Vous êtes-vous déjà demandé comment des pièces métalliques complexes sont fabriquées avec précision ? L'usinage CNC est la réponse. Cet article explique comment les outils commandés par ordinateur façonnent des matériaux tels que le métal pour en faire des composants complexes avec une grande précision et une grande efficacité. Vous découvrirez les types de machines CNC, leurs avantages et leurs inconvénients, ainsi que les étapes détaillées du processus d'usinage CNC. À la fin de l'article, vous comprendrez pourquoi l'usinage CNC est essentiel à la fabrication moderne et comment il garantit la qualité et la précision dans la création de tout, des pièces aérospatiales aux appareils médicaux.
La commande numérique (CN) désigne la méthode de contrôle du mouvement et des opérations de traitement des machines-outils à l'aide d'informations numérisées. Les machines-outils à commande numérique, souvent abrégées en machines-outils à commande numérique, sont des machines-outils équipées d'un système à commande numérique. La commande numérique informatisée (CNC) est une méthode dans laquelle un ordinateur universel contrôle directement le mouvement et les opérations de traitement des machines-outils.
En modifiant le programme de commande correspondant, la fonction de commande du système CNC peut être modifiée sans altérer le circuit matériel, ce qui rend le système CNC très polyvalent et flexible. C'est dans cette direction que s'oriente le développement de la technologie CNC, qui a trouvé une large application dans la production.
L'usinage à commande numérique désigne une méthode de traitement des pièces sur des machines-outils à commande numérique. Le processus d'usinage sur machine-outil à commande numérique est généralement cohérent avec l'usinage sur machine-outil traditionnelle, mais en raison des caractéristiques uniques de l'usinage à commande numérique, le processus d'usinage à commande numérique présente des changements notables par rapport aux processus d'usinage généraux.
L'usinage CNC désigne la fabrication et le traitement de pièces et de produits contrôlés par ordinateur. Il implique l'utilisation de machines-outils à commande numérique par ordinateur (CNC) pour enlever automatiquement l'excès de matière d'une pièce en la traitant et en l'ajustant.
Le métal est le matériau le plus couramment utilisé dans l'usinage CNC, et le résultat final est un produit ou une pièce finie.
Ce processus est connu sous le nom de fabrication soustractive, et des applications informatiques sont utilisées pour contrôler les mouvements de la machine-outil afin d'améliorer l'usinage CNC. Les types et les processus de traitement les plus courants pour les Machine CNC Les outils utilisés sont le fraisage, le tournage, la rectification et l'électroérosion.
Le fraisage utilise une fraise rotative pour enlever de la matière de la surface de la pièce en se déplaçant le long de 3, 4 ou 5 axes. Ce procédé est utilisé pour traiter rapidement des formes géométriques complexes et des pièces de précision en métal en coupant ou en taillant la pièce.
Le tournage, quant à lui, consiste à utiliser un tour pour fabriquer des pièces ayant des caractéristiques cylindriques. La pièce tourne sur l'arbre et entre en contact avec la pièce de précision. outil de tournage pour former des bords circulaires, des trous radiaux et axiaux, des rainures et des sillons.
Comparé à l'usinage manuel traditionnel, l'usinage CNC est beaucoup plus rapide, avec une grande précision dimensionnelle et un minimum d'erreurs. Le produit fini est conforme au code informatique de la conception.
La fabrication CNC peut être utilisée pour fabriquer des produits finis et des composants, mais elle n'est généralement rentable que pour la production à court terme de petits lots, ce qui en fait une méthode de fabrication idéale pour le prototypage rapide.
Le fraisage CN est un processus qui utilise des fraises rotatives pour enlever des matériaux. La pièce peut rester immobile pendant que l'outil se déplace sur elle ou entrer dans la machine-outil à un angle prédéterminé.
La complexité et la rapidité du processus de formage dépendent du nombre d'axes mobiles de la machine. Plus une machine possède d'axes, plus le processus peut être rapide et complexe.
Le fraisage CN à 3 axes reste l'un des procédés d'usinage les plus utilisés et les plus populaires.
En 3-usinage des axesLa pièce reste immobile et la fraise coupe le long des axes X, Y et Z.
Cette méthode d'usinage est relativement simple et permet de fabriquer des produits de structure simple. Toutefois, elle ne convient pas à l'usinage de géométries complexes ou de produits comportant des éléments compliqués.
Comme la découpe ne peut se faire que sur trois axes, la vitesse de traitement peut être plus lente que celle de la 4 axes ou l'usinage CN à 5 axes. En effet, il peut être nécessaire de repositionner manuellement la pièce pour obtenir la forme souhaitée.
Le fraisage CN à 4 axes ajoute un quatrième axe au mouvement de la pièce. outil de coupepermettant la rotation autour de l'axe X.
Cette méthode implique l'utilisation de quatre axes : l'axe X, l'axe Y, l'axe Z et l'axe A (rotation autour de l'axe X).
La plupart des machines CNC à 4 axes ont également la capacité de faire tourner la pièce, appelée axe B. Cela permet à la machine de fonctionner à la fois comme fraiseuse et comme tour. Cela permet à la machine de fonctionner à la fois comme une fraiseuse et comme un tour.
Si vous avez besoin de forage sur le côté d'une pièce ou sur la surface d'un cylindre, l'usinage CNC à 4 axes est le choix idéal.
Il améliore considérablement le processus d'usinage et permet d'obtenir une grande précision d'usinage.
Le fraisage CN 5 axes dispose d'un axe de rotation supplémentaire par rapport au fraisage CN 4 axes.
Le cinquième axe est généralement l'axe B, qui tourne autour de l'axe Y.
Certaines machines CNC à 5 axes permettent également la rotation de la pièce, appelée axe B ou axe C.
En raison de sa grande polyvalence, l'usinage CN à 5 axes est souvent utilisé pour la fabrication de pièces complexes et précises, telles que des composants médicaux (membres artificiels ou os) ou des pièces pour l'aérospatiale, titane des pièces mécaniques pour le pétrole et le gaz, des produits militaires, etc.
Un processus complet d'usinage CNC comprend les étapes suivantes : analyse du processus sur la base du dessin d'usinage de la pièce, détermination des plans d'usinage, des paramètres du processus et des données de déplacement ; rédaction de la feuille de programme d'usinage de la pièce avec les codes et formats de programme prescrits ; entrée ou transmission du programme ; opération d'essai, simulation de la trajectoire de l'outil, etc., du programme d'usinage entré ou transmis à l'unité NC ; fonctionnement automatique de la machine-outil par une opération correcte, coupe d'essai du premier échantillon ; inspection des pièces traitées.
Le programme d'usinage CNC est une séquence d'instructions qui permet à la machine-outil à commande numérique d'effectuer l'usinage, et c'est le logiciel d'application de la machine-outil à commande numérique. Les principales tâches de la programmation CNC comprennent l'analyse du dessin de la pièce, la conception du processus, la planification de l'itinéraire d'usinage et la détermination des fonctions auxiliaires de la machine-outil. Il s'agit d'une étape importante de l'usinage CNC.
Le contenu et les étapes de la programmation CNC sont présentés ci-dessous :
Analyse du dessin de la pièce -> Détermination de la voie de traitement -> Calcul de la trajectoire de l'outil -> Ecriture des programmes -> Saisie du programme -> Vérification du programme et coupe d'essai
Les méthodes de compilation des programmes CN comprennent la programmation manuelle et la programmation automatique.
1) La programmation manuelle se réfère à la méthode de programmation où l'ensemble du processus, depuis l'analyse des dessins des pièces, la formulation des procédures de processus, le calcul des trajectoires de mouvement des outils, l'écriture des feuilles de programme de traitement des pièces, la préparation des supports de contrôle jusqu'à la vérification du programme, est entièrement réalisé manuellement. Pour les pièces ayant des formes géométriques peu complexes, des calculs simples et peu de programmes d'usinage, l'écriture manuelle est facile à mettre en œuvre.
La programmation manuelle est la base de la compilation des programmes d'usinage et constitue également la principale méthode de débogage de l'usinage sur site des machines-outils à commande numérique. Il s'agit d'une compétence de base que les opérateurs de machines-outils doivent maîtriser.
Pour les pièces de forme complexe, telles que les pièces à courbes non circulaires et à contours tabulaires, la programmation manuelle est fastidieuse, le volume du programme est énorme, le risque d'erreurs est élevé, l'efficacité est faible, et la programmation manuelle n'est pas à la hauteur de la tâche, d'où la nécessité d'adopter la programmation automatique.
2) La programmation automatique fait référence à la méthode selon laquelle la majeure partie ou une partie du travail d'écriture du programme pour les machines-outils à commande numérique est effectuée par un ordinateur. La programmation automatique réduit l'intensité du travail des programmeurs, améliore l'efficacité et la qualité de la programmation et résout les problèmes de programmation de pièces complexes que la programmation manuelle ne peut pas traiter.
En fonction des différentes méthodes de saisie et de traitement des informations, les méthodes de programmation automatique sont principalement divisées en programmation linguistique et en programmation graphique interactive.
La programmation par langage utilise un certain langage de haut niveau pour définir la forme géométrique de la pièce et la trajectoire d'avance, l'ordinateur effectuant des calculs géométriques complexes ou sélectionnant les outils, les montages et les quantités de coupe à l'aide d'une base de données technologique. Les systèmes de programmation CN les plus connus sont les APT (Automatically Programmed Tools).
La programmation en langage ne fournit pas une description intuitive de la forme géométrique de la pièce, c'est une méthode de programmation ancienne utilisée par les machines-outils à commande numérique, et elle a été progressivement remplacée par des méthodes de programmation graphiques interactives.
La programmation graphique interactive est basée sur un certain logiciel CAO/FAO, dans lequel la définition du graphique d'usinage et le réglage des paramètres du processus sont réalisés grâce à l'interaction homme-machine, puis le logiciel de programmation traite automatiquement pour générer la trajectoire de l'outil et le programme d'usinage CNC.
La programmation graphique interactive est actuellement la méthode la plus couramment utilisée, avec des systèmes logiciels typiques tels que Mastercam, UG, Pro/E et d'autres systèmes de programmation CNC.
Par rapport à l'usinage mécanique traditionnel, les avantages de l'usinage CNC sont les suivants :
La forme des pièces traitées par les machines-outils à commande numérique dépend principalement du programme de traitement. Lorsque la pièce à usiner change, un nouveau programme peut être reprogrammé pour traiter les pièces, ce qui rend cette technique particulièrement adaptée à la production de pièces uniques et de petites séries, ainsi qu'aux essais de prototypes. En outre, le mouvement contrôlable de l'usinage CNC lui permet de réaliser des usinages de surface complexes qui sont difficiles, voire impossibles, pour les machines-outils ordinaires.
Les machines-outils à commande numérique sont plus précises que les machines-outils ordinaires. Au cours du processus d'usinage, le mode d'usinage automatique des machines-outils à commande numérique permet d'éviter les erreurs dues à des facteurs humains, ce qui se traduit par une bonne cohérence dimensionnelle, une grande précision et une qualité d'usinage très stable pour un même lot de pièces.
La plage de réglage de la vitesse de la broche et de l'avance des machines-outils à commande numérique est beaucoup plus large que celle des machines-outils ordinaires. La rigidité de la machine-outil est élevée, ce qui permet d'effectuer de grandes quantités de coupe et donc de gagner du temps d'usinage. La vitesse de déplacement rapide des pièces mobiles de la machine-outil à commande numérique raccourcit le temps de positionnement et de non-usinage.
Les machines-outils à commande numérique se déplacent selon des coordonnées, ce qui permet d'économiser les opérations auxiliaires telles que le traçage de lignes et de réduire le temps de travail des auxiliaires. La pièce à usiner est souvent installée dans un simple dispositif de positionnement et de serrage, ce qui raccourcit le cycle de conception et de fabrication de l'équipement de traitement, accélérant ainsi le processus de préparation de la production.
Sur les machines-outils à commande numérique dotées d'un magasin d'outils et d'un changeur d'outils automatique, la pièce peut subir plusieurs processus d'usinage en continu avec un seul serrage, ce qui réduit le temps de rotation des produits semi-finis et rend l'amélioration de l'efficacité de la production plus évidente.
L'intensité de la main-d'œuvre est faible. L'usinage des pièces par les machines-outils à commande numérique est effectué automatiquement selon un programme préprogrammé. Les principales tâches de l'opérateur sont l'édition et la saisie du programme, le chargement et le déchargement des pièces, la préparation des outils, l'observation de l'état d'avancement de l'usinage et l'inspection des pièces, sans qu'il soit nécessaire d'effectuer de lourdes opérations manuelles répétitives.
Par conséquent, l'intensité du travail est considérablement réduite et le travail de l'opérateur de la machine-outil tend vers des opérations intellectuelles. En outre, les machines-outils à commande numérique travaillent généralement dans un environnement clos, propre et sûr.
L'usinage à commande programmée facilite le changement de variétés. En outre, l'usinage multi-séquences sur une seule machine simplifie la gestion du processus de production, réduit le nombre de personnes chargées de la gestion et permet de réaliser une production sans personnel. L'utilisation de machines-outils à commande numérique pour l'usinage permet de calculer avec précision les heures de travail d'un seul produit et d'organiser raisonnablement la production.
Les machines-outils à commande numérique utilisent l'information numérique et le traitement des codes standard pour contrôler l'usinage, créant ainsi les conditions nécessaires à l'automatisation du processus de production et simplifiant efficacement la transmission d'informations entre les inspections, les montages de travail et les produits semi-finis.
① Réduire le nombre d'outils nécessaires et éliminer le besoin d'outils complexes pour traiter des pièces aux formes complexes.
Si vous devez modifier la forme ou la taille d'une pièce, il vous suffit de modifier le programme de traitement de cette pièce, ce qui en fait un outil idéal pour le développement et la modification de nouveaux produits.
② La qualité d'usinage est constante, avec une précision et une répétabilité élevées, ce qui permet de répondre aux exigences strictes des avions en matière d'usinage.
④ Il peut traiter efficacement des profils complexes difficiles à traiter avec des méthodes conventionnelles, et peut même travailler sur des pièces qui ne sont pas visibles pendant le traitement.
L'inconvénient de l'usinage à commande numérique est que le coût des machines et de l'équipement est assez élevé et que le personnel chargé de la maintenance doit avoir un niveau d'expertise élevé.
L'usinage CNC est actuellement la méthode d'usinage la plus utilisée.
Lors de l'usinage CNC, il est important de comprendre non seulement ses caractéristiques, mais aussi les étapes du processus afin d'améliorer l'efficacité de l'usinage.
Quelles sont les étapes de l'usinage CNC ?
Sur la base des plans d'usinage fournis par le client, le personnel chargé de l'usinage peut analyser la forme et la précision des dimensions, rugosité de la surfaceCes informations sont utilisées pour choisir les machines-outils et les outils, déterminer le dispositif de positionnement et de serrage, la méthode d'usinage, la séquence et les paramètres de coupe. Ces informations sont utilisées pour choisir les machines-outils et les outils, déterminer le dispositif de positionnement et de serrage, la méthode d'usinage, la séquence et les paramètres de coupe.
Lors de la détermination du processus d'usinage, il faut tenir compte des capacités de contrôle de la machine-outil à commande numérique utilisée. Cela permettra d'optimiser l'efficacité de la machine-outil et d'obtenir une trajectoire d'usinage plus efficace, réduisant ainsi le temps de déplacement de l'outil et les heures d'usinage.
Pour calculer la trajectoire du centre de l'outil, les dimensions géométriques des pièces usinées et le système de coordonnées de programmation défini sont pris en compte. Cela permet de déterminer toutes les données relatives à la position de l'outil.
La plupart des Systèmes CNC possèdent des capacités d'interpolation linéaire et d'interpolation d'arcs de cercle. Pour le traitement de pièces planes relativement simples, telles que celles composées de lignes et d'arcs de cercle, les points de départ et d'arrivée des éléments géométriques, le centre des arcs de cercle (ou le rayon) et les valeurs des coordonnées des points d'intersection ou de tangence sont calculés.
Si le système NC n'a pas de compensation des outils les valeurs des coordonnées de la trajectoire du centre de l'outil doivent être calculées.
Pour les pièces avec plus de formes complexesLes courbes ou surfaces réelles doivent être approximées à l'aide de segments droits (ou d'arcs) et les valeurs des coordonnées de leurs nœuds doivent être calculées sur la base de la précision d'usinage requise.
Sur la base de la trajectoire de l'outil pour la pièce, les données relatives au mouvement de l'outil, les paramètres de processus déterminés et les actions auxiliaires sont calculés.
Le programmeur écrit ensuite le programme de traitement de la pièce en sections, en suivant les instructions fonctionnelles et le format de section de programme spécifiés par le système CN utilisé.
Il convient de prendre en considération
En suivant ces trois étapes pendant l'usinage CNC, le processus d'usinage peut être réalisé plus efficacement.
Les caractéristiques de performance des machines-outils CNC déterminent le champ d'application de l'usinage CNC. Pour l'usinage CNC, les objets peuvent être divisés en trois catégories en fonction de leur adéquation.
1) Catégorie la plus appropriée :
Pièces de haute précision d'usinage, de forme et de structure complexes, en particulier celles qui présentent des courbes et des contours de surface complexes, ou des pièces avec des cavités non ouvertes. Ces pièces sont difficiles à usiner et à contrôler avec des machines-outils générales, et il est difficile de garantir la qualité de l'usinage ; des pièces qui doivent être réalisées en un seul serrage pour des opérations multiples.
2) Catégorie plus adaptée :
Pièces coûteuses dont les ébauches sont difficiles à obtenir et qui ne peuvent être mises au rebut. Ces pièces sont susceptibles de ne pas être conformes aux normes ou d'être mises au rebut lorsqu'elles sont traitées sur des machines-outils ordinaires.
Pour des raisons de fiabilité, elles peuvent être sélectionnées pour l'usinage sur des machines-outils à commande numérique ; les pièces à faible rendement, à forte intensité de main-d'œuvre et à contrôle de qualité difficile lorsqu'elles sont usinées sur des machines-outils générales ; les pièces utilisées pour les changements de modèle et les essais de performance (nécessitant une bonne cohérence dimensionnelle) ; les pièces multi-variétés, multi-spécifications, à l'unité ou en petites séries.
3) Catégorie inadaptée :
Les pièces qui dépendent entièrement d'un positionnement manuel ; les pièces dont les tolérances d'usinage sont très instables si la machine-outil à commande numérique ne dispose pas d'un système d'inspection en ligne capable de vérifier et d'ajuster automatiquement les coordonnées de position de la pièce ; les pièces qui doivent utiliser un équipement de traitement spécifique, qui dépendent de modèles et de pièces échantillons pour l'usinage ; les pièces qui doivent être produites en grandes quantités.
Avec l'amélioration des performances des machines-outils à commande numérique, le perfectionnement des fonctions, la réduction des coûts, l'amélioration continue des performances des outils d'usinage à commande numérique et des outils auxiliaires, et l'amélioration continue de la technologie d'usinage à commande numérique, l'utilisation de machines-outils à commande numérique à haute automatisation, à haute précision et à opérations concentrées pour la production à grande échelle augmente progressivement.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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