La technologie CNC (commande numérique par ordinateur) est très importante dans la fabrication moderne. Elle est largement utilisée dans les secteurs de l’automobile, de l’aérospatiale et de la fabrication d’équipements électroniques. Cela contribue à augmenter la productivité et à rendre les produits plus précis. Cet article vise à expliquer clairement les opérations CNC. Il couvre les opérations d’usinage, les processus, les types de machines-outils, les matériaux pouvant être travaillés et ses avantages. L’objectif est d’aider les personnes intéressées par CNC à comprendre rapidement les idées principales.
Qu’est-ce que l’usinage CNC ?
L’usinage CNC (CNC signifie Computer Numerical Control) est une technologie d’usinage automatisée dans la fabrication moderne. Elle est à la fois très précise et efficace. Tout d’abord, elle prend les dessins de conception et les transforme en instructions que l’ordinateur peut contrôler. Ces instructions indiquent ensuite aux machines-outils CNC quoi faire. Les machines-outils peuvent effectuer des processus tels que la coupe, le perçage et le fraisage. Grâce à cette technologie, toutes sortes de pièces aux formes complexes et aux exigences de haute précision peuvent être fabriquées avec précision.
Quels sont les différents types d’opérations d’usinage CNC ?
Tournant
Définition et principe : La pièce est mise en rotation par la broche de la machine-outil, et l’outil se déplace le long d’un chemin spécifique pour couper et modifier la forme de la pièce.
Scénarios d’application : Fabrication de pièces d’arbres et de disques, telles que les vilebrequins de moteurs automobiles, les ébauches d’engrenages de diverses machines, etc.
Exemple : Par exemple, prenons la fabrication d’un simple arbre étagé comme exemple pour expliquer les étapes et les effets du tournage.
Tout d’abord, placez une pièce cylindrique de matière première sur la broche du tour CNC. Démarrez la machine et laissez la broche faire tourner rapidement la matière première. Ensuite, utilisez le système CNC pour définir le chemin que suivra l’outil. Puis, l’outil commence à se déplacer vers la matière première en rotation pour effectuer la coupe. L’outil commence à une extrémité et enlève lentement l’excédent de matière. Cela fait diminuer le diamètre de l’arbre petit à petit, comme le demande la conception. Cela forme une forme étagée avec différents diamètres. Pendant ce temps, le système CNC contrôlera chaque mouvement de l’outil très soigneusement pour garantir des dimensions précises. Enfin, après une série d’opérations de coupe, un simple arbre étagé répondant aux exigences est fabriqué. L’arbre étagé ainsi réalisé a des dimensions exactes et une surface assez lisse. Il peut être utilisé pour un traitement ultérieur ou directement intégré dans des équipements mécaniques.
Fraisage
Définition et principe : La fraise tourne pour effectuer le mouvement principal, tandis que la pièce ou la fraise effectue un mouvement d’avance pour retirer l’excédent de matière de la pièce.
Scénarios d’application : Il est utilisé pour traiter diverses pièces de formes variées telles que les plans, les rainures et les engrenages. Il est souvent appliqué dans la fabrication de moules et le traitement de pièces mécaniques.
Exemple : Prenons le traitement d’une cavité de moule rectangulaire comme exemple pour expliquer le processus de fraisage et sa méthode de mise en œuvre.
Tout d’abord, fixez un matériau approprié pour le moule, comme un bloc de métal, sur la table de travail d’une fraiseuse CNC. À ce moment, sélectionnez une fraise appropriée et installez-la sur la fraiseuse. Ensuite, la fraise commence à tourner à grande vitesse. Définissez le chemin de déplacement de la fraise via le système CNC. La fraise commence depuis la surface du matériau du moule et coupe vers le bas petit à petit le long du contour du rectangle, comme si l’on creusait un fossé le long d’une ligne tracée dans le champ, retirant le matériau à l’intérieur du contour rectangulaire couche par couche. Pendant ce processus, ajustez des paramètres tels que la vitesse de rotation et la vitesse d’avance de la fraise en fonction de la dureté du matériau et des exigences de traitement pour garantir la précision et l’efficacité de la coupe. Par exemple, si le matériau est relativement dur, ralentissez la vitesse de rotation de la fraise et réduisez également la vitesse d’avance pour éviter que la fraise ne s’use trop rapidement ou ne provoque des erreurs de traitement. Après avoir coupé à une certaine profondeur le long du contour rectangulaire, effectuez une finition à l’intérieur de la cavité pour rendre la surface inférieure plus plane et les surfaces latérales plus verticales. Finalement, une cavité de moule rectangulaire répondant aux exigences est traitée. Grâce à un tel processus de fraisage, sous le contrôle précis de l’opération CNC, des cavités de moule rectangulaires répondant à divers besoins de production peuvent être fabriquées.
Forage
Définition et principe : Des trous sont traités sur les pièces à l’aide d’un foret. Le foret tourne et avance axialement dans la pièce.
Scénarios d’application : Il est utilisé pour le traitement de trous sur diverses pièces, tels que les trous traversants sur les circuits imprimés et les trous de connexion pour l’assemblage mécanique.
Exemple : Prenons le traitement de plusieurs trous équidistants sur une plaque métallique comme exemple pour expliquer les points clés du perçage.
Tout d'abord, avant l'opération CNC, sélectionnez un foret approprié en fonction du matériau et de l'épaisseur de la plaque métallique, ainsi que de la taille et de la profondeur des trous. Par exemple, si la plaque métallique est épaisse, un foret plus long et plus robuste est nécessaire. Après avoir choisi le foret, installez-le sur la perceuse, puis fixez fermement la plaque métallique sur la table de travail de la perceuse pour garantir qu'elle ne bouge pas pendant l'usinage. Ensuite, définissez la position de chaque trou via le système CNC. Pour des trous équidistants, des calculs précis sont nécessaires pour garantir que la distance entre chaque trou soit exactement la même. Après avoir défini les positions, réglez la vitesse de rotation et l'avance du foret. Généralement, si le matériau métallique est dur, la vitesse de rotation du foret doit être relativement lente, et l'avance ne doit pas être trop rapide, sinon le foret risque d'être endommagé ou la taille des trous peut être imprécise. Une fois tout prêt, démarrez la perceuse. Le foret commence à tourner et à percer dans la plaque métallique. Après avoir percé un trou, le foret se soulève et se déplace vers la position suivante définie pour répéter l'opération de perçage jusqu'à ce que tous les trous équidistants soient traités. Pendant ce processus, surveillez toujours l'état du foret. Si le foret est fortement usé, remplacez-le rapidement pour garantir que la qualité d'usinage de chaque trou réponde aux normes. Ce sont les points clés du perçage lors du traitement de plusieurs trous équidistants sur une plaque métallique dans une opération CNC.
Affûtage
Définition et principe : Un outil de meulage (tel qu'une meule) est utilisé pour couper la surface d'une pièce à une vitesse linéaire élevée afin d'obtenir une surface de haute précision.
Scénarios d’application : Il est utilisé dans les situations où une grande précision de surface et un fini élevé des pièces sont requis, comme dans la fabrication de roulements de précision et de calibres.
Exemple : Prenons le meulage d'une surface de portée de haute précision comme exemple pour présenter la fonction et le fonctionnement du meulage.
La portée est une partie cruciale de l'arbre. Elle doit s'ajuster étroitement avec d'autres composants, ce qui impose des exigences extrêmement élevées sur sa précision de surface et sa douceur.
Pendant le processus de meulage dans une opération CNC, fixez d'abord fermement l'ébauche d'arbre avec la portée sur la meuleuse, comme si vous lui trouviez un “ siège ” stable. Ensuite, sélectionnez une meule appropriée et installez-la sur la broche porte-meule de la meuleuse. La grosseur de la meule doit être déterminée en fonction des exigences d'usinage de la portée. S'il s'agit d'un ébauche de meulage, choisissez une meule relativement plus grossière pour enlever rapidement plus de matière. Pour la finition, une meule plus fine est nécessaire pour améliorer davantage la précision de surface et la douceur.
Une fois tout prêt, démarrez la meuleuse. La meule commence à tourner à grande vitesse et s'approche lentement de la surface de la portée pour le meulage. Pendant le processus de meulage, la meuleuse contrôle précisément le chemin de mouvement et l'avance de la meule selon le programme prédéfini. Par exemple, au début, la meule peut pénétrer davantage pour enlever rapidement l'excès de matière sur la surface de la portée. Lorsque l'on approche de la taille finale, l'avance sera réduite pour un polissage fin, comme pour offrir un “ soin de la peau ” à la portée, rendant la surface lisse et plane.
La fonction du meulage est de faire atteindre à la surface de la portée une précision et une douceur extrêmement élevées. En utilisation pratique, lorsque la portée coopère avec d'autres composants, cela peut réduire le frottement, diminuer l'usure et améliorer la stabilité de fonctionnement et la durée de vie de l'ensemble de l'équipement. À travers cet exemple, vous pouvez comprendre l'importance du meulage dans une opération CNC.
Les étapes de l’opération d’usinage CNC
Dessins de conception
Les dessins de conception sont cruciaux pour l'usinage CNC. Ils doivent indiquer clairement et précisément des informations importantes telles que les dimensions, la forme et les tolérances des pièces. Par exemple, lors de la fabrication de pièces de type arbre de précision, le diamètre, la longueur, les dimensions de chaque épaulement, ainsi que les plages de tolérance de rondeur et de cylindricité doivent être précisément marqués sur le dessin, fournissant des directives claires pour l'usinage. De plus, le dessin doit suivre strictement les normes de dessin mécanique, avec des marquages clairs et précis conformes aux directives générales. Pendant le processus de conception, la fabricabilité doit également être prise en compte pour garantir que le plan de conception puisse être mis en œuvre.
Planification du processus
La planification du processus implique deux tâches principales. La première consiste à organiser la séquence d'usinage. En fonction de la structure et des exigences techniques de la pièce, déterminez quoi faire en premier et quoi faire ensuite. Habituellement, l'ébauche est effectuée en premier pour enlever une grande quantité de matière excédentaire, ce qui améliore la vitesse d'usinage. Ensuite, la finition est réalisée pour garantir des dimensions précises et une qualité de surface. Par exemple, lors de l'usinage d'un moule complexe, un fraisage d'ébauche est d'abord effectué pour lui donner une forme approximative, puis un fraisage de finition est réalisé pour atteindre une haute précision. La deuxième consiste à sélectionner les outils et les paramètres. Selon les caractéristiques du matériau telles que la dureté et la ténacité, ainsi que le type d'usinage comme le tournage et le fraisage, choisissez des outils appropriés. Ensuite, déterminez raisonnablement la vitesse de coupe, l'avance et la profondeur de passe. Par exemple, lors de l'usinage d'acier allié dur, sélectionnez des outils en carbure, ralentissez la vitesse de coupe de manière appropriée pour prolonger la durée de vie de l'outil et garantir la qualité d'usinage.
Programmation
La programmation comprend deux aspects. Premièrement, il faut comprendre les langages de programmation CNC tels que les codes G et les codes M. Les codes G sont utilisés pour contrôler le trajet de déplacement de l’outil de coupe de la machine-outil. Ils permettent à l’outil de coupe de se déplacer en ligne droite, le long d’un arc, etc. Les codes M contrôlent les fonctions auxiliaires de la machine-outil, par exemple, démarrer ou arrêter la broche, activer ou désactiver le liquide de refroidissement. Par exemple, G01 peut faire déplacer l’outil de coupe en ligne droite vers une position spécifiée à une vitesse définie, et M03 peut démarrer la broche pour qu’elle tourne dans le sens avant. Deuxièmement, il s’agit d’écrire le programme d’usinage. Selon le processus planifié précédemment, rédigez soigneusement le programme qui doit inclure le trajet de l’outil de coupe, les instructions de contrôle des mouvements, etc. Le programme doit être précis afin que la machine-outil puisse traiter selon les étapes et paramètres prédéterminés, garantissant ainsi la précision d’usinage et la qualité des pièces.
Fixation et réglage de l’outil
En fonction de la forme, de la taille et des exigences d’usinage de la pièce, choisissez une méthode de serrage appropriée parmi des options comme le serrage à l’étau, le serrage au mandrin et le serrage par plaque de fixation pour fixer fermement la pièce sur la machine-outil. Sinon, si la pièce bouge pendant l’usinage, la précision d’usinage sera perdue. Par exemple, les petites pièces carrées sont généralement serrées à l’aide d’un étau, tandis que le serrage au mandrin est plus adapté aux pièces rotatives.
Ensuite, des opérations de réglage de l’outil doivent être effectuées. Des méthodes telles que l’utilisation d’un comparateur de réglage d’outil ou l’essai de coupe pour le réglage de l’outil peuvent être employées pour déterminer avec précision la position relative entre l’outil et la pièce. La précision du réglage de l’outil affecte directement la précision d’usinage de la pièce, et c’est une étape essentielle dans l’usinage CNC.
Usinage et surveillance
Tout d’abord, démarrez le processus d’usinage. Saisissez le programme soigneusement écrit et vérifié dans le système de contrôle de la machine-outil. Après avoir confirmé que tous les paramètres sont corrects, mettez la machine en marche pour usiner officiellement la pièce.
Pendant l’usinage, une surveillance et une gestion en temps réel sont nécessaires. Fiez-vous au système de surveillance intégré de la machine-outil. Par exemple, utilisez des capteurs pour surveiller l’état de l’outil et les paramètres d’usinage. Les opérateurs eux-mêmes doivent également prêter attention à la situation d’usinage. S’il est constaté que l’outil est usé, que la pièce est desserrée ou que les paramètres de coupe sont incorrects, prenez des mesures immédiates. Par exemple, remplacez l’outil, refixez la pièce ou ajustez les paramètres pour garantir un usinage fluide et une qualité de pièce conforme.
Achèvement de l’usinage et inspection de la qualité
Une fois que la machine-outil a terminé toutes les étapes d’usinage conformément au programme, la pièce est initialement usinée. À ce moment-là, retirez soigneusement la pièce de la machine-outil et nettoyez les impuretés telles que les copeaux résiduels et le liquide de refroidissement sur sa surface. Ensuite, effectuez des inspections de qualité. Utilisez des outils de mesure tels que des pieds à coulisse, des micromètres et des machines à mesurer tridimensionnelles pour vérifier si les dimensions de la pièce correspondent aux exigences du plan de conception. Employez un rugosimètre de surface pour évaluer la qualité de surface de la pièce. Pour les pièces critiques, des méthodes de contrôle non destructif comme la détection par ultrasons et l’inspection par rayons X doivent être utilisées pour vérifier les défauts internes. Ce n’est qu’après des inspections complètes et strictes, lorsqu’il est confirmé que tous les indicateurs répondent aux exigences de conception, que la pièce peut être considérée comme réellement qualifiée pour l’usinage et envoyée pour assemblage ou utilisation.
Types courants de machines CNC
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Tours
Les tours sont utilisés pour le tournage, ce qui consiste à tourner une pièce pendant qu'un outil de coupe enlève de la matière pour la rendre ronde. Les tours peuvent être utilisés, entre autres, pour fabriquer des arbres, des écrous et des bagues.
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Fraiseuses
Le fraisage est le processus consistant à utiliser des couteaux rotatifs pour enlever de la matière d'une pièce. Cela se fait avec des fraiseuses. Les fraiseuses peuvent être utilisées, entre autres, pour fabriquer des engrenages, des supports et des boîtiers.
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Coupeurs de plasma
Un arc plasma à haute température est utilisé pour couper des objets avec des découpeurs plasma. La plupart du temps, cette technologie est utilisée pour couper l’acier et l’aluminium.
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Découpeurs à jet d'eau
Les découpeuses au jet d'eau utilisent des particules abrasives et de l'eau à haute pression pour couper une grande variété de matériaux, tels que les métaux, les polymères et les composites. Les gens utilisent souvent cette technologie pour créer des formes et des designs précis dans une large gamme de matériaux.
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Découpeurs laser
Les découpeuses laser utilisent un laser puissant pour découper des matériaux tels que le métal, le bois et le plastique. Cette technologie est souvent utilisée pour réaliser des conceptions et des formes complexes avec un haut niveau de précision. Vous pouvez également graver et marquer des objets avec une découpeuse laser.
Quels matériaux peuvent être traités par CNC ?
L’usinage CNC (usinage CNC) est applicable à une large gamme de matériaux, y compris les métaux, les plastiques, les matériaux composites, etc. Voici les matériaux usinables courants et leurs caractéristiques :
Les métaux
(1) Alliages d’aluminium
– Nuances courantes : 6061, 7075, 2024, etc.
– Caractéristiques : Légers, haute résistance, résistance à la corrosion, faciles à traiter.
– Applications : Pièces aérospatiales, pièces automobiles, boîtiers d’équipements électroniques.
(2) Acier et acier inoxydable
– Nuances courantes : 304, 316, 420, A36, etc.
– Caractéristiques : haute résistance, résistance à l'usure, l'acier inoxydable possède une excellente résistance à la corrosion.
– Applications : pièces d'équipements industriels, dispositifs médicaux, automobiles et structures de bâtiment.
(3) Cuivre et alliages de cuivre
– Nuances courantes : C101 (cuivre pur), C260 (laiton), C510 (bronze phosphoreux), etc.
– Caractéristiques : excellente conductivité électrique et thermique, avec des propriétés antibactériennes.
– Applications : composants électroniques, radiateurs, raccords de tuyauterie.
(4) Titane et alliages de titane
– Nuances courantes : Ti-6Al-4V, etc.
– Caractéristiques : léger, haute résistance, haute résistance à la corrosion, excellente biocompatibilité.
– Applications : aérospatiale, implants médicaux, automobiles et équipements sportifs haut de gamme.
(5) Magnésium et alliages de magnésium
– Caractéristiques : matériaux ultra-légers, faciles à usiner, mais la surface s'oxyde facilement.
– Applications : aérospatiale, appareils électroniques grand public.
(6) Métaux précieux
– Tels que : or, argent, platine.
– Caractéristiques : forte conductivité, résistance à la corrosion, principalement utilisés dans les pièces haut de gamme.
– Applications : composants électroniques, bijoux, dispositifs médicaux.
Plastiques
(1) Plastiques techniques
– Matériaux courants : ABS, POM (polycarbonate), PC (polycarbonate), PA (nylon).
– Caractéristiques : légers, faciles à usiner, avec une bonne résistance et ténacité.
– Applications : boîtiers d'équipements électroniques, engrenages, pièces de dispositifs médicaux.
(2) Plastiques haute performance
– Matériaux courants : PEEK, PTFE (Téflon), UHMW-PE (polyéthylène à ultra haut poids moléculaire).
– Caractéristiques : résistance aux hautes températures, forte résistance chimique, faible coefficient de frottement.
– Applications : aérospatiale, pièces automobiles, implants médicaux.
(3) Acrylique (PMMA)
– Caractéristiques : transparent, bonne résistance aux intempéries, adapté aux pièces optiques.
– Applications : lampes, écrans, lentilles.
Les matériaux composites
(1) Matériaux composites en fibre de carbone
– Caractéristiques : haute résistance, légèreté, mais facile à produire des bavures lors de l'usinage.
– Applications : aérospatiale, équipements sportifs, automobiles haute performance.
(2) Matériaux composites en fibre de verre
– Caractéristiques : haute résistance, résistance à la corrosion, bonne isolation thermique.
– Applications : boîtiers d'équipements électroniques, pièces d'équipements industriels.
Autres matériaux spéciaux
(1) Bois
– Caractéristiques : bonne usinabilité, mais ne convient pas aux exigences de haute résistance.
– Applications : meubles, décorations, maquettes.
(2) Matériaux en mousse
– Tels que : EVA, mousse de PU.
– Caractéristiques : Léger, facile à sculpter.
– Applications : Fabrication de maquettes, matériaux d'emballage.
(3) Matériaux céramiques
– Caractéristiques : Dureté élevée, résistance aux hautes températures, mais difficiles à usiner.
– Applications : Pièces haute technologie, pièces résistantes à l'usure.
Avantages de l’usinage CNC
Efficacité accrue
Les machines CNC peuvent fonctionner en continu jour et nuit. Cela leur permet de produire une plus grande quantité d'articles et d'achever la production plus rapidement. Par conséquent, les organisations sont mieux à même de respecter leurs délais et de devenir plus productives dans l'ensemble.
Précision et exactitude supérieures
Les machines CNC peuvent atteindre des niveaux extrêmement élevés d'exactitude et de précision, généralement mesurés en microns. Un tel degré de précision permet la production de pièces complexes avec des tolérances très serrées. Cela signifie que moins de travail supplémentaire est requis après la production initiale.
Réduction de la main-d'œuvre
Par rapport aux machines traditionnelles, les machines CNC nécessitent moins d'assistance et de supervision humaines. Cela implique qu'une main-d'œuvre moins qualifiée est nécessaire, ce qui entraîne des coûts de main-d'œuvre inférieurs. De plus, cela diminue la probabilité d'erreurs humaines et de blessures en milieu de travail pendant le processus de production.
Polyvalence et flexibilité
Les machines CNC peuvent être programmées pour effectuer une grande variété de tâches, notamment le tournage, le fraisage, le perçage et la découpe. Cela offre aux fabricants plus de choix et une plus grande flexibilité dans la production. De plus, les machines CNC peuvent être facilement reconfigurées pour s'adapter à des conceptions nouvelles ou modifiées. Cela réduit le temps pendant lequel les machines ne sont pas utilisées (temps d'arrêt) et augmente la vitesse de production.
Conclusion
L'usinage CNC est une méthode de fabrication d'objets utilisant des machines contrôlées par ordinateur pour couper des matériaux. Il peut fonctionner avec divers matériaux comme les métaux. Le processus implique des opérations telles que le tournage. Un logiciel CAD/CAM est nécessaire pour garantir la précision de chaque étape. Il existe différents types de machines CNC. Cette méthode présente de nombreux avantages, notamment l'amélioration de l'efficacité et de la précision, la réduction des coûts et l'augmentation de la flexibilité. À l'avenir, l'usinage CNC pourrait continuer à s'améliorer en termes d'automatisation, de précision et de vitesse. L'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique pourraient être ajoutés pour rendre la production encore plus flexible.
À propos de l'auteur : Gavin Xia
