Qu’est-ce que l’usinage CNC ?

L’usinage CNC (Computer Numerical Control) est une technologie de fabrication soustractive : les pièces sont créées par enlèvement de matière d’un bloc solide (appelé ébauche ou pièce) à l’aide de divers outils de coupe.

Il s’agit d’un mode de fabrication fondamentalement différent de celui des technologies additives (impression 3D) ou formatrices (moulage par injection). Les mécanismes d’enlèvement de matière ont des répercussions importantes sur les avantages, les limites et les restrictions de conception du CNC.

L’usinage CNC est une technologie de fabrication numérique : il produit des pièces de haute précision avec d’excellentes propriétés physiques directement à partir d’un fichier CAO. En raison du haut niveau d’automatisation, le CNC est compétitif en termes de prix, tant pour les pièces uniques sur mesure que pour les productions de volume moyen.

Presque tous les matériaux peuvent être usinés CNC. Les exemples les plus courants sont les métaux (aluminium et alliages d’acier, laiton, etc.) et les plastiques (ABS, Delrin, Nylon, etc.). La mousse, les composites et le bois peuvent également être usinés.

Le processus CNC de base peut être décomposé en 3 étapes. L’ingénieur conçoit d’abord le modèle CAO de la pièce. Le machiniste transforme ensuite le fichier CAO en programme CNC et configure la machine. Enfin, le système CNC exécute toutes les opérations d’usinage avec peu de supervision, l’enlèvement de matière et la création de la pièce.

Petit historique de l’usinage CNC

– Le premier objet usiné jamais découvert a été un bol trouvé en Italie et fabriqué en 700 avant J.-C. à l’aide d’un tour.

– Les tentatives d’automatisation de l’usinage ont commencé au XVIIIe siècle. Ces machines étaient purement mécaniques et alimentées à la vapeur.

– La première machine programmable a été développée à la fin des années 40 au MIT. Il utilisait des cartes perforées pour coder chaque mouvement.

– La prolifération des ordinateurs dans les années 50 et 60 a ajouté le « C » en CNC et a radicalement changé l’ industrie manufacturière .

– Aujourd’hui, les machines CNC sont des systèmes robotiques avancés avec des capacités multi-axes et multi-outils.

Types de machines CNC

Dans cet article, nous nous concentrerons sur les machines CNC qui enlèvent des matériaux à l’aide d’outils de coupe. Ce sont les plus courantes et celles qui ont le plus grand nombre d’applications. D’autres machines CNC comprennent les découpeuses laser, les découpeuses plasma et les machines EDM.

Machines CNC 3 axes

Le fraisage CNC et les tours CNC sont des exemples de systèmes CNC à 3 axes. Ces machines « de base » permettent le déplacement de l’outil de coupe selon trois axes linéaires par rapport à la pièce à usiner (gauche-droite, en arrière et en haut-bas).

Fraisage CNC

– La pièce à usiner est maintenue immobile directement sur le banc de la machine ou dans un étau.

– Le matériau est retiré de la pièce à usiner à l’aide d’outils de coupe ou de forets qui tournent à grande vitesse.

– Les outils sont fixés à une broche qui peut se déplacer le long de trois axes linéaires.

Les fraiseuses CNC à 3 axes sont très courantes, car elles peuvent être utilisées pour produire la plupart des géométries courantes. Elles sont relativement faciles à programmer et à utiliser, de sorte que les coûts d’usinage de démarrage sont relativement faibles.

L’accès à l’outil peut être une restriction de conception dans le fraisage CNC. Comme il n’y a que trois axes de travail, certaines zones peuvent être impossibles à atteindre. Ce n’est pas un gros problème si la pièce doit être tournée une seule fois, mais si plusieurs rotations sont nécessaires, les coûts de main-d’œuvre et d’usinage augmentent rapidement.

Tournage CNC

– La pièce est maintenue sur la broche tout en tournant à grande vitesse.

– Un outil de coupe ou un foret de centrage trace le périmètre extérieur ou intérieur de la pièce, formant la géométrie.

– L’outil ne tourne pas et se déplace dans les directions polaires (radialement et longitudinalement).

Les tours CNC sont largement utilisés, car ils peuvent produire des pièces à un taux beaucoup plus élevé et à un coût unitaire inférieur à celui des fraises CNC. Ceci est particulièrement intéressant pour les volumes plus importants.

La principale restriction de conception des tours CNC est qu’ils ne peuvent produire que des pièces avec un profil cylindrique (pensez aux vis ou aux rondelles). Pour surmonter cette limitation, les caractéristiques de la pièce sont souvent fraisées par CNC dans une étape d’usinage séparée. Alternativement, des centres de tournage CNC à 5 axes peuvent être utilisés pour produire la même géométrie en une seule étape.

Usinage CNC 5 axes

Les centres d’usinage CNC multiaxes existent en trois variantes : Fraisage CNC indexé 5 axes, fraisage CNC continu 5 axes et centres de fraisage et de tournage avec outils motorisés.

Il s’agit essentiellement de fraiseuses ou de tours à fraiser qui bénéficient de degrés de liberté supplémentaires. Par exemple, les centres de fraisage CNC à 5 axes permettent la rotation du banc de la machine ou de la tête de l’outil (ou des deux) en plus des trois axes linéaires de déplacement.

Les capacités avancées de ces machines ont un coût accru. Ils nécessitent à la fois des machines spécialisées et des opérateurs possédant des connaissances spécialisées. Pour les pièces métalliques très complexes ou optimisées du point de vue topologique, l’impression 3D est généralement une option plus appropriée.