Qu'est-ce que l'usinage CNC?
L'usinage CNC est un type de fabrication soustractive, ce qui signifie que tout au long du processus de production, de la matière est retirée plutôt qu'ajoutée. Cela indique que l'usinage CNC commence avec un bloc de matériau (appelé ébauche) et utilise des couteaux se déplaçant rapidement pour enlever rapidement le matériau et fabriquer le produit terminé. Cela en fait l’inverse de la fabrication additive, telle que l’impression 3D, qui construit des objets tridimensionnels couche par couche à l’aide de matériaux placés dans des imprimantes 3D.
Dans l'usinage CNC, les équipements et outils industriels sont déplacés selon un logiciel informatique préprogrammé. Le procédé peut être utilisé pour faire fonctionner diverses machines complexes, notamment des fraiseuses, des routeurs CNC, des tours et des meuleuses. Les travaux de découpe tridimensionnelle peuvent être réalisés par usinage CNC avec un seul jeu d'instructions
La méthode de contrôle manuel a ses limites, que le processus CNC surmonte. Avec le contrôle manuel, les opérateurs en direct doivent lancer et diriger les commandes de l'équipement de fraisage à l'aide de leviers, de boutons et de roues. Un système CNC peut ressembler à un ensemble typique de pièces d'ordinateur pour quelqu'un qui le regarde, mais les logiciels et les consoles utilisés dans l'usinage CNC le distinguent de tous les autres types de calcul.
Pièces de système d'usinage CNC
Un système CNC est composé, à la base, de six parties fonctionnellement intégrées qui fonctionnent ensemble de manière synchronisée. Les principaux composants du système CNC sont les suivants :
- gadgets de saisie
- Unité de commande de la machine (MCU)
- Machine-outils.
- Mécanisme d'entraînement
- mécanisme de rétroaction
- Unité d'affichage.
Gadgets de saisie
Étant donné qu'un système CNC est géré et contrôlé par un système spécialisé, il doit exister une méthode fiable pour coordonner les données préprogrammées avec le système spécifié. Il existe trois périphériques d'entrée couramment utilisés : un lecteur de bande perforée, un lecteur de bande magnétique et un ordinateur via une connexion RS-232-C.
Unité de commande de la machine (MCU)
Le cœur de la machine CNC est appelé unité de contrôle de la machine. En plus d'effectuer toutes les opérations de contrôle de la machine CNC, le MCU gère également un certain nombre d'autres tâches, notamment :
- Il décode les instructions codées et les lit.
- L'instruction codée est décodée par l'unité de commande de la machine.
- Pour créer des commandes de mouvement, cet axe utilise une interpolation (linéaire, circulaire et hélicoïdale).
- Le circuit amplificateur reçoit la commande de mouvement d'axe de l'unité de commande de la machine et pilote le mécanisme d'axe.
- Il intègre des fonctionnalités de contrôle auxiliaires telles que la commutation d'outils et la marche/arrêt du liquide de refroidissement ou de la broche.
Machine-outils
Pour gérer la position et la vitesse, une machine-outil CNC est toujours équipée d'une table coulissante. La broche et la table de la machine sont toutes deux contrôlées par l'axe Z, tandis que les axes X et Y déplacent la table.
Mécanisme d'entraînement
Un circuit amplificateur, des moteurs d'entraînement et des vis à billes font partie du système d'entraînement d'une machine CNC. Les circuits amplificateurs sont alimentés par le microcontrôleur avec des signaux pour l'emplacement et la vitesse de chaque axe. Pour activer les moteurs d'entraînement, les signaux de commande sont augmentés. Afin de positionner la table de la machine, la vis à billes est mise en rotation par les moteurs d'entraînement actionnés.
Mécanisme de rétroaction
Les transducteurs sensoriels font partie du système de rétroaction. Alternativement, on parle de système de mesure. Il est composé de transducteurs de position et de vitesse qui suivent en permanence la localisation et la vitesse de l'outil de coupe utilisé à tout moment.
Afin de créer des signaux de contrôle qui corrigent les erreurs de position et de vitesse, le MCU reçoit les signaux des transducteurs et les compare aux signaux de référence et aux signaux de retour.
Unité d'affichage
La programmation, les instructions et d'autres données essentielles de la machine CNC sont affichées sur le moniteur.
Principe de fonctionnement de la CNC.
Il dispose de deux contrôleurs distincts, dont un contrôleur CNC qui exécute des fonctions telles que le décodage de programme, l'interpolation, l'actionnement de la machine de diagnostic, etc. Un autre est le contrôleur logique programmable (PLC), qui contrôle des éléments tels que le fonctionnement des tourelles, des broches et des liquides de refroidissement.
Les coulisses sont déplacées à l'aide de servomoteurs dotés de leurs propres entraînements d'alimentation (AC ou DC), de vis à billes ou d'écrous. Les moteurs de l'entraînement d'alimentation sont contrôlés par le contrôleur. Soit la table, soit le moteur qui mesure la position de coulissement sont équipés des transducteurs appropriés.
Afin de garantir un positionnement précis, l'emplacement est également suivi et vérifié à l'aide de capteurs de rétroaction. Des moteurs pas à pas, CA ou CC, sont fournis pour la broche. La vitesse du moteur de la broche peut être modifiée à l'aide d'une commande appropriée. L'arbre est fixé à un mécanisme de rétroaction approprié qui surveille la vitesse. La machine CNC fonctionne de cette manière.
Comment fonctionnent les machines CNC
Les étapes ci-dessous constituent le processus fondamental d'usinage CNC :
- la création du modèle CAO.
- Création de programme CNC à partir d'un fichier CAO.
- mise en place de la machine CNC
- terminer le processus d’usinage.
Création de modèle CAO
La conception CAO de composants solides vectoriels 2D ou 3D est produite soit en interne, soit par l'intermédiaire d'une société de services de conception CAO/FAO comme première étape du processus de fabrication CNC. Les concepteurs et les entreprises d'usinage CNC sur mesure peuvent créer un modèle ou une représentation de leurs pièces et produits à l'aide d'un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO), ainsi que les exigences techniques de fabrication de la pièce ou du produit, telles que les mesures et la géométrie.
Les capacités (ou limitations) de la machine et de l'outillage CNC limitent les conceptions pouvant être utilisées pour produire un ensemble de pièces donné. Par exemple, étant donné que les sections d'angle incurvées sont produites par l'outillage utilisé dans la majorité des machines CNC, les géométries des composants pouvant être produites à l'aide de cette méthode sont limitées.
Les limitations des possibilités de conception sont encore accrues par les caractéristiques du matériau usiné, la conception des outils et les capacités de maintien de la pièce de la machine, telles que les tailles minimales et maximales des pièces, ainsi que l'inclusion et la complexité des cavités internes et caractéristiques.
Un format de fichier compatible CNC, tel que STEP ou IGES, est exporté par le concepteur une fois la conception CAO terminée.
Création de fichiers CAO
Création de programme CNC à partir d'un fichier CAO
Un programme, souvent un logiciel de fabrication assistée par ordinateur (FAO), traite le fichier de conception CAO structuré pour extraire la géométrie du composant et générer le code de programmation numérique qui fera fonctionner la machine CNC et manipulera l'outillage pour fabriquer la pièce conçue sur mesure.
Le G-code et le M-code étaient deux des langages de programmation utilisés par les machines CNC. Le langage de programmation CNC le plus connu, le code général ou géométrique (également connu sous le nom de G-code), indique la manière dont les machines-outils se déplacent sur la pièce à usiner, y compris quand les allumer ou les éteindre, la rapidité avec laquelle y arriver et les chemins pour y accéder. prendre.
Le code M, ou un autre code de fonction, gère les opérations auxiliaires de la machine, comme l'automatisation du retrait et du remplacement du capot de la machine au début et à la fin de la production. L'opérateur de la machine CNC charge le programme CNC résultant une fois qu'il a été créé.
Configuration de la machine
L'opérateur doit configurer la machine CNC pour qu'elle fonctionne avant d'exécuter le logiciel CNC. Pour effectuer ces préparations, la pièce à usiner doit être fixée dans la machine, sur ses broches, dans un étau de machine ou dans un dispositif de maintien de pièce similaire. De plus, les outils nécessaires, tels que les forets et les fraises en bout, doivent être fixés aux pièces appropriées de la machine. L'opérateur peut démarrer le programme CNC une fois que la machine a été correctement configurée.
Terminer le processus d'usinage
Le programme CNC sert d'instructions à la machine CNC ; il envoie des commandes machine spécifiant les actions et les mouvements de l'outillage à l'ordinateur intégré de la machine, qui exploite et manipule l'outillage. Lorsque le programme est démarré, la machine CNC est invitée à démarrer le processus d'usinage CNC. Le programme dirige ensuite la machine pendant qu'elle exécute les opérations machine requises pour créer un composant ou un produit spécialement conçu.
Si un fabricant de pièces usinées CNC investit dans l'achat et l'entretien de son propre équipement CNC, les opérations d'usinage CNC peuvent être effectuées en interne ou peuvent être sous-traitées à des prestataires de services de fraisage CNC spécialisés.
Code G vs Code M
Il existe une idée fausse très répandue selon laquelle toutes les opérations d'usinage nécessitent un code G. Or, cette idée est fausse, car le code peut être divisé en deux codes.
Un langage utilisé pour indiquer à une machine comment se déplacer est appelé G-code. Il s'agit essentiellement du code géométrique. Le mouvement et la vitesse de la tête de coupe sont contrôlés via le code G.
Un ordinateur industriel appelé contrôleur de machine reçoit les instructions. Cela détermine ensuite comment les moteurs doivent fonctionner. Le chemin qui sera emprunté est bien entendu décidé par les moteurs.
De l’autre côté, le code M fournit toutes les informations que le code G omet. C'est pour cette raison qu'on l'appelle code machine ou code divers. C'est pour cette raison qu'on l'appelle code machine ou code divers.
Les instructions du code M incluent des sujets tels que le changement d'outils, l'utilisation du liquide de refroidissement, l'arrêt des programmes, etc. Par conséquent, même s’ils ne sont pas identiques, les deux sont tout aussi vitaux.
Types de machines CNC
Les machines suivantes sont les plus souvent utilisées dans les systèmes CNC :
Fraiseuses CNC
L'une des formes d'usinage CNC les plus populaires, reconnue pour sa haute précision et ses tolérances, est le fraisage CNC. Une fois les matériaux chargés dans les machines CNC, l'ordinateur dirigera les outils de perçage et de coupe pendant qu'ils accomplissent leur magie. Les machines CNC sont équipées d'outils intégrés pour le perçage et la découpe. Le fraisage CNC à 5 axes est fréquemment utilisé pour des géométries plus complexes et s'effectue en une seule opération, tandis que le fraisage CNC à 3 axes est souvent le meilleur choix pour fabriquer des pièces plus simples.
Moulin cnc 5 axes
tours CNC
Lors de l'utilisation d'un tour, des outils indexables sont utilisés pour couper des pièces dans un mouvement circulaire. Les coupes réalisées par les tours à l'aide de la technologie CNC sont précises et rapides. Contrairement aux versions d'équipement à commande manuelle, les tours CNC peuvent générer des conceptions complexes. Les fraiseuses et les tours à commande numérique possèdent bon nombre des mêmes fonctionnalités de contrôle. Le même code G ou code propriétaire utilisé pour contrôler les fraiseuses CNC peut également être utilisé pour contrôler les tours. La plupart des tours CNC ont deux axes, à savoir les axes X et Z.
Tour CNC
Machines de découpe plasma CNC
Les machines CNC de découpe au plasma sont utilisées pour couper des matériaux et sont comparables aux fraiseuses CNC à cet égard. Cependant, ils sont différents de leurs homologues de fraisage dans la mesure où ils utilisent une torche à plasma pour effectuer cette action.
Machines de découpe laser CNC
Le but des machines CNC de découpe laser est d'utiliser un laser plutôt qu'une torche à plasma pour découper des matériaux résistants. Cependant, elles ne sont pas aussi puissantes que les torches plasma, tout en ayant un meilleur niveau de précision de découpe.
CNC à décharge électrique
Est un type particulier de machine CNC qui coupe les matériaux dans la forme requise à l'aide d'étincelles électriques. Les matériaux sont placés entre le haut et le bas de l’électrode, et l’ordinateur détermine ensuite la quantité de décharge électrique créée par les électrodes.
EDM de fil
Coupeurs de jet d'eau
Les jets d'eau sont des outils utilisés dans l'usinage CNC pour couper des matériaux résistants comme le métal et le granit à l'aide d'applications d'eau à haute pression. Du sable ou un autre matériau abrasif puissant peut occasionnellement être ajouté à l'eau. Ce procédé est fréquemment utilisé par les entreprises pour façonner des composants de machines industrielles.
Lorsqu'un matériau ne peut pas résister aux procédures à forte intensité de chaleur utilisées par d'autres machines CNC, les jets d'eau sont utilisés comme alternative plus froide.
Avantages de l'usinage CNC
Par rapport à l'usinage traditionnel, la méthode CNC offre les avantages suivants :
- Précision d’usinage accrue.
- La cohérence des pièces produites.
- Il est possible de fabriquer des géométries complexes.
- Productivité élevée puisque les temps de configuration et de changement sont raccourcis.
- Production à des prix raisonnables pour un grand nombre.
- Dépenses de main d’œuvre réduites.
- L'automatisation dans la fabrication est envisageable.
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