Qu'est-ce que la FAO (fabrication assistée par ordinateur) ?

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Fabrication assistée par ordinateur (FAO) :l'introduction complète pour l'esprit du débutant

Dans un monde plein de choses physiques - qu'il s'agisse de produits, de pièces ou de lieux - la fabrication assistée par ordinateur (FAO) rend tout cela possible. C'est nous qui donnons la puissance du vol aux avions ou le grondement de la puissance aux automobiles. Lorsque vous avez besoin de quelque chose de fabriqué, pas seulement de conçu, CAM est votre réponse. Que se passe-t-il dans les coulisses ? Continuez à lire et vous le saurez.

Qu'est-ce que la CAO ? La fabrication assistée par ordinateur (FAO) est l'utilisation de logiciels et de machines contrôlées par ordinateur pour automatiser un processus de fabrication.

Sur la base de cette définition, vous avez besoin de trois composants pour qu'un système FAO fonctionne :

• Logiciel qui indique à une machine comment fabriquer un produit en générant des parcours d'outils.
• Machines capables de transformer une matière première en un produit fini.
• Le post-traitement convertit les trajectoires d'outils dans un langage que les machines peuvent comprendre.

Ces trois composants sont collés ensemble avec des tonnes de travail humain et de compétences. En tant qu'industrie, nous avons passé des années à construire et à perfectionner les meilleures machines de fabrication. Aujourd'hui, aucune conception n'est trop difficile à gérer pour un atelier de machiniste compétent.

Processus CAO à FAO

Sans CAM, il n'y a pas de CAO. La CAO se concentre sur la conception d'un produit ou d'une pièce. À quoi ça ressemble, comment ça fonctionne. CAM se concentre sur la façon de le faire. Vous pouvez concevoir la pièce la plus élégante dans votre outil de CAO, mais si vous ne pouvez pas le faire efficacement avec un système de FAO, vous feriez mieux de vous lancer.

Le début de chaque processus d'ingénierie commence dans le monde de la CAO. Les ingénieurs réaliseront un dessin 2D ou 3D, qu'il s'agisse d'un vilebrequin pour une automobile, du squelette intérieur d'un robinet de cuisine ou de l'électronique cachée dans un circuit imprimé. En CAO, toute conception est appelée un modèle et contient un ensemble de propriétés physiques qui seront utilisées par un système de FAO.

Lorsqu'une conception est terminée en CAO, elle peut ensuite être chargée en FAO. Cela se fait traditionnellement en exportant un fichier CAO puis en l'important dans un logiciel de FAO. Si vous utilisez un outil comme Fusion 360, la CAO et la FAO existent dans le même monde, donc aucune importation/exportation n'est requise.

Une fois votre modèle CAO importé dans CAM, le logiciel commence à préparer le modèle pour l'usinage. L'usinage est le processus contrôlé de transformation de la matière première en une forme définie par des actions telles que la découpe, le perçage ou l'alésage.

Un logiciel de fabrication assistée par ordinateur prépare un modèle pour l'usinage en effectuant plusieurs actions, notamment :

• Vérifier si le modèle comporte des erreurs de géométrie qui auront un impact sur le processus de fabrication.
• Création d'un parcours d'outil pour le modèle, un ensemble de coordonnées que la machine suivra pendant le processus d'usinage.
• Réglage de tous les paramètres machine requis, y compris la vitesse de coupe, la tension, la hauteur de coupe/perçage, etc.
• Configurer l'imbrication où le système de FAO décidera de la meilleure orientation pour une pièce afin de maximiser l'efficacité de l'usinage.

Une fois le modèle préparé pour l'usinage, toutes les informations sont envoyées à une machine pour produire physiquement la pièce. Cependant, nous ne pouvons pas simplement donner à une machine un tas d'instructions en anglais. Nous devons parler le langage de la machine. Pour ce faire, nous convertissons toutes nos informations d'usinage dans un langage appelé G-code. Il s'agit de l'ensemble d'instructions qui contrôlent les actions d'une machine, y compris la vitesse, l'avance, les liquides de refroidissement, etc.

Le code G est facile à lire une fois que vous comprenez le format. Un exemple ressemble à ceci :

G01 X1 Y1 F20 T01 S500

Cela se décompose de gauche à droite comme :

• G01 indique un mouvement linéaire basé sur les coordonnées X1 et Y1.
• F20 définit une vitesse d'avance, qui correspond à la distance parcourue par la machine en un tour de broche.
• T01 indique à la machine d'utiliser l'outil 1 et S500 définit la vitesse de la broche.

Une façon plus visuelle de comprendre les coordonnées du code G. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Make :.

Une fois que le code G est chargé dans la machine et qu'un opérateur appuie sur le démarrage, notre travail est terminé. Il est maintenant temps de laisser la machine exécuter le code G pour transformer un bloc de matière première en produit fini.

Les machines CNC en un coup d'œil

Jusqu'à présent, nous avons parlé des machines d'un système FAO comme de simples machines, mais cela ne leur rend vraiment pas justice. Regarder une fraiseuse Haas glisser à travers un bloc de métal comme si c'était du beurre me fait sourire à chaque fois. Sans ces machines, mon travail serait impossible.

Image reproduite avec l'aimable autorisation de Haas Automation.

Tous les centres de fabrication modernes utiliseront diverses machines à commande numérique par ordinateur (CNC) pour produire des pièces d'ingénierie. Le processus de programmation d'une machine CNC pour effectuer des actions spécifiques est appelé usinage CNC.

Avant l'apparition des machines CNC, les centres de fabrication étaient exploités manuellement par des vétérans machinistes. Bien sûr, comme toutes les choses que les ordinateurs touchent, l'automatisation a rapidement suivi. De nos jours, la seule intervention humaine requise pour faire fonctionner une machine CNC est le chargement d'un programme, l'insertion de matière première, puis le déchargement d'un produit fini.

À l'atelier Autodesk Pier 9, nous avons un bon échantillon de machines CNC, notamment :

Routeurs CNC

Ces machines coupent des pièces et sculptent une variété de formes avec des composants de rotation à grande vitesse. Par exemple, un routeur CNC utilisé pour le travail du bois peut faciliter le travail de découpe du contreplaqué en pièces d'armoire. Il peut également s'attaquer facilement à une gravure décorative complexe sur un panneau de porte. Les routeurs CNC ont des capacités de coupe sur 3 axes, ce qui leur permet de se déplacer le long des axes X, Y et Z.

Découpeurs à l'eau, au plasma et au laser

Ces machines utilisent des lasers précis, de l'eau à haute pression ou une torche à plasma pour effectuer une coupe ou une finition gravée contrôlée. Les techniques de gravure manuelles peuvent prendre des mois pour être réalisées à la main, mais l'une de ces machines peut effectuer le même travail en heures ou en jours. Les coupeurs au plasma sont pratiques pour couper à travers des matériaux conducteurs d'électricité comme les métaux.

Fraiseuses

Ces machines découpent une variété de matériaux comme le métal, le bois, les composites, etc. Les fraiseuses ont une polyvalence énorme avec une variété d'outils qui peuvent répondre à des exigences spécifiques en matière de matériaux et de formes. L'objectif global d'une fraiseuse est d'enlever la masse d'un bloc de matériau brut aussi efficacement que possible.

Tours

Ces machines coupent également les matières premières comme une fraiseuse. Ils le font différemment. Une fraiseuse a un outil de rotation et un matériau fixe, où un tour fait tourner le matériau et coupe avec un outil fixe.

Image reproduite avec l'aimable autorisation de Halsey Manufacturing.

Machines à décharge électrique (EDM)

Ces machines découpent la forme souhaitée dans la matière première par décharge électrique. Une étincelle électrique est créée entre une électrode et la matière première, la température de l'étincelle atteignant 8 000 à 12 000 degrés Celsius. Cela permet à un EDM de fondre à travers presque tout dans un processus contrôlé et ultra-précis.

Image reproduite avec l'aimable autorisation d'Absolute Wire EDM.

L'élément humain de la fabrication assistée par ordinateur (FAO)

L'élément humain a toujours été un sujet sensible depuis l'arrivée de la CAM dans les années 1990. Dans les années 1950, lorsque John T. Parsons a introduit pour la première fois l'usinage CNC, l'utilisation habile des machines nécessitait une énorme quantité de formation et de pratique. La vidéo ci-dessous de NYC CNC montre un excellent exemple de la différence entre les machines manuelles et les machines CNC d'aujourd'hui :

À l'époque de l'usinage manuel, être machiniste était un insigne d'honneur qui nécessitait des années de formation pour se perfectionner. Un machiniste devait tout faire - lire les plans, savoir quels outils utiliser, définir les avances et les vitesses pour des matériaux spécifiques et couper soigneusement une pièce à la main. Il ne s'agissait pas seulement d'une dextérité manuelle précise. Être Machiniste était, et est toujours, à la fois un art et une science.

Image reproduite avec l'aimable autorisation de ITABC.CA

De nos jours, le machiniste moderne est bel et bien vivant alors que l'homme, la machine et le logiciel se combinent pour faire avancer notre industrie. Des compétences qu'il fallait auparavant 40 ans pour maîtriser peuvent désormais être maîtrisées en une fraction du temps. Les nouvelles machines et les logiciels de FAO nous ont donné plus de contrôle que jamais pour concevoir et fabriquer des produits meilleurs et plus innovants que nos ancêtres, ce qu'ils admettront… à contrecœur.

Qu'est-ce que tout cela signifie pour l'élément humain de la fabrication ? Le rôle d'un machiniste traditionnel évolue. Aujourd'hui, nous voyons un environnement de machinistes modernes jouer avec trois rôles typiques :

• L'Opérateur. Cette personne charge les matières premières dans une machine CNC et fait passer les pièces terminées dans le processus d'emballage final.
• L'opérateur de configuration. Cette personne effectue la configuration initiale d'une machine CNC, y compris le chargement d'un programme de code G et la configuration des outils.
• Le programmeur. Cette personne prend le dessin d'un modèle CAO et décide comment le réaliser avec ses machines CNC disponibles. Leur travail consiste à définir les trajectoires d'outils, les outils, les vitesses et les avances dans le G-code pour faire le travail.

Dans un flux de travail typique, le programmeur remettra son programme à l'opérateur de configuration, qui chargera ensuite le code G dans la machine. Une fois que la machine est prête à rouler, l'opérateur fabriquera alors la pièce. Dans certains magasins, ces rôles peuvent se combiner et se chevaucher dans les responsabilités d'une ou deux personnes.

En dehors des opérations quotidiennes de la machine, il y a aussi l'ingénieur de fabrication parmi le personnel. Dans une nouvelle configuration d'atelier, cette personne établit généralement des systèmes et détermine un processus de fabrication idéal. Pour les configurations existantes, un ingénieur de fabrication surveillera l'équipement et la qualité des produits tout en s'occupant d'autres tâches de gestion.

L'impact de la MCA

Nous devons remercier John T. Parsons pour l'introduction d'une méthode de carte perforée pour programmer et automatiser les machines. En 1949, l'armée de l'air des États-Unis a financé Parsons pour construire une machine automatisée qui pourrait surpasser les machines manuelles à commande numérique. Avec l'aide du MIT, Parsons a pu développer le premier prototype de CN.

À partir de là, le monde de l'usinage CNC a commencé à décoller. Dans les années 1950, l'armée américaine a acheté des machines NC et les a prêtées aux fabricants. L'idée était d'inciter les entreprises à adopter la nouvelle technologie dans leur processus de fabrication. Pendant ce temps, nous avons également vu le MIT développer le premier langage de programmation universel pour les machines CNC :le G-code.

Les années 1990 ont apporté l'introduction de la CAO et de la FAO au PC et ont complètement révolutionné notre approche de la fabrication aujourd'hui. Les premiers travaux de CAO et de FAO étaient réservés aux applications automobiles et aérospatiales coûteuses, mais aujourd'hui, des logiciels comme Fusion 360 sont disponibles pour les ateliers de fabrication de toutes formes et tailles.

Depuis sa création, CAM a apporté une tonne d'améliorations au processus de fabrication, notamment :

• Amélioration des capacités de la machine. Les systèmes de FAO peuvent tirer parti des machines avancées à 5 axes pour fournir des pièces plus sophistiquées et de meilleure qualité.
• Amélioration de l'efficacité de la machine. Le logiciel de FAO d'aujourd'hui fournit des parcours de machine-outil à grande vitesse qui nous aident à fabriquer des pièces plus rapidement que jamais.
• Amélioration de l'utilisation des matériaux. Grâce aux machines additives et aux systèmes de FAO, nous pouvons produire des géométries complexes avec un minimum de déchets, ce qui signifie des coûts réduits.

Bien sûr, ces avantages ont des compromis. Les systèmes et les machines de fabrication assistée par ordinateur nécessitent un coût initial énorme. Par exemple, un Haas VF-1 coûte environ 45 000 $ à la porte; imaginez maintenant un atelier entier de ceux-ci. Il y a aussi le problème du roulement. La conduite de machines étant de moins en moins un métier spécialisé, il est difficile d'attirer et de retenir les bons talents.

CAM est l'Homme

La FAO ne consiste pas seulement à contrôler des machines dans un atelier. Il s'agit de rassembler des logiciels, des machines, des processus et des personnes pour créer de très bonnes pièces. Si c'est la première fois que vous plongez dans le monde de la FAO, je vous encourage vivement à contacter un magasin local pour une visite guidée. Sentez le bourdonnement des machines CNC dans vos pieds ou glissez votre main sur une pièce fraîchement sortie de la machine. C'est une expérience incroyable dont j'espère que les générations futures pourront profiter. CAM est une question de contact humain.

Êtes-vous toujours en train de jouer avec un outil de CAO et de FAO séparé ? Fusion 360 a les deux. Essayez Fusion 360 dès aujourd'hui.