Usinage CNC
L'usinage CNC est un procédé de fabrication soustractive avancé qui utilise et manipule des matériaux à l'aide de machines-outils commandées par ordinateur. Des programmes informatiques pilotent le fonctionnement des outils de coupe et des autres composants de la machine.
Ce processus automatique et très précis commence par la conception assistée par ordinateur (CAO) de la pièce, suivie de la création du programme CNC, de la configuration de la machine, du processus d'usinage et enfin des étapes de finition.
En plus d’être un processus précis capable d’atteindre des tolérances serrées, l’usinage CNC est répétable, rentable, moins sujet aux erreurs et très polyvalent pour les conceptions et les matériaux.
Sa polyvalence s'étend à la variété des opérations disponibles : fraisage, tournage, perçage, etc. Ces procédés peuvent être combinés selon la complexité de la pièce.
Avec autant d'options et de capacités d'usinage CNC, il vaut la peine de faire appel à des professionnels de l'usinage CNC dès le début d'un projet d'usinage pour optimiser le temps, la sélection des matériaux, les coûts, etc.
Continuez à lire pour plus de détails sur l’usinage CNC et comment il peut ajouter de la valeur à vos projets.
Qu'est-ce que l'usinage CNC?
L'usinage à commande numérique par ordinateur (CNC) est un procédé de fabrication soustractive avancé, apprécié des fabricants pour sa rentabilité, sa précision et son exactitude. Ils l'utilisent pour fabriquer des articles prêts à être commercialisés. prototypes.
Ce processus implique un mécanisme spécifique qui permet aux programmes G-code de contrôler des opérations précises d’élimination de matière.
Le G-code est un langage de programmation CNC spécifique utilisé dans les machines à commande numérique. Il s'agit d'un « code géométrique » qui indique à la machine sa position, sa vitesse et son temps.
La majorité de l'usinage CNC est réalisée au moyen d'opérations de découpe conventionnelles, mais il existe des opérations telles que la découpe au laser, la découpe au jet d'eau et l'usinage par décharge électrique (EDM), dont le lien est la précision du contrôle par ordinateur.
Les composants fondamentaux des machines CNC sont les périphériques d'entrée, l'unité de commande (MCU), le système d'entraînement, les machines-outils, le système de rétroaction et l'unité d'affichage. Pour les machines conventionnelles comme les tours CNC, les autres composants incluent la contre-pointe, la poupée fixe, le mandrin et le système d'arrosage.
L'usinage CNC est extrêmement populaire pour sa capacité à produire des pièces précises de manière répétée, à gérer une variété d'opérations dans différents matériauxet fonctionner de manière rentable à grande échelle.
Histoire de l'usinage CNC
Les premières machines à commande numérique (CN) remontent aux années 1940, avant que les progrès technologiques n'introduisent les capacités modernes d'usinage CNC. Une grande partie des premiers efforts en matière d'usinage CNC est largement attribuée à John Parsons et à son innovation en matière de cartes perforées.
Cartes perforées
L'usinage CNC a d'abord été utilisé pour l'automatisation des fraiseuses, dans le but de réduire le temps de conception et d'introduction des instructions dans une fraiseuse. Le besoin d'un machiniste expert représentait initialement un défi majeur.
Cela a incité le Massachusetts Institute of Technology (MIT) à développer un langage de programmation pour la génération automatique de coordonnées.
Au fil du temps, les ordinateurs ont considérablement progressé et sont devenus plus accessibles, rendant l'usinage CNC très efficace, polyvalent et rentable pour Pièces d'usinage de précision CNC.
Principes de base d'une machine CNC et processus de travail
Fondamentalement, une machine CNC est conçue pour utiliser un programme CNC afin d'usiner une pièce. Le processus de fabrication d'une machine CNC se décompose en quatre étapes principales : conception du modèle CAO, préparation de la machine CNC, conversion du fichier CAO en programme CNC et usinage.
Tout au long de ces étapes, plusieurs composants de la machine interagissent pour obtenir le résultat final. Le contrôleur CNC lit le programme, les axes de la machine se déplacent dans des directions prédéfinies, les outils de coupe tournent sur la broche (le cas échéant), la table de travail maintient la pièce, etc.
Étape 1 : Conception du modèle CAO
Un modèle CAO
La première étape est la génération d'une conception CAO 3D, qui contient des informations telles que le type de géométrie, la quantité de matériau à usiner et le dimensionnement et la tolérance géométriques (GD&T).
Étape 2 : Conversion du fichier CAO
La génération du code G pour le modèle CAO constitue l'étape suivante. Il s'agit de fournir à la machine CNC des instructions compréhensibles. Ce processus implique un programme de FAO (fabrication assistée par ordinateur), intégré à l'ordinateur de la machine. Le choix du mode de conversion (manuel ou robotisé) dépend de la machine CNC.
Étape 3 : Préparation de la machine CNC
Configuration de la machine CNC
Lorsqu'il s'agit de préparer la machine CNC pour la tâche, cela implique principalement de s'assurer que le programme CNC est téléchargé sur la machine.
Étape 4 : Opération d'usinage
L'usinage est précédé du réglage du mouvement d'approche de la machine. La machine CNC peut alors être invitée à exécuter le programme, en utilisant les instructions du code G pour usiner la pièce.
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En savoir plus sur la programmation CNC
La programmation CNC désigne l'application d'un ensemble de commandes pour piloter le processus d'usinage CNC. Le langage de programmation le plus répandu pour les machines CNC est le code G, également appelé RS-274D. Les codes commencent généralement par la lettre « G », chacun indiquant un mouvement spécifique de la machine.
Vous trouverez ci-dessous quelques codes G courants avec leur signification :
Quelques codes G et leurs significations
Outre les codes G, il existe des codes M ou codes divers. Ces commandes concernent des opérations non géométriques, telles que l'arrêt de la machine et l'activation du liquide de refroidissement.
Ces codes sont précédés de la lettre « M ». Voici quelques exemples :
M00 – Arrêt du programme
M02 – Fin du programme
M05 – Arrêt de broche
Tolérances dans l'usinage CNC
Les spécifications de tolérances sont essentielles à une conception CAO complète pour l'usinage CNC. Le concepteur doit comprendre les applications et les implications financières des principales catégories de tolérances.
Des tolérances d'usinage plus strictes sont plus coûteuses car difficiles à atteindre. Une tolérance standard d'au moins ± 0.1 mm est recommandée lorsqu'aucune tolérance n'est fournie. Dans le cas contraire, le concepteur doit fournir un dessin 2D avec les trois tolérances.
Les principaux types de tolérance pour définir les pièces d'usinage CNC sont les tolérances dimensionnelles, les tolérances géométriques (GD&T), les tolérances de texture de surface, les tolérances d'ajustement et de limites (système trou/arbre) et les tolérances positionnelles et basées sur des données.
Tolérances dimensionnelles
Elle s'applique au diamètre, à l'épaisseur, à la longueur et à d'autres dimensions. Les tolérances angulaires et linéaires font partie de cette catégorie. Si elles ne sont pas indiquées sur le dessin, l'opérateur doit utiliser la norme ISO 2768-1 pour les tolérances générales.
Tableau 1 : Tolérances linéaires dans l'usinage CNC
Tolérances géométriques (GD&T)
La catégorie GD&T est utilisée pour l'orientation, la position et la forme d'un élément. Les tolérances spécifiques prises en compte sont la tolérance de forme, la tolérance de position, la tolérance d'orientation et la tolérance de faux-rond.
La norme britannique BS 8888, liée à la norme ISO 1101, définit GD&T.
Tolérances de texture de surface
Les tolérances d'état de surface définissent l'état de surface ou la rugosité d'une pièce usinée CNC. La norme applicable à ces tolérances est la norme BS EN ISO 1302, désormais ISO 21920-1:2021.
Tolérances d'ajustement et de limite (système trou/arbre)
Ces tolérances s'appliquent à deux pièces d'accouplement et sont définies par la norme BS EN ISO 286, anciennement BS 4500. L'ajustement avec jeu, l'ajustement de transition et l'ajustement serré s'appliquent ici.
Tableau 2 : Une section du tableau de tolérance ISO pour les trous (source : https://www.tribology-abc.com/calculators/iso_holes.htm)
Tolérances de position et de référence
Ces tolérances concernent l’emplacement des entités par rapport aux autres.
Quels sont les avantages de l’usinage CNC ?
CNC usinage de précision Les services d'usinage CNC peuvent propulser une entreprise vers des sommets inattendus grâce à leurs nombreux avantages : des résultats constants et d'une précision optimale, une grande polyvalence face à des exigences variées et des gains de temps et d'argent considérables. Voici une liste des avantages de l'usinage CNC.
Précision supérieure
La précision des machines CNC est généralement le premier avantage qu'un utilisateur et un client de pièces remarque par rapport aux technologies alternatives, ou même aux méthodes d'usinage plus manuelles.
Grâce au contrôle par ordinateur, l'usinage CNC peut atteindre des tolérances allant jusqu'à ± 0.0025 mm ! L'usinage manuel est loin d'égaler ces performances. Ainsi, les résultats d'usinage sont constants, quel que soit le nombre de cycles de production.
Économies de temps et d'argent
L'usinage CNC permet de réaliser d'importants gains de temps et d'argent. Une fois le programme prêt, la machine se charge du reste avec un minimum d'intervention humaine. L'absence d'erreurs humaines permet de produire les pièces dans les délais impartis. Les coûts liés aux erreurs humaines sont également évités.
Il existe également différentes manières d’améliorer Coût d'usinage CNC économies sur les produits, notamment :
- Optimisation des éléments de conception
- Choix judicieux des matériaux
- Production par lots
- Utilisation de changeurs d'outils automatiques
- Maintenance préventive et entretien de la machine CNC
Polyvalent – Options de matériaux
Le fabricant peut utiliser une large gamme de matériaux pour l'usinage CNC avec un succès remarquable. Qu'il s'agisse de métaux comme l'acier inoxydable, les alliages d'aluminium et de titane, ou de plastiques comme le polyamide, l'acrylique et le PEEK, l'usinage CNC est généralement une option de choix pour la production de pièces.
Quels sont les inconvénients/limites de l’usinage CNC ?
L'usinage CNC est limité par son coût initial élevé, sa lenteur et le besoin de formation.
Coût initial élevé
Les machines CNC sont coûteuses à l'acquisition, et les coûts de mise en service peuvent également être décourageants. Il convient toutefois de noter que le coût unitaire pour grand usinage CNC est généralement gérable pour les grandes séries de production.
Lecture connexe:
Processus relativement lent
L'usinage CNC peut être considéré comme lent par rapport aux alternatives telles que le moulage sous pression et le moulage par injection.
Exigences de formation
Machiniste CNC requis
Malgré son automatisation, l'usinage CNC n'est pas à la portée de tous. En effet, les machinistes sont des professionnels reconnus, dotés de connaissances en mathématiques, en logiciels, en maintenance et en résolution de problèmes.
C'est particulièrement vrai pour usinage multi-axes, par exemple, 5 axes usinage. Même Usinage CNC 3 axes exige un niveau d’expertise supérieur à celui d’un ouvrier d’usine moyen.
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Principaux types de machines CNC
Il existe différents types de machines CNC, chacune conçue pour des tâches spécifiques, notamment les tours, fraiseuses, rectifieuses, perceuses et tours à commande numérique. On trouve également des machines d'électroérosion (EDM), des découpeuses plasma, des découpeuses laser, des découpeuses à jet d'eau et des routeurs CNC.
Tours CNC
Les tours CNC sont conçus pour les opérations de tournage, qui impliquent l'usinage d'une pièce en rotation par un outil de coupe fixe afin de produire des formes symétriques. Il existe différentes catégories de tours CNC selon leurs avantages et leurs fonctionnalités :
- Tour à moteur – Un type de tour standard qui utilise un moteur à la place d'un système d'entraînement par poulie
- Tour d'atelier d'outillage – Conçu pour la fabrication d’outils et de matrices, ainsi que pour des travaux similaires à faible volume et de haute précision dans le Atelier d'usinage CNC.
- Tourelle – Ce type dispose d’un système d’outillage distinctif pour une production de pièces plus impeccable
Un tour à tourelle
- Tour rapide – Il s’agit d’une configuration simple pour des travaux de tournage rapides et efficaces
- Centre de tournage CNC – Cette machine est plus avancée que les autres, avec une tourelle, une fonction de fraisage et peut être équipée de deux broches. Certaines sont verticales, d'autres horizontales.
Fraiseuses CNC
Une fraiseuse CNC enlève de la matière d'une pièce à l'aide d'une fraise rotative pour produire des géométries simples ou complexes. Elle est conçue pour usiner différents types de matériaux, des métaux aux non-métaux.
Les deux grandes catégories de fraiseuses CNC sont les centres d'usinage verticaux (VMC) et les centres d'usinage horizontaux (HMC).
Centre d'Usinage Vertical (VMC) – La broche est orientée verticalement
Centre d'usinage horizontal (HMC) – La broche est orientée horizontalement
Centre d'usinage horizontal (HMC)
Rectifieuses CNC
Une rectifieuse CNC est équipée d'une meule qui enlève la matière de la pièce avec précision, grâce à un contrôle informatisé. Cette machine peut effectuer la rectification plane, la rectification cylindrique, la rectification sans centre, la rectification intérieure et la rectification spéciale.
Une rectifieuse CNC
Perceuses CNC
Une perceuse CNC est conçue pour réaliser des trous précis dans un matériau. Elle peut contribuer à la création de pièces complexes.
perceuse CNC
Tours suisses CNC
Un tour suisse CNC ou tour suisse est conçu pour fabriquer des pièces minuscules et complexes.
Machines à décharge électrique (EDM)
Cette technologie produit des étincelles électriques qui usinent la pièce selon la forme souhaitée. Elle est idéale pour l'usinage de matériaux durs que les méthodes conventionnelles ne permettent pas.
Coupeurs plasma
Lors de la découpe plasma CNC, un jet de gaz ionisé (plasma) à grande vitesse et précisément contrôlé coupe un matériau conducteur d'électricité.
Découpeur plasma CNC
Découpeurs laser
Une machine de découpe laser utilise un laser puissant et contrôlé pour découper ou graver des matériaux. Un programme informatique contrôle le mouvement de la tête laser, qui dirige le laser pour faire fondre ou vaporiser le matériau.
Coupeurs de jet d'eau
Un jet puissant, généralement associé à des abrasifs, est contrôlé par ordinateur pour découper un matériau. Il peut couper le granit, le métal, les composites et le bois.
CNC Router
Les défonceuses CNC sont généralement utilisées dans l'industrie du bois, où elles réalisent des découpes, des gravures et des profils précis. Elles peuvent également être utilisées sur d'autres matériaux tendres.
Différentes opérations d'usinage CNC
Le nombre d'opérations d'usinage CNC est élevé en raison de la multitude de composants possibles. Ces opérations peuvent être classées comme opérations de tournage, de fraisage, de perçage, etc.
Opérations de tournage CNC
Ces opérations sont définies par une pièce en rotation et un outil de coupe fixe. L'outil de coupe modifie la surface de la pièce et enlève de la matière. Les opérations de tournage produisent des pièces cylindriques ou circulaires, par exemple des arbres et des tiges.
Un arbre
Voici une liste de CNC types de tournage;
- Forage
- Forage Horizontaux
- Rainurage/séparation
- Threading
- Tournant
Opérations de fraisage CNC
In fraisage CNCLa pièce est immobile tandis qu'un outil de coupe multipoints se déplace/tourne. L'outil rotatif enlève la matière de la pièce par pelage.
Le fraisage CNC est idéal pour la réalisation de poches, de contre-dépouilles et de surfaces planes sur les pièces. Comme le tournage CNC, le fraisage peut être utilisé sur une grande variété de matériaux, notamment les métaux, les plastiques et le bois.
Les options spécifiques du fraisage CNC sont :
- Fraisage de dalles (périphériques)
- Surfaçage
- Fraisage simple
- Fraisage angulaire
- Fraisage de poches
Usinage CNC pour la réalisation de trous
La polyvalence de l'usinage CNC se manifeste par sa capacité à réaliser des trous, généralement à l'aide d'un foret. Outre l'utilisation d'un foret, le perçage CNC est également possible par alésage et perçage.
Le perçage crée le trou de base, tandis que l'alésage et le perçage améliorent un trou existant. Alésage CNC Réduit les défauts et la rugosité de surface. Il s'agit d'un processus très lent, comme l'alésage, dont la fonction est d'améliorer la qualité de surface et la précision dimensionnelle du trou.
Autres opérations d'usinage CNC
D'autres opérations d'usinage CNC ne relèvent pas des catégories de base décrites ci-dessus, mais sont tout aussi essentielles à la fabrication CNC. Les plus courantes sont :
- Usinage par électroérosion (EDM)
- Meulage
- Découpe laser CNC
- Découpe au jet d'eau CNC
Découpe au jet d'eau CNC
- Découpe plasma CNC
- Affûtage CNC
- Brochage CNC
En savoir plus:
Usinage CNC vs moulage par injection,
Matériaux d'usinage CNC
Les matériaux d'usinage CNC sont principalement des métaux et des plastiques. Les pièces métalliques sont privilégiées pour leur robustesse, leur durabilité, leur résistance thermique et leur dureté. Les pièces en plastique usinées sont choisies pour leur légèreté, leur résistance chimique et leur isolation électrique.
Alliages métalliques pour l'usinage CNC
Les alliages métalliques CNC les plus courants pour les pièces sont :
Alliages d'aluminium
Les alliages d'aluminium sont fréquemment utilisés en usinage CNC car ils offrent une bonne usinabilité, un rapport résistance/poids élevé, une bonne résistance à la corrosion et une bonne conductivité. Les services d'usinage CNC pour cet alliage se concentrent généralement sur l'aluminium 5083, l'aluminium 6061, l'aluminium 7075 et l'aluminium 6082.
Pièces en aluminium usinées CNC
Acier allié
Outre le carbone, l'acier allié contient d'autres éléments d'alliage pour une dureté et une durabilité accrues. Malgré une faible résistance à la corrosion et aux produits chimiques, les aciers alliés présentent de bonnes propriétés mécaniques. Les aciers alliés utilisés en usinage CNC sont les 4140 et 4340.
Acier doux
L'acier doux est un autre nom pour les aciers à faible teneur en carbone, une catégorie de métaux soudables et usinables. L'acier doux est également très courant, notamment le 1018, dans l'usinage CNC.
Acier Inoxydable
Les pièces usinées en alliage d'acier inoxydable sont réputées pour leur robustesse et leur résistance à la corrosion. Ces métaux sont également soudables et hautement usinables. Voici quelques options populaires : usinage CNC de l'acier sont l'acier inoxydable 304, l'acier inoxydable 316, l'acier inoxydable 303 et l'acier inoxydable duplex 2205.
Acier à outils
L'acier à outils est extrêmement dur et offre une excellente résistance à l'abrasion et à la chaleur. Ce matériau permet de fabriquer des matrices, des moules et d'autres outils de fabrication très fiables. Les aciers à outils D2 et A2 sont les plus populaires.
Plastiques pour l'usinage CNC
Les plastiques courants pour l'usinage CNC sont :
- ABS (acrylonitrile butadiène styrène)
- Acétal/POM(Polyoxyméthylène)
- PC (polycarbonate)
- PMMA (Polyméthacrylate de méthyle) ou acrylique
- PEHD (polyéthylène haute densité)
- PEEK (Polyéther éther cétone)
Chacun de ces plastiques, comme d'autres, présente des avantages et des inconvénients ; il est donc important de prendre en compte plusieurs facteurs avant de choisir. Voici quelques points importants à retenir lors du choix d'un plastique pour l'usinage CNC :
- lustrée
- Usinabilité
- Résistance à la température
- rétrécissement
- Prix
Différentes applications de l'usinage CNC
La polyvalence, la précision, la rentabilité, Vitesse de coupe et vitesse d'avance de l'usinage CNC s'adressent à une large gamme d'applications dans divers secteurs, notamment l'aérospatiale, l'automobile, la santé et la médecine, l'électronique, la défense, l'énergie, l'automatisation et la robotique, la marine et les sports.
Usinage CNC pour l'électronique
Vous trouverez ci-dessous un tableau résumant ces applications :
| Industrie | Applications d'usinage CNC |
| Industrie aerospatiale | Pièces de train d'atterrissage, cadres de siège, pièces de cockpit, composants de moteur |
| Automobile | Culasse, piston, pièces de suspension, couvercle de boîte de vitesses, volant |
| Santé et médecine | Implants orthopédiques, dispositifs chirurgicaux et pièces d'équipement d'imagerie |
| Électronique | Dissipateurs thermiques, boîtiers |
| Défense | Pièces de véhicules, pièces d'armes |
| Énergie | Équipement de forage, vannes |
| Automatisation et robotique | Engrenages, cadres de robot |
| Marine | Pièces de moteur, hélices |
| Sports | Skateboards, engrenages, têtes de clubs de golf |
| Produits de consommation | Électronique, appareils de cuisine |
Combien coûte l'usinage CNC ?
Le coût d'usinage CNC peut être évalué selon le critère de la pièce ou de l'heure. Chacune de ces approches apporte des réponses différentes, car de nombreux facteurs entrent en jeu.
Les coûts horaires dépendront principalement de la Types de machines CNC utilisé et l'expertise associée. Le tarif à la pièce dépend d'éléments comme la matière première Matériel, la complexité de la pièce et le volume de production.
Bien sûr, il existe des fourchettes de prix, mais ce ne sont que des valeurs de référence. Au-delà de ces prix de départ, le coût de l'usinage CNC varie considérablement selon la taille du lot. cycle de vie des pièces CNC, et la disponibilité/le coût des matières premières.
Pour une estimation précise du coût de l’usinage CNC, il est préférable d’obtenir des informations auprès d’un fournisseur de services d’usinage CNC expérimenté.
Conclusion
L'usinage CNC est la marque de fabrique de nombreux secteurs industriels, fournissant des pièces précises, durables et esthétiques pour de nombreuses applications. Les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile, de la défense et de la robotique ne sont que quelques-uns des bénéficiaires de cette technologie.
Que vous recherchiez des pièces usinées CNC sur mesure ou des pièces fabriquées en série, il existe toujours une solution pour vous.
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