reste froid pendant le travail.

Graveur

Les graveurs sont montés sur la broche principale et se composent d'une tête flottante tenant un couteau de gravure de petit diamètre qui tourne entre 20 000 et 40 000 tr/min. La tête flottante garantit que la profondeur de gravure sera constante même si l'épaisseur du matériau change. Cette option se trouve le plus souvent dans l'industrie de la fabrication d'enseignes, bien que les fabricants de trophées, les luthiers et les ateliers de menuiserie l'utilisent pour la marqueterie.

Axe de rotation

Un axe de rotation défini le long de l'axe x ou y peut transformer la toupie en un tour CNC. Certains de ces axes rotatifs sont simplement une broche rotative tandis que d'autres sont indexables, ce qui signifie qu'ils peuvent être utilisés pour sculpter des pièces complexes.

Tête de coupe flottante

Les têtes de coupe flottantes maintiendront le coupeur à une hauteur spécifique par rapport à la surface supérieure du matériau à couper. Ceci est important lors de la découpe de fonctions sur la surface supérieure d'une pièce qui peut ne pas présenter une surface plane. Un exemple de ceci est la découpe d'une rainure en V sur le dessus d'une table de salle à manger.

Coupe plasma

Les coupeuses au plasma sont un complément à certaines machines et permettent à l'utilisateur de couper des pièces de tôle d'épaisseurs variables.

Outils agrégés

Les outils d'agrégats peuvent être utilisés pour de nombreuses opérations qu'une fraise droite ne peut pas effectuer.

USINAGE CONVENTIONNEL ET CNC

Qu'est-ce qui rend l'usinage CNC supérieur aux méthodes conventionnelles ? Est-ce supérieur du tout ? Où sont les principaux avantages ? Si l'on compare la CNC et les procédés d'usinage conventionnels, une approche générale commune pour l'usinage d'une pièce émergera :

1. Obtenir et étudier le dessin

2. Sélectionnez la méthode d'usinage la plus appropriée

3. Décidez de la méthode d'installation (maintien du travail)

4. Sélectionnez les outils de coupe

5. Établir les vitesses et les avances

6. Usinez la pièce

L'approche de base est la même pour les deux types d'usinage. La principale différence réside dans la manière dont les différentes données sont saisies. Une vitesse d'avance de 10 pouces par minute (10 pouces/min) est la même en manuel

Ou des applications CNC, mais la méthode d'application ne l'est pas. La même chose peut être dite à propos d'un liquide de refroidissement - il peut être activé en tournant un bouton, en appuyant sur un interrupteur ou en programmant un code spécial. Toutes ces actions se traduiront par un liquide de refroidissement sortant d'une buse. Dans les deux types d'usinage, un certain niveau de connaissances de la part de l'utilisateur est requis. Après tout, le travail des métaux, en particulier la coupe des métaux, est avant tout une compétence, mais c'est aussi, dans une large mesure, un art et une profession d'un grand nombre de personnes. Il en va de même pour l'application du contrôle numérique informatisé. Comme toute compétence ou art ou profession, la maîtriser dans les moindres détails est nécessaire pour réussir. Il faut plus que des connaissances techniques pour être un machiniste CNC ou un programmeur CNC. L'expérience de travail, l'intuition et ce que l'on appelle parfois un « instinct » est un complément indispensable à toute compétence.

Dans l'usinage conventionnel, l'opérateur de la machine met en place la machine et déplace chaque outil de coupe, à l'aide d'une ou des deux mains, pour produire la pièce requise. La conception d'une machine-outil manuelle offre de nombreuses fonctionnalités qui facilitent le processus d'usinage d'une pièce :leviers, poignées, engrenages et cadrans, pour n'en nommer que quelques-uns. Les mêmes mouvements du corps sont répétés par l'opérateur pour chaque pièce du lot. Cependant, le mot « même » dans ce contexte signifie en réalité « similaire » plutôt qu'« identique ». Les humains ne sont pas capables de répéter chaque processus exactement de la même manière à tout moment - c'est le travail des machines. Les gens ne peuvent pas travailler au même niveau de performance tout le temps, sans repos. Nous avons tous des bons et des mauvais moments. Les résultats de ces moments, lorsqu'ils sont appliqués à l'usinage d'une pièce, sont difficiles à prévoir. Il y aura des différences et des incohérences au sein de chaque lot de pièces. Les pièces ne seront pas toujours exactement les mêmes. Le maintien des tolérances dimensionnelles et de la qualité de la finition de surface sont les problèmes les plus courants de l'usinage conventionnel. Les machinistes individuels peuvent avoir leurs collègues. La combinaison de ces facteurs et d'autres crée une grande quantité d'incohérence.

L'usinage sous contrôle numérique supprime la plupart des incohérences. Il ne nécessite pas la même implication physique que l'usinage. Numériquement

L'usinage contrôlé n'a pas besoin de leviers, de cadrans ou de poignées, du moins pas dans le même sens que l'usinage conventionnel. Une fois que le programme pièce a été éprouvé, il peut être utilisé un nombre illimité de fois, en donnant toujours des résultats cohérents. Cela ne veut pas dire qu'il n'y a pas de facteurs limitatifs. Les outils de coupe s'usent, l'ébauche de matière d'un lot n'est pas identique à l'ébauche de matière d'un autre lot, les réglages peuvent varier, etc. Ces facteurs doivent être pris en compte et compensés, chaque fois que nécessaire.

L'émergence de la technologie de commande numérique ne signifie pas une disparition instantanée, ni même à long terme, de toutes les machines manuelles. Il y a des moments où une méthode d'usinage traditionnelle est préférable à une méthode informatisée. Par exemple, un simple travail ponctuel peut être effectué plus efficacement sur une machine manuelle qu'une machine CNC. Certains types de travaux d'usinage bénéficieront d'un usinage manuel ou semi-automatique, plutôt que d'un usinage à commande numérique. Les machines-outils CNC ne sont pas destinées à remplacer toutes les machines manuelles, mais seulement à les compléter.

Dans de nombreux cas, la décision d'effectuer ou non certains usinages sur une machine CNC est basée sur le nombre de pièces requises et rien d'autre. Bien que le volume de pièces usinées en batch soit toujours un critère important, il ne doit jamais être le seul facteur.

Il faut également tenir compte de la complexité de la pièce, de ses tolérances, de la qualité de finition de surface requise, etc. souvent, une seule pièce complexe bénéficiera de l'usinage CNC, alors que cinquante pièces relativement simples ne le seront pas.

Gardez à l'esprit que la commande numérique n'a jamais usiné une seule pièce par elle-même. La commande numérique n'est qu'un processus ou une méthode permettant d'utiliser une machine-outil de manière productive, précise et cohérente.

AVANTAGES DU CONTRLE NUMÉRIQUE

Quels sont les principaux avantages de la commande numérique ?

Il est important de savoir quels domaines d'usinage en bénéficieront et lesquels sont mieux réalisés de manière conventionnelle. Il est absurde de penser qu'un broyeur CNC de deux chevaux gagnera sur les travaux qui sont actuellement effectués sur un broyeur manuel vingt fois plus puissant. Tout aussi déraisonnables sont les attentes de grandes améliorations des vitesses de coupe et des vitesses d'avance par rapport à une machine conventionnelle. Si les conditions d'usinage et d'outillage sont les mêmes, le temps de coupe sera très proche dans les deux cas.

Certains des principaux domaines dans lesquels l'utilisateur de la CNC peut et doit s'attendre à des améliorations :

1. Réduction du temps d'installation

2. Réduction des délais

3. Précision et répétabilité

4. Contournage de formes complexes

5. Outillage et maintien de l'ouvrage simplifiés

6. Temps de coupe constant

7. Augmentation générale de la productivité

Chaque domaine n'offre qu'un potentiel d'amélioration. Les utilisateurs individuels connaîtront différents niveaux d'amélioration réelle, en fonction du produit fabriqué sur site, de la machine CNC utilisée, des méthodes de configuration, de la complexité des fixations, de la qualité des outils de coupe, de la philosophie de gestion et de la conception technique, du niveau d'expérience de la main-d'œuvre, des individus attitudes, etc.

Réduction du temps de configuration

Dans de nombreux cas, le temps de configuration d'une machine CNC peut être réduit, parfois considérablement. Il est important de réaliser que la configuration est une opération manuelle, fortement dépendante des performances de l'opérateur CNC, du type de fixation et des pratiques générales de l'atelier d'usinage. Le temps d'installation est improductif, mais nécessaire - il fait partie des frais généraux de l'entreprise. Maintenir le temps de configuration au minimum devrait être l'une des principales considérations de tout superviseur, programmeur et opérateur d'atelier d'usinage.

En raison de la conception des machines CNC, le temps de configuration ne devrait pas être un problème majeur. Le montage modulaire, l'outillage standard, les positionneurs fixes, le changement d'outil automatique, les palettes et d'autres fonctionnalités avancées, rendent le temps de configuration plus efficace qu'une configuration comparable d'une machine conventionnelle. Avec une bonne connaissance de la fabrication moderne, la productivité peut être augmentée de manière significative.

Le nombre de pièces usinées sous une configuration est également important afin d'évaluer le coût du temps de configuration. Si un grand nombre de pièces sont usinées en une seule configuration, le coût de configuration par pièce peut être très insignifiant. Une réduction très similaire peut être obtenue en regroupant plusieurs opérations différentes en une seule configuration. Même si le temps d'installation est plus long, il peut être justifié par rapport au temps nécessaire à l'installation de plusieurs machines conventionnelles.

Réduction des délais

Une fois qu'un programme pièce est écrit et éprouvé, il est prêt à être réutilisé à l'avenir, même à court terme. Bien que le délai d'exécution pour le premier cycle soit généralement plus long, il est pratiquement nul pour tout cycle ultérieur. Même si une modification technique de la conception d'une pièce nécessite la modification du programme, elle peut être effectuée généralement rapidement, ce qui réduit le délai d'exécution.

Les longs délais nécessaires à la conception et à la fabrication de plusieurs montages spéciaux pour les machines conventionnelles peuvent souvent être réduits en préparant un programme de pièces et en utilisant un montage simplifié.

Précision et répétabilité

Le haut degré de précision et de répétabilité des machines CNC modernes a été le principal avantage de nombreux utilisateurs. Que le programme pièce soit stocké sur un disque ou dans la mémoire de l'ordinateur, voire sur une bande (méthode d'origine), il reste toujours le même. N'importe quel programme peut être modifié à volonté, mais une fois prouvé, aucun changement n'est généralement requis. Un programme donné peut être réutilisé autant de fois que nécessaire, sans perdre la moindre donnée qu'il contient. Certes, le programme doit suivre pour des facteurs aussi changeants que l'usure de l'outil et les températures de fonctionnement, il doit être stocké en toute sécurité, mais généralement très peu d'interférences du programmeur ou de l'opérateur CNC seront nécessaires, la haute précision des machines CNC et leur répétabilité permet une haute des pièces de qualité à produire de manière constante à chaque fois.

Contournage de formes complexes

Les tours CNC et les centres d'usinage sont capables de façonner une variété de formes. De nombreux utilisateurs de CNC n'ont acquis leurs machines que pour pouvoir manipuler des pièces complexes. De bons exemples sont les applications CNC dans les industries aéronautique et automobile. L'utilisation d'une certaine forme de programmation informatisée est pratiquement obligatoire pour toute génération de trajectoire d'outil en trois dimensions.

Des formes complexes, telles que des moules, peuvent être fabriquées sans les dépenses supplémentaires liées à la fabrication d'un modèle pour le traçage. Les pièces en miroir peuvent être obtenues littéralement en appuyant sur un bouton, des modèles, des modèles en bois et d'autres outils de création de motifs.

Outillage et maintien du travail simplifiés

Aucun outillage standard et fait maison qui encombre les bancs et les tiroirs autour d'une machine conventionnelle ne peut être éliminé en utilisant un outillage standard, spécialement conçu pour les applications de commande numérique. Les outils multi-étapes tels que les forets pilotes, les forets étagés, les outils combinés, les contre-aléseurs et autres sont remplacés par plusieurs outils standard individuels. Ces outils sont souvent moins chers et plus faciles à remplacer que les outils spéciaux et non standard. Les mesures de réduction des coûts ont contraint de nombreux fournisseurs d'outils à en maintenir un faible voire inexistant. L'outillage standard, prêt à l'emploi, peut généralement être obtenu plus rapidement que l'outillage non standard.

Fixturing and work holding for CNC machines have only one major purpose – to hold the part rigidly and in the same position for all parts within a batch. Fixtures designed for CNC work do not normally require jigs, pilot holes and other hole locating aids.

Cutting Time and Productivity Increase

The cutting time on the CNC machine is commonly known as the cycle timeand is always consistent. Unlike a conventional machining, where the operators skill, experience and personal fatigue are subject to changes, the CNC machining is under the control of a computer. The small amount of manual work is restricted to the setup and loading and unloading the part. For large batch runs, the high cost of the unproductive time is spread among many parts, making it less significant. The main benefit of a consistent cutting time is for repetitive jobs, where the production scheduling and work allocation to individual machine tools can be done very accurately.

The main reason companies often purchase CNC machines is strictly economic – it is a serious investment. Also, having a competitive edge is always on the mind of every plant manager. The numerical control technology offers excellent means to achieve a significant improvement in the manufacturing productivity and increasing the overall quality of the manufactured parts. Like any means, it has to be used wisely and knowledgeably. When more and more companies use the CNC technology, just having a CNC machine does not offer the extra edge anymore. The companies that get forward are those who know to use the technology efficiently and practice it to be competitive in the global economy.

To reach the goal of major increase in productivity, it is essential that users understand the fundamental principles on which CNC technology is based. These principles take many forms, for example, understanding the electronic circuitry, complex ladders diagrams, computer logic, metrology, machine design, machine principles and practices and many others. Each one has to be studied and mastered by the person in charge. In this handbook, the emphasis is on the topics that relate directly to the CNC programming and understanding the most common CNC machine tools, the machining centers and the lathes (sometimes also called the turning centers). The part quality consideration should be very important to every programmer and machine tool operator and this goal is also reflected in the handbook approach as well as in numerous examples.

TYPES OF CNC MACHINE TOOLS

Different kinds of CNC machines cover an extremely large variety. Their numbers are rapidly increasing, as the technology development advances. It is impossible to identify all the applications; they would make a long list. Here is a brief list of some of the groups CNC machines can be part of:

1. Mills and machining centres

2. Lathes and turning centres

3. Drilling machines

4. Boring mills and profilers

5. EDM machines

6. Punch presses and shears

7. Flame cutting machines

8. Routers

9. Water jet and laser profilers

10. Cylindrical grinders

11. Welding machines

12. Benders, winding and spinning machines, etc.

CNC machining centres and lathes dominate the number of installations in industry. These two groups share the market just about equally. Some industries may give a higher need for one group of machines, depending on their needs. One must remember that there are many different kinds of lathes and equally many different kinds of ma-chining centres. However, the programming process for a vertical machine is similar to the one for a horizontal ma-chine or a simple CNC mill. Even between different ma-chine groups, there is a great amount of general applications and the programming process is generally the same For example, a contour milled with an end mill has a lot in common with a contour cut with a wire.

Mills and Machining Centres

Standard number of axes on a milling machine is three-the X, Y and Z axes. The part set on a milling system is al-cutting tool rotates, it can move up and down (or in and out), but it does not physically follow the tool path.

CNC mills sometimes called CNC milling machines are usually small, simple machines, without a tool changer or other automatic features. Their power rating is often quite low. In industry, they are used tool room work, maintenance purposes, or small part production. They are usually designed for contouring, unlike CNC drills.

CNC machining centres are for more popular and efficient that drills and mills, mainly for their flexibility. The main benefit user gets out of a CNC machining centre is the ability to group

several diverse operations into a single setup. For example, drilling, boring, counter boring, tapping, spot facing and contour milling can be incorporated into a single CNC program. In addition, the flexibility is enhanced by automatic tool changing using pallets to minimize idle time, indexing to a different side of the part, using a rotary movement of additional axes, and a number of other features, CNC machining centres can be equipped with special software that controls the speeds and feeds, the life of the cutting tool, automatic in-process gauging and offset adjustment and other production enhancing and time saving devices.

There are two basic designs of a typical CNC machining centre. There are the vertical and the horizontal machining centres. The major difference between the two types is the nature of work that can be done on them efficiently. For a vertical CNC machining centre, the most suitable type of work are flat parts, either mounted to the fixture on the table, or help in a vise or a chuck. The work that requires machining on two or more faces in a single setup is more desirable to be done on a CNC horizontal machining centre. A good example is pump housing and other cubic-like shapes. Some multi-face machining of small parts can also be done on a CNC vertical machining center equipped with a rotary table.

The programming process is the same for both designs, but an additional axis (usually a B axis) is added to the horizontal design. This axis is either a simple positioning axis (indexing axis) for the table, or a fully rotary axis for simultaneous contouring.

This handbook concentrates on the CNC vertical machining centres applications, with a special section dealing with the horizontal setup and machining. The programming methods are also applicable to the small CNC mills or drilling and/or tapping machines, but the programmer has to conceder their restrictions.

Lathes and Turning Centres

A CNC lathe is usually a machine tool with two axes, the vertical X axis and the horizontal Z axis. The main future of the lathe that distinguishes it from a mill is that the part is rotating about the machine center line. In addition, the cutting tool is normally stationary, mounted in a sliding turret. The cutting tool follows the contour of the programmed tool path. For the CNC lathe with a milling attachment, so called live tooling, the milling tool has its own motor and rotates while the spindle is stationary.

The modern lathe design can be horizontal or vertical. Horizontal type is far more common than the vertical type, but both designs exist for either group. For example, a typical CNC lathe of the horizontal group can be designed with a flat bed or a slant bed, as a bar type, chucker type or universal type. Added to these combinations or many accessories that make a CNC lathe is an extremely flexible machine tool. Typically, accessories such as a tailstock, steady rests or followup rests, part catchers, pullout-fingers and even a third axis milling attachment are popular components of the CNC lathe. A CNC lathe can be very versatile so versatile in fact, that it is often called a CNC turning centre. All text and program examples in this handbook use the more traditional term CNC lathe, yet still recognizing all its modern functions.

PERSONNEL FOR CNC

Computers and machine tools have no intelligence. They cannot think, they cannot evaluate a station in a rational way. Only people with certain skills and knowledge can do that. In the field of numerical control, the skills are usually in the hands of two key peopleone doing the programming, the other doing the machining. Their respective numbers and duties typically depend on the company preference, its size, as well as the product manufactured there. However, each position is a quite distinct, although many companies combine the two functions into a one, often called a CNC programmer/operator.

CNC Programmer

The CNC programmer is usually the person who has the most responsible in the CNC machine shop. This person is often responsible for the success of numerical control technology in the plant. Equally this person is held responsible for problems related to the CNC operations.

Although duties may vary, the programmer is also responsible for a variety of tasks relating to the effective usage of the CNC machines. In fact, this person is often accountable for the production and quality of all CNC operations.

Many CNC programmers are experienced machinists, who have had a practical, hands-on experience as machine tool operations they know how to read technical drawings and they can comprehend the engineering intent behind the design. This practical experience is the foundation for the ability to ‘machine’ a part in an office environment. A good CNC programmer must be able to visualize all the tool motions and recognize all restricting factories that may be involved. The programmer must be able to collect, analyze process and logically integrate all the collected data into a signal, cohesive program. In simple terms, the CNC programmer must be able to decide upon the best manufacturing methodology in all respects.

In addition to the machining skills, the CNC programmer has to have an understanding of mathematical principles, mainly application of equations, solutions of arcs and angles. Equally important is the knowledge of trigonometry. Even with computerized programming, the knowledge of manual programming methods is absolutely essential to the through understanding of the computer output and the control of this output.

The last important quality of a truly professional CNC programmer is his or her ability to listen to the other people – the engineers, the CNC operators, the managers. Good listing skills are the first prerequisites to become flexible. A good CNC programmer must be flexible in order to offer high programming quality.

CNC Machine Operator

The CNC machine tool operator is a complementary position to the CNC programmer. The programmer and the operator may exist in a single person, as is the case in many small shops. Although the majority of duties performed by conventional machine operator has been transferred to the CNC program, the CNC operator has many unique responsibilities. In typical cases, the operator is responsible for the tool and machine setup, for the changing of the parts, often even for some in-process inspection. Many companies expect quality control at the machine – and the operator of any machine tool, manual or computerized, is also responsible for the quality of the work done on that machine. One of the very important responsibilities of the CNC machine operator is to report findings about each program to the programmer. Even with the best knowledge, skills, attitudes and intentions, the "final" program can always be improved. The CNC operator being the one, who is the closest to the actual machining, knows precisely what extent such improvements can be.

Justifying the Cost of CNC

The cost of a CNC machine might make most manufacturers nervous but the benefits of owning a CNC router will most likely justify the cost in very little time.

The first cost to take into consideration is the machine cost. Some vendors offer bundled deals that include installation, software training and shipping charges. But in most cases, everything is sold separately to allow for customization of the CNC router.

Light duty

Low-end machines cost from $2,000 to $10,000. they are usually bolt-it yourself kits made of bent sheet metal and use stepper motors. They come with a training video and an instruction manual. These machines are meant for do-it-yourself use, for the signage industry and other very light duty operations. they will usually come with an adapter for a conventional plunge router. accessories such as a spindle and vacuum work holding are options. These machines can be very successfully integrated into a high production environment as a dedicated process or as part of a manufacturing cell. for instance, one of these CNC’s can be programmed to drill hardware holes on drawer fronts before assembly.

Medium duty

Mid-range CNC machines will cost between $10,000 and $100,000. these machines are built of heavier gauge steel or aluminium. They might use stepper motors and sometimes servos; and use rack and pinion drives or belt drives. they will have a separate controller and offer a good range of options such as automatic tool changers and vacuum plenum tables. these machines are meant for heavier duty use in the signage industry and for light panel processing applications.

These are a good option for start-ups with limited resources or manpower. They can perform most operations needed in cabinet making although not with the same degree of sophistication or with the same efficiency.

Industrial strength

High-end routers cost upward of $100,000. This includes a whole range of machines with 3 to 5 axes suited for a broad range of applications. these machines will be built out of heavy gauge welded steel and come fully loaded with automatic tool changer, vacuum table and other accessories depending on the application. these machines are usually installed by the manufacturer and training is often included.

Shipping

Transporting a CNC router carries a considerable cost. With routers weighing anywhere from a few hundred pounds to several tons, freight costs can range from $200 to $5,000 or more, depending on location. remember that unless the machine was built nearby, the hidden cost of moving it from europe or asia to the dealer’s showroom is likely included. additional costs may also be incurred just to get the machine inside once it is delivered as it is always a good idea to use professional riggers to deal with this kind of operation.

Installation and training

CNC vendors typically charge from $300 to $1,000 per day for installation costs. It can take anywhere from a half day to a full week to install and test the router. This cost could be included in the price of buying the machine. some vendors will provide free training on how to use the hardware and software, usually on-site, while others will charge $300 to $1,000 per day for this service.

SAFETY RELATED TO CNC WORK

One the wall of many companies is a safety poster with a simple, yet powerful message:

The first rule of safety is to follow all safety rules.

The heading of this section does not indicate whether the safety is oriented at the programming or the machining level. The season is that the safety is totally independent. It stands on its own and it governs behaviour of everybody in a machine shop and outside of it. At first sight, it may appear that safety is something related to the machining and the machine operation, perhaps to the setup as well. That is definitely true but hardly presents a complete picture.

Safety is the most important element in programming, setup, machining, tooling, fixturing, inspection, chipping, and-you-name it operation within a typical machine shop daily work. Safety can never be overemphasized. Companies talk about safety, conduct safety meeting, display posters, make speeches, call experts. This mass of information and instructions is presented to all of us for some very good reasons. Quite a few are passed on past tragic occurrences – many laws, rules and regulations have been written as a result of inquests and inquire into serious accidence.

At first sight, it may seem that in CNC work, the safety is a secondary issue. There is a lot of automation; a part program that runs over and over again, tooling that has been used in the past, a simple setup, etc. All this can lead to complacency and false assumption that safety is taken care of. This is a view that can have serious consequences.

Safety is a large subject but a few points that relate to the CNC work are important. Every machinist should know the hazards of mechanical and electrical devices. The first step towards a safe work place is with a clean work area, where no chips, oil spills and other debris are allowed to accumulate on the floor. Taking care of personal safety is equally important. Loose clothing, jewellery, ties, scarves, unprotected long hair, improper use of gloves and similar infraction, is dangerous in machining environment. Protection of eyes, ears, hands and feet is strongly recommended.

While a machine is operating, protective devices should be in place and no moving parts should be exposed. Special care should be taken around rotating spindles and automatic tool changers. Other devices that could pose a hazard are pallet changers, chip conveyors, high voltage areas, hoists, etc. disconnecting any interlocks or other safety features is dangers – and also illegal, without appropriate skills and authorization.

In programming, observation of safety rules is also important. A tool motion can be programmed in many ways. Speeds and feeds have to be realistic, not just mathematically "correct". Depth of cut, width of cut, the tool characteristics, all have a profound effect on overall safety.

All these ideas are just a very short summery and a reminder that safety should always be taken seriously.