Qu'est-ce que l'usinage CNC :processus, opérations et avantages

La fabrication de produits modernes nécessite des processus et des techniques qui garantissent la précision et l'exactitude en raison de la complexité croissante de la conception des produits. Par conséquent, il y a une ruée vers le développement et l'innovation dans les techniques de fabrication, en particulier l'introduction de l'automatisation.

En raison de l'automatisation, l'usinage CNC est un processus de fabrication courant connu pour sa précision, son exactitude et sa capacité à concevoir des produits complexes. Cet article traitera des bases de l'usinage CNC, de son processus, de son application et de ses avantages.

Que signifie la commande numérique par ordinateur (CNC) ?

La commande numérique par ordinateur (CNC) consiste à contrôler une machine-outil à l'aide d'un micro-ordinateur fixé à l'outil. Le micro-ordinateur peut le faire en répondant à un langage de programmation appelé code G et code M, qui contient des instructions sur les paramètres d'usinage tels que la vitesse d'avance, la vitesse de la broche, l'outil de coupe et le débit de liquide de refroidissement.

Le micro-ordinateur relaie alors les instructions à la machine-outil. Par conséquent, l'usinage CNC ne nécessite pas d'opération manuelle, ce qui le rend idéal pour créer des pièces sans erreur, quelle que soit la complexité de la conception du produit.

Qu'est-ce que l'usinage CNC ?

L'usinage CNC est un processus de fabrication soustractif qui consiste à retirer une partie d'une pièce en utilisant les instructions d'un modèle CAO pour fabriquer un produit. La machine CNC enlève des parties de la pièce par des opérations d'usinage telles que le tournage, le perçage ou le fraisage, selon des codes (g-code et m-code) obtenus à partir du modèle CAO et contenant des instructions sur les paramètres d'usinage.

Le processus d'usinage CNC est compatible avec de nombreux métaux, plastiques, bois et matériaux composites. Parallèlement aux processus de fabrication additive et formative, comme l'impression 3D et le moulage par injection, il constitue un processus de base incontournable pour la fabrication de pièces. Cependant, l'usinage CNC présente certains avantages par rapport à ces méthodes, comme une tolérance élevée. Continuons à lire.

4 étapes principales du processus d'usinage CNC

L'usinage CNC comporte quatre étapes de base, quel que soit votre processus d'usinage CNC. Vous trouverez ci-dessous une procédure par étapes sur leur fonctionnement général :

Étape 1 :Préparer un modèle CAO

Cela implique la création d'un modèle de conception 2D ou 3D du produit. Il existe de nombreux logiciels adaptés au processus, les plus populaires étant AutoCAD et SolidWorks. De plus, il est possible de convertir des conceptions 2D en conceptions 3D en fonction des exigences du produit.

Bien que certaines conceptions de produits puissent être simples, la préparation de certains modèles CAO peut nécessiter des connaissances avancées, en particulier des conceptions de produits complexes.

Le modèle CAO doit être correctement conçu et montrer sans effort à l'opérateur les caractéristiques essentielles telles que la tolérance, les lignes de construction, les filetages et d'autres paramètres pour une opération d'usinage efficace.

Étape 2 :Conversion au format compatible CNC

Les machines CNC ne comprendront pas le modèle CAO. Par conséquent, vous devez transformer le modèle CAO dans un format compatible CNC afin que la machine puisse l'interpréter. Pour cette étape, vous pouvez utiliser un logiciel de FAO tel qu'AutoCAD, Fusion 360 ou d'autres services logiciels en ligne.

Ce logiciel peut convertir en un format compatible CNC et instruira la machine CNC sur les paramètres. Tels que le mouvement rotatif et linéaire, la séquence de coupe, le parcours d'outil, la pièce, la vitesse de la machine, etc., associés à l'opération d'usinage.

Étape 3 :Exécution de la configuration

Cela implique de choisir le bon type de machine CNC et de configurer certaines opérations avant le début de l'opération d'usinage. Le choix de la bonne machine dépend de la pièce à usiner, de la complexité de la conception du produit et du coût. Ensuite, la pièce est montée sur la machine.

Étape 4 :Usiner la pièce

L'opérateur fixera les outils de coupe nécessaires et lancera le processus. Le processus est automatisé et se poursuivra jusqu'à ce qu'il soit jugé terminé par le programme informatique. Pendant et après le processus d'usinage, les machinistes effectueront plusieurs niveaux d'inspection pour l'assurance qualité.

Le rôle important des machinistes dans l'usinage CNC

Même si le processus d'usinage CNC est automatisé, il existe des machinistes CNC pour répondre aux défauts anticipés et imprévus. Vous trouverez ci-dessous les rôles importants des machinistes CNC :

• Recherchez les caractéristiques du produit.
• Lire des plans, des croquis et des fichiers CAO/FAO
• Créer des modèles CAE.
• Alignez et ajustez les outils de coupe et les autres matériaux de la machine.
• Installer, utiliser et démonter des machines-outils à commande numérique
• Observez la vitesse de la machine.
• Inspecter et tester les produits finis à la recherche de défauts.
• Assurez-vous qu'une pièce est alignée sur le modèle CAO.

Types de machines CNC

Chaque processus d'usinage CNC a sa machine. Par exemple, les machines pour le fraisage CNC sont appelées fraiseuses CNC, et celles pour le tournage CNC sont appelées tours CNC. Cependant, le type de machines CNC est davantage l'axe sur lequel elles peuvent se déplacer et tourner. Voici les plus courants utilisés dans la fabrication de pièces :

Machines CNC 2 axes

Les machines CNC à 2 axes peuvent usiner une pièce uniquement sur les axes x et z, c'est-à-dire verticalement et horizontalement. Par conséquent, ce sont les machines CNC les plus simples utilisées dans la fabrication de pièces.

Machine CNC 3 axes

Les machines CNC à 3 axes prennent une longueur d'avance sur la machine CNC à 2 axes car elles peuvent se déplacer dans les axes x, y et z. Ce sont les machines les plus couramment utilisées dans l'usinage CNC. Cependant, il peut y avoir une limitation dans la capacité d'usiner des pièces avec des conceptions complexes. Cela est dû à leur manque de rotation.

Machines CNC 4 axes

La machine CNC à 4 axes possède une broche qui peut se déplacer le long des trois axes. En termes simples, la machine peut monter et descendre, d'un côté à l'autre, d'avant en arrière et tourner le long des axes X et A. Tout cela se produit sans que la pièce ne bouge. Ce sont les machines CNC les plus couramment utilisées dans l'usinage de pièces complexes en raison de leur vitesse, de leur précision et de leur exactitude.

Machines CNC 5 axes

Une machine CNC à 5 axes a une broche et un outil de coupe qui peuvent se déplacer de la même manière que la machine à 4 axes. Cependant, contrairement à la machine à 4 axes, ils peuvent tourner le long de deux des trois axes. Elles sont considérées comme les machines CNC multi-axes les plus complètes en raison de leur capacité à approcher la pièce dans toutes les directions sans repositionnement manuel pendant l'usinage. L'usinage CNC 5 axes permet des opérations parfaites sur des pièces de précision et complexes

3 logiciels de support courants pour l'usinage CNC

Selon les exigences du processus d'usinage CNC, chaque usinage utilise un ou plusieurs des logiciels répertoriés ci-dessous :

1. Logiciel CAO

Le logiciel de CAO permet à l'opérateur de produire des modèles 2D et 3D de composants physiques utilisés dans la conception et la fabrication de produits. En dehors de cela, ils fonctionnent en fournissant des données de conception aux fabricants. Les exemples incluent AutoCAD (2D et 3D), Inventor (3D), Blender et SketchUp.

2. Logiciel FAO

Le logiciel CAM convient à la création de codes G à partir de modèles CAO pour ces commandes de machines CNC. Par conséquent, une machine CNC est automatisée. Les meilleurs exemples incluent Fusion 360, SolidWorks et AutoCAD.

3. Logiciel IAO

Le logiciel CAE permet aux concepteurs de produits d'imiter les performances d'un produit prévu. Par conséquent, ils peuvent améliorer la conception des produits et aider les ingénieurs à résoudre les problèmes liés à l'ingénierie. Les exemples incluent l'analyse par éléments finis, la dynamique multicorps et la dynamique des fluides computationnelle.

Différents types d'opérations d'usinage CNC

L'usinage CNC comprend plusieurs techniques impliquant l'enlèvement soustractif d'une partie d'une pièce pour fabriquer le produit souhaité. Cependant, le style de suppression dépend du processus. Les opérations d'usinage CNC courantes utilisées dans la fabrication de pièces incluent :

Perçage CNC

Le perçage CNC consiste à utiliser un outil de coupe rotatif pour créer des trous cylindriques dans une pièce fixe. Il s'agit d'une opération d'usinage CNC importante utilisée dans la fabrication de produits nécessitant un assemblage de pièces.

Fraisage CNC

Le fraisage CNC est l'opération d'usinage la plus courante qui consiste à utiliser un outil de coupe qui peut tourner et se déplacer le long d'axes pour enlever la matière d'une pièce. La facilité de découpe dépend de la sophistication de la machine CNC.

Tournage CNC

Le tournage CNC est une opération d'usinage qui consiste à faire tourner un produit tout en l'amenant à un outil de coupe produit pour fabriquer la pièce usinée.

Autres opérations d'usinage

• Meulage
• Brocher
• Rodage
• Sciage
• Aiguiser

Matériaux compatibles avec l'usinage CNC

–Métaux :cuivre, alliages d'inox, titane, laiton, alliages d'aluminium, acier, magnésium, etc.

–Plastiques :acétal, PEEK, polycarbonate, nylon, acrylique, PVC, polypropylène, etc.

–Composite :époxy, phénoliques, fibre de verre et fibre de carbone.

–Bois :bois dur et contreplaqué.

–Mousse : mousse rigide et sculptante.

L'usinage CNC est compatible avec de nombreux matériaux. Cependant, avant de choisir un matériau CNC, considérez ce qui suit :

• Dureté
• Propriétés mécaniques
• Fonctions des pièces
• Tolérance dimensionnelle
• Température de fonctionnement
• Coût

Quels sont les avantages de l'usinage CNC ?

L'usinage CNC a de nombreuses applications dans la fabrication de pièces industrielles en raison de plusieurs avantages. Vous trouverez ci-dessous quelques avantages du processus par rapport à d'autres opérations de fabrication.

Exactitude et précision

L'usinage CNC est précis, permettant aux fabricants de produits de fabriquer des pièces selon la conception prévue. En dehors de cela, il a une précision et une tolérance élevées; par conséquent, vous pouvez fabriquer différents lots d'un produit sans perdre en précision. De plus, être un processus automatisé réduit les erreurs lors de l'usinage.

Rapide et efficace

Vous pouvez obtenir une pièce usinée CNC en quelques jours. C'est donc l'efficacité de la production. Cependant, la vitesse et l'efficacité dépendent du type de machine CNC et de la complexité du produit.

Rapport coût-efficacité

L'usinage CNC a un coût d'investissement initial élevé. Cependant, il a un coût opérationnel inférieur. En dehors de cela, le taux de production élevé, peu ou pas d'erreur humaine et le faible coût de production augmentent sa rentabilité. De plus, pour la plupart des opérations d'usinage, moins de formation est nécessaire et la formation est plus disponible en ligne.

Meilleures capacités

La plupart des machines CNC peuvent transporter de nombreux outils à des fins différentes. En plus de cela, ils disposent d'un logiciel sophistiqué qui leur permet de travailler sur différents produits et pièces complexes. Par conséquent, ils ont des capacités et une compatibilité améliorées avec des pièces de différentes tailles, formes ou textures.

Large gamme de matériaux compatibles

Les opérations d'usinage sont compatibles avec une large base de matériaux. Les exemples courants sont le métal, le plastique et le composite.

Processus de fabrication alternatifs à l'usinage CNC

L'usinage CNC est un processus polyvalent largement accepté dans la fabrication de pièces et de produits. Cependant, parfois, ce n'est peut-être pas la meilleure méthode. Voici plusieurs méthodes alternatives que vous pouvez envisager :

Impression 3D

L'impression 3D est un processus de fabrication additive qui consiste à faire fondre, déposer et solidifier un matériau à l'aide d'instructions provenant d'un modèle CAO ou numérique 3D. Comme l'usinage CNC, il est automatisé. Cependant, contrairement à l'usinage CNC, il est plus adapté à une conception simple.

Moulage par injection

Le moulage par injection est un processus de fabrication de plastique qui consiste à faire fondre et à injecter du matériau dans un moule préparé et à le laisser se solidifier. Il fonctionne en utilisant le même mécanisme que d'autres procédés de fabrication, tels que le soufflage, le surmoulage et le moulage par insertion. C'est une partie importante de la fabrication en série de produits.

Moulage sous pression

Le moulage sous pression est similaire au moulage par injection. Cependant, il convient aux métaux tels que l'aluminium. Il s'agit de faire fondre le métal et de l'injecter dans un moule préparé. La méthode d'injection peut être faible ou élevée, selon la qualité du produit.

Une brève histoire de l'usinage CNC

Avant l'ère électronique, les concepteurs créaient des pièces à la main ou à l'aide de machines à commande manuelle. Les processus de fabrication utilisés à ce stade sont limités en termes d'exactitude, de précision, d'adéquation aux produits complexes et, surtout, de production de masse de produits. En conséquence, il y a eu de la recherche et du développement pour introduire de nouveaux procédés de fabrication.

Le premier aperçu de la commande numérique a eu lieu lorsque John T. Parsons, en collaboration avec le MIT, a développé les machines à commande numérique en fabrication partielle dans l'US Airforce dans les années 1940. Ces machines permettent aux fabricants de contrôler un ensemble d'outils à l'aide d'instructions provenant de cartes perforées. Cependant, ils manquent encore d'une automatisation complète. Par conséquent, ils étaient utilisés en présence d'opérateurs.

Avec l'invention d'ordinateurs plus rapides, la machine CNC a commencé à utiliser des codes numériques au lieu de cartes perforées pour contrôler les machines-outils. L'usinage CNC peut produire des pièces plus rapidement et avec plus de précision que le système d'usinage précédent.

Conclusion

L'usinage CNC est un ensemble de processus largement accepté dans la fabrication de pièces et de produits en raison de son exactitude, de sa précision et de sa tolérance. Par conséquent, il est facile pour les concepteurs et les fabricants de produits de créer des produits de complexité différente.

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FAQ

Qu'est-ce que le code M et le code G ?

D'une part, les codes G sont un ensemble de codes qui indiquent à une machine CNC comment se déplacer. D'autre part, M-code effectue les opérations non coupantes de la machine.

Quels sont les principaux défis de l'usinage CNC ?

La personnalisation n'est pas particulièrement facile avec l'usinage CNC. Les machinistes doivent modifier les fichiers CAO dans l'étape initiale pour apporter des ajustements mineurs aux produits finis. De plus, l'amélioration technologique ne permet qu'à un opérateur qualifié d'écrire les programmes.

Dans quelles industries l'usinage CNC est-il utilisé ?

L'usinage CNC a des applications dans de nombreuses industries manufacturières. Les industries courantes qui adoptent le processus de fabrication comprennent l'automobile, l'aérospatiale, l'armée, la défense, la marine et le médical.

Quelles sont les terminologies de l'usinage CNC ?

Les terminologies courantes dans l'usinage CNC incluent :

-CAO :Logiciel Assisté par Ordinateur
-FAO :Fabrication Assistée par Ordinateur
-IAO :Ingénierie Assistée par Ordinateur
-DNC :Commande Numérique Distribuée
-G-code :Codes géométriques
-M-code :divers codes machine

Quelles sont les tendances dans l'industrie de l'usinage CNC ?

Les tendances dans l'industrie de l'usinage CNC incluent l'automatisation complète de la procédure, l'ajout de plus d'axes aux machines CNC et le développement de plus de fonctionnalités pour une personnalisation facile.