Usinage CNC :tout ce que vous devez savoir

L'usinage à commande numérique par ordinateur (CNC) est devenu de plus en plus courant dans la fabrication. La technologie CNC offre un moyen polyvalent et automatisé pour produire de grandes séries de pièces de haute qualité. Les niveaux élevés de précision et de répétabilité offerts par les processus d'usinage CNC en font un outil idéal pour la plupart des fabricants.

Qu'est-ce que l'usinage CNC ?

En général, l'usinage CNC fait référence à l'un des nombreux processus réducteurs qui enlèvent de la matière d'une pièce pour réaliser une conception. Les processus CNC utilisent des commandes informatisées pour gérer l'ensemble du processus d'usinage du début à la fin, produisant finalement des pièces toujours précises. Les équipements d'usinage CNC peuvent suivre les mêmes ensembles d'instructions encore et encore pour faciliter la production de petites ou grandes séries de pièces identiques.

Les machines CNC se déclinent en plusieurs variétés et niveaux de complexité. Certaines machines peuvent contenir plusieurs outils à la fois ou travailler le long des axes X, Y et Z pour éliminer l'excédent de matériau de n'importe quel côté ou sous n'importe quel angle.

L'usinage CNC est utilisé pour créer des pièces et des composants pour presque toutes les industries et applications. Cela inclut l'industrie aérospatiale et d'autres industries très complexes qui nécessitent des travaux d'usinage sur de grandes pièces. Les fabricants peuvent utiliser ce procédé sur des substrats tels que :

• Matériaux composites
• Mousse
• Verre
• Métaux
• Plastique
• Bois

L'usinage CNC est particulièrement avantageux en raison de sa fonctionnalité automatisée. L'automatisation permet aux machines de fonctionner de manière autonome, nécessitant moins de travail humain pour produire des pièces précises. Une pénurie croissante de machinistes et d'ouvriers qualifiés dans l'industrie a été l'un des principaux contributeurs à l'avancement de la technologie CNC ces dernières années.

Les trois processus de fabrication

D'une manière générale, il existe trois types de processus de fabrication :

• Réducteur. Les processus réducteurs ou soustractifs tels que l'usinage prélèvent de la matière sur une pièce pour créer une conception.
• Additif. Les procédés de fabrication additive combinent ou assemblent différents éléments pour créer un produit fini. L'impression 3D est la forme la plus courante de fabrication additive.
• Formatif. La fabrication formative plie ou modifie autrement la forme du substrat pour répondre aux exigences de conception. La fabrication formative comprend des processus tels que le moulage par injection, dans lesquels le substrat est fondu puis pressé dans un moule pour conserver une certaine forme. Il comprend également de nombreux processus de formage des métaux, tels que le pliage ou le laminage.

Aperçu du processus d'usinage CNC

Le prédécesseur de l'usinage CNC - l'usinage à commande numérique (NC) - utilisait des cartes à bande perforée et des commandes rudimentaires. L'usinage CNC suit des commandes plus complexes et utilise une plus grande variété de commandes. Ces systèmes instruisent à la fois les outils de coupe et de formage qui enlèvent, mais les équipements d'usinage CNC peuvent suivre des ensembles complexes et personnalisés d'instructions provenant de conceptions CAO ou FAO complexes.

Différents équipements d'usinage CNC peuvent gérer différents outils, capacités et opérations. Le processus d'usinage CNC comprend généralement ces étapes générales :

1. Conception du modèle CAO

Avant le début du processus d'usinage CNC, les fabricants doivent créer la conception du produit. Les logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) peuvent être utilisés pour créer des modèles détaillés en deux dimensions (2D) ou en trois dimensions (3D). Ces fichiers de conception incluent des détails tels que les géométries, les dimensions et d'autres spécifications techniques des pièces. Les logiciels de CAO tiennent compte des limites des processus d'usinage et des propriétés des matériaux sélectionnés.

Par exemple, si une conception contient des trous formés par des outils cylindriques, le logiciel de CAO peut informer les ingénieurs de conception lorsque les conceptions sont trop complexes pour un substrat donné ou identifier les problèmes potentiels dus aux limitations du processus sélectionné. Ces vérifications automatisées aident les services de conception et les ingénieurs CAO/FAO à éviter de nombreuses erreurs potentielles pendant le processus de rendu afin que l'étape de prototypage soit plus efficace.

2. Conversion de fichiers CAO en instructions CNC utilisables

Une fois la conception terminée, les spécifications de conception doivent être traduites en directions que les machines CNC peuvent suivre. Les fichiers CAO sont exécutés via un logiciel de fabrication assistée par ordinateur (FAO). Ces programmes créent le code de programmation que les machines CNC utilisent pour diriger les outils pendant le processus de fabrication. Ce logiciel extrait également des informations sur la géométrie de la pièce que les opérateurs peuvent utiliser pour s'assurer que la pièce initiale a les bonnes dimensions et la bonne orientation.

Ces ensembles d'instructions compatibles CNC sont généralement dans l'un des deux types de fichiers :STEP ou IGES. Ils comprennent des langages de programmation tels que le code G et le code M, qui gèrent chacun des domaines spécifiques de la fonctionnalité de la machine-outil. Les opérations de code G se concentrent sur le fonctionnement réel des outils, tels que leur vitesse, la direction du mouvement et la distance à laquelle ils se déplacent. Les opérations de code M se concentrent sur des opérations diverses, telles que la mise sous tension et hors tension et d'autres fonctions auxiliaires.

3. Préparation de la machine CNC

Les opérateurs humains jouent un rôle beaucoup moins important dans la fabrication automatisée que dans la fabrication manuelle, mais ils gèrent toujours des opérations importantes que les machines ne peuvent pas gérer. Cela inclut :

• Charger le fichier du programme CNC dans la machine
• Ajouter la pièce aux broches ou aux étaux de la machine pour que la machine puisse manipuler la pièce
• Fixer les outils d'usinage spécifiés
• Inspecter la zone de travail, la machine et la pièce

4. Exécution d'opérations

Une fois l'équipement préparé et le programme démarré, l'équipement d'usinage CNC exécute les étapes et effectue les opérations d'usinage sur la pièce. Le programme peut compléter les processus de réduction nécessaires du début à la fin sans autre intervention de l'opérateur. Une fois les instructions terminées, la pièce peut continuer à travers les processus de finition et d'emballage.

Types d'opérations d'usinage CNC

L'usinage CNC est une catégorie très large d'opérations et de processus possibles. Parmi les opérations d'usinage CNC, le perçage, le fraisage et le tournage sont les plus courants.

Forage

Les processus de forage utilisent des mèches d'un diamètre de la même taille que le diamètre du trou souhaité. L'équipement d'usinage insère le foret rotatif perpendiculairement dans la pièce jusqu'à ce qu'il perce un trou d'une longueur prédéterminée. Des équipements plus complexes peuvent produire des trous angulaires et les outils de forage peuvent fournir des fonctionnalités telles que :

• Lampage
• Fraisage
• Alésage
• Appuyer

Fraisage

Le processus de fraisage élimine les coupes de matériau de la pièce en déplaçant le matériau contre un bord de coupe en rotation. Les outils ont plusieurs points de coupe et chaque outil tourne pour fournir une surface de coupe nette avec une longueur et une forme différentes. Lorsque la pièce est pressée contre des outils de fraisage, de fines bandes ou coupes de matériau sont retirées du bord existant. Cela peut créer des coupes peu profondes, des coupes larges ou des cavités à fond plat pour façonner la pièce. Les processus de fraisage périphérique peuvent couper plus profondément pour créer des fentes ou des filetages dans la forme générale de la pièce.

Tourner

Les processus de tournage tournent la pièce au lieu de l'outil de coupe. Ils comprennent des processus de coupe tels que l'alésage, le rainurage et le surfaçage. Ils coupent l'excédent de matériau d'une pièce en utilisant des outils de coupe à point unique appliqués avec précision sur la pièce en rotation. Le tournage crée des pièces cylindriques ayant un diamètre spécifié. Le tournage peut créer des fonctions linéaires à l'intérieur et sur le bord extérieur des pièces. Ces fonctionnalités incluent :

• Fentes
• Fils
• Cônes

Avantages de l'usinage CNC

De nombreux fabricants préfèrent les processus d'usinage car ils créent des pièces ou des composants à partir d'une seule pièce. L'usinage CNC présente plusieurs avantages supplémentaires. Ceux-ci incluent :

• Amélioration de la productivité. Les installations avec usinage CNC peuvent produire des pièces 24h/24 et 7j/7. Les machines peuvent fonctionner en continu avec peu ou pas d'intervention humaine. Les machines nécessitent également moins d'espace que les postes de travail ou les configurations d'usinage manuel, de sorte qu'une installation avec une superficie définie peut avoir plus de machines fonctionnant simultanément.
• Un haut degré de précision. L'usinage CNC utilise des opérations de programmation très détaillées. Les machines suivent ces instructions sans permettre aucune variation indésirable ou erreur humaine. Les pièces seront de haute qualité, précises et identiques. L'usinage CNC peut également produire des pièces avec des conceptions complexes et complexes.
• Achèvement plus rapide du projet. Chaque processus d'usinage CNC commence par une conception CAO, de sorte que le processus de prototypage sera beaucoup plus rapide. Le logiciel détecte ou prévient de nombreux défauts de conception possibles ou risques potentiels avec différents matériaux. Lorsque les processus de prototypage et de test sont raccourcis, les produits peuvent passer plus rapidement de la conception à la production. Les instructions d'usinage CNC peuvent également être modifiées ou remplacées rapidement, de sorte qu'il y a peu de retard entre les changements de cycles de production.
• Rapport coût-efficacité. Les conceptions de fichiers CAO et les risques réduits d'erreurs de fabrication réduisent le coût de production unitaire. L'usinage CNC nécessite également moins de travail humain, ce qui réduit encore le prix de fabrication des produits.

Usinage CNC de Pro-Type Manufacturing

Pour les clients à la recherche d'une solution de fabrication complète, Pro-Type Industries, Incorporated offre un niveau de valeur et de flexibilité de processus inégalé dans l'industrie. Nous exploitons une usine de pointe équipée de certains des systèmes d'usinage CNC les plus avancés disponibles.

Ce sont des systèmes à couple élevé et à régime élevé qui offrent précision et productivité dans un seul ensemble. Un exemple est notre fraiseuse horizontale Toyoda CNC 4 axes de 550 mm. Ce système à la pointe de la technologie offre des vitesses de broche allant jusqu'à 15 000 tr/min délivrées par un moteur de 30 HP. Avec un cube de travail de 30" et un positionnement de 2400" par minute, il peut traverser des matériaux tels que l'aluminium, l'acier et les plastiques à des vitesses élevées avec une précision maximale. Cela nous permet également de travailler avec des matériaux difficiles à usiner tels que l'Inconel, l'Invar, le Monel et divers superalliages.

Cependant, ce n'est qu'un de nos nombreux systèmes d'usinage de précision. Nous exploitons également quatre fraiseuses verticales CNC pouvant accueillir des pièces jusqu'à 64" par 32" par 25", deux fraiseuses horizontales équipées de plusieurs palettes et un tour CNC à haut rendement avec alimentation automatique des barres, sous-broche et outillage entraîné. Entre les mains de notre équipe de machinistes chevronnés, ces usinages de haute précision peuvent offrir des tolérances de ±0,0005". Toutes ces capacités et ressources sont augmentées par la fabrication en interne de tous les outils et fixations, ce qui nous donne encore plus de contrôle sur la productivité.

Au cours de nos près de 50 ans en tant que fabricant, nous avons appris que peu d'exigences de projet consistent uniquement en usinage. Pour ajouter encore plus de valeur à nos offres de services, nous fournissons également des services à valeur ajoutée tels que :

• Soudage
• Gravure
• Chromatation
• Passivation
• Assemblage complet
• Rapports dimensionnels complets
• Traçabilité des matériaux

Tout notre travail est soutenu par un système de gestion de la qualité ISO 9001 robuste et une culture qui s'étend à chaque partie de notre organisation.

Qu'il s'agisse d'un seul prototype ou de commandes globales volumineuses s'étalant sur plusieurs mois ou plus, la clé de notre succès réside dans notre capacité à fournir le même niveau de valeur et de qualité, quelle que soit la taille de la série ou la complexité de la conception. Pour en savoir plus sur toutes nos capacités de fabrication ou pour demander un devis, contactez-nous directement.