Machines CNC expliquées : fonctionnement, types, avantages et applications – Guide PDF

Aujourd'hui sur The Mechanical Post, nous apprendrons : Qu'est-ce qu'une CNC ? sa construction, fonctionnement, types, avantages, limites et applications.

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Qu'est-ce qu'une CNC ?

La forme complète de machine CNC est Commande Numérique par Calculateur (Computer Numerical Control). Une machine CNC est une machine à commande numérique utilisée pour effectuer automatiquement diverses fonctions qui étaient autrefois faites sur machines conventionnelles comme perçage, fraisage, tournage, etc., avec l'aide d'un ordinateur. La machine CNC peut être considérée comme un robot agissant selon le programme. Elle est programmée ou contrôlée par un ordinateur et a une large gamme d'applications incluant l'automatisation industrielle. La machine CNC effectue la tâche requise selon le code numérique entré. Ces codes sont l'ensemble de commandes avec lesquelles l'opérateur instruit la machine sur la fonction à effectuer. Ces codes sont appelés G-codes et M-codes. Chaque code a une fonction spécifique.

Usinage CNC

L'usinage CNC peut être défini comme : « Le processus de fabrication dans lequel un code informatique commande la machine pour effectuer divers processus d'usinage sur la pièce »

La machine CNC est capable d'usiner en 3 axes simultanément. Certaines machines CNC avancées peuvent usiner en 5 axes en même temps.

Composants de base d'une machine CNC

La structure de base ou composants d'une machine CNC sont :

• Périphérique d'entrée
• Unité de commande machine (MCU)
• Outil machine
• Mécanisme d'entraînement
• Unité d'affichage

Périphérique d'entrée

Les périphériques d'entrée servent à charger le programme dans la machine. Les anciennes CNC utilisaient bandes perforées ou magnétiques, remplacées maintenant par des contrôleurs CNC numériques.

TedColes, Public domain, via Wikimedia Commons

Unité de commande machine (MCU)

L'unité de commande machine est le cerveau du système qui reçoit l'entrée, la traite, et exécute le programme en conséquence. La MCU contrôle le mouvement de l'outil, le système d'entraînement, active/désactive les fonctions comme démarrage/arrêt broche, mise en marche/arrêt du fluide de coupe, etc. Exemple : si l'opérateur a spécifié que le fluide de coupe doit s'arrêter après un certain processus, la MCU envoie les signaux pour l'arrêter.

Outil machine

L'outil machine est un composant de base de la machine CNC. C'est le composant qui effectue les opérations pour convertir la matière première en produit fini. Il est contrôlé par la MCU. L'outil machine avance, monte, descend, etc., enlevant la matière de la pièce peu à peu. Vitesse de broche, moment d'activation du fluide de coupe, avance : tous ces paramètres sont spécifiés par l'opérateur sous forme de code et l'outil machine opère en conséquence.

Mécanisme d'entraînement

Le mécanisme d'entraînement comprend un moteur d'entraînement et un arrangement vis à billes avec mécanisme de rétroaction. La MCU signale au moteur de tourner, ce qui fait tourner la vis à billes connectée au moteur. La table coulissante sur laquelle la pièce est placée pour l'usinage est montée sur la vis. Ainsi, quand la vis tourne, la table coulisse d'avant en arrière. Un mécanisme de rétroaction à l'extrémité de la vis signale à la MCU les changements, permettant une plus haute précision du mouvement de la table.

Unité d'affichage

C'est un moniteur qui affiche l'entrée, la sortie, et autres informations système et réglages utiles.

Fonctionnement d'une machine CNC

Voici les étapes du fonctionnement d'une machine CNC :

• L'opérateur entre les G-codes et M-codes dans le contrôleur CNC et lance le processus.
• Ce programme est traité par l'Unité de Commande Machine.
• La MCU instruit l'outil machine et le mécanisme d'entraînement à prendre position.
• La pièce est ensuite usinée selon le programme entré.
• Le système de rétroaction donne un retour à la MCU.
• La MCU active/désactive aussi les différents composants selon le programme.
• La MCU envoie aussi la sortie ou le retour à l'opérateur via l'affichage.

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Types de machines CNC

Les différents types de machines CNC sont :

• Machine de fraisage CNC
• Machine de tournage CNC (tour CNC)
• Routeur CNC
• Coupe plasma CNC
• Machines à décharge électrique CNC
• Machine de découpe laser CNC

Machine de fraisage CNC

La machine de fraisage CNC est similaire à la fraiseuse conventionnelle, mais automatique et plus précise.

HafeezJD, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Elle effectue toutes les opérations d'une fraiseuse. Une machine de fraisage CNC occupe beaucoup d'espace au sol et est coûteuse.

Machine de tournage CNC (Tour CNC)

Un tour CNC est un tour automatique. Il effectue tournage, tournage conique, perçage, rainurage, moletage et presque toutes les opérations d'un tour.

Mike Zielinski, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Routeur CNC

Le routeur CNC est une évolution du routeur portatif. Il peut couper acier, aluminium, mousse, plastiques, laiton, etc. La plupart usinent en 3 axes (X, Y, Z). Il existe aussi des routeurs 4, 5 et 6 axes sur le marché.

Rickwashburn1, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Coupe plasma CNC

Le coupe plasma CNC utilise une torche plasma pour couper les métaux par fusion. Généralement pour couper tôles métalliques. Coupe facilement métaux lourds comme l'acier. Similaires aux routeurs CNC, mais limités à 2 axes.

Zgyricky, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Machine à décharge électrique CNC

Cette machine utilise des étincelles électriques pour fondre le métal et l'usiner. L'outil ici est une électrode. Il y a un espace entre l'outil et la pièce. Un fluide diélectrique passe continuellement dans l'espace. Tout le processus est contrôlé par ordinateur.

Machine de découpe laser CNC

La machine de découpe laser CNC est similaire au coupe plasma, mais utilise un faisceau laser au lieu du plasma. Généralement pour couper métaux, bois et plastiques.

S zillayali, CC BY 3.0, via Wikimedia Commons

Le laser CNC offre une certaine flexibilité, l'intensité du laser pouvant être ajustée selon le matériau de la pièce coupée.

Avantages des machines CNC

• Précision d'usinage très élevée.
• Fabrication de composants avec tolérances serrées.
• Taux de production élevé grâce à moins de temps mort et erreurs réduites.
• Erreurs humaines grandement réduites.
• Temps d'usinage comparativement réduit.
• Machines très fiables grâce à la haute précision.
• Productivité accrue.
• Idéales pour production en grande série.
• Programme sauvegardable et réutilisable.
• Utilisables 24h/24 avec très peu d'arrêts.
• Designs complexes produits en minimum de temps avec haute précision.

Limites des machines CNC

• Facteur limitant majeur : très coûteuses.
• Construction complexe.
• Nécessitent une surface au sol considérable.
• Systèmes de contrôle coûteux.
• Coût de maintenance élevé dû à la construction complexe.

Utilisations des machines CNC

Applications des machines CNC :

• Fabrication d'arbres, engrenages, pièces carrées, arrondies, rectangulaires, filetées, coniques, fraisées, perçage trous, rainures, etc.
• Industries de fabrication pour découpe de tôles.
• Largement utilisées dans l'industrie du bois.
• Gravure dans la pièce.

Si vous êtes intéressé par les machines CNC et voulez en apprendre plus en profondeur sur le fonctionnement, G-codes, M-codes, consultez : Titans of CNC (*non sponsorisé)

Voilà un aperçu de la machine CNC. Si vous aimez cet article ou avez des suggestions, dites-le-nous en commentaires, nous serions ravis de vous lire.

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