La programmation CNC expliquée :comment les machines atteignent la précision sur des pièces complexes

Il n’y a aucun doute :les machines CNC sont incroyablement précises. Leur capacité à couper avec précision ¼ de la largeur d'un cheveu humain (0,001") les rend essentiels dans tout atelier d'usinage moderne.

Pourtant, le simple fait d’avoir la capacité de réaliser de tels exploits ne représente que la moitié de l’histoire. Les machines à elles seules sont inutiles sans la bonne « commande numérique par ordinateur » (ou CNC) automatisée :l'instruction programmée et codée qui rend vraiment ces machines si impressionnantes.

Bien que les machines CNC puissent utiliser l'un des trois types de méthodes de programmation de machines CNC (manuelle, conversationnelle, système CAM), nous nous concentrons aujourd'hui sur la plus polyvalente et la plus précise :la programmation du système CAM. Pourquoi ? Parce que ce type de programmation est utilisé lorsque la précision d'une pièce usinée CNC est primordiale.

G-Code et M-Code :Réaliser la magie

Un programme est une séquence de codes qui indique à la machine CNC quoi faire. Le langage de programmation – composé à la fois de code G et de code M – contrôle les machines CNC, permettant une fabrication de pièces précise et reproductible. Nous avons abordé les détails du G-code et du M-code dans un article précédent, mais il est utile de revoir les bases ici.

Considérez le G-code comme le maître de l'action, indiquant à la machine-outil où aller (un emplacement géométrique spécifique) et quelle est la commande (comme « mouvement rapide »). Le code M est l'organisateur de fonctions, confiant une tâche à la machine (« démarrer la rotation de la broche » ou « éteindre le liquide de refroidissement »).

Ainsi, même si les codes de programmation « G00G58X-120.Y-5 » et « M82 » peuvent sembler absurdes à un œil non averti, ils fournissent une direction spécifique qui est vitale pour la qualité finale de la pièce de la machine.

Un rappel important :la programmation à elle seule ne peut garantir la qualité; cela nécessite les bons outils et des machinistes qualifiés pour faire fonctionner un centre d'usinage CNC à son apogée.

Comment fonctionne le logiciel ?

Pour créer un code machine CNC fiable, un ingénieur utilise un outil de programmation de fabrication assistée par ordinateur (FAO). Un exemple courant et standard de l'industrie, Mastercam®, est un logiciel qui prend les commentaires d'un ingénieur et génère le code G et le code M appropriés pour le projet dans un post-processeur (qui dispose d'un logiciel séparé, lié à Mastercam).

Il existe différents post-processeurs selon la machine, car certains codes M sont spécifiques à la machine. Cependant, pour faciliter la vie des ingénieurs, une fois le programme Mastercam publié sur toutes les machines, les codes sont automatiquement mis à jour pour chaque machine CNC.

Vous vous souvenez quand nous avons dit que la « programmation manuelle » n'était pas aussi moderne que la programmation du système CAM ? À l'occasion, un machiniste devra modifier manuellement un programme sur son centre d'usinage CNC, en tapant physiquement le code G ou le code M lorsque des ajustements sont nécessaires. Bien entendu, cela nécessite une connaissance globale de la programmation, des pièces imprimées, de chaque machine spécifique et du codage spécifique. Le fait est que la programmation CNC ne consiste pas simplement à appuyer sur le bouton « démarrer » de la machine sans conseils ni œil expert.

Fixations sécurisées =Temps de cycle plus rapide

Le serrage a plus d'impact sur l'usinage d'un projet que beaucoup de gens ne le pensent. Les ingénieurs doivent évaluer un appareil (qui peut être manuel ou entièrement hydraulique) ainsi que le volume de production avant de décider du degré d'agressivité du programme (à quelle vitesse les outils fonctionneront). Plus le support de pièce est sûr et rigide, plus l'outillage de coupe peut fonctionner de manière agressive. Étant donné que les fixations haut de gamme sont robustes, les outils de coupe peuvent être poussés jusqu'aux limites supérieures de leur surface en pieds par minute (SFM) et de leur charge de copeaux dès la sortie de la porte.

Programmation :la dernière partie du processus

Bien que de nombreuses personnes puissent considérer la programmation comme une première étape dans le processus d'usinage CNC, il s'agit en réalité de la dernière étape.

La grande majorité du temps d’un ingénieur est consacré avant qu’un code ne soit produit par le logiciel Mastercam. Voici ce qu'un ingénieur saisit dans le logiciel pour obtenir le code correct :

• Matériau en cours d'usinage
• Type de machine
• Tolérance des pièces
• Outillage nécessaire pour atteindre la tolérance
• Durée de cycle
• Finition de surface
• Conception de luminaires

Tout cela doit d'abord être déterminé, ce qui fait de la programmation la dernière étape du processus avant qu'une programmation de machine CNC n'atteigne l'atelier.

Comment vérifier la qualité de la programmation

Au début d'un projet, un client envoie à l'atelier d'usinage CNC des modèles CAO (conception assistée par ordinateur) de la pièce moulée et de la pièce usinée finie. Pour tester la programmation, le logiciel Mastercam vérifie que chaque outil ira là où il doit aller et fera ce qu'il est censé faire. Il usine virtuellement le modèle brut de coulée en un modèle de pièce finie CAM, puis le compare au modèle de pièce client réel. Toutes les différences sont mises en évidence et comparées pour aider le programmeur à revérifier son travail.

Comme autre contrôle, un machiniste expérimenté dans l'atelier exécute un « essai à sec des outils » sur la toute première pièce pour s'assurer que la conception répond à la pratique. Le machiniste exécute le programme, mais avec l'outil « coupant » l'air devant la pièce pendant que les opérateurs la voient. Pour ce faire, ils ajoutent juste assez d'usure négative à chaque outil pour les empêcher d'engager la pièce. De cette façon, l'outil se rapproche de la pièce pour voir le mouvement sans s'engager.

Cela permet au machiniste de détecter tout problème, y compris les empilements de tolérances imprévus. Par exemple, l’accès à l’usinage autour des pinces peut être restreint, c’est donc un domaine d’intérêt. S'il y a des questions, l'opérateur rencontre le programmeur pour revoir le programme et les modifications du parcours d'outil peuvent être apportées instantanément. Grâce aux outils de FAO avancés des programmeurs expérimentés, 99 % des programmes ne nécessitent aucune modification dès le départ.

Cette capture d'écran du logiciel de programmation Mastercam montre le porte-outil circulaire gris et l'outil usinant la pièce bleue, laissant une trace de jaune de sa coupe la plus récente.

Cette toute première pièce subit également un contrôle qualité « inspection premier article » par l'opérateur au banc du centre d'usinage où la pièce est étalonnée. Il est ensuite envoyé au laboratoire qualité de l'atelier où les ingénieurs qualité passent la pièce sur une MMT (machine à mesurer tridimensionnelle) pour vérifier et mesurer les caractéristiques géométriques physiques de la pièce.

Formation pour devenir programmeur :apprendre le processus

La programmation des machines CNC est enseignée dans de nombreuses écoles techniques, mais rien ne vaut la formation sur le terrain. De nombreux magasins proposent des apprentissages au cours desquels la formation pratique est privilégiée. De plus, Mastercam propose également des programmes de formation et des webinaires en ligne.

"Le code ne s'écrit pas tout seul." Eh bien, c'est en quelque sorte le cas ! Si l'ingénieur fournit à Mastercam les informations correctes, le logiciel écrit le code. Le plus important est d’appliquer le processus et de savoir comment fabriquer les pièces. L'examen d'une impression de pièce et la détermination rapide des outils de coupe, du type de machine, du temps de cycle, des fixations, etc. se font au fil du temps. Aucun manuel ne fournit cette connaissance quotidienne; cela doit s'apprendre par l'expérience.

Les opérateurs reçoivent également une formation sur les processus dispensée par l'ingénieur qui montre les détails de Mastercam et partage exactement ce que l'outil est censé faire, rendant le temps passé devant la broche encore plus productif.

Cela en dit long sur les normes de qualité d’un atelier d’usinage CNC lorsque sa spécialité consiste à entreprendre des projets complexes avec des tolérances exigeantes et serrées. Stecker Machine s'appuie sur sa programmation de machines CNC pour aider à placer les opérateurs dans la meilleure position pour réussir et fournir des pièces de haute qualité et de haute précision à nos clients.

À propos de l'auteur

Dan s'assure que les machines de Stecker Machine fonctionnent rapidement. Il optimise les outils et programmes de coupe pour une efficacité maximale, corrige tous les problèmes de fabrication, conçoit et sélectionne des outils avancés pour les nouveaux travaux et les améliorations de produits. Tom est l'expert Mastercam de Stecker Machine. Il gère toute la programmation des fraiseuses CNC. Il conçoit également des luminaires et soutient la production.