Les machines CNC sont devenues particulièrement importantes en raison de leur capacité à améliorer la précision à tous les niveaux. Ces machines sont non seulement efficaces, mais elles sont également parfaites lorsque vous souhaitez créer plusieurs pièces avec le même niveau de précision.
Toutefois, pour que chaque machine CNC fonctionne, elle doit être construite avec certaines pièces qui doivent fonctionner ensemble afin de réaliser la pièce souhaitée.
Dans cet article, nous examinerons les différentes pièces des machines CNC et leur rôle pour garantir que l'ensemble de la machine fonctionne comme il se doit.
Qu'est-ce que l'usinage CNC?
L'usinage à commande numérique par ordinateur (CNC) est un procédé de fabrication qui utilise principalement deux éléments : des machines-outils et des systèmes de commande pilotés par ordinateur. Le principal avantage de l'usinage CNC réside dans sa capacité à produire des pièces d'une précision extrême. Grâce aux ordinateurs, les machines reçoivent les instructions précises, ce qui permet d'obtenir des pièces d'une exactitude et d'une précision remarquables.
Pour que chaque machine CNC fonctionne, vous devez généralement vous appuyer sur des principes de fonctionnement spécifiques. Certains d’entre eux incluent :
Conception assistée par ordinateur (CAO) : En usinage CNC, il faut généralement commencer par créer la conception virtuelle de la pièce à fabriquer. Cette étape se fait généralement à l’aide d’un logiciel de CAO, qui affiche les dimensions et les caractéristiques de la pièce à réaliser.
Procédure de programmation : Ensuite, la conception est traduite, à l’aide d’un logiciel de fabrication assistée par ordinateur, en instructions que la machine peut comprendre.
Préparation de la machine : Une fois votre programme prêt, transférez-le à la machine CNC. Dans la plupart des cas, vous devrez préparer la pièce à usiner et installer les outils nécessaires.
La machine se met en marche : le programme FAO étant lancé, vous pouvez désormais piloter le mouvement de ses axes (généralement les axes X, Y et Z) afin de positionner l’outil avec précision sur la pièce. Ensuite, vous suivez la trajectoire programmée pour enlever la matière de la pièce.
Observez l'enlèvement de matière : en fonction des instructions que vous avez créées et de l'opération sur laquelle vous travaillez, observez l'outil de coupe commencer à entrer en contact avec la pièce pour enlever la matière.
Maîtriser le processus et garantir la qualité : Bien que les machines CNC fonctionnent grâce à des ordinateurs, il est essentiel de rester vigilant. Cela permet de garantir un contrôle qualité optimal et de résoudre rapidement tout problème rencontré.
Examen des composants d'une machine CNC :
Maintenant que nous comprenons ce qu'est l'usinage CNC et comment il fonctionne, commençons par examiner les principales pièces d'une machine CNC et leur fonctionnement :
Système de contrôle
Premièrement, nous avons les systèmes de contrôle. Ici, vous savez à peu près avec quoi vous travaillez d'après le nom : ce sont des systèmes qui vous aident à garantir que tous les autres composants fonctionnent comme il se doit et que l'ensemble de la machine fonctionne de manière optimale.
En général, les systèmes de commande des machines CNC se présentent sous différentes formes, selon le type d' usinage de précision CNC que vous souhaitez réaliser :
Système de commande en boucle ouverte : Dans ce système, un contrôleur envoie directement des commandes aux moteurs de la machine. Il s’agit d’un système beaucoup plus simple, car le contrôleur ne reçoit aucun retour d’information sur la position ou le mouvement de l’outil.
Système en boucle fermée : Un système de commande en boucle fermée fonctionne comme un système en boucle ouverte, à la différence qu’il intègre un mécanisme de rétroaction pour assurer une surveillance constante des axes de la machine. Grâce aux règles linéaires et aux codeurs, on obtient une précision optimale de rétroaction et d’usinage.
Système de commande point à point : Un système de commande point à point est principalement utilisé lorsque l’outil doit se déplacer selon des coordonnées précises. De conception relativement simple, il convient aux machines à commande numérique (CNC) disposant des composants de base.
Système de contrôle de contournage : Grâce à un système de contournage, il est possible d’interpoler les mouvements d’outils le long de trajectoires plus complexes afin de créer des formes détaillées. Ce système utilise des algorithmes pour générer des trajectoires fluides pour les outils, améliorant ainsi la précision.
Système de commande d'axes parallèles : lorsqu'une machine doit se déplacer sur différents axes, un système de commande d'axes parallèles permet de coordonner ses mouvements. Ce système facilite la synchronisation des mouvements et permet ainsi la création de formes 3D.
Généralement, un système de contrôle CNC est livré avec ces composants qui contribuent à son meilleur fonctionnement :
Console de commande principale : La console de commande contient l’interface permettant de communiquer directement avec la machine. Chaque console est équipée d’un moniteur ou d’un écran tactile sur lequel vous saisissez les commandes et qui affiche l’interface de commande graphique.
Contrôleur central : Le contrôleur est l’unité centrale de traitement qui pilote l’ensemble du système CNC. Il exécute les commandes, interprète les programmes et coordonne les mouvements de tous les axes.
Commandes d'axes : Généralement, les commandes d'axes sont assurées par des servomoteurs ou des moteurs pas à pas qui permettent de contrôler les mouvements des axes de la machine en fonction des instructions. Elles entraînent les composants de la machine en ligne droite ou en rotation, convertissant les signaux électriques en mouvement mécanique.
Composants de retour d'information : Lorsque votre machine CNC a besoin de fournir un retour d'information sur son fonctionnement, ces composants de fraisage CNC sont à votre disposition. Ils mesurent la position de l'outil ou de la pièce et transmettent ensuite l'information au contrôleur afin de détecter d'éventuelles erreurs.
Dispositifs périphériques : Enfin, nous avons les actionneurs, les capteurs et les dispositifs de sécurité que vous pouvez intégrer à votre système pour améliorer son fonctionnement et surveiller l’état général de la machine.
La structure mécanique
Pour la suite, nous examinerons la structure même de la machine CNC. Étant donné qu’il existe différents types d’opérations CNC, vous pouvez imaginer que ces machines ont leurs types de structure spécifiques – et ces types dicteront facilement l’efficacité globale de la machine.
Les structures de machines CNC sont de différents types, les plus importantes d'entre elles étant les suivantes :
Structure à plateau fixe : De loin la structure la plus répandue, elle consiste en une table de travail montée directement sur un plateau rigide. Ce type de structure assure un support optimal pour la pièce à usiner et supporte efficacement les forces de coupe.
La structure à portique : Il s’agit d’un portique, ou passerelle aérienne, soutenu par des colonnes placées de part et d’autre de la zone de travail. Lorsque les axes de la machine se déplacent le long de cette passerelle, la pièce à usiner est maintenue sur la table et la machine commence à l’usiner.
Structure en C : Certains l'appellent châssis en C, d'autres structure en C. Il s'agit d'une conception comprenant une seule colonne verticale supportant les éléments mobiles de la machine. Ainsi, la zone de travail est facilement accessible quel que soit le côté.
Structure à tourelle : Cette structure comprend un changeur d’outils ou une tourelle porte-outils montée sur un axe de rotation. Elle permet un changement d’outils aisé et même l’usinage multi-outils. On retrouve généralement cette structure sur les tours à commande numérique.
Structure de type suisse : Ces machines sont généralement équipées de poupées coulissantes et de systèmes de guidage par douilles qui permettent d’usiner des pièces longues et fines avec la plus grande précision possible.
Structure du centre d'usinage horizontal (HMC) : La structure du HMC comprend une broche droite et une table de travail mobile uniquement selon les axes X et Y. Ainsi, l'évacuation des copeaux est rapide et la stabilité de la pièce est garantie pendant l'usinage.
Structure d'un centre d'usinage vertical (VMC) : Pratiquement l'inverse d'un centre d'usinage horizontal (HMC), cette structure comprend une broche verticale et une table de travail qui permet également un déplacement sur l'axe Z. L'avantage de cette structure réside dans l'encombrement réduit de la machine et dans une meilleure accessibilité.
En parlant de cela, vous devez également être familier avec les parties générales des structures CNC et leur rôle pour rendre l'ensemble de l'opération d'usinage aussi fluide que possible :
Tout repose sur le plateau : également appelé socle, le plateau offre la base sur laquelle repose l'ensemble de la machine.
La colonne droite : Composant vertical, la colonne supporte la broche principale ainsi que d'autres composants comme la tourelle ou le système de changement d'outils.
La table de travail : c’est ici que l’on place la pièce à usiner et que l’on fixe ou serre au fur et à mesure de l’usinage. La table doit pouvoir se déplacer selon différents axes afin de positionner correctement la pièce.
Votre broche : Cet arbre rotatif supporte votre outil de coupe et le fait tourner rapidement pour enlever directement tout excédent de matière de la pièce à usiner.
Axes de déplacement : Généralement, votre outil peut se déplacer selon trois axes : l’axe X (horizontal), l’axe Y (vertical) et l’axe Z (vertical), qui permet à la broche de couper de haut en bas.
Mécanismes d'entraînement : Ces outils permettent de transmettre la puissance des moteurs de la machine à tous les composants mobiles. Ainsi, les mouvements de la hache sont contrôlés pendant l'usinage.
Changeur d'outils : Pour certaines opérations d'usinage sur une fraiseuse CNC, il peut être nécessaire de changer d'outils de coupe en cours de production. Certains de ces changeurs peuvent accueillir plusieurs outils, facilitant ainsi le choix parmi les options disponibles.
Système de refroidissement : Une machine CNC ne peut fonctionner sans liquide de refroidissement. Son rôle est d’évacuer correctement la chaleur excessive et de garantir le bon fonctionnement de votre machine le plus longtemps possible.
Système de broche et d'outillage
Nous avons déjà souligné la fonctionnalité d'une broche CNC classique. Ces outils aident à maintenir les outils de coupe et à les faire tourner, leur permettant de travailler dans différentes opérations d'usinage.
En général, on trouve différentes broches CNC, chacune étant équipée de ses propres pièces d'usinage et capable de répondre à des exigences spécifiques. Voici quelques-unes des options les plus courantes :
La broche entraînée par courroie :
Chaque broche entraînée par courroie fonctionne avec un moteur qui alimente la broche et un système d'entraînement par courroie qui transfère la puissance de rotation à l'arbre de broche avec différentes courroies. Ensuite, il y a un arbre de broche qui tourne et maintient l'outil de coupe, ainsi que des roulements qui maintiennent l'arbre stable.
Enfin, un porte-outil permet de maintenir l'outil de coupe en place et vous permet de changer d'outil.
Une broche à entraînement direct
Avec ce type de broche, le moteur principal est directement intégré à l'arbre de broche. Cette conception élimine le besoin d'un système d'entraînement par courroie externe. L'arbre de broche est relié à l'arbre moteur, ce qui assure un couple suffisant et réduit les vibrations.
Ce système nécessite également des roulements, ainsi qu'un porte-outil qui maintient parfaitement l'outil de coupe en place.
Broche refroidie par air
Avec une broche refroidie par air, vous disposez d’un moteur principal conçu pour un refroidissement par air adéquat. Il existe également un système de refroidissement autonome qui utilise une circulation d'air forcée pour éliminer l'excès de chaleur et maintenir la bonne température de broche.
Et, tout comme les autres types de griffonnages, vous recevez également un arbre de broche et un porte-outil.
Broche refroidie par liquide
La broche refroidie par liquide fonctionne un peu comme celle refroidie par air. Comme vous pouvez l’imaginer, la principale différence réside simplement dans la façon dont ils refroidissent leurs matériaux. Celui-ci est conçu avec un liquide de refroidissement et, à plus d’un titre, il offre une forme de dissipation plus efficace à tous les niveaux.
Broche à grande vitesse
Conçues pour fonctionner à des vitesses incroyablement élevées, ces broches sont livrées avec des composants de machine CNC intégrés qui aident à réduire le faux-rond et les vibrations. L'arbre de broche est également conçu pour une rotation rapide, tandis que vous disposez de composants équilibrés avec précision qui aident à réduire les vibrations.
Enfin, vous disposez de roulements et d'un porte-outil, qui assurent les tâches classiques de direction et de mise en sécurité.
L'outil de coupe
Passons maintenant à certaines des parties les plus intéressantes. Lorsqu'il s'agit de composants de découpe CNC, vous en avez plusieurs types, chacun d'eux étant conçu pour une opération spécifique, ainsi que pour un type spécifique de matériau avec lequel travailler. Généralement, les principaux ici sont.
Fraises en bout
Une fraise en bout est un outil flexible doté d’arêtes coupantes à la fois à ses extrémités et à ses périphéries. Vous les utilisez principalement pour fraiser des fentes et des contours sur différents matériaux.
Lors de la sélection des fraises en bout, vous souhaitez en choisir une avec le bon nombre de cannelures – soit 2, 4 ou même plus. Vous devez également vous assurer que vous disposez du bon revêtement qui vous permet de ne pas avoir à faire face à la résistance à l'usure.
Forets traditionnels
Comme vous pouvez l’imaginer, les forets aident à créer des trous dans les pièces. Il existe des forets hélicoïdaux, des forets à points, des forets à centrer et bien d'autres encore. Avant de faire un choix, assurez-vous d'avoir le bon diamètre pour le trou que vous souhaitez créer.
Vous devez également tenir compte du matériau que vous percez et vous assurer de choisir un foret aux bonnes dimensions pour améliorer l'évacuation des copeaux.
Tarauds pour trous de filetage
Chaque fois que vous avez besoin de fileter un trou avec précision, vous pouvez toujours compter sur un taraud. Il existe différentes tailles et pas, vous voulez donc vous assurer de choisir celui qui convient le mieux à vos spécifications de filetage. Dans le même temps, tenez compte du matériau que vous enfilez et choisissez un taraud doté de la géométrie et du revêtement appropriés.
Fraises
La fraise, en tournant, est l'un des composants les plus importants d'une machine CNC pour les opérations de fraisage. Il est donc essentiel de choisir la fraise adaptée aux opérations d'usinage et aux dimensions de la pièce.
Des facteurs tels que le diamètre de la fraise, le nombre de plaquettes, etc. peuvent également vous aider à prendre une décision.
Insertions d'outils
Ce sont des plaquettes de coupe interchangeables qui facilitent l'utilisation d'outils de coupe à plaquettes indexables, comme les outils de tournage CNC , les fraises, etc. Du moment que vous utilisez une fraise de géométrie adaptée et compatible avec votre matériau, vous ne devriez rencontrer aucun problème.
Alésoirs
Si vous avez un trou existant et que vous souhaitez l'agrandir ou le terminer, un alésoir vous aidera. Il garantit que votre trou existant peut être adapté à une finition de surface et à des dimensions spécifiques, et offre une précision significative dans ce processus d'expansion.
Les tailles et géométries des alésoirs doivent être choisies en fonction de la taille souhaitée du trou, ainsi que de la finition de surface et de la tolérance requises. Des facteurs tels que le revêtement et la conception des flûtes devraient également vous aider à mieux comprendre quelle option choisir.
Système de gestion du liquide de refroidissement et de la chaleur
La chaleur est un problème auquel chaque machine CNC doit faire face. Lorsque la chaleur s’accumule, votre machine court immédiatement un risque plus élevé d’être endommagée et vous pourriez finir par n’en tirer pas autant de valeur. C'est pourquoi les liquides de refroidissement sont si importants : ils permettent à votre machine de dissiper cette chaleur, garantissant ainsi qu'elle peut fonctionner le plus longtemps possible.
Avec les liquides de refroidissement, vous devez prendre en compte certains des types suivants et ce qui les rend si uniques :
Le système de refroidissement par inondation
Facilement le type de système de refroidissement le plus courant, ce mécanisme consiste à pomper le liquide de refroidissement à partir d'un réservoir et à le diriger à travers des tuyaux ou des buses pour inonder la zone de coupe. Outre le refroidissement, ce système améliore également des éléments tels que la lubrification et aide à éliminer les copeaux.
Mécanisme de refroidissement par brouillard
Ce système consiste à atomiser le liquide de refroidissement en petites gouttelettes et à les diriger sous forme de brouillard vers la zone de coupe. Lorsqu’on n’a pas forcément besoin d’un liquide de refroidissement haute pression, ce système fonctionne plutôt bien.
Système de refroidissement à travers la broche :
Le système de refroidissement TSC délivre le liquide de refroidissement directement à travers la broche et le porte-outil directement jusqu'au bord de coupe de l'outil de coupe. Cela permet de réduire la génération de chaleur et d’améliorer la durée de vie globale de votre outil, surtout si vous devez l’utiliser pour le perçage.
Système de refroidissement externe
Retenant les buses et les tuyaux de liquide de refroidissement, le système de refroidissement externe positionne ces composants à l'extérieur de la machine-outil. En tant que tel, le liquide de refroidissement est dirigé vers la zone de coupe, ce qui vous permet d'utiliser le système en conjonction avec des systèmes de refroidissement par brouillard ou par inondation pour améliorer les opérations d'évacuation et de refroidissement des copeaux.
Système de refroidissement à jet d'air
Lorsque vous disposez d'un système de refroidissement à air soufflé, vous utilisez de l'air comprimé pour souffler les navires loin de la région de coupe et simplement refroidir l'outil de coupe et la pièce à usiner. Ce n'est peut-être pas aussi efficace qu'un liquide de refroidissement, mais cela peut également faciliter des tâches supplémentaires telles que l'évacuation des copeaux.
Quel que soit le système que vous choisirez, vous devrez travailler avec certaines des pièces d'usinage CNC suivantes :
Le réservoir de liquide de refroidissement : Il est important de disposer d'un réservoir pour contenir le liquide ou le gaz utilisé comme liquide de refroidissement.
Pompe à liquide de refroidissement : Une pompe est également nécessaire pour faire circuler le liquide de refroidissement du réservoir vers la zone de coupe de la machine-outil. Généralement, la pompe maintient le débit et la pression du liquide de refroidissement.
Conduites de liquide de refroidissement : Il s’agit des tuyaux et tubes qui acheminent le liquide de refroidissement du réservoir à la machine. Des crépines ou des filtres peuvent être ajoutés pour éliminer les impuretés et ne laisser passer que le liquide pur.
Buses ou collecteurs : il s’agit des dispositifs qui dirigent le liquide de refroidissement vers la pièce et l’outil de coupe. Un positionnement stratégique est essentiel pour cibler des zones précises de la zone de coupe.
Système de filtration traditionnel : Il est fréquent de trouver des systèmes de refroidissement équipés de filtres permettant d’éliminer les contaminants. Ainsi, le liquide de refroidissement bénéficie d’une durée de conservation prolongée.
Dispositifs de serrage
Les dispositifs de serrage font exactement ce que vous attendez d'eux : ils maintiennent vos outils, garantissant qu'ils ne se déréglent pas ou ne perdent pas leur positionnement. Chaque dispositif de maintien de pièce est spécialement conçu pour répondre à un ensemble spécifique d'exigences d'usinage et d'utilisations d'application, mais les plus importantes d'entre elles comprennent :
Étaux
Un étau est un dispositif de maintien de pièce flexible qui maintient votre pièce en place. Vous pouvez les trouver dans différentes configurations, des étaux standards aux étaux spécialisés dans les procédures de fraisage et même aux étaux auto-centrants.
Mandrins
Dans la plupart des cas, vous utilisez des mandrins pour maintenir des pièces cylindriques – tubes, barres rondes, etc. Ils maintiennent le centre de la pièce et sont particulièrement parfaits pour le dressage, le tournage et l’usinage cylindrique.
Plaques de montage
Ces plaques se présentent sous des formes plates et rectangulaires, ainsi que des motifs de fentes et de trous. Ils fonctionnent en serrant la pièce, vous permettant ainsi d'avoir une configuration flexible et reproductible.
L'avantage des plaques de montage est qu'elles vous permettent de travailler facilement avec plusieurs pièces et même d'obtenir une répétabilité optimale.
Mandrins magnétiques
Ceux-ci fonctionnent comme des mandrins traditionnels, mais ils intègrent également des aimants pour maintenir les pièces métalliques en toute sécurité. Grâce à leur forte force de préhension, les mandrins magnétiques vous facilitent le chargement et le déchargement de votre pièce. En même temps, ils travaillent sur plusieurs composants d’usinage CNC.
Mandrins à pinces
Ces mandrins utilisent des pinces pour maintenir fermement la pièce. Une pince est un manchon cylindrique qui se comprime autour de la pièce lors du serrage, assurant ainsi une force de serrage et une concentricité suffisantes .
Généralement, les mandrins à pinces fonctionnent mieux lorsque vous avez une pièce de petit diamètre.
Indexeurs et tables rotatives :
Lorsque vous devez faire pivoter une pièce sous différents angles tout en conservant sa position, un indexeur ou une table rotative s'avère pratique. Ils permettent un usinage sur plusieurs faces, tout en réduisant le besoin d'ajuster vous-même la position de la pièce.
Étant donné le grand nombre de dispositifs de maintien du travail, vous pouvez imaginer que faire un choix peut être difficile. Mais voici quelques facteurs que vous pourriez vouloir prendre en compte :
- Le côté et la forme de la pièce détermineront quel appareil lui convient le mieux.
- Sélectionnez toujours un dispositif de maintien de la pièce adapté à l'opération d'usinage spécifique avec laquelle vous travaillez.
- Tenez compte du niveau de répétabilité et de précision souhaité, car cela compte beaucoup
- Vous devez également connaître le volume de production souhaité, ainsi que le nombre de modifications de configuration avec lesquelles vous travaillez. Choisissez un appareil flexible et offrant répétabilité et efficacité
Des dispositifs de sécurité
Lorsque vous manipulerez suffisamment de composants CNC, vous réaliserez le besoin de sécurité. Comme pour tout autre processus automatisé, trouver le bon équilibre entre efficacité et sécurité est l’une des choses les plus importantes, et vous devez vous assurer que toute personne manipulant le processus est protégée à tous les niveaux.
Dans cette optique, voici quelques composants usinés CNC importants qui contribuent à améliorer la sécurité de l'opérateur :
Bouton d'arrêt d'urgence : Si vous constatez un dysfonctionnement sur l'une de vos pièces pour l'usinage CNC, vous devrez intégrer un bouton d'arrêt. Ainsi, vous pourrez interrompre toutes les opérations et faire face à tout danger imprévu.
Dispositifs de sécurité : Un dispositif de sécurité empêche la machine de fonctionner tant que certaines conditions ne sont pas remplies. Il garantit la bonne fermeture de tous les dispositifs de protection, verrous, capots, etc., pour une sécurité optimale.
Protections et enceintes : Ce sont des barrières physiques qui protègent les opérateurs des différents composants des machines CNC – pièces mobiles, outils rotatifs, outils de coupe, etc. Elles offrent une couche de protection supplémentaire contre les copeaux, les débris et autres éléments susceptibles de présenter des risques importants.
Capteurs et interrupteurs lumineux : Ces dispositifs permettent de détecter toute anomalie de fonctionnement, qu’il s’agisse de la casse d’un outil, de vibrations excessives, etc. Le cas échéant, ils déclenchent une séquence d’arrêt automatique qui interrompt immédiatement le fonctionnement de la machine.
Signalisation et étiquettes de sécurité : Nous vous recommandons vivement d’utiliser des marquages, des étiquettes et des panneaux de sécurité qui fourniront aux opérateurs des indications visuelles sur les actions à entreprendre et les points à surveiller pour garantir une opération en toute sécurité.
Toutes ces fonctionnalités ainsi que d’importants protocoles de sécurité garantiront que vous n’aurez jamais à vous soucier de quoi que ce soit. Nous vous recommandons généralement d'avoir tous ces éléments dans votre configuration, mais même si vous ne le pouvez pas, intégrez-en au moins autant que vous le pouvez.
Conclusion
Lorsqu'il s'agit de pièces d'une machine CNC, il existe de nombreuses options avec lesquelles travailler. En fin de compte, savoir ce dont vous avez besoin et travailler avec cela vous aidera grandement à optimiser votre efficacité autant que possible.
Si vous souhaitez obtenir plus d'informations ou en savoir plus, n'hésitez pas à nous contacter chez HM.