Les fraiseuses à commande numérique (CNC) et l'usinage par commande numérique par ordinateur ont constitué le pilier principal du développement de l'Industrie 3.0. La technologie CNC offre la possibilité de mettre en œuvre des processus de fabrication capables d'atteindre des volumes de production astronomiques.
Grâce à ses nombreux avantages, la technologie CNC trouve des applications dans presque tous les secteurs industriels, quelle que soit l'échelle de production. Les fabricants sont constamment à la recherche de nouvelles technologies CNC pour accélérer encore davantage leur production et réduire leurs coûts.
Cet article aborde les différents types de technologies d'usinage CNC et les types de machines classés selon de multiples facteurs.
Entrons tout de suite dans le vif du sujet :
Qu'est-ce que l'usinage CNC?
L'usinage CNC utilise un algorithme conçu par les ingénieurs pour indiquer aux machines-outils leurs déplacements, leur fonctionnement et le contrôle des processus secondaires. Ce procédé est hautement modulable et permet de fabriquer aussi bien de petits composants électroniques que des pièces aéronautiques et aérospatiales de grande taille.
Quels sont les différents types de machines CNC ?
Comme nous le verrons dans les sections suivantes, il existe plusieurs façons de classer une machine CNC. La plus simple repose sur la conception et la fonction de la machine. Selon cette classification, l'usinage CNC se divise en plusieurs types :
Fraiseuse CNC
Les fraiseuses à commande numérique (CNC) utilisent des outils de coupe pour enlever de la matière d'une pièce et la façonner avec précision selon les spécifications requises. La pièce est généralement fixée tandis que l'outil de coupe rotatif à grande vitesse enlève la matière.
Les fraiseuses CNC peuvent être équipées d'une large gamme d'outils de coupe, chacun ayant une fonction spécifique. Parmi les outils de coupe courants, on trouve les fraises en bout, les alésoirs, les fraises à surfacer, les tarauds et les forets. Ces machines existent en versions verticales et horizontales.
Applications des fraiseuses CNC
Voici quelques applications typiques de l'usinage CNC :
- Enceintes
- Mobilier
- Modèles prototypes
- Signalétique
- Instruments de Musique
Limites des fraiseuses CNC
Le fraisage CNC est une technologie largement répandue car elle remplit parfaitement sa fonction, permettant une fabrication à grande vitesse et un usinage CNC de précision. Parmi les facteurs pouvant constituer une limitation pour certains utilisateurs, on peut citer :
- Limite de taille : Chaque fraiseuse CNC a une limite quant à la taille des pièces qu'elle peut usiner. Cette taille dépend généralement de la course maximale des outils et des dimensions de l'enceinte.
- Compétence de l'opérateur : Les fraiseuses à commande numérique exigent des opérateurs possédant de solides compétences. Une petite erreur de manipulation peut entraîner des écarts importants en termes de précision et des problèmes de conception ultérieurs.
- Coût : Certains utilisateurs perçoivent le coût initial relativement élevé d'une fraiseuse CNC comme une limitation de la méthode. Toutefois, il convient de noter que ce coût élevé s'accompagne également de plusieurs avantages, tels que la précision et la fiabilité de l'usinage CNC, que d'autres solutions ne permettent pas d'offrir.
Prix
Le prix d'une fraiseuse CNC peut varier considérablement. Il existe des modèles beaucoup plus abordables pour un usage domestique, à partir de 10 000 $. En revanche, il est courant de trouver des fraiseuses dans les ateliers de production coûtant plus de 200 000 $.
Pour réduire les coûts initiaux élevés liés à l'achat et à la maintenance de votre matériel de fraisage, optez pour les services de fraisage CNC de 3ERP . Grâce à des équipements de pointe et à des ingénieurs expérimentés, 3ERP vous propose des solutions de fraisage de haute précision sans que vous ayez à investir massivement dans des machines, ce qui en fait une alternative efficace et économique.
Le coût horaire du fraisage CNC dépend du nombre d'axes de la machine. Une machine CNC à 3 axes coûte environ 40 $ de l'heure, et jusqu'à 200 $ de l'heure pour une machine à plus grand nombre d'axes.
Machines de routeur CNC
Une fraiseuse CNC permet de découper des formes et des motifs variés sur des surfaces planes de n'importe quel matériau. Ces machines remplacent de nombreux outils manuels traditionnellement utilisés dans les ateliers de menuiserie et de métallurgie, tels que les perceuses, les scies à panneaux et les toupies.
Applications des routeurs CNC
Grâce à leur capacité à découper des formes complexes, les routeurs CNC trouvent des applications dans les domaines suivants :
- Meubles en bois sculpté
- Moulures
- Décorations intérieures et extérieures
- sculptures de porte
- Signalétique
- Instruments de musique
Limitations des routeurs CNC
- Niveau sonore élevé : Les routeurs CNC sont généralement composés d'éléments tels qu'une broche, un système d'extraction et un système d'aspiration. Le fonctionnement global de la machine peut générer un niveau sonore élevé.
- Poussières résiduelles : L'environnement de travail des routeurs CNC contient une grande quantité de poussière de bois ou de poussière métallique.
Coût des machines de fraisage CNC
En moyenne, le prix initial d'une fraiseuse CNC varie entre 3 000 et 100 000 dollars. Les tarifs horaires pour les travaux de fraisage CNC sont les mêmes que pour une fraiseuse CNC.
Coupeurs de plasma de commande numérique par ordinateur
Une machine de découpe plasma CNC offre une précision de coupe exceptionnelle. Elle utilise un arc électrique (semblable à une torche plasma) pour ioniser l'air et faire fondre le matériau à l'endroit où l'arc électrique frappe. Fonctionnant grâce à un arc électrique, ce procédé est uniquement applicable aux matériaux conducteurs.
Applications des découpeuses plasma CNC
- Fabrication d'automobiles
- Réparations automobiles
- Ateliers de fabrication
- Récupération et mise au rebut
Limites des découpeuses plasma CNC
- Matériaux : La découpe plasma ne fonctionne que sur les métaux et les alliages conducteurs. Cette limitation est rédhibitoire pour les utilisateurs qui souhaitent usiner des matériaux comme le bois et les plastiques.
- Zones affectées par la chaleur : La découpe au plasma est un procédé de découpe à chaud qui consiste à faire fondre le matériau. La chaleur laisse des zones affectées thermiquement (ZAT) visibles sur la zone de découpe.
Coût des découpeuses plasma CNC
Le coût initial d'une machine de découpe plasma CNC se situe entre 12 000 et 300 000 dollars. Le coût horaire d'utilisation d'une machine de découpe plasma CNC est d'environ 20 dollars.
Tours et tours CNC
Les tours à commande numérique (CNC) fonctionnent en faisant tourner la pièce à usiner autour d'un axe central. Des outils de coupe sont ensuite appliqués à la pièce pour enlever de la matière et lui donner la forme souhaitée. Un tour CNC peut produire un produit fini beaucoup plus rapidement et avec une précision supérieure à celle des tours manuels.
Les tours CNC sont idéaux pour divers processus, comme la découpe, le ponçage, le dressage, le perçage, le tournage , le moletage, etc. En tournage CNC , un outil non rotatif se déplace linéairement sur une pièce en rotation pour créer une trajectoire de coupe hélicoïdale/spirale.
Applications des tours CNC et des machines de tournage
Le tour à commande numérique (CNC) trouve des applications dans presque tous les secteurs industriels pour la fabrication d'articles tels que :
- Arbres à cames
- Pièces automobiles
- canons de fusil
- Vilebrequins
- Des battes de baseball
- Instruments de musique
- Tables à manger
- Pieds de meubles
Limitations des tours et machines de tournage à commande numérique
- Nature symétrique : En général, les tours à commande numérique ne peuvent fabriquer que des pièces symétriques, compte tenu de leur mode de mise en forme des matériaux. Par conséquent, ces machines sont inadaptées à la réalisation de formes asymétriques sur mesure.
Coût des tours et machines de tournage CNC
Le prix initial d'un tour CNC commence aux alentours de 15 000 $ et augmente en fonction des spécifications de la machine. Le tarif horaire pour la location d'un tour CNC débute aux alentours de 40 $ l'heure.
Machine de découpe laser CNC
Les découpeuses laser CNC utilisent un faisceau laser très focalisé pour découper des plaques de n'importe quel matériau. Une machine de découpe laser CNC produit des découpes d'une précision encore supérieure à celle de la découpe plasma. Les découpeuses laser CNC ne sont pas limitées aux matériaux conducteurs, car les lasers à semi-conducteurs peuvent découper n'importe quel matériau.
Applications des découpeuses laser CNC
- Pièces aérospatiales
- Châssis automobiles
- Équipement médical
- Matériaux de gravure
Limites des découpeuses laser CNC
- Épaisseur limitée : Les machines de découpe laser sont limitées par l'épaisseur maximale du matériau qu'elles peuvent découper.
- Expertise technique: Les machines de découpe laser nécessitent des opérateurs hautement qualifiés. Ces machines peuvent être potentiellement dangereuses ; l’opérateur doit donc savoir les contrôler lorsque le faisceau laser se déplace sur la pièce à usiner.
Coût d'une machine de découpe laser CNC
Le prix d'achat d'une machine de découpe laser peut varier entre 5 000 et 300 000 dollars. Le coût horaire de ces machines est d'environ 20 dollars.
Machines d'électroérosion CNC (EDM)
L'usinage par électroérosion (EDM) fonctionne de manière similaire à la découpe plasma en utilisant un arc électrique pour enlever de la matière à l'endroit souhaité. Cette méthode permet de réaliser rapidement des découpes 2D sur des tôles métalliques.
Applications des machines d'électroérosion à commande numérique
- Fabrication de moules d'injection
- Coulée sous pression
- Poinçons vierges
- Prototypage
Limites des machines d'électroérosion à commande numérique
- Contraintes matérielles : Une machine d'électroérosion à commande numérique (CNC) ne fonctionne que pour les matériaux conducteurs. Cette méthode ne peut être utilisée pour l'usinage des plastiques, de la céramique, du bois ou d'autres matériaux non conducteurs.
- Vitesse de coupe lente : Une machine d'électroérosion est très lente dans les virages et les courbes en raison de l'usure importante des électrodes causée par les décharges électriques récurrentes, ce qui entraîne une augmentation des coûts et un ralentissement de la production globale.
Coût de la découpe par électroérosion CNC
Le prix d'une machine de découpe par électroérosion neuve commence à 15 000 $. Le coût horaire de ces machines est d'environ 25 $ l'heure, le coût du fil d'électrode représentant la part la plus importante de ce coût horaire.
Pour les fabricants en quête de précision, d'efficacité et d'expertise, un partenariat avec un prestataire de services d'usinage EDM professionnel peut contribuer à optimiser la qualité, à réduire les risques de production et à garantir des résultats constants sur des projets complexes.
Machine de découpe au jet d'eau CNC
Une machine CNC de découpe au jet d'eau utilise un jet d'eau très fin pour découper le matériau. La découpe au jet d'eau CNC est l'une des méthodes les plus polyvalentes grâce à sa capacité à travailler sur tous types de matériaux. Les machines de découpe au jet d'eau CNC multi-axes permettent également de réaliser des découpes 3D. De plus, l'épaisseur maximale des matériaux compatibles avec la découpe au jet d'eau est importante.
Applications de la découpe au jet d'eau CNC
- Découpe de mousse, de papier, de pierre, de céramique, de verre et de tôle
- Exploitation minière
- Industrie aerospatiale
- Automobile
- Fabrication générale
Limites de la découpe au jet d'eau CNC
- Temps de coupe : Une découpeuse à jet d'eau CNC est plus lente que d'autres solutions. La vitesse est réduite, notamment dans les angles et les découpes courbes.
- Répartition des composants : Les machines de découpe au jet d'eau fonctionnent grâce à des jets à très haute pression. Si vous utilisez un système de découpe au jet d'eau de mauvaise qualité, il est possible que les composants de la machine se cassent.
Coût des découpeuses à jet d'eau CNC
Les machines de découpe au jet d'eau présentent une large gamme de prix, allant d'environ 50 000 $ à 200 000 $. Leur coût horaire varie de 15 $ à 30 $, le coût du matériau abrasif représentant la part la plus importante du coût horaire total.
Rectifieuses CNC
Les rectifieuses de surface à commande numérique, utilisées pour le processus de rectification CNC , emploient des meules rotatives en céramique pour enlever de la matière de la pièce à usiner à des fins de ponçage, de finition ou de polissage. Les meules diamantées permettent d'obtenir des finitions secondaires d'une qualité exceptionnelle.
Applications des rectifieuses CNC
- Engrenage de haute précision
- Pièces automobiles
- Équipement médical
- Pièces aérospatiales
- Outillage
Limites des rectifieuses CNC
- Processus lent: Une rectifieuse CNC enlève de la matière avec précision, mais lentement, ce qui la rend inutilisable pour toute application de mise en forme des matériaux et ne fonctionne que pour la finition et le lissage des surfaces.
Coût des rectifieuses CNC
Les rectifieuses CNC sont moins chères que les autres machines CNC. Le prix des rectifieuses planes, à rouleaux ou cylindriques commence à 5 000 $. Le coût d'utilisation de ces machines est d'environ 20 $ de l'heure.
Perceuse CNC
Perceuse CNC
Le perçage CNC est l'un des procédés d'usinage CNC les plus courants en atelier. Il est idéal pour percer des trous dans tous types de matériaux, que ce soit pour des vis, un assemblage secondaire ou pour des raisons esthétiques.
Applications des perceuses CNC
- Fabrication d'automobiles
- Construction navale
- Astronautique
- Machines d'ingénierie
- Fabrication de moules
- Travail du bois et fabrication de meubles
Limites de la perceuse CNC
Dimensions du trou : Les dimensions des trous obtenus par perçage CNC sont limitées, car cette méthode ne permet pas de réaliser des trous profonds ou de grande taille. De plus, les différents diamètres de perçage nécessitent des forets de dimensions spécifiques.
Coût des machines de perçage CNC
Le coût des perceuses CNC est d'environ 25 000 $ en moyenne.
Changeur d'outils automatique
Le changeur d'outils automatique (ATC) est une variante présente sur tous les types courants de machines CNC. Cette fonctionnalité permet le changement automatisé de l'outil de coupe, ce qui accélère la production et réduit les temps d'arrêt.
Le changeur d'outils automatique (ATC) permet de changer le type d'outil de coupe sur une machine CNC ou de remplacer un outil cassé ou usé. Il accroît l'automatisation du processus de fabrication. Le changement d'outillage étant l'un des principaux points faibles de la plupart des machines CNC, l'ATC améliore considérablement les performances de tout équipement CNC.
Types de machines CNC selon le nombre d'axes (usinage multiaxes)
Une fois le type de machine CNC déterminé, l'équipement spécifique peut être segmenté plus précisément en fonction du nombre d'axes. L'usinage multiaxes est un type d'usinage CNC qui utilise plusieurs axes de mouvement afin de réaliser des géométries complexes et des tolérances serrées.
Par exemple, une fraiseuse CNC peut être à 3, 4 ou 5 axes, et le prix et les capacités de chaque modèle varient considérablement. Voici quelques-uns des types de machines CNC les plus courants.
Machine CNC à 2 axes
Les machines CNC à 2 axes sont les systèmes CNC les plus basiques. Elles possèdent deux axes de mouvement : l’axe X (axe vertical) et l’axe Y (axe horizontal).
Ces machines réalisent généralement des découpes droites simples, des perçages sur des planches ou l'usinage d'une seule surface d'une pièce sans la repositionner. Elles travaillent sur une pièce fixe.
Machine CNC à 3 axes
Les machines CNC à 3 axes sont le type de machines CNC le plus courant. Elles possèdent 3 axes de mouvement : les axes X, Y et Z (axe de profondeur) et peuvent usiner les pièces de base en 2.5 dimensions.
Elles peuvent travailler sur les six faces d'un bloc de matériau généralement carré ou rectangulaire, mais ce bloc nécessite un repositionnement. Ces machines peuvent également fonctionner sur une pièce stationnaire.
Machine CNC à 4 axes
Une machine CNC 4 axes est un type d'équipement CNC conçu pour l'usinage sur 4 axes . Elle ajoute un axe de rotation aux trois axes traditionnels (X, Y et Z). Comparée à une machine CNC 3 axes standard, une machine 4 axes possède un axe de rotation supplémentaire qui améliore la flexibilité lors de l'usinage de géométries complexes.
Cet axe permet à l'outil de coupe rotatif de se déplacer le long de l'axe X, également appelé axe A. La pièce à usiner peut aussi se déplacer le long de ce même axe. Ces machines sont idéales pour réaliser des découpes et des coupes en arc de cercle.
Machine CNC à 5 axes
L'usinage 5 axes ajoute un mouvement de pivotement de l'outil de coupe (ou de la table de travail) autour de l'axe Y. L'axe de rotation et de pivotement est appelé axe C.
Ces machines permettent de fabriquer des pièces complexes et précises grâce à leur capacité à travailler simultanément sur cinq faces d'une pièce sans repositionnement de celle-ci. Leur haute précision les rend particulièrement utiles pour la production d'équipements médicaux et aérospatiaux.
Machine CNC 6 axes
Une machine CNC à 6 axes ajoute une troisième direction de rotation à l'outil de coupe (ou à la pièce), appelée axe B. Ces machines peuvent créer des formes avec n'importe quel état de surface possible en exploitant toutes les directions de mouvement possibles de l'outil de coupe et de la pièce.
Ces machines sont courantes dans les secteurs médical, aérospatial et militaire pour des applications de précision (sauf si des fonctionnalités internes sont requises).
Machine CNC à 7 axes
Les machines CNC à 7 axes possèdent 3 axes traditionnels assurant le déplacement de l'outil de coupe, 3 axes pour la rotation de la pièce et un septième axe, appelé axe E, qui fait pivoter le bras porte-outil.
Ces machines servent souvent à fabriquer des équipements aérospatiaux, médicaux et militaires en raison de la complexité des pièces qu'elles peuvent produire.
Machine CNC à 9 axes
Les machines CNC 9 axes combinent une fraiseuse 5 axes et un tour 4 axes. La fraiseuse usine la surface pour obtenir la finition requise, tandis que le tour réalise les caractéristiques internes de la pièce. Ainsi, une machine 9 axes peut usiner aussi bien les surfaces internes qu'externes. Ces machines permettent de fabriquer des implants dentaires, des instruments chirurgicaux et des équipements aérospatiaux complexes.
Machine CNC à 12 axes
Les machines CNC 12 axes sont les plus complexes du secteur et peuvent s'avérer surdimensionnées pour la plupart des applications. Elles sont équipées de deux têtes de coupe se déplaçant sur les six axes possibles : X, Y, Z, A, B et C. Ces machines augmentent considérablement la précision et peuvent doubler, voire davantage, la vitesse de production.
Types de machines CNC selon le système de commande
Le principe de base d'une machine CNC est de déplacer l'outil de coupe et la pièce à usiner l'un par rapport à l'autre. L'outil est constamment repositionné et amené à l'endroit requis. Il existe différentes méthodes de repositionnement de l'outil, ce qui donne lieu à trois types de machines CNC :
Contrôle de positionnement point à point
Un contrôleur CNC Point à Point (PTP) est le type le plus simple de système de commande numérique par ordinateur. Dans ce système, l'outil de coupe se déplace jusqu'à un point prédéfini, après quoi l'usinage commence autour de ce point.
Le PTP est le plus économique de tous les systèmes de positionnement, souvent utilisé pour le perçage, le soudage par points, le taraudage et le retournement, lorsque le positionnement et l'usinage simultanés ne sont pas nécessaires.
Contrôle de positionnement de coupe droite
Un système de commande de positionnement pour coupe droite permet de repositionner simultanément l'outil de coupe et d'usiner la pièce. Cependant, le mouvement s'effectue uniquement parallèlement à un axe à la fois. Le repositionnement et l'usinage sont réalisés à une vitesse contrôlée. Ce système est ainsi nommé car l'usinage se fait en ligne droite ; les coupes courbes ne sont pas possibles.
Système CNC de contournage
Le système CNC à trajectoire continue est également appelé système CNC à trajectoire de contour. C'est le plus onéreux des trois systèmes de positionnement et il permet de réaliser les pièces les plus complexes. Ce système assure à la fois le positionnement PTP et le positionnement en coupe droite. De plus, il peut contrôler simultanément le positionnement de l'outil de coupe sur plusieurs axes.
Cette polyvalence permet de créer des surfaces courbes (contours) sur la pièce. Les machines à commande numérique, telles que les fraiseuses et les tours, utilisent ce principe de fonctionnement.
Récapitulation
Après avoir pris connaissance de toutes les informations fournies ici, il est évident qu'il existe une multitude de types de machines CNC. Choisir la machine CNC la plus adaptée à vos besoins peut s'avérer complexe. Une fois le type de machine CNC déterminé, la question du financement de l'investissement initial important que représente cet équipement se pose.
Heureusement, chacun peut profiter des fonctionnalités les plus avancées des machines CNC sans avoir à les acheter. Comment ? En externalisant les services CNC auprès d’experts reconnus du secteur, tels que 3ERP.
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Questions fréquemment posées
Combien existe-t-il de types différents de machines CNC ?
Il existe plusieurs types de machines CNC , compte tenu de la diversité des procédés d'usinage qu'elles permettent, tels que le fraisage, le perçage, la découpe laser, l'électroérosion, le tournage, etc. Chaque procédé offre de nombreuses options d'axes et de systèmes de positionnement, ce qui conduit à une large gamme de classifications. Le choix le plus adapté dépendra de la précision requise, du budget alloué et d'autres facteurs.
Quelle est la machine CNC la plus populaire ?
Il existe une grande variété de machines CNC en termes de taille, de fonctionnalités et de prix. De ce fait, il peut être difficile de déterminer quelle machine est la plus populaire, car elles répondent à des besoins différents. Cependant, 3ERP utilise les machines CNC les plus répandues pour une large gamme de processus de précision. Le type de machine CNC utilisé dépend des besoins spécifiques de chaque client. Il n'est donc pas surprenant que 3ERP soit aujourd'hui l'un des spécialistes les plus réputés du marché des machines CNC.
