Qu'est-ce que l'usinage CNC ?

Aujourd'hui, il semble que toutes les machines qui fonctionnaient autrefois sans l'avantage de l'usinage CNC a maintenant été équipé de servomoteurs et d'une sorte de contrôleur ou ordinateur. Alors, comment les pièces étaient-elles fabriquées avant que les machines CNC (à commande numérique par ordinateur) n'arrivent sur le site ?

Eh bien, il était une fois, ou dirons-nous il y a 50 ans ou plus, les transistors n'existaient pas. Puis, au début des années 60, les radios à transistors sont devenues de plus en plus des gadgets incontournables. Plus on fabriquait de petits appareils, plus toutes les parties impliquées se sentaient à l'aise :fabricants de puces, assembleurs, concepteurs, etc. devenaient avec la nouvelle technologie. Cela a jeté les bases du développement du PC, dont la taille inférieure à celle du mainframe était nécessaire pour l'associer à une machine.

Avant de discuter de l'équipement d'usinage CNC, il est important de comprendre comment les choses ont été faites avant son existence. Avant l'usinage CNC, les machines fonctionnaient mécaniquement. Il y avait des relais, des condensateurs et d'autres aides au chronométrage quelque peu utiles, ainsi qu'une utilisation limitée de la fluidique. Cependant, la plupart des modèles de mouvement ont été créés à l'aide de cames, de liaisons, d'escarpements, d'engrenages et d'autres éléments mécaniques. La transmission à embrayage standard est un bon exemple d'une telle machine. Il s'agit essentiellement d'un train d'engrenages avec une commande (le pommeau de levier de vitesses) et un activateur de changement de vitesse manuel (l'embrayage). Pourtant, bien que primitif par rapport à une transmission automatique moderne, il permettait à un véhicule de se déplacer.

Les cames ont été largement utilisées pour le contrôle des tours automatiques datant d'environ 1880 au début des années 1970. Ce sont des plaques ou des tambours découpés de manière irrégulière avec des chemins sinueux découpés à l'intérieur. Chaque came a un suiveur qui transmet un mouvement et une synchronisation à l'outil ou à l'axe ci-dessus en fonction des festons et des chemins irréguliers sur la came. Des programmes et des algorithmes ont été développés pour coordonner les différentes actions afin d'éliminer les conflits et les collisions. Les fabricants d'outils étaient nécessaires pour fabriquer tout outillage spécial qui pourrait être nécessaire pour fabriquer une pièce particulière. Souvent, les tours de production étaient vendus déjà outillés pour ne fabriquer qu'une ou deux pièces spécifiques. Par exemple, pendant des années, les manches de tournevis ont été entièrement fabriqués sur des machines Brown et Sharpe. La machinerie a également été spécialement adaptée pour insérer la tige et la lame du tournevis.

Ne pensez pas que ces anciennes machines étaient inexactes ou incapables. Les meilleures machines non CNC pourraient encore tenir bien en dessous d'un millième de pouce. Elles étaient également considérablement plus rapides que toutes les machines CNC, à l'exception des plus chères fabriquées aujourd'hui. En fait, certains grands tours automatiques, tels que l'Acme Gridley, sont encore utilisés aujourd'hui par des entreprises réputées. Ils sont reconstruits et au moins partiellement équipés de glissières CNC modernes et d'autres composants. La version CNC de cette machine est toujours construite, mais pas par Acme-Gridley. C'est aussi une machine multibroches. Cela signifie qu'il s'agit essentiellement d'un pistolet Gatling qui alimente le matériau à travers des tubes, au lieu de balles. Chaque fois que la machine tourne, la pièce en cours de fabrication rencontre un ou des outils différents qui effectuent une autre opération sur elle. La dernière station est, bien sûr, généralement l'outil de tronçonnage. Le matériau avance alors et tout le processus recommence. Inutile de dire que le temps de configuration requis pour utiliser ces machines et la complexité générale, signifient que seules les grandes séries sont généralement utilisées sur la version manuelle ou CNC. Regardez une vidéo de l'une de ces machines :

Malgré le fait que les systèmes électromécaniques ont continué à progresser, les premières machines à commande numérique (utilisant une bande perforée, pas une véritable unité contrôlée par ordinateur) utilisant des tubes à vide qui, pour gérer les tensions étaient parfois d'énormes œuvres d'art en elles-mêmes . Par exemple, les tubes de 24 pouces de long n'étaient pas rares. Compte tenu des diverses difficultés d'utilisation des tubes à vide de construction extrême, il n'est pas surprenant que les ingénieurs se soient saisis de l'utilisation des transistors et des circuits intégrés lorsqu'ils sont devenus disponibles. Puis, à mesure que des contrôleurs, tels que les primitifs Allen Bradley alors proposés, sont entrés en ligne, le lent passage de l'analogique au numérique a commencé. Pour la première fois, à peu près tout ce qui pouvait tenir dans une usine d'une certaine taille, par exemple, pouvait être complètement usiné sans beaucoup d'installations introduisant des imprécisions. Cela signifiait que des choses aussi simples que des coupes à 45 degrés pouvaient être effectuées sans équipement spécialisé. Cela signifiait également que de meilleurs contrôles exigeaient de meilleurs entraînements et moteurs, ainsi que des vis à billes et des roulements capables d'une grande vitesse et précision. Ainsi, le développement de machines CNC est allé de pair avec le développement de servomoteurs, d'encodeurs de moteurs pas à pas et d'autres composants CNC plus puissants et plus précis. Le développement de ces composants, à son tour, a conduit à des machines plus rapides et plus précises. Aujourd'hui, par exemple, une fraiseuse CNC décente devrait être capable de supporter un à deux dix millièmes de pouce toute la journée.

Alors, enfin, qu'est-ce qu'une machine CNC ? De toute évidence, étant donné l'omniprésence des machines CNC aujourd'hui, il n'y a pas de réponse unique. Mais la plupart des fraiseuses CNC, des tours et autres ont des caractéristiques communes. Premièrement, ils reçoivent leurs instructions d'un ordinateur, qui peut avoir une architecture dédiée ou, plus récemment, un ordinateur standard en son cœur. le les moteurs qui fournissent la force motrice sont en grande partie, sinon complètement, des moteurs asservis d'une sorte ou d'une autre. Il y a un (sont) encodeur(s) qui traduisent et communiquent les tours/minute et le mouvement linéaire au contrôleur. Il existe au moins deux ou trois axes commandés simultanément, permettant, à l'aide d'un logiciel capable de générer une trajectoire d'outil à partir d'un modèle CAO, de réaliser quasiment toutes les formes souhaitées. Les machines à quatre et cinq axes peuvent, bien sûr, produire des formes encore plus compliquées, telles que des aubes de turbine. Les machines-outils CNC modernes ont également des emplacements pour de nombreux outils supplémentaires, de sorte que les changements de programme peuvent être effectués sans avoir à changer toujours chaque outil. Le contrôleur stocke également les corrections d'outil pour tous ces éléments, donc une fois qu'un outil est touché, ses numéros de correction sont stockés de manière permanente jusqu'à ce qu'ils doivent être modifiés. Aujourd'hui, cette technologie est devenue si peu coûteuse et si répandue qu'il y a des gens qui fabriquent des machines CNC faites maison, qui n'ont peut-être pas la précision et la puissance de la variété achetée en magasin, mais qui sont parfaitement adéquates pour découper du matériel de signalisation ou d'autres tâches légères. Incidemment, c'est cette popularisation des composants CNC qui a également alimenté l'énorme augmentation du développement et de l'utilisation de la robotique, à la fois dans l'industrie et comme passe-temps.

En conclusion, les machines CNC sont en général beaucoup plus polyvalentes que les machines à cames. Cependant, il existe des produits spécialisés qui sont encore meilleurs et moins chers fabriqués avec des équipements non CNC.

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