Choisir le bon usinage CNC pour votre projet

Il y a des preuves que l'usinage a été utilisé pour faire des objets aussi loin que plusieurs centaines d'années avant J.-C., mais l'usinage à commande numérique par ordinateur (CNC) tel que nous le connaissons a commencé au 18e siècle, quand la vapeur a été utilisée pour automatiser les processus de production. À la fin des années 1940, des chercheurs au MIT ont développé les premiers systèmes d'usinage programmables, utilisant des cartes en papier perforé (aussi appelées technologie de commande numérique) pour diriger le mouvement des machines. Le boom du calcul numérique au milieu du 20e siècle a révolutionné le domaine de la fabrication, menant éventuellement aux machines CNC robotiques avancées d'aujourd'hui.

L'usinage CNC permet aux fabricants de faire des pièces hautement précises de qualité constante à partir de presque n'importe quel matériau, incluant les métaux, plastiques, composites, mousse et même le bois. Parce que l'usinage CNC est hautement automatisé, il offre aux fabricants un moyen rentable d'exécuter à la fois des projets personnalisés uniques et des séries de production de volume moyen.

Dans cet article, nous vous guiderons à travers les différents types d'usinage CNC, ainsi que les types les mieux adaptés pour des pièces et applications spécifiques.

Comment fonctionne l'usinage CNC

Alors que les processus additifs comme l'impression 3D créent des pièces à partir de rien, l'usinage CNC est soustractif, signifiant qu'il fonctionne en inverse en enlevant progressivement du matériau d'un bloc solide — appelé « brute » ou « pièce brute » — pour faire le produit fini. Les machines CNC sont dirigées via des fichiers de conception numériques, qui sont traduits en instructions pour la façon dont l'appareil doit couper la pièce brute.

L'utilisation d'ordinateurs pour automatiser et contrôler le processus d'usinage fournit un incroyable boost à la productivité des fabricants. Parce que plusieurs machines CNC peuvent utiliser le même fichier de conception pour faire la même série de coupes sur plusieurs pièces brutes uniformes, elles peuvent créer des pièces bien plus vite que leurs homologues humains.

Un processus de production hautement reproductible, l'usinage CNC a joué un rôle fondamental dans le secteur manufacturier, et est largement responsable pour permettre la genèse du prototypage rapide. Avant que la bande perforée et la technologie de commande numérique par ordinateur n'existent, les pièces devaient être usinées à la main. Cela créait invariablement de grandes marges d'erreur dans les produits prototypes finaux, surtout quand les machines étaient utilisées pour la fabrication manuelle à grande échelle. L'usinage CNC a transformé la fabrication en introduisant une plus grande efficacité dans le processus, permettant le prototypage rapide et la production à grande échelle à qualité et vitesse uniformes.

L'usinage CNC moderne est un processus de fabrication polyvalent qui résulte en des pièces de haute précision, le rendant utile pour créer une large variété de produits à travers une gamme d'industries. Cela inclut tout, des châssis automobiles et moteurs d'avion aux outils de jardin et équipements chirurgicaux.

Types de machines CNC

Il y a deux types de machines CNC : 3 axes et multi-axes.

Usinage 3 axes

L'usinage 3 axes inclut les processus de fraisage CNC et de tournage CNC, les deux impliquant le déplacement de l'appareil de coupe le long de trois axes linéaires pendant que la pièce brute est coupée (les trois axes étant gauche-droite, avant-arrière, et haut-bas).

Avec une machine de fraisage CNC, la pièce brute est maintenue stationnaire pendant que les outils de coupe ou forets tournent à grande vitesse pour enlever du matériau, résultant en des pièces hautement précises. Les machines sont faciles à programmer et opérer, et peuvent être utilisées pour créer la plupart des pièces présentant des designs géométriques simples.

Cependant, parce que les outils de coupe et forets ne peuvent bouger que le long des trois axes, certains designs ou zones de la pièce brute peuvent être difficiles à compléter ou atteindre. Tourner la pièce brute peut souvent être une solution de contournement, mais plusieurs rotations par pièce dans le processus de fraisage peuvent rapidement augmenter les coûts de production.

Le processus de tournage CNC, d'autre part, implique d'attacher la pièce brute à une broche tournante et d'utiliser un tour pour façonner la pièce. Les tours peuvent produire des pièces plus vite et à coûts inférieurs que les machines de fraisage CNC, surtout quand utilisées pour des séries de production de haut volume, mais leur restriction primaire est qu'elles ne peuvent être utilisées que pour faire des pièces qui sont symétriques par rotation. Cela inclut des pièces telles que vis, bols et pieds de chaise.

Usinage Multi-axes

La famille de l'usinage CNC multi-axes inclut trois processus : fraisage CNC 5 axes indexé, fraisage CNC 5 axes continu, et tournage-fraisage avec outillage vivant.

Comparé à l'usinage 3 axes, les processus multi-axes permettent une plus grande liberté de mouvement pendant les processus de fraisage et tournage. Dans les processus 3 axes, soit la pièce brute soit l'outil de coupe tourne (mais pas les deux), alors que les processus 5 axes permettent aux deux de tourner et bouger le long des trois axes linéaires. Bien que cela ouvre des opportunités pour créer des pièces plus complexes, les machines multi-axes sont plus chères et nécessitent des machines et opérateurs spécialisés.

Le fraisage CNC 5 axes indexé est parfois appelé fraisage CNC 3+2 en raison du fait que, pendant le processus d'usinage, l'outil de coupe ne bouge que le long des trois axes linéaires pendant que la pièce brute a deux degrés de liberté rotationnels. L'avantage principal du fraisage 5 axes est que les pièces brutes n'ont plus besoin d'être repositionnées manuellement entre les opérations, permettant la création de pièces avec des géométries compliquées plus vite et avec plus de précision.

Les machines de fraisage CNC 5 axes continu permettent à la fois à l'outil de coupe et à la pièce brute de tourner et bouger simultanément pendant chaque opération. Cela permet aux fabricants de créer des géométries extrêmement complexes avec des surfaces « organiques » lisses qui ne peuvent pas être répliquées avec une précision comparable en utilisant d'autres formes de technologie. En général, c'est la forme la plus chère d'usinage CNC par pièce.

Les centres de tournage-fraisage CNC combinent des éléments de machines de tour CNC avec des outils de fraisage. La pièce brute est fixée à une broche qui peut à la fois tourner comme un tour ou maintenir la pièce brute stationnaire à des angles spécifiques (similaire à comment le fraisage CNC 5 axes fonctionne). Ce couplage de haute productivité avec polyvalence de fabrication géométrique rend ce processus idéal pour créer des pièces comme des compresseurs centrifuges et des arbres à cames qui ont des symétries de rotation relativement lâches.

Une solution de fabrication polyvalente et rentable

Alors que tous les processus d'usinage CNC permettent aux fabricants de créer des pièces constamment précises à partir d'une variété de matériaux, le nombre d'axes des différentes machines se prêtent à créer certains types de pièces. Par exemple, ceux avec des designs plus simples peuvent être faits vite et abordablement en utilisant des systèmes 3 axes, tandis que les machines 5 axes sont bien positionnées pour créer des pièces géométriquement complexes avec une vitesse et précision accrues.

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