Quelques chiffres à retenir
Une CNC classique fonctionne généralement avec 3 axes : X, Y et Z, qui permettent de déplacer l’outil dans les différentes directions nécessaires à l’usinage. Les machines plus complexes peuvent toutefois disposer de 4 ou 5 axes, offrant ainsi une liberté de mouvement supplémentaire et permettant de travailler plus facilement sur des formes qui seraient difficiles à réaliser avec une machine trois axes. Selon le modèle de machine et le type d’application, la vitesse de rotation d’une broche peut par ailleurs varier de quelques centaines à plus de 20 000 tr/min.
Dans certaines opérations d’usinage, il est possible d’atteindre une précision de l’ordre de 0,01 mm, voire davantage dans des applications particulièrement spécialisées, même si le résultat obtenu dépend toujours de plusieurs facteurs. La machine elle-même, mais aussi les outils utilisés, le matériau travaillé et les conditions d’usinage ont en effet une influence directe sur la précision finale. Une CNC présente également l’avantage de pouvoir reproduire exactement le même programme sur des centaines, voire des milliers de pièces, ce qui en fait un équipement particulièrement intéressant pour la production industrielle.
Qu’est-ce que l’usinage ?
L’usinage consiste à retirer progressivement de la matière sur un matériau brut afin d’obtenir une pièce dont la forme et les dimensions correspondent précisément au résultat recherché. Pour prendre un exemple simple, un bloc d’aluminium peut être travaillé avec une fraise pour créer différents trous, des rainures ou encore des surfaces particulières qui ne pourraient pas être obtenues avec le matériau brut. La matière retirée au cours de cette opération forme des copeaux, tandis que les principales techniques utilisées en usinage comprennent notamment le fraisage, le tournage et le perçage.
Comment fonctionne une CNC ?
La fabrication d’une pièce commence généralement par sa conception dans un logiciel de CAO, qui permet de créer son modèle numérique avec les dimensions et les formes souhaitées. Ce modèle est ensuite préparé dans un logiciel de FAO, dont le rôle est notamment de calculer les trajectoires que devront suivre les outils pendant l’usinage. Ces informations sont finalement transformées en programme CNC, souvent sous la forme de G-code, qui contient les instructions permettant à la machine de savoir où déplacer l’outil, quelles trajectoires suivre et quelles opérations effectuer.
Une fois le programme préparé, l’opérateur doit encore installer la matière et les différents outils avant d’effectuer les réglages nécessaires au bon déroulement de l’usinage. Lorsque ces étapes sont terminées et que le programme a été vérifié, la fabrication peut commencer. Dans les grandes lignes, le processus suit donc cette succession :
Même si une CNC est capable d’effectuer automatiquement une grande partie du travail, l’opérateur reste indispensable pour préparer et surveiller correctement l’usinage. C’est notamment lui qui installe les outils et la matière, définit les références, réalise les différents réglages et vérifie que le programme utilisé correspond bien à la pièce qui doit être fabriquée. Pendant l’usinage, il doit également rester attentif au déroulement des opérations et, une fois la pièce terminée, contrôler ses dimensions afin de vérifier qu’elles correspondent aux exigences prévues. La CNC permet donc d’automatiser les mouvements et une partie du processus de fabrication, mais elle ne remplace ni la préparation ni l’expérience de la personne qui l’utilise.
La fabrication d’une pièce commence généralement par sa conception dans un logiciel de CAO, qui permet de créer son modèle numérique avec les dimensions et les formes souhaitées. Ce modèle est ensuite préparé dans un logiciel de FAO, dont le rôle est notamment de calculer les trajectoires que devront suivre les outils pendant l’usinage. Ces informations sont finalement transformées en programme CNC, souvent sous la forme de G-code, qui contient les instructions permettant à la machine de savoir où déplacer l’outil, quelles trajectoires suivre et quelles opérations effectuer.
Une fois le programme préparé, l’opérateur doit encore installer la matière et les différents outils avant d’effectuer les réglages nécessaires au bon déroulement de l’usinage. Lorsque ces étapes sont terminées et que le programme a été vérifié, la fabrication peut commencer. Dans les grandes lignes, le processus suit donc cette succession :
- CAO → FAO → programme CNC → réglage → usinage → contrôle
Les principaux éléments d’une CNC
Une CNC repose sur plusieurs éléments qui travaillent ensemble pour permettre à la machine de réaliser les mouvements et les opérations prévus par le programme.
Les deux machines les plus couramment utilisées sont la fraiseuse CNC et le tour CNC, même si leur fonctionnement et les types de pièces qu’elles permettent de réaliser sont différents. Sur une fraiseuse, c’est principalement l’outil rotatif qui se déplace par rapport à une pièce généralement maintenue fixe, ce qui permet notamment de réaliser des poches, des rainures, des perçages ainsi que des formes plus complexes. Sur un tour, le principe est différent puisque c’est généralement la pièce qui tourne tandis que l’outil vient progressivement retirer la matière ; cette configuration est donc particulièrement adaptée à la fabrication de pièces cylindriques telles que les axes, les arbres ou les bagues.
L’intérêt principal d’une CNC repose sur sa capacité à combiner précision, répétabilité et automatisation, ce qui permet de produire des pièces de manière régulière sans devoir reproduire manuellement chaque mouvement de l’outil. Une machine correctement réglée peut ainsi fabriquer plusieurs exemplaires d’une même pièce avec des résultats très similaires, tout en permettant la réalisation de formes complexes qui seraient beaucoup plus difficiles à obtenir avec une méthode d’usinage manuelle.
Les machines CNC offrent également une certaine flexibilité, puisque le passage d’une pièce à une autre peut généralement se faire en changeant le programme et en adaptant les réglages nécessaires, sans devoir modifier complètement la machine ou son fonctionnement général.
Une CNC repose sur plusieurs éléments qui travaillent ensemble pour permettre à la machine de réaliser les mouvements et les opérations prévus par le programme.
- La structure supporte l’ensemble de la machine et doit être suffisamment rigide pour limiter les vibrations.
- Les axes permettent les déplacements. Sur une machine trois axes, X, Y et Z permettent de positionner l’outil dans l’espace.
- La broche fait tourner l’outil de coupe, notamment sur une fraiseuse.
- Les moteurs déplacent les axes avec précision.
- Enfin, la commande numérique interprète le programme et coordonne tous les mouvements.
Fraiseuse ou tour CNC ?
Les deux machines les plus couramment utilisées sont la fraiseuse CNC et le tour CNC, même si leur fonctionnement et les types de pièces qu’elles permettent de réaliser sont différents. Sur une fraiseuse, c’est principalement l’outil rotatif qui se déplace par rapport à une pièce généralement maintenue fixe, ce qui permet notamment de réaliser des poches, des rainures, des perçages ainsi que des formes plus complexes. Sur un tour, le principe est différent puisque c’est généralement la pièce qui tourne tandis que l’outil vient progressivement retirer la matière ; cette configuration est donc particulièrement adaptée à la fabrication de pièces cylindriques telles que les axes, les arbres ou les bagues.
Pourquoi utiliser une CNC ?
L’intérêt principal d’une CNC repose sur sa capacité à combiner précision, répétabilité et automatisation, ce qui permet de produire des pièces de manière régulière sans devoir reproduire manuellement chaque mouvement de l’outil. Une machine correctement réglée peut ainsi fabriquer plusieurs exemplaires d’une même pièce avec des résultats très similaires, tout en permettant la réalisation de formes complexes qui seraient beaucoup plus difficiles à obtenir avec une méthode d’usinage manuelle.
Les machines CNC offrent également une certaine flexibilité, puisque le passage d’une pièce à une autre peut généralement se faire en changeant le programme et en adaptant les réglages nécessaires, sans devoir modifier complètement la machine ou son fonctionnement général.
Le rôle de l’opérateur
Même si une CNC est capable d’effectuer automatiquement une grande partie du travail, l’opérateur reste indispensable pour préparer et surveiller correctement l’usinage. C’est notamment lui qui installe les outils et la matière, définit les références, réalise les différents réglages et vérifie que le programme utilisé correspond bien à la pièce qui doit être fabriquée. Pendant l’usinage, il doit également rester attentif au déroulement des opérations et, une fois la pièce terminée, contrôler ses dimensions afin de vérifier qu’elles correspondent aux exigences prévues. La CNC permet donc d’automatiser les mouvements et une partie du processus de fabrication, mais elle ne remplace ni la préparation ni l’expérience de la personne qui l’utilise.