Types de machines CNC expliqués : choisir le bon outil pour l'usinage de précision

Nous vantons depuis des années les capacités des machines CNC (commande numérique par ordinateur). Et pour de bonnes raisons !

Les pièces usinées CNC répondent répétitivement aux spécifications exactes et atteignent des tolérances extrêmement serrées en grandes quantités. Transformer des matériaux en pièces finies et utilisables est valorisé dans de nombreuses industries à travers le monde. Exactement comment cela se passe peut sembler mystérieux, donc cet article est dédié au partage de 4 types de machines CNC : comment elles fonctionnent, quels matériaux elles traitent, exemples de chacune, et plus.

Bien que cette liste ne soit pas exhaustive, nous partageons les chevaux de bataille de l'industrie de l'usinage CNC ; les machines que vous êtes le plus susceptible de trouver dans des ateliers CNC réputés.

Deux aspects clés de l'usinage CNC

Pour préparer la discussion sur les machines CNC, couvrons deux aspects de base de l'usinage CNC : les techniques et la gamme de mouvement. Connaître ces aspects est clé pour comprendre les types de machines.

Techniques effectuées par les machines CNC :

• Fraisage — un outil de coupe rotatif contacte une pièce fixe
• Tournage — une pièce rotative contacte un outil de coupe
• Perçage — un outil de coupe rotatif fait un trou dans une pièce
• Alesage — un outil de coupe enlève de la matière dans la cavité interne d'une pièce
• Sciage — une lame de scie coupe une fente étroite dans une pièce

Gamme de mouvement détermine ce qu'un outil peut faire dans une fraiseuse CNC, qui inclut des options 2, 3, 4 et 5 axes complets. Nous avons pris cette illustration et l'explication suivante de notre blog intitulé Qu'est-ce qu'une fraiseuse CNC ?

• Machine 2 axes — Mouvement seulement sur les axes x et y
• Machine 3 axes — Mouvement sur les axes x, y et z
• Machine 4 axes — Mouvement sur les axes x, y et z avec un axe b supplémentaire pour permettre à la table de tourner permettant l'accès tout autour d'une pièce ; généralement limité aux machines horizontales (certains ateliers avancés utilisent des machines verticales 4 axes)

Je viens de mentionner les machines horizontales et verticales. Ce sont les deux configurations de broche principales dans une fraiseuse CNC, alors commençons par ces types de machines.

1. Centre d'usinage horizontal CNC

Un centre d'usinage horizontal CNC a une broche orientée horizontalement sur l'axe z, généralement parallèle à la longueur de la machine. La broche navigue sur l'axe y vertical et l'axe x horizontal. Les pièces sont fixées sur des palettes et dispositifs qui se déplacent le long de l'axe z, avec l'axe b fournissant la rotation.

L'orientation horizontale offre plusieurs avantages, notamment la capacité d'usiner quatre faces, d'effectuer plusieurs opérations sans changer de dispositif, et de fraiser des pièces complexes. La conception est particulièrement bonne pour une production ininterrompue car les copeaux tombent loin de la pièce (moins de nettoyage manuel, meilleure productivité).

Ces machines peuvent gérer une large gamme de matériaux : aluminium, acier, titane et divers composites, les rendant des outils polyvalents dans de nombreuses industries : automobile, aérospatiale, dispositifs médicaux et énergie.

Exemples de centres d'usinage horizontaux CNC

Le Toyoda FH500J (plusieurs offert, la version la plus récente se trouve ici : Le FJ5000S) est compact, haute vitesse, efficace et précis. Il dispose d'une broche 15 000 tr/min, avance rapide de 2 362 ipm, et une table à axe B à entraînement direct, permettant à l'axe B d'être programmable à 360 000 positions distinctes dans une rotation complète de 360 degrés. Hauteur maximale de pièce : plus de 39 pouces avec une charge maximale de 1 540 lbs.

Le Doosan NHP 5500 est conçu pour la haute productivité, la précision et l'efficacité. Il dispose d'une broche 10 000 tr/min, avance rapide de 2 362 ipm, et accepte une hauteur maximale de pièce de 43,3 pouces et une charge maximale de 1 763 lbs.

2. Centre d'usinage vertical CNC

Dans les machines CNC verticales, l'axe de la broche (l'axe z) est aligné verticalement. Ces machines présentent une conception à colonne en C où la broche se déplace verticalement, tandis que la table portant la pièce se déplace sur les axes x et y, horizontalement.

Parfaites pour traiter des projets à haut volume et rapides, ces machines sont capables d'effectuer une variété d'opérations d'usinage avec une haute précision et une efficacité. Les machines CNC verticales sont valorisées pour leur polyvalence, leur automatisation et leur capacité à respecter des tolérances serrées.

La plupart des centres d'usinage verticaux n'ont pas de changeurs de palette, donc le chargement et la coupe des pièces se font dans la même zone ; la machine ne peut pas fonctionner quand l'opérateur charge/décharge.

L'ajout d'un indexeur à un tour CNC introduit un axe de rotation A (normalement une machine CNC verticale fournit juste les mouvements X, Y, Z). Cela transforme effectivement la machine en un système CNC 4 axes, permettant au tour de faire pivoter la pièce à divers angles pendant l'usinage.

Ces machines peuvent traiter une large gamme de matériaux : métaux (aluminium, acier, titane), plastiques, composites et certains bois, et elles sont intégrales à plusieurs industries : automobile, aérospatiale, médical, électronique, ainsi que fabrication générale.

Exemple de centre d'usinage vertical CNC

Le Doosan DNM 750L II est polyvalent, efficace et hautement précis, avec une broche 12 000 tr/min, taux de déplacement rapide de 945 ipm et changeur d'outils automatique. Il accepte une charge maximale de 3 306 lbs et dispose de systèmes avancés de gestion du liquide de refroidissement et des copeaux, d'options d'outillage et d'automatisation personnalisables, et de capacités de surveillance à distance.

3. Tour CNC (Centre de tournage CNC)

Conçus pour la précision et la répétabilité, les tours CNC utilisent un outil de coupe pour enlever de la matière d'une pièce rotative. Les tours CNC peuvent être configurés pour inclure des « outils vifs » supplémentaires pour des tâches de fraisage spécifiques — coupe, surfacage, filetage, perçage — en plus du tournage. Le mandrin et les mors de la machine maintiennent la pièce avec symétrie radiale. Une tourelle tient les outils pour l'usinage des surfaces extérieures et intérieures par tournage, alésage ou perçage.

Les tours peuvent traiter une large gamme de matériaux : métaux (aluminium, acier, titane), plastiques et composites, et ils sont intégrés à plusieurs industries : automobile, aérospatiale, médical, électronique, énergie et défense.

Exemple de tour CNC

Les tours Muratec MW200 et MW400 sont tous deux des tours à double broche, alimentés par portique. Le portique prend la pièce ; une broche tient la pièce à l'intérieur et coupe l'extérieur tandis que l'autre broche tient l'extérieur et coupe l'intérieur. De plus, le portique fait tout le chargement et déchargement.

4. Taillage d'engrenages CNC

Un taillage d'engrenages CNC est utilisé pour couper les dents de divers types d'engrenages, y compris les engrenages droits, hélicoïdaux et internes. Connu pour sa haute précision, son automatisation et sa flexibilité, le système CNC permet à la machine d'effectuer des mouvements et ajustements complexes automatiquement, ce qui peut conduire à des temps de cycle réduits et une efficacité accrue, surtout pour les petites séries de production.

Le matériau d'engrenage est choisi pour sa durabilité, sa résistance à l'usure et sa capacité à maintenir le tranchant dans le temps. Les industries typiques utilisant des taillages d'engrenages incluent l'automobile, l'aérospatiale, les machines lourdes et d'autres qui reposent sur des composants d'engrenages de précision pour la performance et la fiabilité des produits.

Exemple de taillage d'engrenages CNC

Le Gleason GP300ES est une machine de taillage d'engrenages CNC sans guide avec une capacité de diamètre 300 mm, positionnement par ajustement vertical et conception à colonne mobile pour tailler divers types d'engrenages.

Il existe aussi une variété d'autres types de machines utilisés en usinage CNC, y compris les laveuses programmées CNC, perceuses CNC, coupeurs plasma et laser, et EDM (machines à décharge électrique, qui utilisent des étincelles électriques pour éroder la matière d'une pièce).

Bien sûr, la plupart des ateliers d'usinage CNC haut de gamme utilisent un type de robotique et d'automatisation pour aider dans le processus d'usinage CNC. Les robots effectuent le levage lourd, aident les opérateurs et augmentent la productivité.

Qu'en est-il de combiner les opérations pour augmenter l'efficacité ? De nombreuses machines CNC permettent de combiner plusieurs opérations. Par exemple, un tour enlève une partie de la matière d'une pièce, puis la pièce est fraisée (trous percés, par exemple). Un opérateur contrôle les deux tâches dans un même centre de travail pour créer une pièce complète.

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À propos de l'auteur

Taylor sert comme Responsable Développement Employés chez SMC, où il supervise les initiatives de formation et de sécurité. Avec une approche pratique, il adapte les programmes de formation aux individus, assurant que toutes les nouvelles recrues sont correctement formées pour leurs rôles. Taylor dirige également l'équipe sécurité de l'entreprise, prônant une culture de sécurité dans toute l'organisation.