Qu’est-ce que la fabrication par commande numérique (CNC)
L’usinage CNC est une méthode de fabrication dans laquelle la production est réalisée à l’aide d’une série de commandes rédigées sous forme d’instructions codées spécifiques. La fabrication CNC repose sur un procédé soustractif, où la matière est retirée au cours du processus de fabrication, contrairement à la fabrication additive, où la matière est ajoutée en continu à la pièce.
Principe de fonctionnement des machines CNC
La caractéristique distinctive des machines CNC modernes est qu’elles fonctionnent à partir d’instructions CNC fournies par l’utilisateur sous forme de fichiers numériques, encodés avec des données d’usinage. La première étape consiste à concevoir des pièces usinables à l’aide de logiciels de CAO. Les processus de CAO (Conception Assistée par Ordinateur) et de FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur) sont réalisés à l’aide de logiciels tels qu’AutoCAD, SolidWorks, Fusion 360, etc., permettant la préparation des modèles pour la fabrication ainsi que leur simulation et leur validation. Cela aboutit à la création d’un programme CNC complet pour l’usinage et la fabrication de la géométrie finale de la pièce. Une étape essentielle du processus FAO consiste à prévenir toute collision entre la pièce et les outils, ce qui nécessite des simulations en temps réel.
L’étape suivante consiste à sélectionner les paramètres d’usinage appropriés, notamment la vitesse de coupe, l’avance, etc. L’ensemble des données est ensuite converti dans le langage de programmation de la machine, appelé code G.
Procédés d’usinage CNC
Les procédés automatisés faisant partie intégrante de l’usinage CNC comprennent principalement le fraisage, le tournage, le perçage, la rectification ainsi que divers traitements post-usinage. Ces procédés sont sélectionnés en fonction des exigences du produit final.
Opération de fraisage CNC
Le fraisage est une technique de fabrication universelle offrant une grande précision et des tolérances serrées. Il peut être appliqué à une grande variété de matériaux. Un outil de coupe rotatif est utilisé pour enlever la matière sous forme de copeaux lorsque l’outil entre en contact avec la pièce.
Le fraisage comprend généralement le fraisage en bout, le chanfreinage, le surfaçage ainsi que le perçage, l’alésage et le taraudage. Ces procédés permettent la fabrication de géométries complexes très variées.
Opération de tournage CNC
Le tournage est l’inverse du fraisage dans la mesure où l’outil de coupe se déplace latéralement tandis que la pièce tourne. Les opérations de tournage CNC sont généralement utilisées pour la fabrication d’arbres. La pièce en rotation est progressivement mise en contact avec l’outil en mouvement afin d’enlever la matière sous forme de copeaux. Le tournage s’applique aussi bien aux surfaces cylindriques internes qu’externes.
Rectification
La rectification utilise des meules abrasives rotatives pour enlever la matière dans le but d’obtenir une finition de surface de haute qualité et une grande précision dimensionnelle. Elle est donc principalement utilisée comme opération de finition après les étapes de fraisage et de coupe.
Post-traitement des pièces usinées
Afin d’optimiser les propriétés des métaux pour une application spécifique, des traitements post-usinage sont réalisés après l’étape d’usinage CNC. Les traitements thermiques visent à améliorer la microstructure interne, tandis que les traitements de surface modifient la surface de la pièce. Les traitements thermiques courants pour les composants en acier incluent le recuit de détente afin de réduire les contraintes internes. Pour les composants en aluminium, l’anodisation est souvent utilisée pour augmenter la dureté ou améliorer l’aspect esthétique.
Usinage CNC et capacité de production
L’usinage CNC peut être utilisé pour une large gamme de matériaux, notamment les métaux, les plastiques, les mousses, les composites et le bois. Les géométries simples sont produites à l’aide de machines de fraisage 3 axes, tandis que les machines multi-axes, en particulier les fraiseuses CNC 5 axes, sont utilisées pour la fabrication de composants aux géométries complexes. Les machines CNC 3 axes utilisent trois axes de déplacement linéaire, tandis que les machines CNC 5 axes peuvent en plus faire pivoter la tête de coupe et/ou la table de la machine. Les machines CNC multi-axes augmentent la flexibilité du processus de fabrication, mais entraînent des coûts plus élevés.
Bien que l’usinage CNC soit un procédé rapide grâce à l’automatisation complète, l’usinage manuel reste présent dans l’industrie manufacturière, notamment pour les petites séries et le prototypage rapide (RP). L’usinage CNC domine toutefois une grande partie du marché de la fabrication où la précision est essentielle et constitue une composante clé de nombreux secteurs industriels.
Tendances de l’usinage CNC : économie du partage et plateformes de fabrication
Comme le montrent les éléments précédents, la fabrication CNC est un pilier de nombreux secteurs industriels et est utilisée partout où la précision est requise. En particulier pour les petites et moyennes séries, l’usinage CNC est une solution pertinente.
Cependant, la fabrication CNC est également associée à un haut niveau de complexité. La planification CAO/FAO est exigeante, les machines de précision multi-axes sont coûteuses et nécessitent une maintenance régulière. Ces dernières années, la pénurie de main-d’œuvre qualifiée est devenue de plus en plus visible.
