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Nombre Parcourir:0 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2022-01-15 origine:Propulsé
L'usinage CNC signifie commande numérique par ordinateur et signifie essentiellement qu'une machine est contrôlée par un ensemble de commandes provenant d'un contrôleur.Ce code se présente normalement sous la forme d'une liste de coordonnées appelée G-code.Toute machine contrôlée par ce code peut être appelée machine CNC, qu'il s'agisse d'une fraiseuse, d'un tour ou même d'un découpeur plasma.Dans cet article, nous nous concentrerons sur différents types de fraiseuses et de tours CNC et sur leur combinaison.Le mouvement des machines CNC peut être défini par leurs axes ;ce sont X, Y et Z avec les axes A, B et C pour les machines plus avancées.Les axes X, Y, Z font référence aux principaux vecteurs cartésiens et les axes A, B, C font référence à la rotation autour de ces axes.Les machines CNC fonctionnent généralement sur 5 axes maximum.Les machines CNC typiques sont répertoriées ci-dessous.
Tour CNC – Un tour fonctionne en faisant tourner le matériau dans le mandrin du tour.Un outil est ensuite déplacé selon 2 axes dans l'ouvrage pour découper des pièces cylindriques.Un tour CNC peut créer des surfaces courbes qui seraient difficiles, voire impossibles, sur un tour manuel.L'outil est généralement non rotatif mais peut également se déplacer comme dans le cas d'un outillage sous tension.
Fraiseuse CNC – Une fraiseuse CNC est généralement utilisée pour fabriquer des pièces plates, mais des machines plus complexes avec plus de degrés de liberté peuvent créer des formes complexes.Le matériau est maintenu stationnaire et la broche tourne avec l'outil, qui est déplacé le long de 3 axes pour couper le matériau.Dans certains cas, la broche est stationnaire et le matériau s'y déplace.
Perceuse CNC – Ces machines sont similaires aux fraiseuses CNC, mais elles sont spécialement conçues pour couper uniquement le long d'un seul axe, c'est-à-dire que le foret se déplace uniquement vers le bas de l'axe Z dans le matériau et ne coupe jamais le long des axes X et Y.
Rectifieuses CNC – Ces machines déplacent une meule dans le matériau pour créer des finitions de surface de haute qualité.Ils sont conçus pour enlever de petites quantités de matière sur des métaux durcis ;ils sont ainsi utilisés comme opération de finition.
L'usinage CNC crée des pièces grâce à la fabrication soustractive.Il s’agit essentiellement du processus consistant à retirer de la matière d’une billette solide pour finalement obtenir la forme souhaitée.Cela peut être réalisé via l'une des méthodes mentionnées précédemment, comme le fraisage, le tournage, le meulage ou le perçage.La fabrication additive est le processus inverse, dans lequel de la matière est ajoutée à partir de rien pour créer la pièce, par exemple avec des imprimantes 3D.
L'outillage effectue tout le travail de découpe.Les outils sont généralement montés dans un porte-outil et chargés dans la broche en cas de besoin.De nombreux types d’outils différents sont nécessaires pour fabriquer une pièce complète – il n’existe pas d’approche « taille unique » en matière de fabrication.Les outils les plus couramment utilisés dans une configuration d'usinage typique sont répertoriés ci-dessous.
Fraise en bout – Une fraise en bout est le type d’outillage le plus courant et peut généralement couper dans 3 directions.Ils sont disponibles dans différents styles tels que plat, rayon de coin, ébauche, sphérique et conique, pour n'en nommer que quelques-uns.Ils se caractérisent par le nombre de cannelures, les angles d'hélice, le matériau de base et le matériau de revêtement.
Moulin à visage – Une fraise à surfacer est conçue pour couper sur une grande surface, c'est-à-dire le dressage.Ses arêtes de coupe se trouvent généralement sur le bord de l'outil et les dents sont généralement des inserts en carbure.
Moulin à fil – Une fraise à fileter est conçue pour créer des filetages, elle fonctionne par rotation autour de la tige selon un motif hélicoïdal pour couper la forme du filetage.
Fraise à rainurer – Ces types de fraises sont utilisés pour créer des rainures en T sur la longueur d’une pièce.L'outil doit entrer et sortir par un côté ouvert du matériau en raison de sa géométrie.
L'usinage CNC a lentement envahi l'industrie manufacturière car il est tout simplement plus efficace que l'utilisation de machines à commande manuelle.Certains des avantages et des inconvénients des machines CNC sont répertoriés ci-dessous.
Tournage extérieur – Comme son nom l’indique, cet outillage est conçu pour couper sur le diamètre extérieur de la pièce.Il peut prendre la forme d'un outillage solide rectifié à la forme requise ou de plaquettes en carbure.
Rainurage et filetage ID – Ces outils sont généralement minces pour leur permettre d’atteindre l’intérieur de la pièce pour percer le diamètre intérieur après le perçage ainsi que pour fileter l’intérieur.
Séparation – Un outil de tronçonnage est utilisé pour couper la pièce comme opération finale une fois toutes les autres opérations terminées.
Forage – Ceux-ci servent à percer des trous longitudinaux par rapport à la pièce, les trous doivent encore être alésés ou percés pour atteindre les tolérances finales.
Les différents types d'outils peuvent être subdivisés en matériaux.Les matériaux généralement utilisés pour l'outillage sont répertoriés ci-dessous :
Acier à haute teneur en carbone – Il s’agit du type de machine-outil le moins cher mais n’a pas une longue durée de vie.Ils perdent également leur dureté vers 200°.
Acier rapide (HSS) – Ils sont plus courants que les outils en acier au carbone, car ils ont une durée de vie plus longue et ne perdent leur dureté qu'à 600°C, ce qui signifie qu'ils peuvent couper à des vitesses plus élevées.
Inserts en carbure – Les outils en carbure cémenté sont plus durs que le HSS mais sont moins résistants et peuvent se briser s'ils ne sont pas manipulés correctement.Ils peuvent résister à des températures allant jusqu'à 900°.
Céramique – Ces outils de coupe sont extrêmement durs et sont généralement réservés à la coupe de matériaux durs à très haute température.Il existe deux variantes courantes, à savoir l'alumine et le nitrure de silicium.
Nitrure de bore cubique – Ces outils sont idéaux pour les aciers trempés et les superalliages et présentent une excellente résistance à l’abrasion et à la chaleur.
L'usinage CNC a lentement envahi l'industrie manufacturière car il est tout simplement plus efficace que l'utilisation de machines à commande manuelle.Certains des avantages et des inconvénients des machines CNC sont répertoriés ci-dessous.
Avantages | Les inconvénients |
Plus rapide que le manuel | Cher |
Aucun humain ne peut égaler la vitesse, la précision et l’exactitude d’une machine CNC.Dans les environnements de production élevée, l’utilisation d’une machine manuelle entraînera simplement une perte financière. | Une machine CNC est un équipement extrêmement avancé.Il est fabriqué selon des tolérances et une rigidité très élevées.Cela lui permet de fabriquer des millions de pièces tout en produisant un résultat de qualité.Cette qualité se traduit directement par le coût ;plus la machine est avancée, plus son coût est élevé. |
Coût de production réduit | Opérateurs plus qualifiés |
Une machine CNC peut essentiellement fonctionner sans arrêt si le chargement et le déchargement des matériaux et des pièces sont davantage automatisés, ce qui signifie que la machine peut fonctionner pendant la nuit sans surveillance.De plus, un opérateur peut faire fonctionner plusieurs machines, compensant ainsi les coûts de main-d'œuvre plus élevés. | Même si elle nécessite moins d'opérateurs, une machine CNC nécessite des opérateurs hautement qualifiés, ce qui entraînera un coût de main-d'œuvre plus élevé. |
Efficacité supérieure | Coûts de maintenance plus élevés |
Une machine CNC peut passer d’une opération à la suivante en une fraction de seconde.Les changements d'outils peuvent se produire très rapidement car certaines machines disposent d'une tourelle avec de nombreux outils préinstallés ou d'une bibliothèque d'outils qui charge un nouvel outil dans la broche en cas de besoin. | En raison de la complexité des machines CNC, le coût de maintenance est beaucoup plus élevé que celui des machines manuelles. |
Sécurité accrue
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Centre d'Usinage Vertical (VMC) – La broche d'une VMC reste dans une position et la table se déplace en dessous.Dans certains cas, la table monte pour rencontrer la broche ou la broche peut monter et descendre sur l'axe Z.Ces machines sont très rigides et peuvent donc produire des composants d'une grande précision.Ils présentent l'inconvénient d'avoir un espace de travail relativement réduit.Les VMC peuvent avoir 3 axes (X, Y, Z), 4 axes (X, Y, Z & A) ou encore 5 axes (X, Y, Z, A & B).
Centre d'usinage horizontal (HMC) – Une HMC est une machine dont la broche est orientée horizontalement plutôt que verticalement.Ces types de machines sont idéales pour les longues séries de production car elles peuvent usiner jusqu'à 3 fois plus qu'une VMC, à condition qu'il y ait suffisamment de travail pour occuper la machine.Une HMC est également beaucoup plus chère qu’une VMC.Un bloc de matériau peut être fixé sur le bâti de la machine pendant qu'une autre pièce est en cours de fabrication.C'est pourquoi une production continue est possible, car la broche peut facilement passer au prochain bloc de matériau prêt et le changement est très rapide.
Un tour CNC est capable d’usiner uniquement sur deux axes avec un seul mandrin.Il existe différents types de tours CNC répertoriés ci-dessous :
Tour à moteur – Il s’agit essentiellement d’un tour standard relativement polyvalent.Le « moteur » dans le nom est une relique de l’époque où les tours étaient alimentés par des poulies provenant d’un moteur qui n’était pas sur la machine.Un tour à moteur serait alors un tour avec le moteur sur le tour.
Tourelle – Un tour à tourelle permet des temps de production beaucoup plus rapides car tous les outils requis sont chargés dans la tourelle avant la fabrication.Lorsqu'un nouvel outil est nécessaire, il est simplement mis en position par rotation.
Tour de salle d'outillage – Un tour de salle d’outillage est utilisé pour un travail de haute précision et à faible volume.Comme leur nom l'indique, ces styles de tours sont utilisés pour créer des outils et des matrices.Il est également conçu pour être très polyvalent.
Tour rapide – Ce type de tour est utilisé principalement pour les travaux légers, il a une configuration simple avec poupée mobile, poupée mobile et porte-outil.
Centres de tournage CNC – Ces types de tours sont très avancés et disposent d’un large éventail de fonctionnalités, notamment le fraisage, les postes d’outils de tourelle et même une deuxième broche.Il existe également des centres de tournage verticaux et horizontaux.Avec un tour horizontal, tous les copeaux tombent de la pièce et dans le convoyeur à copeaux, tandis qu'un tour vertical permet à la gravité de l'aider lorsqu'une pièce est placée dans le mandrin.Les tours horizontaux sont plus faciles à automatiser.C'est l'application qui déterminera quel style est le plus applicable.
Les machines CNC peuvent traiter un large éventail de matériaux, depuis l'aluminium jusqu'aux superalliages comme l'Inconel.Chaque matériau présente ses propres défis et nécessite un outillage, des vitesses et des avances spécifiques.
L'aluminium étant un matériau très mou, il risque de coller l'outil de coupe.Cela est dû à la faible température de fusion de l'aluminium.Des états d'aluminium plus durs peuvent être utilisés pour améliorer l'usinabilité.
En raison du grand nombre de nuances d’acier, de nombreux facteurs contribuent à l’usinabilité globale du matériau.Ces facteurs peuvent inclure :travail à froid, composition chimique et microstructure.Généralement, des éléments comme le plomb et l'étain peuvent améliorer la vitesse de coupe en raison de leurs actions lubrifiantes, et le soufre réduira l'écrouissage des copeaux.
Le titane possède une large gamme d’alliages qui présentent chacun leurs propres défis.Idéalement, l'outil doit rester engagé dans le matériau, car un arrêt dans une zone provoquera un frottement, une accumulation de chaleur, un écrouissage et une usure de l'outil.Le titane pur se comporte comme l'aluminium et peut également encrasser l'outil de coupe, alors que ses alliages sont généralement beaucoup plus durs et peuvent provoquer une accumulation de chaleur et une usure de l'outil.Un régime plus faible et une charge de copeaux plus élevée peuvent entraîner une meilleure durée de vie de l'outil en raison de la diminution des températures.
Les superalliages sont conçus pour avoir une très haute résistance à des températures élevées, de ce fait ils sont très difficiles à usiner.Des machines de plus grande puissance sont également nécessaires pour usiner ces matériaux.Les superalliages ont tendance à écrouir très rapidement rendant les futures opérations d'usinage plus difficiles.Des vitesses de coupe inférieures sont généralement recommandées.
Le cuivre est un matériau notoirement difficile à usiner en raison de sa malléabilité et de sa tendance à circuler autour des outils au lieu de le couper.Il est principalement utilisé pour les composants électriques et les composants d’échangeurs de chaleur qui nécessitent des coefficients de conductivité et de transfert de chaleur élevés.Les vitesses et avances élevées ont tendance à bien fonctionner avec du cuivre pur.Les alliages de cuivre sont beaucoup plus faciles à usiner que le cuivre pur.
Le plastique se présente sous des milliers de formes différentes, depuis les plastiques thermodurcissables jusqu'aux thermoplastiques normaux.Il existe également une gamme incroyablement large de duretés et de propriétés mécaniques.Seuls les plastiques rigides s'usinent bien et peuvent être maintenus dans les limites de tolérance, tandis que les plastiques plus souples ont tendance à se déformer au-delà de l'outil de coupe et à donner lieu à des pièces dont les dimensions ne correspondent pas aux spécifications.La chaleur a tendance à s’accumuler au niveau du tranchant car le plastique est un isolant, et si vous n’y faites pas attention, le plastique fondra.
Malgré le large éventail d’utilisations et de fonctionnalités réalisables par les machines CNC, des risques existent.Certaines des erreurs les plus courantes commises lors de l’usinage CNC sont répertoriées ci-dessous.
Crashes de CNC – Les machines CNC ne réfléchissent pas ;ils ne font que ce qu'on leur dit.Si elle est mal programmée, la machine peut entraîner un outil de coupe sur elle-même en une milliseconde.Les machines détectent généralement un crash et s’arrêtent, mais les dégâts auront déjà été causés.Il existe différents outils logiciels qui peuvent atténuer ce risque.Les parcours d'outils peuvent être simulés avant que le code ne soit téléchargé sur la machine.Les machines 5 axes plus complexes sont très difficiles à simuler à l'aide d'un logiciel de fabrication assistée par ordinateur (FAO) standard et nécessitent un logiciel supplémentaire entre le codage CAM et le chargement du code sur la machine.
Vitesses et avances incorrectes – Les vitesses et les avances sont essentielles à la création de composants usinés de qualité.Si de mauvais réglages sont utilisés, il y aura une usure accélérée de l'outil et des finitions de surface et des tolérances inférieures aux normes.Il s’agit d’un sujet complexe car chaque matériau et ses alliages ont des réglages différents pour une coupe idéale.Il faudra souvent quelques itérations pour atteindre la configuration parfaite.
Manque d’entretien – Comme pour toute machine complexe, un manque d’entretien peut rapidement la détruire.Les machines doivent être maintenues propres et le plan de maintenance OEM doit être strictement respecté.
Toute industrie nécessitant la fabrication de composants est impactée par l’usinage CNC, directement ou indirectement.Certaines des industries clés et leurs utilisations de l’usinage CNC sont répertoriées ci-dessous.
Aérospatial – L’industrie aérospatiale nécessite des composants d’un très haut niveau de précision et de répétabilité. Ceux-ci peuvent inclure des aubes de turbine dans le moteur, des outils utilisés pour créer d’autres composants et même des chambres de combustion utilisées dans les moteurs de fusée.
Construction automobile et de machines – L’industrie automobile nécessite la fabrication de moules de haute précision utilisés pour le moulage de pièces comme les blocs moteurs ou l’usinage de pièces à haute tolérance comme les pistons.À plus grande échelle, des machines de type portique peuvent sculpter des moules en argile utilisés dans la phase de conception d'une voiture.
Militaire – L’armée utilise des composants de haute précision avec des tolérances très élevées, depuis les composants de missiles jusqu’aux canons d’armes à feu.Toutes les pièces usinées dans l'armée peuvent bénéficier de la précision et de la rapidité des machines CNC.
Médical – Les implants médicaux sont souvent conçus avec des formes très organiques et doivent être fabriqués à partir d’alliages avancés.De telles machines CNC sont indispensables car aucune machine manuelle ne peut créer ces formes.
Énergie – L’industrie énergétique couvre tous les spectres de l’ingénierie, depuis les turbines à vapeur jusqu’aux technologies plus exotiques comme la fusion.Les turbines à vapeur nécessitent des aubes très précises pour maintenir l'équilibre dans la turbine et les chambres de confinement du plasma de R&D en fusion présentent des formes très complexes de matériaux avancés qui nécessitent des machines CNC.
Avec le rythme accéléré du développement technologique ces dernières années, on a l'impression que la fabrication additive dépassera l'usinage CNC, mais le scénario le plus probable est l'émergence de plus en plus de centres de fabrication combinant plusieurs technologies en une seule machine.Celles-ci peuvent exploiter les points forts des machines soustractives et additives pour créer une machine dont les capacités sont supérieures à la somme de ses parties.Certaines premières itérations de ces machines peuvent déjà être trouvées.
En outre, la progression incessante de l’automatisation à travers la quatrième révolution industrielle entraînera la création de systèmes davantage automatisés, capables de s’auto-diagnostiquer, de s’auto-optimiser et de fonctionner avec une intervention humaine minimale.Les produits peuvent être fabriqués en fonction des exigences personnelles de chaque consommateur, et cela sera possible grâce au niveau de flexibilité offert par les machines CNC.
