Usinage à commande numérique (NC) expliqué : définition, applications et principes fondamentaux

Qu'est-ce que l'usinage à commande numérique ?

La commande numérique (aussi commande numérique par ordinateur, couramment appelée CNC) est le contrôle automatisé de machines-outils (perceuses, tours, fraiseuses, imprimantes 3D) par un ordinateur.

Une machine CNC traite une pièce (métal, plastique, bois, céramique, composite) pour répondre aux spécifications en suivant un programme codé d'instructions, sans opérateur manuel contrôlant directement l'opération d'usinage.

Une machine CNC est un outil motorisé manœuvrable et souvent une plateforme motorisée manœuvrable, toutes deux contrôlées par ordinateur selon des instructions d'entrée spécifiques. Les instructions sont délivrées sous forme de programme séquentiel d'instructions de contrôle machine comme G-code et M-code, puis exécutées.

Le programme peut être écrit par une personne ou, bien plus souvent, généré par logiciel de CAO (conception assistée par ordinateur) et/ou FAO (fabrication assistée par ordinateur). Pour imprimantes 3D, la pièce est « tranchée » avant génération des instructions (ou programme). Les imprimantes 3D utilisent aussi le G-code.

La CNC est une vaste amélioration par rapport à l'usinage non informatisé qui doit être contrôlé manuellement (volants, leviers) ou mécaniquement par guides de motifs préfabriqués (cames). Dans les systèmes CNC modernes, la conception d'une pièce mécanique et son programme de fabrication sont hautement automatisés.

Les dimensions mécaniques de la pièce sont définies par logiciel CAO puis traduites en directives de fabrication par logiciel FAO. Les directives résultantes sont transformées (par logiciel « post-processeur ») en commandes spécifiques pour une machine particulière pour produire le composant et chargées dans la machine CNC.

Comme une pièce peut nécessiter plusieurs outils différents – perceuses, scies, etc. – les machines modernes combinent souvent plusieurs outils en une seule « cellule ». Dans d'autres installations, plusieurs machines différentes sont utilisées avec un contrôleur externe et opérateurs humains ou robotiques déplaçant la pièce de machine en machine.

Dans les deux cas, la série d'étapes pour produire une pièce est hautement automatisée et produit une pièce correspondant étroitement au dessin CAO original.

Qu'est-ce qu'une machine NC ?

La commande numérique est définie comme la forme d'automatisation programmable dans laquelle nombres, lettres et symboles contrôlent l'opération. Cette instruction est conçue pour faire un travail particulier. Les machines NC peuvent changer le programme pour chaque travail, c.-à-d. quand le travail change, l'instruction de programme change aussi. Il est plus facile de changer l'instruction de programme que de modifier l'équipement de production. Cette flexibilité réduit le coût global de production.

Types de systèmes NC

Les deux types majeurs de systèmes NC sont :

1. Système point-à-point (PTP)

Le PTP est un système NC qui ne contrôle que la position des composants. Dans ce système, le trajet du mouvement du composant par rapport à la pièce n'est pas contrôlé. Le déplacement entre positions se fait à la vitesse de parcours admissible pour la machine-outil et par le chemin le plus court.

2. Système de contouring.

Les systèmes NC de contouring contrôlent non seulement les positions mais aussi le mouvement du composant, c.-à-d. la vitesse de déplacement et le chemin programmé entre les positions désirées.

Applications de la technologie de commande numérique

La technologie de commande numérique s'applique à une grande variété d'opérations de production : coupe de métal, traçage automatique, soudage par points, travail de presse, assemblage, inspection, etc. Cependant, la NC trouve son application principale dans les opérations d'usinage de métal. Elle est conçue pour faire virtuellement tout le processus d'enlèvement de métal (ex: tournage, sciage, meulage, fraisage, perçage, alésage).

Les travaux de production où les machines à commande numérique sont les plus appropriées :

• La technologie NC convient à une séquence/série de processus d'usinage.
• Géométrie de pièce complexe, coûteuse. Erreurs = pertes élevées.
• Changements de conception d'ingénierie attendus à l'avenir.
• Forte enlèvement de métal requis.
• Pièce nécessitant inspection 100 %.
• Tolérances serrées requises sur la pièce.
• Quand beaucoup d'opérations nécessaires pendant le traitement. Fréquemment traitées en petites séries.

Avantages de la machine NC

• Plus grande flexibilité de fabrication. La NC s'adapte facilement aux changements de conception et aux changements de planning.
• Délai de fabrication réduit. Le travail se met en place facilement et rapidement avec la NC.
• Temps non productif réduit. Pour usinage complexe, la NC aide à réduire le temps non productif. Grâce au changement d'outil rapide/automatique, mise en place rapide, temps de manutention pièce réduit.
• Montages réduits. Montages en opération NC plus simples et moins coûteux car la bande NC positionne au lieu de gabarit et montage.
• Stocks réduits. Résultat de moins de mises en place et délais réduits.
• Contrôle qualité amélioré. Pas de risque d'erreurs humaines. Produit pièce avec haute précision. Réduit aussi les heures-homme d'inspection.
• Sécurité opérateur accrue.
• Réduction des rebuts. La haute précision de la machine NC aide à réduire les rebuts.
• Besoin en surface au sol réduit. Une NC peut faire variété d'opérations, remplace plusieurs machines conventionnelles.

Inconvénients de la machine NC

• Coût d'investissement et maintenance élevés. Technologie complexe et sophistiquée coûte plus cher que machine conventionnelle.
• Opérateur qualifié requis. Recherche et formation du personnel NC à considérer.
• Déchirure et usure de bande perforée et composants bande perforée moins fiables.
• Erreur de programmation de pièce sur bande perforée.
• Pas d'avance et vitesse optimales. Machines NC conventionnelles n'offrent pas option de changer vitesse de coupe et avance pendant l'opération.