Qu'est-ce que l'usinage CNC ?: Avantages, processus et matériaux

Au XXIe siècle, l'automatisation industrielle a permis d'incroyables avancées technologiques dans le domaine de la fabrication, principalement grâce à l'utilisation de machines de précision.

L'usinage CNC est un processus de fabrication courant connu pour sa grande précision, son exactitude et sa capacité à concevoir des produits complexes. Les produits usinés sont largement utilisés dans diverses industries. Cet article aborde les connaissances de base de l'usinage CNC, le processus, les avantages, les matériaux et les applications.

Qu'est-ce que l'usinage CNC ?

CNC, Commande numérique par ordinateurL'usinage à commande numérique (CNC) est un processus de fabrication soustractive qui utilise des outils d'usinage à commande numérique. Les machines à commande numérique utilisent des codes G et M dérivés des modèles de CAO pour contrôler le mouvement de la machine, des outils et de la pièce à usiner, en enlevant de la matière d'une pièce brute ou d'une pièce à usiner pour produire diverses pièces.

L'usinage CNC est un processus automatisé qui présente de nombreux avantages et qui est compatible avec de nombreux métaux, plastiques et composites. Il est souvent utilisé pour fabriquer des formes complexes et des pièces de haute précision, largement appliquées dans des industries telles que l'aérospatiale, l'automobile, les dispositifs médicaux et l'électronique. Par rapport à des procédés tels que le Impression 3D (additif) et le moulage par injection, l'usinage CNC exige des tolérances serrées. Poursuivons notre lecture pour en savoir plus.

Comment fonctionne l'usinage CNC ?

La base de l'usinage CNC est un langage de programmation qui comprend des instructions. Chaque machine CNC possède un système informatique correspondant qui nécessite un logiciel de FAO pour convertir les modèles 2D ou 3D créés par la CAO en un ensemble d'instructions (Code G) que la machine CNC doit suivre pour créer la pièce finale. Une fois que la machine commence à fonctionner, le processus ne nécessite aucune intervention manuelle, sauf pour le chargement des matériaux, le déchargement de la pièce finale ou le repositionnement de l'outil ou de la pièce, ce qui réduit considérablement l'erreur humaine.

Examinons ensuite les quatre principales étapes du processus d'usinage CNC.

1. Création du modèle CAO

Avant de commencer l'usinage CNC, un modèle 2D ou 3D doit être créé à l'aide de la CAO (Conception assistée par ordinateur). La création d'un modèle CAO n'est pas difficile, mais la conception de produits complexes requiert des concepteurs qualifiés et professionnels. Selon les exigences et les fonctions du produit, les concepteurs utilisent un logiciel de CAO pour créer la conception, y compris la forme, les dimensions, les matériaux et d'autres spécifications de la pièce.

2. Conversion de la CAO en FAO

Les machines à commande numérique ne comprennent pas les données de conception numérique des fichiers de CAO. Les fichiers de CAO doivent donc être exportés vers un logiciel de FAO (fabrication assistée par ordinateur). Le logiciel de FAO dispose d'un ensemble d'outils permettant de convertir la conception CAO en code G, que la machine CNC peut lire.

3. Configuration de la machine CNC

Avant la fabrication, il est essentiel de sélectionner la machine CNC appropriée et de procéder à un réglage adéquat. Le réglage de la machine comprend l'étalonnage du point zéro, l'installation des outils appropriés, le réglage des paramètres de coupe (tels que la vitesse de la broche, l'avance, etc.) et le test de l'exécution du programme. S'assurer que tout est réglé correctement permet d'éviter les erreurs au cours du processus d'usinage.

4. Exécution de l'usinage

Une fois la configuration terminée, l'opérateur peut continuer à effectuer l'opération via le panneau d'affichage de la machine CNC. Une fois que le bouton de démarrage est enfoncé, la machine sélectionne l'outil approprié et se déplace vers la pièce à usiner pour effectuer la tâche de coupe indiquée par le code G jusqu'à la fin du programme.

Brève histoire de l'usinage CNC

Au milieu du 20e siècle, avec le développement de la technologie électronique, l'utilisation de machines manuelles ou à commande manuelle pour fabriquer des pièces ne répond plus au besoin de production de masse de formes complexes de haute précision.

En 1948, John Parsons a été chargé par l'armée de l'air américaine de concevoir la première machine à commande numérique, et en 1952, MIT et Parsons ont collaboré pour développer avec succès la première machine de démonstration.

Avec le développement de la technologie informatique, la première machine CNC à commande informatique a vu le jour en 1969, et depuis lors, l'usinage CNC est entré dans une nouvelle ère. Dans les années 1980, la combinaison de la technologie CAD/CAM et de l'usinage CNC a considérablement amélioré l'efficacité et la précision de l'usinage.

Si vous souhaitez en savoir plus sur la CAO et la FAO, poursuivez votre lecture.

Liste des termes utilisés dans l'usinage CNC

Conception assistée par ordinateur (CAO)

La CAO, ou conception assistée par ordinateur, est une méthode qui utilise la technologie informatique pour la conception et le dessin. Elle permet de créer des dessins en 2D et en 3D des pièces à usiner, ce qui améliore la précision et l'efficacité de la conception. Les logiciels les plus courants sont AutoCAD (2D et 3D), Inventor (3D), SolidWorks (3D) et Creo (3D).

Fabrication assistée par ordinateur (FAO)

La FAO, ou fabrication assistée par ordinateur, convertit les dessins en 2D ou les modèles en 3D créés dans un logiciel de CAO en instructions qui peuvent être comprises et exécutées par une machine, le fichier converti étant un ensemble d'instructions en code G et en code M.

Les meilleurs exemples sont Fusion 360, SolidCAM et Mastercam.

Qu'est-ce que le code G et le code M ?

Le code G et le code M sont les langages de base de l'usinage CNC, utilisés pour contrôler les mouvements de la machine et les fonctions auxiliaires. L'utilisation correcte de ces codes a un impact direct sur la précision, l'efficacité et la sécurité du processus d'usinage.

Code G

Responsable du contrôle du mouvement de la machine, comme la sélection de la trajectoire, le réglage de la vitesse et l'exécution d'un usinage de précision. En code G, "G" signifie géométrie et les références X, Y et Z du code G désignent les axes de déplacement. Les chiffres correspondent à des valeurs spécifiques pour chaque axe. "N" fait référence au numéro de ligne. Le code G est un code géométrique utilisé pour indiquer à l'outil de coupe comment se déplacer.

Code M

Gère les fonctions auxiliaires de la machine, telles que le démarrage du système de lubrification, le refroidissement et les changements d'outils. Code M est utilisé pour exécuter des opérations autres que l'usinage sur les machines à commande numérique, englobant diverses commandes de machine. C'est pourquoi il est parfois appelé code divers.

Ingénierie assistée par IAO

Les logiciels d'IAO, qui signifient ingénierie assistée par ordinateur, sont principalement utilisés pour analyser les performances mécaniques structurelles de projets et de produits d'ingénierie complexes dans le cadre de la conception technique, ainsi que pour optimiser les performances structurelles. Les exemples incluent l'analyse des contraintes structurelles, la dynamique multicorps et la dynamique des fluides numérique.

DNC - Commande numérique distribuée

La commande numérique distribuée (DNC) est un système qui relie plusieurs machines CNC à un système informatique centralisé pour la commande à distance et le transfert de données pour plusieurs machines travaillant ensemble.

MDC-Collecte de données sur la fabrication

La DMC, ou collecte de données de fabrication, désigne la collecte en temps réel de diverses données provenant des machines et des opérateurs au cours du processus de fabrication, afin de mieux comprendre le processus de production et d'améliorer la productivité et la qualité des produits.

Types de machines CNC

Fraisage CNC

Une fraiseuse CNC La fraiseuse se compose principalement du banc, de la table de travail, de la broche, du système d'alimentation, du contrôleur et du panneau de commande. Le fraisage est un processus d'usinage dans lequel l'outil de coupe tourne alors que la fraiseuse elle-même ne tourne pas. L'outil rotatif enlève de la matière pour achever le traitement de la pièce, en se concentrant généralement sur l'usinage de surfaces planes et de caractéristiques tridimensionnelles en forme de blocs. Il existe de nombreux types de fraiseuses, notamment les fraiseuses verticales, les fraiseuses horizontales, les fraiseuses à colonne, les fraiseuses à tourelle, les fraiseuses à cadre en C, les fraiseuses à banc et les fraiseuses à portique.

Tournage CNC

Un tour CNC se compose principalement du banc, de la poupée fixe, de la poupée mobile, du porte-outil, du système d'alimentation, du système de refroidissement, du contrôleur et du panneau de commande. Dans l'usinage au tour, la pièce à usiner tourne tandis que l'outil de coupe ne tourne pas. Il est principalement utilisé pour l'usinage de pièces en forme d'arbre, c'est-à-dire de pièces de forme cylindrique ou conique.

Usinage par électroérosion

Il existe différents types d'électroérosion, notamment électroérosion à fil, EDM par immersion et l'électroérosion par petits trous. Dans les procédés d'électroérosion, l'outil et la pièce ne se touchent pas physiquement (les deux sont des matériaux conducteurs). En règle générale, l'outil sert de cathode, connectée au pôle négatif d'une alimentation en courant continu, tandis que la pièce à usiner sert d'anode, connectée au pôle positif de l'alimentation en courant continu. Un fluide diélectrique isolant remplit l'espace entre l'outil et la pièce pendant le processus.

Autres machines CNC

• Défonceuses CNC
• Taillage d'engrenages à la CNC
• Découpeuses laser
• Coupeuses à plasma

Avantages de l'usinage CNC

Exactitude et haute précision : L'usinage CNC permet d'atteindre une précision qui ne peut être obtenue par l'usinage manuel traditionnel, et le processus automatisé ne nécessite pas d'intervention humaine, ce qui peut réduire les erreurs dans le processus d'usinage.

Rapide et efficace : Avec l'usinage CNC, les pièces peuvent être usinées en quelques jours, en fonction de la complexité du projet.

Rentable : Le degré élevé d'automatisation de l'usinage CNC réduit considérablement les coûts de main-d'œuvre et, tant que les paramètres du programme restent inchangés, le même type de produit peut être usiné un nombre illimité de fois.

Large choix de matériaux : L'usinage CNC convient à une large gamme de métaux, de plastiques et de composites. Les métaux et plastiques les plus courants sont l'aluminium, l'acier inoxydable, le cuivre, le titane, le nylon, le téflon et le PEEK.

Cohérence : L'usinage CNC utilise une programmation informatique pour les opérations, ce qui garantit que toutes les pièces fabriquées ont le même aspect et la même fonction, éliminant ainsi la possibilité d'une erreur humaine.

Prototypage rapide : L'usinage CNC est idéal pour la production de petites séries de pièces, ce qui vous permet d'obtenir des pièces usinées en peu de temps. Les coûts de démarrage de l'usinage CNC sont relativement faibles et cette technique permet d'obtenir des tolérances serrées, des surfaces de haute qualité et des géométries complexes, ce qui se traduit par des pièces prototypes de haute qualité.

Quels sont les différents types de procédés d'usinage CNC ?

Fraisage CNC

Fraisage CNC est la méthode de fabrication la plus courante dans l'usinage CNC et le prototypage rapide. Elle utilise principalement des outils de coupe rotatifs qui se déplacent le long d'axes pour enlever la matière de la pièce à usiner. Les pièces simples sont généralement usinées à l'aide de machines à 3 axes, tandis que les pièces de précision complexes sont généralement adaptées à l'usinage à 5 axes.

Tournage CNC

Tournage CNC excelle dans la production de pièces cylindriques ou à symétrie axiale avec une précision et une efficacité élevées. Il peut usiner efficacement des caractéristiques rotatives telles que des filets, des rainures et des cônes.

Perçage CNC

Perçage CNC utilise un outil de coupe rotatif pour déplacer et percer des trous dans une pièce fixe. Le perçage est principalement utilisé pour les trous de moindre qualité, tels que les trous de boulons, les fonds de filet et les trous d'huile. Pour les trous nécessitant une plus grande précision et une meilleure qualité de surface, des processus ultérieurs tels que l'alésage, le perçage ou la rectification sont utilisés.

Meulage CNC

Broyage est une méthode d'usinage courante pour les rectifieuses de surface à commande numérique. Au cours du processus, la meule entre en contact avec la surface de la pièce et enlève de la matière par abrasion pour obtenir la finition souhaitée. La rectification offre de faibles forces de coupe, une grande précision et une bonne qualité de surface, ce qui la rend adaptée à l'usinage de surface de divers matériaux.

Fraisage CNC

Le fraisage CNC est utilisé pour la découpe d'une variété de matériaux, tels que les métaux tendres, les plastiques, l'aluminium et les composites. Lors du défonçage CNC, la pièce reste immobile tandis que l'outil de coupe se déplace dans les dimensions X, Y et Z, comme pour le fraisage CNC.

Autres opérations d'usinage

• Brochage
• Rodage
• Sciage
• Honage
• Découpe au laser
• Découpage plasma
• Découpe au jet d'eau

Matériaux d'usinage CNC

Métaux

Le métal est l'un des matériaux les plus couramment utilisés dans l'usinage CNC. Les caractéristiques des différents métaux déterminent la facilité ou la difficulté de leur usinage. L'usinage CNC est le moyen le plus efficace et le plus rapide pour traiter les pièces métalliques.

Voici quelques métaux couramment utilisés dans l'usinage CNC :

Aluminium: est l'élément métallique le plus abondant dans la croûte terrestre et le métal le plus utilisé dans l'usinage CNC. Son rapport résistance/poids élevé et son excellente résistance à la corrosion en font un excellent choix pour les pièces légères nécessitant de la résistance, telles que les composants des moteurs d'avion. Les alliages les plus couramment utilisés sont les suivants 6061 et 7075.

Cuivre: possède une excellente conductivité électrique et thermique, ce qui en fait un matériau idéal pour les composants électroniques, mais il est plus coûteux que l'aluminium ou l'acier.

Titane: est un métal très performant et l'un des matériaux les plus durs. Grâce à l'usinage CNC, le titane joue un rôle crucial dans des domaines stratégiques tels que l'aérospatiale et l'industrie médicale.

Acier inoxydable : est un matériau résistant à la corrosion, à haute résistance et usinable, adapté à l'usinage CNC, capable de répondre à divers besoins d'usinage de pièces complexes.

Acier doux : désigne l'acier au carbone dont la teneur en carbone est comprise entre 0,05% et 0,25%. Il présente une résistance plus faible mais une ductilité élevée, une soudabilité facile et peut être usiné avec une grande précision à l'aide d'une machine à commande numérique.

Acier à outils : possède une excellente usinabilité et peut être transformé en pièces de formes et de tailles diverses. Il est utilisé pour fabriquer des outils, des moules et des jauges de haute précision.

Laiton : est un alliage de cuivre et de zinc qui présente une bonne résistance à la corrosion, une résistance et une dureté supérieures à celles du cuivre pur, ce qui confère aux pièces fabriquées à partir de cet alliage une grande longévité.

Plastique

L'usinage CNC peut être utilisé pour mouler des pièces en plastique. Les matières plastiques suivantes sont couramment utilisées dans l'usinage CNC.

ABS : est un thermoplastique couramment utilisé dans les applications d'impression 3D et de moulage par injection. Cependant, Usinage CNC de l'ABS est préférable pour le prototypage.

Nylon: Le nylon est un plastique technique de haute performance qui présente une grande résistance, une bonne ténacité et qui n'est pas facile à casser. L'usinage CNC du nylon peut parfois remplacer certains matériaux métalliques.

PTFE : communément appelé Téflonest un plastique fluoré de haute performance qui présente une excellente résistance aux produits chimiques et aux températures élevées.

Delrin : est un plastique technique semi-cristallin de haute performance qui présente une solidité, une rigidité et une résistance à l'usure élevées. Il est largement utilisé dans les industries automobile, mécanique et électronique.

PEEK : est connu comme un "super plastique technique" doté d'excellentes propriétés globales. Ses processus de fabrication sont complexes et ses coûts plus élevés, ce qui en fait un matériau à forte valeur ajoutée.

Acrylique : est le matériau le plus excellent parmi les plastiques transparents. Il présente une bonne transmission de la lumière, une bonne résistance aux intempéries et de bonnes performances de traitement. Il peut remplacer le verre dans de nombreux domaines. L'acrylique a une bonne usinabilité et peut produire un grand nombre de pièces en peu de temps.

Autres matériaux

• Bois
• Divers

Considérations matérielles

L'usinage CNC est compatible avec une large gamme de matériaux. Toutefois, avant de choisir un matériau CNC, il convient de tenir compte des facteurs suivants :

• Dureté
• Propriétés mécaniques
• Usinabilité
• Fonction partielle
• Tolérances dimensionnelles
• Température de fonctionnement
• Coûts
• Application

Applications de l'usinage CNC

L'usinage CNC est largement utilisé dans diverses industries, et les produits d'usinage CNC sont omniprésents dans la vie quotidienne.

Automobile : La précision des pièces automobiles a une incidence directe sur les performances et la sécurité de la voiture. Dans la construction automobile, l'usinage CNC des pièces de précision permet de produire des pièces plus précises et plus sûres. pièces automobiles durablestelles que les pièces de moteur, les pièces du système de suspension, etc.

Médical : Les tolérances serrées fournies par l'usinage CNC sont cruciales pour la production de composants médicaux de haute performance. Il permet prototypage rapide pour les essais et la validation des produits, répondant aux exigences de précision, de biocompatibilité et de sécurité des dispositifs médicaux.

Aérospatiale : En raison des exigences élevées en matière de précision et de résistance des composants aérospatiaux, l'usinage CNC permet de produire des pièces qui répondent à des normes strictes, ce qui est essentiel pour la sécurité des avions. Communs pièces pour l'aérospatiale comprennent les aubes de moteurs d'avion, les composants de turbines et les tuyères de moteurs.

Électronique: Les appareils électroniques exigent une grande précision et une grande stabilité des composants. L'usinage CNC permet d'obtenir une grande précision, des formes complexes et des traitements de surface qui répondent aux exigences de précision, d'apparence et de fonctionnalité des produits électroniques, améliorant ainsi leurs performances et leur qualité.

Robotique : L'usinage CNC permet de fabriquer avec précision des pièces conformes aux spécifications, ce qui est particulièrement important dans le domaine de la robotique, car la précision des dimensions est essentielle pour construire des robots très performants. En outre, l'usinage CNC permet un prototypage rapide, ce qui permet des modifications et une fabrication rapides et fréquentes de pièces complexes. pièces robotiquesL'objectif est d'accélérer l'introduction de robots innovants.

Procédés de fabrication alternatifs à l'usinage CNC

Impression 3D

Impression 3DLa fabrication additive est une technologie basée sur des fichiers de modèles numériques qui permet de construire des objets en les imprimant couche par couche à l'aide de matériaux tels que le métal en poudre ou le plastique qui peuvent être collés ensemble. Elle est largement utilisée dans les industries mécaniques, notamment pour la conception de prototypes et la création de formes géométriques légères.

Moulage par injection

Moulage par injection est un procédé de fabrication de plastique couramment utilisé. Il consiste à injecter de la matière plastique fondue dans un moule de forme spécifique, qui se refroidit et se solidifie ensuite pour former le produit souhaité. Ce procédé fonctionne de la même manière que d'autres procédés de fabrication tels que le moulage par soufflage, le surmoulage et le moulage par insertion. Il est apprécié pour son efficacité, sa rentabilité et sa capacité à fabriquer des produits de forme complexe.

Moulage sous pression

Moulage sous pression est similaire au moulage par injection, où le métal en fusion est injecté dans un moule à haute pression et à grande vitesse, et se solidifie sous haute pression pour former la pièce moulée. Le procédé de moulage sous pression est souvent utilisé pour former des alliages d'aluminium, de cuivre, de magnésium et de zinc. Il permet de produire des pièces métalliques aux formes complexes, aux contours nets et aux parois minces avec des cavités profondes.

Quelles sont les tendances dans l'industrie de l'usinage CNC ?

Dans les années 2000, l'intégration de nouvelles technologies telles que l'internet, l'intelligence artificielle et la technologie des capteurs a favorisé le développement de l'usinage CNC. Aujourd'hui, l'usinage CNC est devenu un élément indispensable de la fabrication moderne, largement utilisé dans l'aérospatiale, la construction automobile, l'industrie électronique, les appareils médicaux et d'autres domaines, nous offrant des expériences de vie plus avancées et plus pratiques.

Que vous ayez besoin d'un prototype rapide, d'une production à petite échelle ou d'un service d'assistance à la clientèle, nous vous invitons à nous faire part de vos besoins. production à grande échellel'usinage CNC est votre premier choix. À l'avenir, l'intelligence artificielle sera largement appliquée à l'usinage CNC, et davantage d'axes seront développés pour créer des géométries plus complexes. En outre, l'usinage CNC fera largement appel à des robots pour la production sans personnel, ce qui favorisera le processus d'automatisation totale. Enfin, l'usinage CNC mettra davantage l'accent sur la protection de l'environnement et la durabilité en adoptant des matériaux et des processus plus respectueux de l'environnement, en réduisant l'impact sur l'environnement et en diminuant la consommation d'énergie.

Conclusion

Grâce aux discussions de ce blog sur le concept, le processus, l'histoire, les avantages, les techniques d'usinage et les applications de l'usinage CNC, nous pensons que vous avez maintenant une compréhension complète de l'usinage CNC. Si vous avez encore des questions sur votre projet d'usinage CNC, vous pouvez contact notre équipe d'ingénieurs professionnels pour obtenir les réponses dont vous avez besoin.

DEK s'est fortement impliquée dans Services d'usinage CNC depuis de nombreuses années, s'engage à vous fournir des services d'usinage de pièces de précision efficaces et de haute qualité.

En outre, nous avons rassemblé quelques questions courantes sur l'usinage CNC qui, nous l'espérons, vous seront utiles. Nous vous invitons à poursuivre votre lecture.

FAQ sur l'usinage CNC

Quels sont les principaux défis de l'usinage CNC ?

Pour l'usinage de pièces complexes, la programmation est difficile et exige des compétences de programmation particulièrement élevées, tant de la part du logiciel utilisé que du programmeur.

Quelle est la terminologie de l'usinage CNC ?

Les terminologies courantes dans le domaine de l'usinage CNC sont les suivantes :

CAO : Logiciel assisté par ordinateur

FAO : Fabrication assistée par ordinateur

IAO : Ingénierie assistée par ordinateur

DNC : Commande numérique distribuée

Code G : Codes géométriques

M-code : Codes machine divers

Quels sont les outils de coupe les plus courants pour l'usinage CNC ?

Les outils de coupe couramment utilisés sur les machines CNC sont les fraises, les forets, les outils de tournage, les broches, les outils de filetage, les tarauds, les alésoirs, les fraises-mères et les outils de perçage.

Combien coûte l'usinage CNC ?

Matériaux : Les différences de prix entre les différents matériaux peuvent être importantes. Sur le marché, les alliages de titane sont beaucoup plus chers que les alliages d'aluminium. En outre, en raison de l'usure accrue des outils et des vitesses de coupe plus lentes, le coût de l'usinage du titane sera plus élevé que celui des alliages d'aluminium.

La complexité : Plus la géométrie des pièces à usiner est complexe, plus les coûts d'usinage sont élevés. Par exemple, les pièces de roue à aubes qui nécessitent un usinage sur 5 axes sont plus coûteuses que les pièces carrées ordinaires qui peuvent être usinées sur 3 axes.

Tolérance : Plus les exigences en matière de tolérance dimensionnelle sont strictes, plus le coût est élevé.

Finition de la surface : Les pièces soumises à des exigences strictes en matière d'état de surface nécessitent un traitement spécial, ce qui augmente la durée et le coût de l'usinage.

Quantité : La production de masse est moins chère que la production en petites séries parce que l'achat en gros réduit le coût des matières premières et que le coût de configuration de la programmation est réparti sur un plus grand nombre de pièces. Plus la quantité est importante, plus le coût par pièce est faible.