Fondamentaux CNC : Maîtriser la commande numérique par ordinateur

Unité 1 : Introduction à la CNC

Qu'est-ce que la CNC ? CNC = Commande Numérique par Ordinateur (Computer Numerical Control). C'est l'automatisation de machines-outils pilotées par des commandes programmées avec précision, encodées et exécutées par un ordinateur, par opposition au contrôle manuel via volants ou leviers.

Dans les systèmes CNC modernes, la conception de composants de bout en bout est hautement automatisée grâce à la CAO (Conception Assistée par Ordinateur) et la FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur). La série d'étapes pour produire une pièce est hautement automatisée et produit une pièce correspondant étroitement au design CAO original.

Sur les machines CNC, le rôle de l'opérateur est minimisé. Il doit simplement charger le programme d'instructions dans l'ordinateur, charger les outils requis dans la machine, et le reste est fait automatiquement par l'ordinateur. L'ordinateur dirige la machine-outil pour effectuer diverses opérations d'usinage selon le programme chargé par l'opérateur.

La technologie CNC s'applique à une grande variété d'opérations : dessin, assemblage, inspection, tôlerie, etc. Mais elle est surtout utilisée pour l'usinage des métaux : tournage, perçage, fraisage, dressage, etc. Grâce à la CNC, toutes les opérations d'usinage peuvent être effectuées à haut débit, rendant la fabrication en série beaucoup moins coûteuse.

Comment ça marche

La machine CNC comprend l'ordinateur dans lequel le programme est chargé pour la coupe du métal selon les exigences. Tous les processus de coupe et dimensions finales sont entrés dans l'ordinateur via le programme. L'ordinateur sait exactement quoi faire et exécute tous les processus de coupe. La machine CNC fonctionne comme un robot : on lui donne le programme et elle suit toutes les instructions.

Pas de souci pour la précision : toutes les machines CNC sont conçues pour des précisions très serrées. De nos jours, pour la plupart des travaux de précision, la CNC est obligatoire. Une fois le travail fini, vous n'avez même pas à retirer la pièce : la machine le fait et prend la suivante automatiquement. Ainsi, votre machine peut fabriquer 24h/24 sans surveillance constante, juste l'alimentation initiale en programme et matière première.

Depuis les débuts de la fabrication, on cherche à augmenter la précision dimensionnelle et la vitesse de production. Simplement, la commande numérique est une méthode d'exploitation automatique d'une machine de fabrication basée sur un code de lettres, chiffres et caractères spéciaux. En se développant, l'application de calculateurs numériques au contrôle d'équipements de fabrication s'est réalisée. Les ordinateurs ont vite été utilisés pour le contrôle direct de machines-outils. Le circuit intégré a mené aux mini-ordinateurs contrôlant des machines individuelles, et l'ère de la Commande Numérique par Ordinateur (CNC) est née. Cette ère est devenue si sophistiquée qu'elle est la méthode préférée pour presque toutes les phases de fabrication de précision, particulièrement l'usinage. Les exigences dimensionnelles de précision, pilier de l'usinage, sont candidates idéales pour les systèmes de contrôle informatique. La CNC apparaît maintenant dans bien d'autres types de fabrication. Un avantage distinct : positionnement rapide et haute précision de la pièce et des outils de coupe.

Aujourd'hui, les machines-outils manuelles ont été largement remplacées par des machines-outils à Commande Numérique (CNC). Les machines sont contrôlées électroniquement plutôt qu'à la main. Les machines CNC peuvent produire la même pièce encore et encore avec très peu de variation. Les machines CNC modernes positionnent outils et pièces à des vitesses de plusieurs centaines de pouces/minute, avec une précision de 0,0025 mm (0,0001"). Une fois la programmation terminée et l'outillage mis en place, elles tournent jour et nuit, semaine après semaine, sans fatigue, avec seulement maintenance de routine et maintenance outils. Avantages évidents sur machines manuelles qui nécessitent forte interaction humaine. Vitesses de coupe et vitesses de broche optimisables par instructions programme. Machines CNC modernes ont des porte-outils tourelle ou courroie, certaines >150 outils. Changement d'outil < 15 secondes.

Les machines CNC sont hautement productives. Elles sont aussi coûteuses à l'achat, l'installation et la maintenance. Mais l'avantage productivité compense largement si leur usage est bien géré. Un avantage majeur : programmer la machine pour différents travaux. Sélection et changement d'outil sous contrôle programme = très productif, peu de temps perdu à appliquer l'outil au travail.

Un programme développé pour une tâche peut servir pour une courte série (1 ou quelques pièces). La machine peut être reconfigurée pour un nouveau travail et utilisée pour de longues séries (centaines/milliers d'unités). Elle peut être interrompue, utilisée pour le travail original ou un autre nouveau, et revenue rapidement à la longue série. Cela rend la machine-outil CNC extrêmement polyvalente et productive. La CAO est devenue la méthode préférée de conception/développement produit. La liaison CAO-CNC était logique. Une conception pièce sur ordinateur peut aller directement au programme qui développe l'information de contrôle CNC. Une machine de fabrication CNC peut alors faire la pièce. L'ordinateur aide fortement le programmeur CNC à développer un programme pour fabriquer une pièce spécifique. Les systèmes FAO (CAM) sont maintenant le standard industriel pour la programmation. Quand CAO, FAO et CNC sont combinés, la plus grande capacité émerge, produisant des pièces extrêmement difficiles ou impossibles à faire manuellement.

Le mouvement CNC est basé sur le système de coordonnées cartésiennes. Une machine CNC ne peut être opérée avec succès sans comprendre comment les systèmes de coordonnées sont définis en CNC et comment ils travaillent ensemble.

Pour bien comprendre la programmation de commande numérique, il faut comprendre axes et coordonnées. Imaginez une pièce à faire. Vous pourriez la décrire par sa géométrie. Exemple : rectangle 5 x 8 pouces. Toute pièce peut être décrite ainsi. Tout point sur la pièce usinée (alésage à faire, trou à percer) peut être décrit par sa position. Le système permettant cela = système de coordonnées cartésiennes ou rectangulaires.