Qu'est-ce que l'usinage CNC ? | Guide d'explication

Le processus d'usinage CNC offre plusieurs avantages en raison de son automatisation et de l'utilisation de machines-outils commandées par ordinateur pour créer des pièces à partir de matériaux bruts. Ces avantages comprennent une précision, une cohérence et une vitesse accrues, ainsi que la capacité de créer des caractéristiques précises avec des géométries complexes. En outre, il permet également de créer des pièces en plastique, en métal et dans d'autres matériaux.

Par rapport aux techniques d'usinage conventionnelles, l'usinage CNC permet l'utilisation de méthodes et d'équipements de coupe sophistiqués, tels que l'usinage multi-axes et l'usinage à grande vitesse, qui peuvent améliorer l'efficacité et le calibre du processus. Qu'est-ce que l'usinage CNC ? Quel type de processus implique-t-il ? Lisez la suite de cet article pour en savoir plus sur ce sujet.

Qu'est-ce que l'usinage CNC ?

Il s'agit d'un processus de fabrication soustractive qui façonne un article ou une pièce en retirant progressivement de la matière d'une pièce jusqu'à ce que la forme voulue soit atteinte. En d'autres termes, il s'agit d'utiliser un logiciel informatique pour contrôler le mouvement et la fonctionnalité d'une machine.

La fonction de la commande numérique par ordinateur est de traduire un modèle numérique d'un composant en une série de commandes qui dirigent les mouvements des outils d'usinage pour produire le résultat souhaité. En outre, l'usinage CNC est un processus polyvalent qui permet de travailler sur divers matériaux, notamment les métaux, les alliages métalliques, le bois, la pierre, les matières plastiques, etc.

Parallèlement, différents outils et tailles d'outils sont utilisés lors de l'usinage CNC. Ces outils et leurs tailles changent en fonction du composant usiné qui doit être fabriqué. Comparé à d'autres techniques de production, l'usinage CNC peut offrir une adaptabilité, une efficacité et une précision accrues puisqu'il est contrôlé par ordinateur. Cela en fait une option de fabrication très appréciée pour diverses entreprises et utilisations d'usinage.

Différentes techniques d'usinage CNC

L'usinage CNC n'est pas un processus monotone et les fabricants emploient plusieurs techniques pour fabriquer des produits à l'aide de l'usinage CNC. Les types les plus courants d'usinage CNC sont les suivants :

Tournage CNC

Tournage CNC est un processus crucial pour la production de pièces cylindriques précises et exactes. L'opération de tournage CNC proprement dite est simple puisqu'elle consiste à installer une pièce cylindrique sur la machine rotative, l'outil de coupe CNC étant parallèle à l'axe de rotation.

Les pièces de moteur, les arbres, les bagues et les engrenages ne sont que quelques-uns des composants fréquemment produits par l'usinage CNC. Comparé au tournage manuel, le tournage CNC présente de nombreux avantages, notamment une meilleure uniformité, une meilleure reproductibilité et une plus grande efficacité.

Fraisage CNC

Fraisage CNC utilisent un outil de coupe rotatif pour produire une variété de formes et de produits tout en fonctionnant sur un axe perpendiculaire. Cette méthode est largement utilisée dans diverses industries, notamment celles qui produisent des biens de consommation, des avions, des automobiles et des équipements médicaux.

Le positionnement de la pièce est un aspect des bases du fraisage CNC qui diffère du fraisage conventionnel. L'outil de coupe se déplace souvent dans différentes directions alors que la pièce reste immobile. Il enlève également la matière au fur et à mesure qu'il se déplace en suivant les instructions de l'ordinateur. En outre, pour obtenir le résultat souhaité, les machinistes programment souvent la fraiseuse pour qu'elle effectue de nombreuses passes sur la pièce.

Perçage CNC

Le processus de perçage CNC permet de réaliser des trous de différentes tailles dans une pièce. Ce processus s'effectue à l'aide d'un ordinateur qui règle avec précision le mouvement et la vitesse du foret. La procédure est entièrement automatisée.

Par rapport au perçage manuel, la procédure présente plusieurs avantages, notamment une précision, une répétabilité et une efficacité accrues. Les cartes de circuits imprimés, les composants métalliques et les polymères sont quelques-uns des secteurs qui utilisent fréquemment l'usinage CNC.

Découpe plasma CNC

Dans le processus de fabrication connu sous le nom de découpage au plasma, les matériaux conducteurs tels que les métaux sont découpés à l'aide d'un flux de plasma à grande vitesse. Lors du découpage au plasma, une électrode et la pièce à usiner sont reliées par un arc de plasma créé par une torche à plasma et capable de percer le matériau.

Le matériau est alors fondu et vaporisé par l'arc plasma. En outre, un flux de gaz à haute pression (tel que l'air ou l'azote) est nécessaire pour éloigner le matériau fondu du bord de la coupe. Par conséquent, il y a peu de distorsion ou de décoloration, et la coupe est nette et précise, ce qui réduit la nécessité d'un traitement ultérieur.

Fraisage CNC

Les défonceuses CNC fonctionnent de la même manière que les fraiseuses dans leurs fonctions de base. Les défonceuses travaillent généralement avec des matériaux d'usinage CNC plus tendres comme le bois, alors que le fraisage est fréquemment utilisé avec des métaux plus durs. Les défonceuses produisent une efficacité, une cohérence et une précision exceptionnelles, comme n'importe quelle opération d'usinage CNC.

La broche tourne dans différentes directions alors que la pièce est totalement immobile pendant l'opération de défonçage. Lorsque des matériaux plus tendres sont utilisés, la vitesse de rotation totale de la broche peut être relativement faible pendant le défonçage.

Découpe laser CNC

Il s'agit d'une autre procédure de découpe typique qui jouit d'une grande popularité en raison de sa capacité à fournir rapidement des résultats précis et exacts. Cette procédure est largement utilisée dans la plupart des secteurs, y compris l'aérospatiale, le médical et le militaire, car le laser peut découper la plupart des matériaux. En outre, la découpe au laser est un processus extrêmement précis et reproductible, ce qui permet de réduire les déchets et les délais de production.

Plus d'informations : Découpe CNC et découpe laser

Meulage CNC

Une meule abrasive plate rotative est utilisée dans les rectifieuses à commande numérique pour enlever de la matière sur les surfaces irrégulières des pièces. La meule ou la roue abrasive tourne rapidement. En général, cette opération d'usinage CNC permet d'obtenir un produit à la finition lisse.

Terminologie courante de l'usinage CNC à connaître

Dans ce secteur, il est essentiel de comprendre les termes utilisés dans l'usinage CNC. Voici les termes les plus courants utilisés dans le domaine de l'usinage CNC ;

CAD

Les logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) génèrent une représentation visuelle en 2D ou en 3D du produit final souhaité. Des pièces simples avec des modèles CAO individuels sont généralement utilisées pour fabriquer des pièces d'usinage CNC compliquées.

CAM

Les codes CNC qu'une machine peut interpréter sont créés à l'aide d'un logiciel de fabrication assistée par ordinateur (FAO). Ces programmes permettent d'automatiser de nombreux types de machines, y compris et qu'est-ce que l'usinage CNC.

Pour utiliser une machine CNC, le logiciel de FAO collabore avec les applications de CAO. La majorité des machines CNC de haute qualité sont équipées d'un logiciel de FAO complémentaire. Découvrez les dernières options de logiciels de FAO. 

MDC

Les logiciels de collecte de données de fabrication (MDC) recueillent des informations auprès des opérateurs et des équipements sur les différentes données de fabrication produites en temps réel.

Grâce à ces informations, les fabricants peuvent apporter des améliorations à la chaîne de fabrication actuelle. Elles permettent également d'identifier les raisons des pertes et des retards de production.

Code G

Le code G (code géométrique) est une directive alphanumérique indiquant à une machine CNC ce qu'elle doit faire pour se déplacer. Dans le code G, les lettres X, Y et Z représentent les axes de déplacement, tandis que les chiffres représentent les valeurs le long de chaque axe. Il s'agit ici du numéro de ligne N. Certains codes spécifiques contrôlent la capacité de la machine à effectuer des opérations CNC, comme la modification de la vitesse de la broche ou sa mise en marche et son arrêt.

Code M

Les codes M sont divers codes machine qui exécutent les opérations d'usinage CNC autres que les opérations de coupe. Il s'agit de lancer et de terminer divers programmes, de gérer le flux de liquide de refroidissement ou de modifier le comportement des outils de coupe.

Processus d'usinage CNC : Comment cela fonctionne-t-il ?

Les procédures d'usinage CNC doivent faire l'objet d'une réflexion approfondie, depuis la conception initiale jusqu'à la fabrication. Comment fonctionne l'usinage CNC ? Il se déroule en trois phases.

Conception de fichiers 3D

Les fichiers de conception sont les éléments livrables pour la première phase de l'usinage CNC. Ces fichiers sont disponibles dans les formats CAO, FAO et IAO. L'utilisation de logiciels de CAO/FAO par les ingénieurs et les concepteurs les aide à créer la conception globale du composant et du produit, qui est ensuite évaluée en fonction de son potentiel de fabrication CNC.

Cette évaluation, communément appelée DFM (Design for Manufacturing), est une étape cruciale puisqu'elle permet de garantir les meilleurs avantages au moindre coût tout en tenant compte des contraintes de la technologie actuelle.

Programmation CNC

Les codes G ou M sont les principaux moyens de communication avec une machine CNC. Ces codes, qui sont essentiellement le guide de navigation de l'outil de coupe dans l'usinage CNC, sont produits par les programmes de FAO.

Si la conception respecte les directives DFM, les machinistes CNC n'auront généralement pas besoin d'intervenir dans les opérations ou le prétraitement. Dans le cas contraire, des mesures supplémentaires pourraient s'avérer nécessaires pour garantir des performances optimales.

Il est important de noter que l'efficacité globale du processus de conception détermine le temps nécessaire au prétraitement. Les codes G ou M peuvent être programmés en peu de temps ou plus longtemps, en fonction de la complexité de la conception.

En outre, les codes seront précis et produiront des résultats utilisables si la conception globale respecte les principes DFM requis. À l'inverse, les erreurs de conception conduiraient à des codes défectueux, qui auraient inévitablement des conséquences indésirables.

Mise en place et traitement des machines

La procédure d'usinage proprement dite, qui utilise les codes fournis dans la phase précédente pour enlever le matériau supplémentaire d'un bloc, est la dernière étape. Cette phase commence par la sélection de la machine adéquate pour le travail. Il existe différents types de machines d'usinage CNC, notamment des machines à 3, 4 ou 5 axes et des machines pour différentes techniques de fabrication, du perçage au tournage et au fraisage.

Il est important de noter que si les machines-outils de précision sont généralement très performantes, elles ne peuvent pas reproduire avec précision les dimensions du modèle CAO. C'est pourquoi les machinistes appliquent généralement des tolérances qui varient en fonction des exigences de l'industrie. Toutefois, des tolérances serrées augmenteraient les dépenses de l'unité de fabrication.

Types de machines CNC et leurs utilisations

Comme nous l'avons mentionné plus haut, nous avons abordé les différentes techniques d'usinage CNC. En général, les différentes technologies correspondent à différents types de machines CNC. Vous trouverez ci-dessous ces machines et leurs utilisations.

Machine CNC de fraisage

Les fraiseuses CNC les plus utilisées sont les modèles à 3, 4 et 5 axes. Ces appareils se distinguent par le nombre d'axes qu'ils comportent. La capacité de l'objet usiné par CNC, son niveau de précision et de nombreux autres facteurs dépendent du nombre d'axes dont il est équipé. Plusieurs industries, dont l'automobile, l'aérospatiale, la médecine et l'électronique grand public, utilisent ces machines pour fabriquer leurs pièces.

Tours CNC

Un tour CNC est un appareil qui fait tourner une pièce sur une broche et utilise un ordinateur pour gérer un groupe d'outils de coupe le long de deux axes, X et Z, afin d'effectuer différentes opérations sur le matériau.

En outre, les machines d'usinage CNC sont également capables de percer et de fraiser pour produire des formes rondes exactes avec un diamètre extérieur et un diamètre intérieur.

Routeurs

La broche d'une défonceuse CNC est utilisée pour couper et graver divers matériaux, notamment le plastique, le bois, l'acrylique, le verre, le métal et la mousse. Elles peuvent effectuer plusieurs processus d'usinage, notamment des opérations de perçage, de taraudage, de fraisage et de meulage.

Machines à décharge électrique

Quelle que soit la dureté du composant, l'usinage par électroérosion (EDM) est une technologie de fabrication sans contact qui permet de le traiter. Il s'agit de plonger une pièce conductrice d'électricité et une électrode ou un fil dans un fluide diélectrique en circulation. En utilisant l'énergie thermique, le processus d'électroérosion consiste à enlever de la matière supplémentaire de la pièce afin de lui donner la forme précise nécessaire à la réalisation d'une tâche. Il existe trois formes différentes d'électroérosion : par enfoncement, par trou et par fil.

Découpeurs à jet d'eau

Elle utilise un jet d'eau à haute pression pour percer divers matériaux, notamment les métaux, les polymères et les composites. Une découpeuse à jet d'eau peut découper presque toutes les formes, épaisseurs et matériaux. Cette méthode est adaptable et utilisable pour produire des pièces dans de nombreux autres secteurs, notamment l'aérospatiale, l'automobile et la médecine.

Découpeuses laser

Les appareils connus sous le nom de découpeurs laser utilisent un ordinateur pour réguler un faisceau laser qui peut découper ou graver des matériaux. En suivant des instructions spécifiques fournies dans le cadre de l'usinage CNC ou du code G, le faisceau laser enflamme, fait fondre ou vaporise la substance avec laquelle il entre en contact.

Meuleuses de surface

Un outil abrasif appelé ponceuse de surface permet de réaliser des finitions fines sur des surfaces planes. En d'autres termes, la machine ponce les surfaces des matériaux pour les niveler et les aplanir. La rectifieuse de surface est équipée d'une meule qui élimine les disparités de hauteur de la surface en tournant à une vitesse énorme.

Logiciel d'aide à l'usinage CNC pour les débutants

Des logiciels sont utilisés dans le processus d'usinage CNC pour garantir l'exactitude, la précision et l'optimisation du composant ou du produit fabriqué.

CAO et FAO

La conception assistée par ordinateur (CAO) est un logiciel qui permet de créer des représentations vectorielles en 2D ou des représentations solides en 3D de composants et de surfaces, ainsi que la documentation technique appropriée et les exigences relatives aux pièces. D'autre part, le logiciel de FAO (fabrication assistée par ordinateur) est utilisé pour créer le code machine nécessaire pour faire fonctionner l'usinage CNC et contrôler l'outillage afin de produire l'article conçu sur mesure en extrayant les données techniques du modèle de CAO.

CAE

Les ingénieurs utilisent des logiciels d'ingénierie assistée par ordinateur (IAO) pendant les phases de développement, de prétraitement, d'analyse et de post-traitement. Dans les applications d'analyse technique, notamment la conception, la simulation, la planification, la production, le diagnostic et la réparation, les logiciels d'IAO sont utilisés comme outils auxiliaires pour aider à évaluer et à réviser la conception du produit.

Avantages et limites de l'usinage CNC

L'usinage CNC facilite la production rapide de pièces ou de produits, quels que soient leur complexité et le type de matériau. Cette technique de production, bien que bénéfique, n'est pas sans limites.

Avantages de l'usinage CNC

Répétabilité et cohérence des produits

Chaque pièce produite a le même aspect et la même fonctionnalité grâce à la commande numérique par ordinateur, c'est-à-dire l'usinage CNC. L'erreur humaine n'est pas possible. Il en résulte la création de pièces précises qui remplissent la fonction pour laquelle elles ont été conçues.

Polyvalence et flexibilité

Il est possible de programmer les machines CNC pour qu'elles travaillent avec différents matériaux, notamment le métal, le plastique, le bois et les matériaux composites. Elles sont donc polyvalentes et s'adaptent à différents besoins de fabrication.

Exactitude et précision

La méthode d'usinage CNC est extrêmement précise. Pour le fraisage et le tournage CNC, des tolérances serrées de ±0,01 mm, voire ±0,005 mm, peuvent être obtenues. Grâce à l'automatisation du processus d'usinage CNC, il est plus facile de fabriquer des pièces exactes à plusieurs reprises.

Limites de l'usinage CNC

Coût initial de démarrage élevé

Le coût initial comprend l'acquisition de la machine et la formation des opérateurs et autres professionnels. Il prend également en compte le coût de l'acquisition d'outils spécialisés pour certains processus. Ces coûts, bien qu'élevés, restent inférieurs à ceux encourus lors de processus tels que le moulage par injection.

Restrictions de conception

L'outil doit avoir accès à toutes les surfaces de coupe nécessaires, car l'usinage CNC est une technique soustractive qui enlève de la matière à partir d'une pièce brute solide. En raison de l'accès limité de l'outil, il est difficile d'usiner des caractéristiques telles que les géométries internes et les contre-dépouilles. En outre, il est également difficile d'arrondir les angles aigus intérieurs par l'usinage CNC.

Lignes directrices pour la conception de vos projets d'usinage CNC

Cette section passe en revue certains des facteurs de conception importants qui peuvent faciliter la fabrication de votre article et, par conséquent, fournir des pièces de meilleure qualité à des prix plus abordables.

Contre-dépouilles et caractéristiques internes

Les surfaces de coupe requises doivent toutes être accessibles à l'outil d'usinage CNC. Par conséquent, il est préférable de les éviter lors de la conception, car les caractéristiques telles que les contre-dépouilles importantes et les géométries internes ne peuvent pas être usinées en raison des limitations d'accès à l'outil. Néanmoins, si votre conception prévoit une contre-dépouille, voici la recommandation : Dégagement de l'outil > 4 x la hauteur ; Profondeur < 2 x la hauteur.

Guo, ingénieur CNC chez XC Machining, déconseille d'incorporer des angles internes aigus dans vos conceptions CNC. En raison de la nature du fraisage avec des outils ronds, il n'est pas possible d'obtenir des angles vifs. Il est donc essentiel d'utiliser des coins arrondis, dont les rayons doivent être supérieurs à la taille de l'outil utilisé.

Profondeur de la cavité

Pour maintenir une finition d'usinage satisfaisante, il est conseillé de ne pas dépasser une profondeur de cavité égale à quatre fois la largeur de la cavité. Des outils spécialisés de plus grand diamètre peuvent être utilisés pour réaliser des trous plus profonds.

Profondeur du trou

Il est conseillé d'utiliser des mèches de taille conventionnelle lorsque vous prévoyez des trous dans votre dessin. Les outils tels que les alésoirs et les machines à aléser peuvent créer des trous avec des tolérances précises. La profondeur de perçage réalisable augmente avec le diamètre du trou.

Épaisseur minimale de la paroi

Les parois de votre composant peuvent se fissurer ou se déformer à la suite de l'usinage CNC si elles sont trop minces. Il est essentiel de concevoir votre article avec une épaisseur de paroi appropriée pour minimiser les vibrations. La recommandation est de 1,00 pour les plastiques et de 0,5 mm pour les métaux.

Rapport d'aspect correct

Pièces usinées à la CNC avec une rapport hauteur/largeur sont sensibles aux vibrations indésirables, tout comme les parois minces, qui peuvent entraîner la déformation ou l'éclatement de la pièce. Pour éviter la défaillance d'un composant, il est essentiel de concevoir votre pièce avec un rapport d'aspect correct. Le rapport hauteur/largeur recommandé est ≤ 4.

Conseils pour réduire les coûts lors du choix d'un processus d'usinage CNC

Les trois facteurs de base suivants auront un impact considérable sur le coût de votre pièce.

• Conception: Le type de conception influence le coût de l'usinage CNC. Plus la complexité d'un dessin et de ses géométries est élevée, plus sa production est coûteuse.
• Matériau: Le matériau prend en considération le coût du matériau et sa machinabilité. Certains matériaux sont plus faciles à usiner que d'autres, tandis que d'autres sont plus chers. Par exemple, l'usinage du titane sera plus coûteux que celui de l'aluminium, car l'aluminium est moins cher et plus facile à usiner que le titane.
• Quantité: Avec l'usinage CNC, le coût de production diminue à mesure que la quantité de produit augmente. Ceci est dû au coût fixe de mise en place de ce processus.

Matériaux typiques utilisés dans les machines à commande numérique

Grâce à sa polyvalence, il est possible d'effectuer ce qu'est l'usinage CNC sur une large gamme de matériaux. La liste des matériaux courants comprend toutefois

Matériaux d'usinage CNC des métaux

• Aluminium
• Acier inoxydable
• Cuivre
• Titane
• Laiton
• Acier doux
• Acier allié
• Acier à outils
• Magnésium

Matériaux d'usinage CNC du plastique

• ABS
• POM (Delrin)
• PEEK
• PP
• PC
• PEHD
• GF+PA(Nylon)
• Ultem

Quelles sont les applications de l'usinage CNC ?

L'usinage CNC est une technique de production qui ne se limite pas à un certain secteur ou à un certain cas d'utilisation. Il a plusieurs applications, notamment

Pièces détachées automobiles

Les machines CNC peuvent créer différents types d'automobiles et des pièces de camion. Les composants pour la boîte de vitesses, la suspension et le moteur en sont quelques exemples.

Dispositifs médicaux

Précision pièces pour équipements médicauxy compris les implants, les prothèses et les outils chirurgicaux, peuvent être produits à l'aide de usinage CNC sur mesure.

Produits de consommation et électronique

Les machines CNC peuvent fabriquer de nombreuses pièces de consommation. Il s'agit notamment de produits électroniques, de jouets et de produits ménagers courants qui entrent dans cette catégorie.

Aérospatiale

Les plus critiques, les plus sûrs et les plus fiables pièces pour l'aérospatiale sont produites à l'aide d'une technologie de production appelée usinage CNC. Cette technique facilite la production de pièces aérospatiales telles que les ailettes, les pièces de moteur, les carénages, les assemblages de cellules et les embellissements décoratifs.

XC Machining : Une entreprise fiable pour votre projet d'usinage CNC

Les petites et moyennes entreprises ne disposent pas des ressources nécessaires pour installer et entretenir des machines CNC. C'est pourquoi le choix d'un partenaire pour l'usinage CNC est une solution typique qui permet de contourner ce problème. XC Machining est votre partenaire de fabrication fiable, offrant des services d'usinage CNC rentables. Services d'usinage CNCy compris le fraisage, le tournage, le perçage, l'électroérosion, etc.

Parallèlement, nos installations de pointe et notre équipe hautement qualifiée se consacrent à la fourniture de solutions d'usinage CNC de précision pour répondre aux exigences uniques de votre projet. Que vous ayez besoin de prototypes, de pièces, d'une production en petite quantité ou d'une fabrication en grande quantité, nous disposons des capacités et de l'expertise nécessaires pour obtenir les meilleurs résultats.

Chez what is CNC machining, nous comprenons également que la réussite de votre projet ne dépend pas uniquement du processus d'usinage lui-même. C'est pourquoi notre engagement à satisfaire nos clients s'étend à tous les aspects de nos services, de la communication et de la collaboration à la livraison dans les délais. Contactez-nous dès aujourd'hui pour discuter des exigences de votre projet et découvrir comment nous pouvons contribuer au succès de vos produits.

FAQ

Les machines CNC sont-elles difficiles à utiliser ?

Il existe des instructions d'utilisation spécifiques à chaque type de machine CNC. Les machines CNC sont généralement simples à utiliser mais nécessitent un opérateur hautement qualifié pour produire des pièces répondant aux normes industrielles.

Les opérateurs de CNC sont-ils très demandés ?

Les opérateurs CNC sont très demandés de nos jours, car les machines CNC ont remplacé le processus de production dans la plupart des industries.

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

L'automatisation complète du processus, l'augmentation du nombre d'axes sur les machines CNC et la création de fonctions supplémentaires pour une personnalisation simple font partie des développements dans le secteur de l'usinage CNC.