Usinage CNC expliqué : comment les ordinateurs façonnent des pièces de précision

Les fabricants et ateliers d'usinage utilisent souvent des machines à commande numérique par ordinateur (CNC) pour contrôler leur gamme diversifiée de machines-outils. Le concept d'usinage CNC a émergé dans les années 1940 et 1950. À l'époque, on utilisait des technologies de stockage de données analogiques comme les bandes perforées. Aujourd'hui, la production CNC repose sur des logiciels sophistiqués de fabrication assistée par ordinateur (FAO) ou de conception assistée par ordinateur (CAO) pour transmettre les instructions de conception aux machines qui produisent pièces et prototypes.

Processus de fabrication soustractif, l'usinage CNC permet un degré de complexité accru. Il est désormais réalisable pour des séries de production faibles, moyennes et élevées nécessitant haute précision et exactitude.

Les machines CNC utilisées par les fabricants peuvent fraiser, rectifier, percer et effectuer diverses autres opérations. Certains systèmes sont capables de finition. Les dispositifs électromécaniques utilisés dans le travail des machines CNC varient en sophistication et dans les outils qu'ils peuvent manipuler. Ils peuvent fonctionner sur trois à cinq axes, chaque axe étant une dimension spécifique dans laquelle l'outil peut se déplacer.

• Le mouvement latéral (haut/bas, gauche/droite) est permis par les axes x et y.
• Le mouvement longitudinal est généralement contrôlé sur l'axe z.
• La rotation et les mouvements additionnels sont permis par des axes supplémentaires.

Plus une machine a d'axes, plus il y a de liberté de mouvement pour la coupe et la précision.

Matériaux pour l'usinage CNC

La plupart des machines CNC sont assez polyvalentes. Elles sont couramment utilisées pour le fraisage de métaux, une machine de production pouvant couper l'acier, l'aluminium, le cuivre, le laiton et le titane. D'autres matériaux usinables incluent divers types de plastiques, dont le polypropylène, et différentes formes de bois, fibre de verre ou mousse.

En quoi l'usinage CNC diffère-t-il des autres systèmes informatiques ?

L'ordinateur utilisé pour contrôler une machine CNC n'est pas comme votre ordinateur domestique ou bureautique moyen. Le code est écrit par des programmeurs expérimentés et nécessite une grande capacité de calcul. Ce code peut également être révisé au fil du temps pour modifier et mettre à jour les programmes préexistants. Cela fait de la programmation CNC un processus automatisé en constante évolution. Pourtant, il est utilisé dans pratiquement tous les secteurs de fabrication qui dépendent du logiciel pour contrôler la vitesse, la position, la répétition et la prévisibilité sans intervention d'opérateurs humains.

Comment fonctionne la production CNC ?

Le processus commence généralement avec une matière première brute. Un bloc de plastique, par exemple, peut être placé dans la machine avant le début du processus d'enlèvement de matière. Des instructions numériques provenant d'un logiciel sont envoyées à la machine, un peu comme pour l'impression 3D. Les instructions issues de ces données numériques, également appelées G-code, sont converties en instructions pour couper les pièces.

Un processus autrefois hautement technique et intensif en main-d'œuvre est maintenant plus rapide et plus précis. Les pièces prototypes peuvent être

réalisées avec un haut degré de productivité. Au cours du processus d'usinage, plusieurs outils peuvent être utilisés. Par exemple, la machine peut puiser dans un inventaire de tailles de forets. Le mouvement latéral sur l'axe x ou y, le mouvement longitudinal sur l'axe z, et même le mouvement de rotation peuvent être possibles.

Avec une machine multi-axes, les pièces peuvent être retournées et positionnées automatiquement, sans intervention humaine. Il n'est pas nécessaire d'arrêter le processus pour déplacer manuellement les pièces. Une fois la pièce automatiquement positionnée, des coupes supplémentaires sont effectuées, et ainsi de suite.

Une machine CNC est hautement précise. Les mesures sont calculées en millièmes de pouce, ce qui signifie qu'un processus d'usinage fin peut avoir des tolérances d'environ ±0,001". Si une machine est utilisée pour le polissage, ce chiffre peut être aussi serré que ±0,00005". L'épaisseur d'un cheveu humain est d'environ 0,00069, pour comparaison.¹ C'est assez précis, compte tenu de la complexité et de la répétabilité du processus.

Les étapes typiques de la production CNC comprennent :

• Conception du modèle CAO : Les concepteurs peuvent créer un vecteur 2D ou une pièce solide 3D en CAO en incorporant toutes les dimensions, géométries et autres spécifications techniques applicables. Les propriétés de la pièce sont limitées par les capacités de la machine. La plupart des outillages CNC ne peuvent créer que des coins courbes, limitant les géométries de pièces, tandis que l'épaisseur minimale de pièce, la taille maximale et la capacité à produire des caractéristiques internes complexes doivent être considérées.
• Conversion de fichier : Une fois un fichier CAO exécuté via un logiciel FAO, la géométrie de la pièce est extraite. Le code de programmation numérique est alors généré et utilisé pour contrôler la machine et son outillage. Le code géométrique, ou G-code, indique à la machine quand, où et comment se déplacer, tandis que le code de fonction divers, ou M-code, contrôle le retrait/remplacement des capots de machine et autres fonctions auxiliaires.
• Configuration de la machine : Après la programmation CNC, le système doit être préparé. Les opérateurs doivent effectuer les étapes initiales telles que placer la pièce dans la machine ou sur une broche ou un étau. L'équipement de maintien de pièce doit être sécurisé avant l'activation des outils. Dans certains cas, les forets et fraises en bout doivent être fixés aux composants appropriés avant que la machine ne puisse exécuter le programme.
• Exécution : L'opérateur lance le programme pour inciter la machine à commencer le processus. Des commandes sont alors émises par le programme CNC et instruisent l'ordinateur à l'intérieur de la machine à procéder à l'exploitation et à la manipulation de son outillage. Le programme fait le reste, guidant le système dans l'exécution de chaque opération jusqu'à l'achèvement d'une pièce ou d'un produit conçu sur mesure.

Types de machines et processus CNC

Les systèmes CNC modernes combinent technologies d'usinage conventionnelles et novatrices, les rendant hautement polyvalents dans une large gamme d'applications. Les types d'équipement plus conventionnels incluent :

• Fraises : Les fraiseuses sont des systèmes flexibles, avec des outils de coupe rotatifs, qui peuvent être programmés en G-code ou dans un langage propriétaire développé par un fabricant. Les unités les plus basiques ont trois axes, mais les plus récentes peuvent en avoir jusqu'à trois de plus.
• Perceuses : Un outil de perçage fait tourner un foret, dimensionné selon l'opération spécifique, qui effectue la coupe au contact avec une pièce stationnaire. Les perceuses sont hautement efficaces pour couper et améliorer la productivité d'une opération.
• Tours : Un tour fonctionne en faisant tourner un bloc de matériau contre un foret, plutôt que l'inverse. Capables de produire des designs complexes, les tours opèrent généralement sur les axes x et z et déplacent latéralement le matériau pour effectuer une coupe progressive.

Les technologies plus novatrices utilisées aujourd'hui incluent l'électroérosion (EDM), où des étincelles électriques retirent des sections de pièces, les moulant selon le design numérique. Les décharges électriques sont déclenchées en réduisant l'espace entre les électrodes, ce qui intensifie le champ électrique. Deux formes courantes incluent l'EDM à fil, où un fil est utilisé pour essentiellement brûler (ou éroder) des morceaux, et l'EDM par enfonçage, où la pièce et l'électrode sont immergées dans un fluide diélectrique.

La découpe plasma implique l'utilisation d'une torche pour couper le métal. Le gaz comprimé et les arcs électriques sont combinés pour générer du plasma. Cependant, un milieu plus familier, l'eau, peut être utilisé pour l'usinage CNC. Les découpeurs à jet d'eau utilisent des jets d'eau à haute pression pour couper le métal, le granit et d'autres matériaux durs. Dans certains cas, du sable ou d'autres substances abrasives fortes peuvent être mélangés pour renforcer l'effet. La découpe au jet d'eau est souvent employée avec des matériaux moins tolérants à la chaleur.

Usinage de production CNC avec Laszeray Technology

Laszeray Technology, LLC dispose d'une large gamme de capacités de conception et de fabrication et peut s'associer à vous pour répondre à toute exigence de production, quelle que soit sa taille ou sa complexité. Nous employons des centres de fraisage 4 et 5 axes, des machines de tournage et des systèmes EDM à fil de grande capacité. Notre équipe peut assurer efficacité et précision tout en offrant aux clients un accès à l'usinage à faible coût.

Pour plus d'informations sur nos services d'usinage CNC et pour obtenir de l'aide pour le développement de produits, le prototypage rapide et d'autres étapes de fabrication, contactez notre équipe de production CNC, soumettez votre demande en ligne ou appelez le 440-582-8430 dès aujourd'hui.