Les différents types de machines CNC : guide détaillé

Les machines CNC sont des machines programmables qui constituent un élément essentiel de l'usinage moderne. Elles permettent à différents secteurs de fabriquer des pièces précises et complexes.

Dans cet article, nous allons découvrir la définition des machines CNC, leurs composants de base, les différents types de machines CNC et comment choisir la machine la plus adaptée. Poursuivez votre lecture.

Qu'est-ce qu'une machine CNC ?

Une machine CNC (commande numérique par calculateur) est une machine qui utilise un ordinateur pour piloter des outils destinés à découper, façonner et former des matériaux. Les machines CNC travaillent avec différents matériaux, notamment les métaux, les plastiques, le bois et les composites.

Au lieu de faire fonctionner la machine manuellement, vous saisissez un design dans un programme informatique. La machine suit ensuite les instructions avec une grande précision pour fabriquer des pièces complexes et précises, en petite comme en grande série.

Composants de base d'un système de machine CNC

Une machine CNC comporte plusieurs éléments clés qui assurent son fonctionnement. Voici un aperçu simple :

• Lecteurs de disques, dispositifs de données spéciaux, claviers et ordinateurs pour la saisie et la récupération des informations.
• Ethernet, HSSB (port de données haut débit), LAN, RS 232C et autres connexions réseau.
• Arbre d'entraînement du magasin d'outils, table de travail, robots de chargement/déchargement.
• Servomoteur et variateur d'avance pour des déplacements précis.
• Moteur et variateur de broche pour la rotation de l'outil de coupe ou de la pièce.
• Unité de commande CNC pour interpréter et exécuter les instructions.
• Contrôleur PMC gérant les tâches automatisées et la logique de la machine.
• Système de retour d'information et de mesure de position pour la précision.
• Unité de commande de l'armoire électrique pour gérer les signaux électriques et l'alimentation.

12 principaux types de machines CNC

Il existe de nombreux types de machines CNC, chacun étant conçu pour des tâches différentes. Voici les types courants et leurs fonctions :

1. Fraiseuse CNC

Les fraiseuses CNC utilisent des outils de coupe à grande vitesse pour enlever de la matière des pièces, en usinant généralement des pièces plates et en forme de bloc pour leur donner une forme précise. De nombreux types d'outils sont utilisés, comme les fraises en bout, les forets et les tarauds.

La taille de la pièce que vous pouvez usiner dépend de l'enceinte de la machine et de la course des outils de coupe. L'usinage multiaxe présente des avantages uniques pour la production de pièces multidimensionnelles, asymétriques et de formes complexes. Le fraisage CNC convient à l'usinage de l'aluminium, de l'acier, des matériaux composites et d'autres matériaux.

2. Tour CNC

Un tour CNC fonctionne en faisant tourner la matière pendant que les outils de coupe la façonnent. Il est idéal pour fabriquer des pièces symétriques.

De par son mode de fonctionnement, les tours CNC servent principalement à usiner les surfaces cylindriques intérieures et extérieures de pièces arbrées ou de pièces en forme de disque, les surfaces coniques intérieures et extérieures d'angles de cône quelconques, les surfaces courbes intérieures et extérieures complexes de révolution, ainsi que les filetages cylindriques et coniques ; ils peuvent également réaliser des rainures, du perçage, du moletage, de l'alésage et de l'ébavurage.

3. Perceuse CNC

Une perceuse est une machine qui utilise un foret pour percer des trous dans une pièce. Elle emploie un outil spécial appelé foret pour percer des trous débouchants ou borgnes. Équipée d'outils spécialisés supplémentaires, elle peut également réaliser des opérations telles que le lamage, l'alésage ou le taraudage, ce qui la rend particulièrement adaptée à la fixation de vis, à la décoration ou à l'assemblage.

Selon la structure de la pièce et la taille du lot de production, les perceuses se divisent en perceuses d'établi, perceuses verticales, perceuses radiales, etc. Elles présentent toutefois une limite : elles ont du mal à percer des trous très profonds ou de grand diamètre sans forets spéciaux.

4. Rectifieuse CNC

Une rectifieuse CNC lisse, polit ou finit une pièce à l'aide d'une meule constituée de matériaux comme la céramique ou le diamant.

Les meules diamantées offrent la meilleure finition. Cependant, la rectification est un processus lent : cette machine est donc surtout utilisée pour les finitions plutôt que pour enlever de grandes quantités de matière.

5. Machine de découpe laser CNC

Une machine de découpe laser CNC est un équipement de traitement thermique sans contact qui ne nécessite aucun contact direct avec la pièce. Elle découpe les matériaux à l'aide d'un faisceau laser de forte puissance, quelle que soit leur conductivité.

Elle convient à la découpe à grande vitesse de métaux tels que l'aluminium, l'acier inoxydable et l'acier allié. De plus, son épaisseur de coupe maximale est de 2,75 pouces.

6. Machine de découpe plasma CNC

Une découpeuse plasma CNC utilise un arc électrique pour créer un jet de plasma à haute température qui traverse le métal.

Mais comme elle fait fondre le matériau pendant la coupe, elle peut laisser des zones affectées thermiquement qui modifient la finition de surface. De plus, elle ne fonctionne que sur des matériaux conducteurs comme le métal.

7. Machine de découpe au jet d'eau CNC

Cette machine découpe les matériaux à l'aide d'un jet d'eau à haute pression. Elle est très polyvalente et peut traverser presque tout, y compris le caoutchouc, le verre, la pierre et le métal.

Elle est plus lente que les autres machines de découpe, en particulier pour les coupes courbes ou les formes détaillées.

8. EDM (machine à électroérosion)

L'EDM enlève la matière à l'aide d'étincelles électriques. Elle est similaire à une découpeuse plasma mais fonctionne sans toucher le matériau, ce qui la rend idéale pour couper les métaux durs.

De plus, elle ne fonctionne que sur des matériaux conducteurs : vous ne pouvez donc pas l'utiliser sur le bois, les plastiques ou les céramiques.

9. Machine à commande numérique à fraiser (routeur CNC)

Un routeur CNC découpe des formes et des motifs dans des matériaux plats. Il peut être assez bruyant en raison de ses nombreuses pièces mobiles.

10. Machine CNC multi-axes

Contrairement aux machines CNC classiques qui se déplacent dans deux ou trois directions, une machine CNC multi-axes peut se déplacer dans quatre directions ou plus.

Ce niveau de contrôle est également essentiel dans la fabrication moderne de pierre, où les scies à pont CNC 5 axes permettent un profilage 3D complexe sur des matériaux denses comme le granit.

Elle peut créer des pièces extrêmement précises et complexes, mais ces machines sont difficiles à utiliser et exigent une expertise professionnelle.

11. Imprimante 3D

Une imprimante 3D construit des objets couche par couche à partir d'un fichier numérique. Contrairement aux machines CNC qui enlèvent de la matière, l'impression 3D est un procédé additif, c'est-à-dire qu'elle ajoute de la matière pour créer une forme.

L'impression 3D est coûteuse et lente, ce qui la rend moins pratique pour la production à grande échelle.

12. Changeur d'outils automatique CNC (ATC)

Cette machine change automatiquement les outils de coupe pendant l'usinage. Elle contribue à accélérer la production et à réduire les temps d'arrêt.

Elle change d'outil pour deux raisons principales : remplacer un outil usé ou substituer un mauvais outil par le bon.

Types de machines CNC selon le nombre d'axes

Les machines CNC sont également classées selon le nombre d'axes qu'elles peuvent mouvoir. Plus une machine possède d'axes, plus elle peut créer de formes complexes. Voyons cela ci-dessous.

Machine CNC 2 axes

• La machine CNC la plus basique.
• Se déplace dans deux directions : de haut en bas (axe X) et d'un côté à l'autre (axe Y).
• Adaptée aux coupes rectilignes simples, au perçage de trous et au travail sur une seule surface à la fois.

Machine CNC 3 axes

• Le type le plus courant.
• Se déplace dans trois directions : X, Y et Z (profondeur).
• Peut travailler sur les six faces d'un bloc, mais nécessite un repositionnement.

Machine CNC 4 axes

• Fonctionne comme une machine 3 axes mais ajoute un axe de rotation (axe A).
• Permet à l'outil de coupe ou à la pièce de tourner.
• Utile pour les coupes courbes et les objets ronds

Machine CNC 5 axes

• Ajoute un autre mouvement de pivotement (axe C) permettant à l'outil de s'incliner.
• Peut usiner 5 faces d'une pièce à la fois sans repositionnement

Machine CNC 6 axes

• Ajoute un troisième axe de rotation (axe B) à l'outil de coupe ou à la pièce.
• Peut créer des surfaces très lisses et des formes complexes

Machine CNC 7 axes

• Possède 3 axes de mouvement (X, Y, Z), 3 axes de rotation (A, B, C) et une rotation supplémentaire pour le bras porte-outil (axe E).

Machine CNC 9 axes

• Combine une fraiseuse 5 axes et un tour 4 axes.
• Peut travailler à la fois l'extérieur et l'intérieur d'une pièce en une seule prise de pièce

Machine CNC 12 axes

• Le type le plus avancé, avec deux têtes de coupe se déplaçant dans les 6 directions (X, Y, Z, A, B et C).
• Augmente la précision et double la vitesse de production.
• Utilisée pour la fabrication à grande échelle et de très haute précision.

Types de machines CNC selon la trajectoire de déplacement

Les machines CNC peuvent également être classées selon leur mode de déplacement, comme suit :

Commande point par point

Dans ce système, la machine se déplace d'un point à un autre sans effectuer d'usinage entre les deux.

C'est le choix le plus économique si vous n'avez pas besoin de mouvement continu. Ce système est utilisé pour des tâches comme le perçage, le taraudage, le soudage par points et le positionnement.

Commande linéaire

Ce système ne se contente pas de déplacer la machine d'un point à un autre : il contrôle aussi la vitesse et la trajectoire du mouvement. Il garantit un déplacement rectiligne le long d'un axe parallèle. Il est utile pour les tâches simples de fraisage et de rectification.

Commande par contournage

Ici, la machine se déplace de façon fluide le long d'une trajectoire programmée tout en usinant simultanément. Elle peut piloter plusieurs axes en même temps, ce qui la rend idéale pour l'usinage de courbes et de surfaces complexes.

Vous trouverez ce système sur les rectifieuses, les fraiseuses et les tours CNC

Types de machines CNC selon le système de commande

Les machines CNC peuvent aussi être classées selon leur système de commande. Voici les trois types :

Système de commande en boucle ouverte

Ce système ne dispose d'aucun mécanisme de rétroaction pour vérifier l'exactitude du mouvement. Le dispositif CNC envoie un signal dans une seule direction, qui déplace la machine au moyen d'un moteur pas à pas.

Il est peu coûteux et simple d'utilisation, mais moins précis et moins stable.

Système de commande en semi-boucle

Ce système utilise un capteur sur l'arbre du moteur ou sur la vis à billes pour mesurer le mouvement. Il compare le mouvement mesuré à la position visée et ajuste en conséquence.

Il offre une bonne précision et une bonne stabilité pour un coût modéré.

Système de commande en boucle fermée

Ce système utilise des capteurs pour mesurer la position réelle des pièces mobiles de la machine et ajuste en continu pour correspondre aux valeurs programmées.

Il offre une très grande précision et une excellente stabilité, mais il est plus complexe et plus difficile à piloter.

Comment choisir le meilleur type de machine CNC ?

Le choix de la meilleure machine CNC pour votre entreprise dépend de nombreux facteurs. Voici quelques points importants à prendre en compte avant d'acheter une machine CNC :

Type d'activité

La taille et les besoins de votre entreprise réduiront vos options. Si vous exploitez un petit atelier CNC, quelques routeuses CNC de base peuvent suffire.

En revanche, si vous dirigez une grande entreprise de fabrication, vous aurez peut-être besoin de machines plus grandes et multifonctions pour assurer une production élevée.

Disponibilité des pièces détachées

Comme toute machine, une machine CNC peut tomber en panne avec le temps. Avant d'acheter, assurez-vous que les pièces détachées sont faciles à trouver et que votre équipe peut réparer la machine si nécessaire.

Un accès rapide aux pièces réduira les temps d'arrêt et remettra votre production sur les rails plus vite.

Exigences produit

Pour des pièces simples, un tour CNC ou une fraiseuse 3 axes suffit. Mais pour des conceptions plus complexes, une machine CNC 5 axes peut réaliser les pièces en une seule prise de pièce, ce qui permet d'économiser du temps et de l'argent.

Certains secteurs exigent aussi des machines CNC spécialisées. Par exemple, un tour de décolletage est idéal pour produire des milliers de petites pièces cylindriques détaillées.

Besoins en alimentation électrique

Les machines CNC consomment beaucoup d'énergie. Elles nécessitent souvent une alimentation triphasée pour fonctionner efficacement. Avant d'acheter, vérifiez que votre site dispose d'une puissance suffisante.

Même si votre installation actuelle fonctionne correctement, l'ajout d'une nouvelle machine CNC pourrait porter votre consommation au-delà de la capacité du bâtiment.

Type de matériau

Si vous usinez des métaux durs comme le titane ou l'acier inoxydable, vous avez besoin d'une machine robuste capable de maintenir la précision. Pour des matériaux plus tendres comme l'acier doux ou les plastiques, une machine moins puissante peut suffire.

DEK – Services d'usinage CNC de haute précision

L'achat d'une machine CNC est une décision importante, car son coût peut être élevé. Si l'achat d'une machine n'est pas la meilleure option pour vous, envisagez d'externaliser vos besoins d'usinage CNC.

Chez DEK, nous disposons d'une large gamme de machines CNC, de la configuration la plus simple aux machines multiaxes avancées. Nos ingénieurs experts peuvent prendre en charge des projets de toute complexité.

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Conclusion

Maintenant que vous connaissez les différents types de machines CNC, vous pouvez choisir celle qui convient à vos besoins. Avec la bonne machine CNC, vous pouvez améliorer l'efficacité et la qualité des produits tout en économisant du temps et de l'argent.