Une machine CNC est une machine-outil commandée par un programme informatique. Au lieu de nécessiter l'intervention d'un opérateur pour déplacer manuellement l'outil de coupe, la machine suit des instructions programmées pour réaliser des opérations de fraisage, de perçage, de tournage et autres opérations d'usinage.
CNC signifie Commande Numérique par Ordinateur.
Aujourd'hui, les machines CNC sont des équipements essentiels dans la fabrication automobile, l'aérospatiale, l'électronique, les dispositifs médicaux, les équipements industriels, la production de moules de fonderie sous pression et bien d'autres secteurs.
Mais avant l'existence de la technologie CNC, presque tous les mouvements d'usinage devaient être contrôlés manuellement.
Dans cet article, nous expliquons ce qu'est une machine CNC, comment la technologie CNC s'est développée, en quoi elle diffère de l'usinage manuel traditionnel et pourquoi l'usinage CNC est important dans la fonderie sous pression et la fabrication de moules.
- Qu'est-ce qu'une machine CNC ?
- Comment fonctionnait l'usinage avant la commande numérique par ordinateur (CNC)
- Pourquoi les machines-outils manuelles étaient limitées
- Naissance et développement de la technologie CNC
- Usinage manuel vs usinage CNC
- Quelle est la différence entre NC et CNC ?
- Comment fonctionne une machine CNC ?
- Usinage CNC dans la fonderie sous pression et la fabrication de moules
- Usinage CNC au niveau du moule de fonderie
- Conclusion
- Services de moulage sous pression d'aluminium
Qu'est-ce qu'une machine CNC ?
Une machine CNC est une machine-outil qui utilise des instructions informatiques pour contrôler le mouvement de l'outil de coupe, de la table de travail et des autres composants de la machine.
Le programme indique à la machine :
- Où l'outil de coupe doit se déplacer
- À quelle vitesse l'outil doit-il se déplacer ?
- Vitesse de rotation de la broche
- Profondeur de coupe de l'outil
- Quand l'outil doit démarrer ou s'arrêter
- Lorsqu'un changement d'outil est nécessaire
Selon sa configuration, une machine CNC peut effectuer des opérations telles que :
- Fraisage
- Tournant
- Forage Horizontaux
- Tapotement
- Forage
- Alésage
- Usinage de contour
- Usinage de surface tridimensionnel
Comme la machine suit une trajectoire d'outil programmée, elle peut fabriquer de manière répétée des pièces aux dimensions constantes et aux géométries complexes.
Comment fonctionnait l'usinage avant la commande numérique par ordinateur (CNC)
Avant la généralisation des machines CNC, les entreprises manufacturières s'appuyaient principalement sur des machines-outils conventionnelles, notamment :
- Tours manuels
- Fraiseuses manuelles
- perceuses manuelles
- machines à meuler manuelles
Ces machines possédaient déjà bon nombre des mêmes composants mécaniques de base que l'on retrouve dans les équipements CNC modernes, tels que la broche, la table de travail, l'outil de coupe et les axes de la machine.
La principale différence résidait dans la méthode de contrôle.
Sur une machine manuelle traditionnelle, l'opérateur contrôlait le mouvement en tournant des volants et en lisant des cadrans gradués. Il devait contrôler manuellement les axes X, Y et Z tout en évaluant la profondeur de coupe, la vitesse d'avance et la précision dimensionnelle.
Un machiniste très expérimenté pouvait produire des pièces d'une grande précision grâce à cette méthode. Cependant, la qualité finale dépendait fortement de l'habileté, de la concentration et de l'expérience de l'opérateur.
Pourquoi les machines-outils manuelles étaient limitées
L'usinage manuel a joué un rôle important dans le développement industriel, mais il présentait plusieurs limites.
Efficacité de production réduite
Chaque mouvement de coupe devait être effectué ou surveillé par l'opérateur.
Lors de l'usinage d'une pièce complexe, l'opérateur devait rester extrêmement concentré tout au long du processus. Cela augmentait les besoins en main-d'œuvre et limitait la vitesse de production.
Qualité des pièces inconstante
Même lorsque le même opérateur fabrique la même pièce, de petites différences dimensionnelles peuvent apparaître entre la première pièce et la dernière.
Les différences pourraient devenir plus visibles si un autre opérateur prenait le relais.
Difficulté d'usinage des formes complexes
Une surface courbe complexe peut nécessiter le déplacement simultané et précis de deux axes de machine, voire plus.
Ce type de mouvement coordonné est extrêmement difficile à réaliser manuellement. La commande numérique par ordinateur (CNC) permet de calculer et de contrôler ces mouvements automatiquement.
Forte dépendance à l'égard d'opérateurs qualifiés
L'usinage manuel repose en grande partie sur l'expérience de l'usinier.
Les opérateurs qualifiés restent précieux dans la fabrication moderne, mais la technologie CNC permet de convertir leurs connaissances en usinage en programmes répétables et en processus standardisés.
Naissance et développement de la technologie CNC
Le développement de la technologie de commande numérique a été motivé par la demande de composants plus précis et plus complexes, notamment dans l'industrie aérospatiale.
Les structures d'aéronefs, les composants de turbines et autres pièces de haute performance ne pouvaient pas être produits efficacement en grandes quantités en utilisant uniquement des méthodes d'usinage manuelles.
1952 : La première fraiseuse à commande numérique
En 1952, le Massachusetts Institute of Technology et la Parsons Corporation ont mis au point l'une des premières fraiseuses à commande numérique pratiques.
Le système utilisait des bandes de papier perforées pour stocker les données de coordonnées.
La machine lisait les motifs de perforation sur la bande et convertissait ces informations en signaux électriques. Ces signaux commandaient les moteurs et déplaçaient automatiquement les axes de la machine.
C’est l’origine du terme « commande numérique » : des nombres et des coordonnées étaient utilisés pour contrôler le mouvement de la machine.
Années 1950-1960 : Les débuts du contrôle électronique
Les premiers systèmes de commande numérique utilisaient des tubes à vide et des composants électroniques complexes.
Ces systèmes étaient volumineux, coûteux et principalement utilisés dans la fabrication militaire et aérospatiale.
Années 1970 : L’informatique entre en scène dans le domaine du contrôle numérique
Avec l'arrivée sur le marché d'ordinateurs plus petits, ceux-ci ont progressivement remplacé de nombreuses manettes câblées d'origine.
Les programmes pourraient être stockés et modifiés plus facilement, réduisant ainsi la nécessité de créer une nouvelle bande perforée à chaque modification d'un programme d'usinage.
Cette évolution a donné naissance au concept moderne de commande numérique par ordinateur , ou CNC.
Années 1980-1990 : La commande numérique par ordinateur (CNC) se généralise
Les progrès réalisés dans le domaine des microprocesseurs ont considérablement réduit le coût et la taille des systèmes de commande CNC.
Les fabricants spécialisés de commandes numériques ont développé des systèmes plus fiables et plus conviviaux, permettant aux machines à commande numérique d'intégrer les usines de fabrication générale à une échelle beaucoup plus importante.
Des années 2000 à nos jours : CNC et fabrication intelligente
Les machines CNC modernes offrent des fonctionnalités telles que :
- Usinage à grande vitesse
- Contrôle multi-axes
- Changement d'outil automatique
- Surveillance de l'usure des outils
- Mesure en cours de processus
- transmission du programme réseau
- collecte de données de production
- Intégration avec les logiciels de CAO et de FAO
- Automatisation et chargement robotisé
Les machines CNC ne sont plus seulement des machines de découpe automatisées. Ce sont des unités de production importantes au sein des systèmes de fabrication numériques et intelligents modernes.
Usinage manuel vs usinage CNC
| Comparaison | Usinage manuel | Usinage CNC |
|---|---|---|
| Mouvement des machines | Contrôlé par l'opérateur | Contrôlé par un programme informatique |
| Efficacité de production | Diminuer pour la production répétitive | Adapté à la production en moyenne et grande série |
| Répétabilité | Cela dépend fortement des compétences de l'opérateur | Répétabilité élevée après validation du processus |
| Surfaces complexes | Difficile à fabriquer | L'usinage multi-axes est possible |
| Coût d'installation | Souvent moins cher pour des travaux ponctuels simples | La programmation et la préparation des équipements sont nécessaires |
| Cohérence de la production | Plus dépendant de l'opérateur | Plus stable et standardisé |
| Stockage des programmes | N'est pas applicable | Les programmes peuvent être stockés et réutilisés. |
| Meilleure candidature | Réparation, pièces simples et travaux en petite série | Production de précision, complexe et répétitive |
L'usinage manuel n'a pas disparu.
Elle reste utile pour les réparations, le réglage des machines, la modification de prototypes et la fabrication de certains composants simples. Cependant, l'usinage CNC offre des avantages indéniables lorsque le projet exige répétabilité, géométrie complexe et production en série stable.
Quelle est la différence entre NC et CNC ?
NC et CNC sont liées, mais elles ne sont pas exactement identiques.
| Produit | NC | CNC |
|---|---|---|
| Nom complet | Commande numérique | Commande numérique par ordinateur |
| Système de contrôle | Commande électronique principalement câblée | Contrôle informatisé |
| Stockage des programmes | Généralement des supports externes tels que des bandes perforées | Stocké dans le contrôleur ou transféré numériquement |
| Édition de programmes | Difficile et chronophage | Les programmes peuvent être modifiés et optimisés |
| Souplesse | Édition | Haute |
| Capacité réseau | Généralement indisponible | Les programmes et les données peuvent être transférés via les réseaux |
| Utilisation actuelle | Systèmes principalement historiques ou spécialisés | Technologie standard dans les machines-outils modernes |
La commande numérique (CN) était la forme primitive de la commande numérique.
La commande numérique par ordinateur (CNC) est une évolution de la commande numérique par ordinateur (NC), grâce à l'introduction d'une commande informatisée. Cela a permis de stocker, modifier, copier et transférer plus facilement les programmes d'usinage.
Aujourd'hui, la plupart des équipements désignés comme « machines à commande numérique » sont en réalité des machines CNC.
Il est également important de comprendre qu'un centre d'usinage est un type de machine CNC , généralement équipé d'un changeur d'outils automatique et capable d'effectuer plusieurs opérations d'usinage en une seule configuration.
Comment fonctionne une machine CNC ?
Bien que les machines CNC puissent être très sophistiquées, leur processus de travail de base peut être divisé en plusieurs étapes.
1. Examiner le dessin de la pièce
L'équipe d'ingénierie examine d'abord le dessin 2D ou le modèle 3D.
Les informations importantes comprennent :
- Source
- Dimensions
- Tolérances
- Exigences de surfaces
- Spécifications des trous et des filetages
- emplacements de référence
- Les exigences d'inspection
2. Planifier le processus d'usinage
L'ingénieur détermine :
- Quelles surfaces doivent être usinées ?
- La séquence d'usinage
- Conception des dispositifs de maintien et de fixation
- Sélection de l'outil de coupe
- Paramètres de coupe
- Méthodes d'inspection
3. Créer le programme CNC
Pour les pièces simples, le programme peut être écrit directement sur la commande numérique.
Pour les pièces complexes, on utilise généralement un logiciel de FAO pour créer et simuler la trajectoire de l'outil.
Le programme final contient des commandes pour le mouvement de la machine, la vitesse de la broche, la vitesse d'avance, la sélection des outils et d'autres opérations.
4. Configurer la machine
L'opérateur installe la pièce à usiner, le dispositif de fixation et les outils de coupe.
Il est également nécessaire de définir correctement le système de coordonnées de travail et les décalages d'outils.
Un réglage incorrect peut entraîner des erreurs dimensionnelles, endommager l'outil ou même provoquer une collision.
5. Exécutez le programme d'usinage
La commande numérique lit le programme et déplace les axes de la machine selon les instructions programmées.
La machine effectue automatiquement les opérations de découpe nécessaires.
6. Inspecter la pièce finie
Après usinage, la pièce est inspectée à l'aide d'équipements de mesure appropriés.
Selon le projet, l'inspection peut comprendre :
- Pieds à coulisse Vernier
- Micromètres
- Jauges de hauteur
- Jauges de filetage
- Machines à mesurer tridimensionnelles
- Testeurs de rugosité de surface
- Dispositifs d'inspection personnalisés
Usinage CNC dans la fonderie sous pression et la fabrication de moules
L'usinage CNC est particulièrement important dans l'industrie de la fonderie sous pression.
Une pièce moulée sous pression est formée par injection de métal en fusion dans un moule en acier sous pression. Bien que le procédé de moulage permette d'obtenir des pièces quasi-finies, l'usinage CNC reste nécessaire lors de la fabrication du moule et de la production de la pièce.
Usinage CNC pour moules de fonderie sous pression
Un moule de fonderie sous pression contient de nombreux composants de précision, notamment :
- Cavités de moule
- inserts de noyau
- Toboggans
- Leveurs
- Composants d'éjection
- Systèmes de guidage
- Zones de débordement
- Canaux de refroidissement
- Poches à insérer
- surfaces de séparation
Ces composants doivent être fabriqués avec des dimensions contrôlées et un alignement précis.
Le fraisage CNC, le perçage, la rectification, l'électroérosion et la découpe au fil peuvent tous être utilisés lors du processus de fabrication du moule.
La précision du moule influe directement sur :
- Dimensions de moulage
- Décalage de la ligne de séparation
- Formation éclair
- Aspect de surface
- Performances d'assemblage
- La vie de moule
- Stabilité de la production
Usinage CNC pour pièces moulées sous pression
Le moulage sous pression permet de produire efficacement des pièces métalliques complexes, mais certaines caractéristiques sont généralement réalisées après le moulage.
Les caractéristiques typiques usinées par CNC comprennent :
- Trous de précision
- Trous filetés
- positions de palier
- Surfaces d'étanchéité
- données d'assemblage
- Interfaces de connexion
- Surfaces de montage planes
- Diamètres à haute tolérance
Par exemple, un boîtier en aluminium moulé sous pression peut être moulé avec sa forme extérieure principale, ses nervures et sa structure interne. L'usinage CNC permet ensuite de réaliser la finition de la surface d'étanchéité, de percer les trous de fixation et de réaliser les raccords filetés.
Cette combinaison offre l'efficacité de production du moulage sous pression et la précision dimensionnelle de l'usinage CNC.
Pourquoi la planification des processus est importante
L'usinage CNC devrait être envisagé dès les premières étapes de la conception pour la fabrication (DFM) plutôt qu'une fois le moule terminé.
L'équipe d'ingénierie doit évaluer :
- tolérances d'usinage
- Données de fonderie
- emplacements des luminaires
- Déformation de serrage
- Risque de porosité dans les zones usinées
- Accès aux outils
- Séquence d'usinage
- Les exigences d'inspection
Une planification adéquate permet de réduire le temps d'usinage, les taux de rebut et les coûts de production inutiles.
Usinage CNC au niveau du moule de fonderie
Chez Cast Mold, l'usinage CNC prend en charge à la fois la fabrication de moules de fonderie sous pression et l'usinage secondaire des composants moulés sous pression en alliage d'aluminium et de zinc.
Notre processus de fabrication intégré peut inclure :
- Revue DFM
- Analyse Moldflow
- conception de moules de fonderie sous pression
- Fabrication de moules
- Essai et échantillonnage de moisissures
- moulage sous pression d'aluminium ou de zinc
- Usinage CNC
- Traitement de surface
- Inspection et emballage
En considérant conjointement la fonderie, l'outillage et l'usinage CNC, nous pouvons identifier plus tôt les risques potentiels de fabrication et développer un processus de production plus stable.
Conclusion
Une machine CNC utilise des programmes informatiques pour contrôler les mouvements de la machine et les opérations de découpe.
Comparée à l'usinage manuel traditionnel, la technologie CNC offre une meilleure répétabilité, une efficacité de production plus élevée et la capacité de fabriquer des composants plus complexes.
L'évolution des premiers systèmes de commande numérique vers l'usinage CNC multiaxes moderne a joué un rôle important dans la croissance de la fabrication de précision.
Dans la production de moulage sous pression, l'usinage CNC est utilisé non seulement pour fabriquer des moules précis, mais aussi pour réaliser des finitions critiques sur des pièces moulées en alliage d'aluminium et de zinc.
Pour obtenir les meilleurs résultats, le moulage sous pression, la conception du moule et l'usinage CNC doivent être considérés comme un processus de fabrication complet.
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