Qu’est-ce que l’usinage CNC ?

Avant l’utilisation de la commande numérique informatisée, l’usinage des pièces en plastique nécessitait un travail humain intense et des temps de production particulièrement longs. Grâce à la technologie, la procédure a été largement simplifiée. L’usinage CNC présente un haut niveau de fiabilité facilitant par la même occasion les processus de fabrication. Mais en quoi consiste ce procédé ? Et quels sont ses avantages ? Réponses.

Usinage CNC : Histoire et définition

Connue sous l’acronyme CNC, la Commande Numérique par Ordinateur est un processus d’usinage utilisant une machine-outil pour façonner des pièces brutes.

Histoire de l’usinage CNC

Marquant le début de la deuxième révolution industrielle, l’apparition de l’usinage CNC remonte au XVIIIe siècle. À ses débuts, cette technique sert à effectuer des opérations plus précises de manière mécanique, surpassant la fabrication artisanale. Si son invention date de 1751, cette méthode d’automatisation par ordinateur ne se développe réellement qu’à partir de la Seconde Guerre mondiale.

Afin d’augmenter la productivité en chaîne des ouvriers, John T. Parsons décide de motoriser les axes de machines chargées de tâches contraignantes. Il travaille ensuite avec IBM pour étudier les possibilités de commander les machines par ordinateur ; concept qui servira de prémices pour la méthode d’usinage CNC. En 1952, Richard Kegg joint ses connaissances à une équipe du MIT (Massachusetts Institude of Technology) pour développer la première fraiseuse CNC. En 1958, il dépose un brevet et annonce la vente du produit.

L’usinage CNC, qu’est-ce que c’est ?

Utilisant un processus soustractif, l’usinage CNC se sert des commandes informatisées et des robots automatiques pour simplifier la fabrication des pièces, mais aussi pour augmenter la productivité. Pour ce faire, le procédé enlève la matière excédante d’un bloc brut afin de donner à une pièce la forme et les dimensions recherchées.

Les commandes sont automatisées ainsi les fraiseuses CNC sont contrôlées par ordinateur. N’utilisant pas de moule, cette technique réduit considérablement les coûts et délais de production. De plus, l’usinage CNC permet de reproduire des pièces d’une grande fiabilité et de haute précision. Ces avantages en font une excellente méthode de fabrication de pièces unitaires pour le prototypage ou les tests visuels par exemple.

Les avantages et inconvénients de l’usinage CNC

Flexibilité, coût de production et délai réduit, haute précision… Les atouts de l’usinage CNC sont nombreux tant sur le plan économique que pratique.

Avantages

L’usinage CNC est surtout adapté pour la production de pièces en petite quantité. Grâce à son fonctionnement, il présente l’avantage de simplifier le prototypage rapide tout en offrant un usinage de haute précision et une meilleure productivité. D’ailleurs, comparé au procédé de fabrication traditionnelle, il propose :

• un coût de production plus abordable ;
• une réduction de la main-d’œuvre ;
• une minimisation de la marge d’erreur de fabrication ;
• une facilité de la fabrication de masse ;
• une flexibilité de conception et de reprogrammation grâce aux logiciels.

En plus de réduire l’intensité du travail, l’usinage CNC permet de répondre à des exigences précises tout en fournissant une qualité stable et fiable au produit initial recherché.

Inconvénients

Malgré ses atouts, cette technique présente quelques limites à commencer par le coût de l’investissement initial. Heureusement, ces dépenses peuvent être amorties par les économies réalisées.

Parfois, l’utilisation d’un programme géré par ordinateur peut aussi rendre les défauts inaperçus, augmentant ainsi les possibilités d’erreur. Avec les bons réglages et une bonne formation pour les opérateurs, ces problèmes devront être rapidement résolus.

Enfin, le procédé soustractif génère des déchets pouvant se révéler néfastes pour l’environnement. Néanmoins, une politique de gestion efficace peut être mise en place pour permettre un recyclage de ces déchets.

Les étapes de fonctionnement de l’usinage CNC

L’usinage CNC vise principalement à limiter l’intervention humaine durant le processus de fabrication. Ainsi, il garantit des performances de production constantes tout en offrant d’excellents résultats. Pour mener à bien le procédé, il faudra suivre trois étapes.

Conception

Cette première phase implique l’utilisation des logiciels CAO, FAO ou IAO. Avec ces outils, l’ingénieur conçoit les pièces afin d’évaluer leur fabricabilité. Également appelée DFM (Design for Manufacturing), cette évaluation est cruciale puisqu’elle permet de garantir l’efficacité de la production, la réduction des coûts et le respect des contraintes technologiques.

Programmation

Cette étape consiste à utiliser des Codes G et Codes M pour communiquer avec la machine CNC. Générés par un package CAM, ces codes indiquent les instructions pour l’outil de coupe. Lorsque la conception est conforme aux normes DFM, l’intervention d’un opérateur est minimisée durant le prétraitement et les étapes opérationnelles. Dans le cas contraire, une intervention manuelle s’avère obligatoire. Ainsi, les codes doivent être correctement réalisés pour obtenir des résultats satisfaisants et éviter les défauts de conception.

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Usinage

Pendant cette dernière phase, la machine CNC se base sur les codes élaborés pour éliminer l’excès de manière d’un bloc et le façonner en une pièce. Reproduire avec exactitude les dimensions d’un modèle CAO se révèle souvent compliqué. Ainsi, le procédé applique des tolérances standard ISO 2768 qui changent selon les exigences du secteur industriel. Ce principe est largement validé puisque des tolérances plus élevées entraînent forcément une hausse des coûts de production.

Les différentes techniques d’usinage CNC

La méthode d’usinage CNC employée dépend généralement des exigences à respecter lors de la conception.

Le fraisage

Procédé très précis et polyvalent, le fraisage CNC permet de retirer la matière d’un bloc solide pour créer une forme ou un design spécifique. Il utilise une fraise (outil de coupe multipoint) assurant une extrême précision pour générer des surfaces planes ou des géométries complexes. Pour offrir des résultats optimaux, la fraiseuse CNC peut avoir 3, 4 ou 5 axes de coupe.

Le tournage

Le tournage CNC est principalement utilisé pour façonner des pièces cylindriques, et parfois des pièces carrées ou hexagonales. Se servant d’un tour contrôlé par ordinateur, il se compose de plusieurs broches et possède différentes vitesses. Le procédé est généralement réalisé par deux types de machines :

• les tours CNC : grande précision parfaite pour la conception de formes simples et moyennement complexes (secteur automobile et spatial) ;
• les centres de tournage CNC : utilisant également le fraisage et le perçage, ils sont multitâches et optimisent l’efficacité ainsi que la précision des coupes (secteur fabrication de pointe).

Le perçage

Permettant de créer des trous de filetage dans les pièces, il est entièrement automatisé, garantissant un contrôle parfait des mouvements et de la vitesse du foret. Plus avantageux que le forage manuel, le perçage CNC s’utilise principalement pour la fabrication de cartes de circuits imprimés, pièces métalliques et plastiques.

Les autres types d’opérations d’usinage

Pour des opérations plus spécifiques, les ingénieurs peuvent avoir recours à d’autres procédés :

• routage CNC pour les matériaux tendres comme le bois ;
• usinage par une machine à décharge électrique (EDM) pour concevoir des formes et géométries complexes ;
• découpe plasma CNC pour l’industrie à grande échelle sur des matériaux conducteurs (acier, inox, alu, laiton ou cuivre) ;
• découpe laser CNC pour une précision supérieure adaptée à la fabrication contemporaine.

Les différents matériaux utilisés en usinage CNC

Voici quelques matériaux utilisés en usinage CNC :

• acier et aluminium
• titane et laiton
• cuivre et autres alliages d’acier
• matières plastiques

Chaque matériau a ses propres propriétés d’usinabilité, ce qui signifie que les paramètres de coupe, les vitesses d’avance et les types d’outils peuvent varier en fonction du matériau spécifique que vous usinez. Les machines CNC sont polyvalentes et peuvent être adaptées pour travailler avec une large gamme de matériaux.

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