Qu'est-ce que l'usinage CNC
Définition, processus, objectif et plus encore

L'usinage CNC repose sur des programmes informatiques qui définissent le processus de fonctionnement de la machine-outil. Comme les utilisateurs ne peuvent pas communiquer directement avec les machines-outils, on utilise un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO).

Les logiciels de CAO créent les modèles 2D et 3D des pièces usinées par commande numérique. Grâce à cette conception, la machine connaît l'aspect final de la pièce.

Les commandes informatisées effectuent les calculs nécessaires à l'enlèvement de matière, de sorte que la pièce usinée ressemble à la pièce finale créée dans le logiciel de CAO.

Passons en revue les différents processus qui interviennent lors de l'usinage CNC.

Les quatre étapes de l'usinage CNC

L'usinage CNC se déroule en quatre étapes :

Étape 1 : Création du modèle CAO

Avant l'usinage CNC, il est nécessaire de disposer d'un modèle 2D ou 3D de la pièce finale. Ce modèle est créé à l'aide d'un logiciel de CAO. De nombreux logiciels de CAO, gratuits ou payants, sont disponibles en ligne.

La création de modèles CAO n'est pas difficile et s'apprend facilement. Cependant, certaines pièces complexes peuvent nécessiter une plus grande expérience en CAO, pour lesquelles il est possible de faire appel à des concepteurs experts.

Étape 2 : Conversion du modèle CAO en fichier CNC

Aucune machine CNC ne comprend directement le langage CAO. Les machines CNC ne reconnaissent les mouvements qu'à partir de coordonnées. Par conséquent, le modèle CAO doit être converti en un fichier compréhensible par la machine CNC, appelé code G.

De nombreux logiciels de CAO peuvent écrire directement le fichier de sortie en code G en utilisant un paramètre spécifique avant l'enregistrement du fichier.

Dans d'autres cas, la conversion du dessin CAO en code G nécessite un logiciel dédié appelé FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur). Ce logiciel est un outil très performant pour l'automatisation des processus d'usinage.

Outre les logiciels de FAO, de nombreux outils gratuits et simples permettent de convertir des dessins CAO simples en code G en un clic. Cependant, ils ne proposent pas la vaste gamme de fonctionnalités offertes par les logiciels de FAO.

Étape 3 : Configuration de la machine CNC

Avant de démarrer les processus de fabrication, la machine CNC doit être correctement configurée.

Imaginez que c'est comme configurer l'imprimante avant d'imprimer. Il faut alimenter l'imprimante en papier et vérifier certains paramètres. Les machines CNC fonctionnent de manière similaire.

Avant de commencer l'usinage, de nombreuses opérations de préparation sont nécessaires. Par exemple, il faut s'assurer que la pièce est correctement positionnée sur la machine. Les matrices doivent également être correctement réglées, ainsi que les autres paramètres de positionnement.

Étape 4 : exécution des opérations d'usinage

Une fois la configuration terminée, la machine peut démarrer. Pour cela, exécutez le programme sur l'écran de la machine CNC.

Selon le type de conception que vous réalisez, vous devrez peut-être parcourir différentes invites de programme pour choisir différents types de paramètres et d'options.

Une fois le programme CNC exécuté, la machine continue de fonctionner jusqu'à la fin du programme. Elle ne s'arrête que si l'opérateur la met hors tension ou en cas d'erreur inattendue ou de coupure de courant.

Il est essentiel de maîtriser la terminologie de l'usinage CNC dans ce domaine. Voici quelques termes courants liés au CNC :

Conception assistée par ordinateur (CAO)

La conception assistée par ordinateur (CAO) est le logiciel qui crée la représentation graphique de la pièce finale requise en 2D ou 3D. Généralement, les pièces complexes sont produites en les décomposant en petites pièces, chacune ayant son propre modèle CAO.

AutoCAD et FreeCAD sont deux des applications de CAO les plus populaires, cette dernière étant entièrement gratuite.

Fabrication assistée par ordinateur (FAO)

Les logiciels de fabrication assistée par ordinateur (FAO) génèrent des programmes CNC compréhensibles par la machine. Ces programmes permettent d'automatiser différents types de machines, notamment les machines CNC.

Les logiciels de FAO fonctionnent de concert avec les logiciels de CAO pour exécuter des opérations sur une machine CNC. La plupart des machines CNC de qualité sont fournies avec un logiciel de FAO.

Commande numérique distribuée (DNC)

Dans une configuration de commande numérique distribuée (DNC), plusieurs machines-outils peuvent être connectées à un serveur central. Ce serveur central traite les fichiers de conception et envoie des commandes à chaque machine-outil individuellement.

On utilise la commande numérique directe (DNC) lorsque la mémoire de chaque machine CNC est insuffisante pour exécuter le logiciel. Elle peut également être employée lorsque plusieurs machines à commande numérique nécessitent un fonctionnement synchronisé pour une productivité accrue.

Collecte de données de fabrication (MDC)

La collecte de données de production (MDC) est exactement ce que son nom indique. Un logiciel de collecte de données de production recueille en temps réel les données provenant des machines et des opérateurs concernant les différentes informations de production générées.

Ces informations permettent aux fabricants d'optimiser leur chaîne de production existante. Elles mettent également en évidence les causes des retards et des pertes de production.

Que sont le code G et le code M ?

Les fichiers G-code et M-code sont indispensables au fonctionnement d'une machine CNC. Chacun a son importance, que nous allons examiner une à une :

G-Code

Le « G » de G-code fait référence à la géométrie, ce qui en fait un code géométrique. Le G-code est une commande alphanumérique qui indique à la machine CNC comment se déplacer.

Dans le code G, les références X , Y et Z correspondent aux axes de déplacement, et le nombre indique la valeur sur cet axe. N désigne le numéro de ligne.

Certains codes spécifiques font référence à des capacités opérationnelles particulières de la machine, comme le réglage de la vitesse de la broche ou la mise en marche et l'arrêt de celle-ci.

Code M

Les codes M sont des codes machine divers qui exécutent les opérations autres que l'usinage de la machine CNC. Il s'agit notamment du démarrage et de l'arrêt de différents programmes, du contrôle du débit de liquide de refroidissement ou du réglage du comportement des outils d'usinage.

Une machine CNC ne désigne pas une machine unique, mais un ensemble de différents types de machines CNC réalisant divers procédés d'usinage. Voici quelques-unes des opérations d'usinage CNC les plus courantes :

Fraisage CNC

Le fraisage CNC est l'un des procédés d'usinage CNC les plus répandus. De fait, de nombreux ateliers d'usinage professionnels utilisent indifféremment les termes « usinage CNC » et « fraisage CNC ». Le surfaçage et le fraisage périphérique figurent parmi les applications les plus courantes des fraiseuses CNC.

Dans une fraiseuse CNC, les outils de coupe rotatifs se déplacent par rapport à la pièce à usiner pour enlever de la matière.

L'outil de coupe (également appelé fraise) est fixé sur une broche rotative. La rotation et le mouvement de cette broche permettent aux fraiseuses CNC d'effectuer des opérations de fraisage sur trois axes ou plus.

Tournage CNC

Le tournage CNC est un procédé d'usinage CNC fondamental, principalement utilisé pour la fabrication de pièces cylindriques ou rondes. Sur un tour CNC (souvent appelé tour ou centre de tournage), la pièce est maintenue fermement et mise en rotation à grande vitesse, tandis qu'un outil de coupe stationnaire se déplace le long de sa surface. Ce mouvement précis de l'outil de coupe enlève de la matière, façonnant progressivement la pièce selon le diamètre et le profil souhaités.

Le tournage est très efficace pour produire des pièces symétriques comme des arbres , des bagues et des boulons, et permet d'obtenir des tolérances très serrées et des finitions de surface lisses.

Perçage CNC

Le perçage CNC est beaucoup plus simple que le fraisage ou le tournage. En perçage CNC, la pièce est maintenue immobile tandis qu'un foret se déplace sur elle et crée des trous.

Le perçage de trous peut avoir pour but d'ajouter des vis et des boulons, de répondre à des exigences esthétiques ou pour tout autre usage.

Rectification CNC

Les rectifieuses CNC utilisent une meule abrasive plate rotative pour enlever de la matière des surfaces rugueuses des pièces à usiner. Ce procédé d'usinage est généralement employé pour obtenir une finition lisse. La meule tourne à très grande vitesse.

Routage CNC

Les routeurs CNC sont très similaires aux fraiseuses CNC. La principale différence réside dans le fait que, sur un routeur CNC, la pièce à usiner est toujours immobile, tandis que l'outil de coupe se déplace selon les axes X, Y et Z. Les routeurs CNC permettent des usinages plus rapides que les fraiseuses, sans compromettre la précision ni la complexité du dessin.

Autres types de machines CNC et opérations CNC

Outre les différents types mentionnés ci-dessus, il existe d'autres procédés CNC. Certaines machines de fabrication indépendantes sont intégrées à une commande numérique pour un mouvement automatique. Voici quelques exemples de ces machines CNC additionnelles :

brocher

Le brochage utilise une tête de coupe dentée pour créer des formes complexes sur une pièce. Les coupes par brochage sont très régulières et d'une grande précision. Ces machines peuvent être linéaires ou rotatives (avec un outil de coupe denté rotatif).

Sciage

Le sciage utilise une lame dentée pour réaliser des coupes droites et linéaires. Ces coupes sont obtenues par enlèvement de matière grâce au frottement de la lame. Lorsqu'il est piloté par une machine à commande numérique (CNC), ce procédé est généralement utilisé pour la découpe automatisée de matériaux.

Honing

Le rodage est similaire au meulage, car il est généralement utilisé pour la finition secondaire d'un matériau. Lors du rodage, une pierre ou une meule abrasive est utilisée pour un meulage contrôlé de la pièce, afin d'obtenir la forme, la taille ou la finition souhaitées.

Rodage

Le rodage est similaire au meulage. Cependant, au lieu d'une meule, il utilise une pâte, une poudre ou un mélange abrasif pour obtenir une surface lisse. Ce mélange abrasif est inséré entre deux matériaux (dont la pièce à usiner) et frotté l'un contre l'autre.

tours CNC

Les tours à commande numérique (CNC) sont des machines-outils de pointe utilisées pour l'usinage du métal ou du bois. Sur un tour, la pièce à usiner tourne autour d'un axe central, tandis que la tête d'usinage se déplace linéairement le long de sa surface. Les tours CNC peuvent réaliser diverses opérations, telles que le découpage, le perçage, le ponçage, le moletage, le dressage, etc. Leurs performances sont nettement supérieures à celles des tours manuels.

Coupeurs plasma

La découpe au plasma est une technologie de découpe avancée qui utilise un jet de plasma à haute température pour découper les matériaux. Le plasma étant créé par un arc électrique, cette méthode ne s'applique qu'aux matériaux conducteurs.

Découpeurs laser

Les découpeuses laser utilisent un faisceau laser pour découper un matériau. Contrairement à la découpe plasma, la découpe laser ne se limite pas aux matériaux conducteurs. En ajustant les paramètres du laser, on peut découper n'importe quel matériau.

Coupe-flammes

Le découpage à la flamme utilise un mélange gazeux oxyacétylénique (également appelé oxycombustion) pour découper les métaux. Lorsque le jet d'oxycombustion est concentré et enflammé, il crée une flamme à très haute température capable de découper facilement le métal.

Presses Plieuses

La presse plieuse sert à plier les plaques et tôles métalliques. Le matériau est placé entre une matrice en V ou en U. La matrice est ensuite pressée, ce qui produit le pli souhaité.

Machines à décharge électrique (EDM)

Les machines d'électroérosion (EDM) servent à découper les matériaux conducteurs. En EDM , des impulsions électriques sont émises par une tête de coupe placée près du matériau, créant ainsi un arc électrique. Cet arc fait fondre et enlève la matière à l'endroit souhaité, réalisant ainsi la découpe.

Coupeurs de jet d'eau

Les découpeuses à jet d'eau utilisent de l'eau à très haute pression pour réaliser la découpe. Elles peuvent découper tous types de matériaux : métaux, alliages, bois, pierre ou verre. Le jet d'eau est contrôlé par une commande numérique (CNC) et son déplacement est piloté par un logiciel.

Choisir la machine CNC adaptée au projet

Lors de la fabrication de pièces usinées CNC, il est important de déterminer quel type de machine est le plus adapté aux pièces en question.

Chaque machine a ses avantages et ses inconvénients, mais il est difficile de trouver tous les types de machines CNC au même endroit — sauf peut-être lors d'un salon professionnel de la machine-outil, ou dans un atelier CNC prêt à investir beaucoup d'argent.

Si la machine la plus adaptée n'est pas disponible, il vous faudra trouver un moyen de fabriquer les pièces avec les machines disponibles. Voici quelques explications sur les différences entre les fraiseuses et les tours verticaux et horizontaux.

Déterminer la meilleure façon de charger les pièces à usiner

Une fois la machine CNC choisie pour la fabrication de vos pièces, l'étape suivante, avant même la programmation, consiste à optimiser le chargement des pièces afin d'obtenir un usinage de qualité optimale. Je suis convaincu que cette étape est plus importante que la définition des trajectoires d'outil, mais d'après mon expérience, la plupart des machinistes rencontrent des difficultés à ce stade, ce qui freine leur progression.

En tant qu'entreprise spécialisée dans l'usinage de prototypes, nous cherchons à recruter des personnes ouvertes d'esprit et capables de trouver des solutions dans ce domaine, car nous travaillons quotidiennement avec différentes pièces CNC. (Bien sûr, certains démissionnent au bout de deux semaines !) Découvrez les différentes méthodes de bridage CNC.

Savoir quel type d'outil de coupe utiliser

Après avoir choisi les machines et déterminé la meilleure méthode de fabrication des pièces, le choix des outils de coupe appropriés permettra d'obtenir des tolérances plus serrées et un meilleur état de surface. En bref, des outils de coupe adaptés garantissent des composants de meilleure qualité.

Voici un exemple : le fraisage de nervures avec dépouille peut prendre des heures avec des outils de coupe sphériques classiques, mais ne nécessiterait que quelques minutes avec une fraise conique.

Imaginez le temps que vous pourriez gagner en fraisant 10 pièces ou plus. Découvrez les différences entre les types d'outils de coupe et d'usinage CNC.

Les technologies d'usinage CNC ont révolutionné l'industrie manufacturière en minimisant le travail manuel et en permettant des niveaux de constance et de précision inégalés. Elles sont souvent considérées comme une véritable aubaine moderne en raison de leurs nombreux avantages.

En tant que concepteur de produits, il est primordial de savoir s'il faut privilégier l'usinage CNC ou concevoir les pièces pour un autre procédé de fabrication.

Voici un bref aperçu de quelques-uns des principaux avantages :

Vitesse de production

La rapidité de production est l'une des principales raisons de la diffusion massive et fulgurante de l'usinage CNC. Grâce à cette technologie, la production peut être accélérée de façon exponentielle puisqu'elle s'affranchit des contraintes liées au travail humain.

Cohérence

L'usinage par commande numérique (CNC) garantit l'uniformité des pièces produites, tant sur le plan de l'aspect que du fonctionnement. L'absence de risque d'erreur humaine permet la fabrication de pièces de précision parfaitement adaptées à leur usage.

Réduction des rejets

Dans les procédés de fabrication traditionnels, qui font appel à la main-d'œuvre, les erreurs humaines étaient fréquentes, entraînant des rejets lors du contrôle qualité. Cela engendrait un gaspillage considérable de temps et de ressources. L'usinage CNC, en revanche, automatise l'ensemble du processus, ce qui réduit considérablement le nombre de rejets.

ÉCONOMIES DE COÛTS

Les coûts de main-d'œuvre comprennent le salaire versé aux employés, les temps d'arrêt pendant les pauses et les avantages sociaux.

La précision, la rapidité, l'efficacité et l'automatisation de l'usinage CNC permettent de réduire les coûts de fabrication en minimisant les temps de production et le temps de travail. Ces économies peuvent être répercutées sur les clients, créant ainsi un avantage concurrentiel et offrant des opportunités de réinvestissement.

Cependant, d'autres facteurs influent sur les coûts d'usinage CNC , tels que la quantité, le choix des matériaux et la géométrie.

Polyvalence des matériaux

L'usinage CNC peut être réalisé sur pratiquement n'importe quel matériau présentant une dureté suffisante.

Suivi des données de fabrication

Une machine à commande numérique (CNC) fournit des données de fabrication permettant aux fabricants de suivre l'intégralité du processus pour chaque pièce. Ils peuvent ainsi connaître précisément les machines par lesquelles chaque pièce est passée lors de sa fabrication. En cas de défaut, la cause exacte peut être identifiée immédiatement.

Exactitude

L'usinage CNC permet d'atteindre une précision micrométrique. Les fabricants peuvent même repousser les limites avec des outils adaptés. Un tel niveau de précision est impossible à obtenir par des opérations manuelles.

Pour une analyse approfondie de tous les avantages de l'usinage CNC, consultez notre article détaillé .

L'usinage CNC trouve des applications dans tous les secteurs industriels, de la fabrication des outils au produit final.

Voici un aperçu de quelques cas d'utilisation du processus d'usinage CNC :

• Véhicules: L'usinage CNC est utilisé pour fabriquer les châssis, les moteurs et autres petits composants de tous types de véhicules de transport, y compris les voitures, les trains et les avions.
• Métallurgie : L'industrie de la fabrication métallique dépend des outils CNC pour tous types de projets.
• Electronique: L'industrie électronique utilise également l'usinage CNC pour la fabrication des châssis d'appareils électroménagers.
• Recherche et développement: L'usinage CNC étant capable de créer n'importe quel objet à partir d'un modèle numérique 2D ou 3D, c'est la méthode de prédilection pour la fabrication de prototypes.
• La défense: Les machines CNC haut de gamme sont utilisées pour des opérations de défense intensives, comme la fabrication d'armes, d'aéronefs, etc.
• Archi L'usinage CNC est également utilisé pour la création d'objets d'art et de décoration. Par exemple, les incrustations de pierre complexes que l'on voit dans les cuisines sont réalisées à l'aide d'outils de découpe au jet d'eau à commande numérique.
• Robotique/automatisationL'usinage CNC permet un prototypage rapide avec la possibilité d'effectuer des modifications rapides et fréquentes, ainsi que la fabrication de pièces robotiques sophistiquées, essentielles au succès dans le domaine de la robotique, un secteur en pleine croissance et innovant.
• MédicalL'usinage CNC est un atout majeur pour le secteur des dispositifs médicaux, un secteur en constante évolution, car il permet un prototypage rapide pour les tests et la validation des produits. Il permet également de produire des composants finaux de haute qualité, utilisés dans de nombreux domaines, des orthèses aux appareils d'IRM.

La seule alternative pratique à l'usinage CNC est l'usinage manuel. Bien sûr, l'usinage CNC est nettement supérieur à toute méthode manuelle.

Voici quelques points à prendre en compte concernant l'usinage CNC par rapport à l'usinage manuel :

• Les industries actuelles suivent un processus de fabrication adapté à la demande à grande échelle. L'usinage CNC permet de satisfaire efficacement cette demande. En revanche, les méthodes de production manuelles ne permettent pas de produire des pièces au rythme requis.
• En utilisant des machines CNC, le travail physique peut être consacré à des tâches plus cruciales et intellectuelles.
• Les machines à commande numérique (CNC) éliminent le facteur d'erreur humaine présent dans l'usinage manuel. Il en résulte une meilleure utilisation des ressources grâce à la réduction du nombre de pièces défectueuses.
• De nombreuses tâches, comme le travail de matériaux extrêmement durs, sont impossibles à réaliser manuellement en raison des limitations physiques humaines. L'usinage CNC, quant à lui, permet d'effectuer ces tâches aisément.
• L'usinage CNC élimine les temps d'arrêt liés aux pauses déjeuner ou aux changements d'équipe. De plus, la production peut se poursuivre 24 h/24 et 7 j/7, ce qui accroît considérablement la productivité.

Chaque type de machine CNC possède son propre mode d'emploi. En général, les machines CNC sont faciles à utiliser et ne nécessitent pas de formation technique particulière.

En réalité, vous pouvez créer des pièces de base après quelques heures de tutoriels vidéo, qui abondent en ligne.

Pour devenir un expert en usinage CNC, il est essentiel de maîtriser la conception assistée par ordinateur (CAO). Une fois capable de réaliser des dessins techniques et de programmer efficacement, vous pourrez optimiser le processus de fabrication existant sur une machine CNC.

La CNC est-elle une bonne carrière ?

Oui, le métier d'opérateur CNC est gratifiant, tant sur le plan financier que sur celui de la satisfaction professionnelle. Les opérateurs CNC mettent à profit leurs compétences en résolution de problèmes concrets pour concevoir des équipements performants et innovants.

La CNC est-elle très demandée ?

Étant donné que les machines CNC ont pris le contrôle du processus de fabrication dans la plupart des secteurs, les opérateurs de machines CNC sont aujourd'hui très recherchés.

D'après un rapport de Fortune , le marché de l'usinage CNC devrait atteindre une valeur de plus de 128 milliards de dollars d'ici 2028. Cette croissance sera principalement due à la demande accrue de semi-conducteurs, à l'utilisation de la CNC dans la fabrication d'équipements médicaux et à l'essor des véhicules électriques.

Les défis de l'industrie CNC

L'industrie du CNC a établi une domination qui ne devrait pas s'estomper dans les prochaines décennies, du moins pas avant une nouvelle révolution technologique. Cependant, certains défis pourraient poser problème à ce secteur.

D'une part, l'usinage CNC se prête peu à la personnalisation. Il est possible de créer des pièces sur mesure, mais cela implique de recommencer tout le processus. Apporter de légères modifications aux produits finaux nécessite de modifier les fichiers CAO dès la première étape.

Un autre défi se pose lorsqu'il s'agit de fabriquer des pièces complexes. Il existe aujourd'hui des machines dotées des axes supplémentaires nécessaires à leur fabrication. Cependant, de nombreux fabricants utilisent encore des machines CNC dont la liberté de mouvement est limitée.

La transition progressive des anciennes machines vers les nouvelles machines CNC haut de gamme dotées de meilleures fonctionnalités pourrait s'avérer complexe.

Les principales tendances présentes dans l'industrie du CNC sont :

• Développement de davantage d'axes pour créer les géométries les plus complexes possibles
• Utilisation accrue de la robotique pour automatiser l'ensemble du processus
• Développement du langage de programmation CAO/FAO pour l'utilisation des nouvelles fonctionnalités
• Amélioration de la maniabilité à l'échelle nanométrique pour les applications semi-conductrices

La technologie d'usinage CNC est le pilier de la production moderne. Le processus d'usinage CNC commence avec les matières premières les plus basiques, les transformant en tout ce que l'on souhaite.

Cette technologie est si performante qu'elle transforme des tôles métalliques en fuselages d'avions, en carrosseries d'automobiles et des barres métalliques en essieux sur lesquels roulent ces automobiles.

Les machines-outils à commande numérique (CNC) sont la solution idéale, que vous ayez besoin de prototypes, de production d'échantillons à petite échelle ou de productions en série à grande échelle.

Le plus intéressant, c'est que vous n'avez même pas besoin de posséder d'équipement d'usinage CNC pour bénéficier des avantages de ce procédé.

3ERP est une entreprise spécialisée dans l'usinage et le prototypage CNC de précision. Nos capacités incluent le fraisage, le tournage, l'électroérosion à fil, l'usinage de l'aluminium et bien plus encore. Grâce à l'expertise de nos spécialistes et à nos machines CNC 3, 4 et 5 axes, nous atteignons des niveaux exceptionnels de précision, de qualité et de complexité, même pour les applications les plus complexes et critiques. Forts de nombreuses années d'expérience, nous possédons le savoir-faire nécessaire pour fournir des services d'usinage de précision complets, conformes aux exigences de nombreux secteurs industriels.

Pour en savoir plus sur la façon dont nos services de prototypage rapide et d'usinage CNC peuvent être bénéfiques à votre prochain projet, veuillez nous contacter ou demander un devis dès aujourd'hui.