Si vous vous intéressez à la fabrication mécanique et à l’usinage, vous avez peut-être déjà entendu parler de l’usinage CNC sans trop savoir à quoi ce terme fait référence.
Pourtant, cette technique d’usinage est devenue pratiquement incontournable pour les ateliers d’usinage. C’est une des raisons qui ont poussé notre équipe de machinistes à rédiger ce texte dans lequel vous trouverez une foule d’informations pertinentes concernant l’usinage CNC.
Dans les paragraphes suivants, vous pourrez découvrir tout ce qu’il faut savoir sur cette thématique :
- Définition de l’usinage CNC ;
- Les machines-outils CNC ;
- Les logiciels d’usinage CNC ;
- Les matériaux compatibles avec l’usinage CNC ;
- Les avantages de l’usinage CNC.
Définition de l’usinage CNC
L’usinage CNC (pour Computer Numerical Control) est un processus de fabrication mécanique automatisé utilisé pour créer des pièces précises et complexes à partir de matériaux bruts. Il implique l’utilisation de machines-outils contrôlées par ordinateur pour exécuter des instructions programmées afin de découper, façonner et usiner des pièces de toutes sortes selon des spécifications précises.
Dans un système d’usinage CNC, les instructions sont généralement générées à l’aide de logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) et de fabrication assistée par ordinateur (FAO). Ces instructions, également appelées programmes CNC, définissent les mouvements et les actions que la machine-outil doit effectuer pour transformer le matériau brut en une pièce finie aux dimensions exactes.
L’usinage CNC est donc une alternative à l’usinage traditionnel manuel pour lequel des opérateurs sont nécessaires pour lancer et guider les commandes des outils d’usinage par le biais de leviers, de boutons et de roues.
Il est largement utilisé dans de nombreux secteurs, notamment l’automobile, l’aérospatiale, l’électronique, la fabrication d’outils, l’industrie médicale et la production de pièces sur mesure.
Les machines-outils CNC
Voici quelques-uns des principaux types de machines-outils CNC employés dans les ateliers d’usinage:
Centre d’usinage CNC (aussi appelée fraiseuse CNC)
Un centre d’usinage CNC utilise des fraises rotatives pour enlever progressivement des copeaux de matériau afin de donner forme à une pièce selon les spécifications requises. La fraise est fixée à une broche qui tourne à haute vitesse et est déplacée dans différentes directions (généralement les axes X, Y et Z) pour travailler le matériau avec précision.
Cette machine peut effectuer plusieurs opérations d’usinage soustractif telles que le fraisage, le perçage, le taraudage et le filetage.
Tour CNC
Le tour CNC est utilisé pour l’usinage de pièces cylindriques, notamment pour le tournage et le perçage. Cette machine peut être utilisée pour fabriquer des pièces symétriques telles que des arbres, des axes et des roues.
Machine de découpe laser CNC
Cette machine utilise un faisceau laser pour découper et graver différents matériaux tels que l’acier, l’acier inoxydable (stainless steel) et l’aluminium. La découpe laser est une technique idéale pour donner la forme désirée à des feuilles de métal de grand format.
Machine de découpe plasma CNC
Cette machine utilise un jet de jet de gaz ionisé à des températures avoisinant les 20 000°C pour découper les métaux conducteurs en feuilles tels que l’acier, l’aluminium et l’acier inoxydable. La découpe plasma est fréquemment utilisée pour tailler des tôles épaisses.
Machine de pliage CNC
Cette machine effectue le pliage de métal en feuilles et de tôles métalliques en utilisant une matrice et une presse. Le pliage de métal CNC est couramment employé dans l’industrie de la tôlerie pour la fabrication de pièces en forme de boîtes et de châssis.
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Les logiciels utilisés pour l’usinage CNC
Comme évoqué plus haut, les machines-outils CNC sont la plupart du temps utilisées en combinaison avec des logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) et de fabrication assistée par ordinateur (FAO).
Les logiciels CAO
Les logiciels CAO sont largement utilisés en ingénierie mécanique pour faciliter le processus de conception. Ils offrent une gamme de fonctionnalités pour aider les concepteurs et les ingénieurs à réaliser leurs tâches de manière efficace :
- Modélisation 2D/3D ;
- Édition et modification ;
- Assemblage ;
- Analyse et simulation ;
- Documentation et mise en plan ;
- Importation et exportation de données.
Les logiciels FAO
Un logiciel FAO est un logiciel utilisé pour créer des programmes d’usinage qui guident les machines-outils à commande numérique par ordinateur (CNC) dans le processus de fabrication des pièces. Le logiciel FAO est souvent utilisé en conjonction avec un logiciel de CAO pour faciliter la transition du modèle de conception à la production réelle.
Les logiciels FAO offrent une gamme de fonctionnalités pour optimiser et automatiser les processus de fabrication :
- Programmation des parcours d’outils ;
- Sélection des outils ;
- Simulation d’usinage ;
- Optimisation des processus d’usinage ;
- Génération de codes G.
Les matériaux compatibles avec l’usinage CNC
L’usinage CNC permet de créer des pièces à partir d’une grande variété de matériaux. Celui à prioriser doit être sélectionné en se basant sur ses propriétés ainsi que les caractéristiques et l’usage qui sera fait de la pièce à fabriquer.
Métaux
Plusieurs métaux sont utilisés dans l’usinage CNC, notamment parce qu’ils offrent un excellent équilibre entre solidité, dureté et résistance thermique. En voici quelques-uns :
- Aluminium ;
- Acier ;
- Acier inoxydable ;
- Alliages d’acier ;
- Laiton.
Plastiques
De plus en plus d’ateliers d’usinage proposent maintenant l’usinage de pièces en plastiques de différents types :
- ABS (acrylonitrile butadiène styrène) ;
- Nylon ;
- POM (Polyoxyméthylène) ;
- PTFE (Téflon) ;
- PEHD (polyéthylène haute densité).
Les plastiques sont souvent choisis pour leur résistance chimique et leurs propriétés d’isolation électrique.
Matériaux composites
Comme leur nom l’indique, les matériaux composites sont composés de différentes substances qui s’associent pour créer une matière première aux caractéristiques précises. En voici quelques-uns qui se prêtent bien à l’usinage CNC :
- Plastique renforcé de fibres ;
- Fibre de verre (mélangé avec des résines);
- Fibre de carbone (mélangé avec des résines);
- Fibres de graphite (mélangé avec des résines).
Avantages de l’usinage CNC
L’usinage CNC présente plusieurs avantages par rapport aux méthodes d’usinage conventionnelles :
Niveau de précision élevé
Les machines-outils CNC sont capables d’usiner des pièces avec une très grande précision. Les mouvements contrôlés par ordinateur permettent d’obtenir des tolérances serrées, ce qui garantit la qualité constante des pièces produites.
Volume de production supérieur
Les machines CNC peuvent fonctionner en continu, 24 heures sur 24, avec une supervision minimale. Elles permettent aussi d’automatiser les processus d’usinage, réduisant ainsi le temps nécessaire pour produire des pièces. Bref, les machines CNC augmentent la productivité globale at l’automatisation des usines et ateliers d’usinage qui les utilisent.
Usages multiples
Les machines CNC peuvent réaliser une grande variété d’opérations d’usinage. Elles permettent donc la fabrication de pièces complexes en utilisant une seule machine.
Fonctions de programmation avancées
Les machines CNC permettent de créer rapidement des programmes d’usinage complexes. De plus, les modifications de conception peuvent être facilement intégrées dans les programmes sans nécessiter de changements physiques sur la machine.
Réduction des erreurs humaines
Les instructions de programmation précises et les mouvements automatisés garantissent une grande précision et réduisent les risques d’erreurs liées à la fatigue ou à l’inattention humaine.
Répétabilité des manœuvres
Les machines-outils CNC peuvent reproduire précisément les mêmes opérations d’usinage pour produire des pièces identiques. Cela est particulièrement important dans la production en série, où une uniformité élevée est requise.
Maximisation des matières premières
L’usinage CNC permet d’optimiser l’utilisation des matériaux en minimisant les pertes et les déchets. Les mouvements précis et les stratégies de coupe optimisées permettent d’obtenir des rendements matériels élevés.
Compatibilité avec la numérisation 3D
La combinaison de la numérisation 3D et de l’usinage CNC permet de produire rapidement des pièces personnalisées ou des petites séries de produits.
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En conclusion, l’usinage CNC est pratiquement à l’origine d’une révolution dans le monde de l’usinage. Ses avantages sont très nombreux et elle permet de créer une infinité de composantes mécaniques aux formes complexes et aux dimensions précises au micromètre près.
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