Comment fonctionne une machine CNC et applications

Les machines CNC omniprésentes se trouvent dans une multitude d'usines et d'ateliers de toutes sortes. Leurs formidables atouts en ont fait des machines quasi incontournables pour l'usinage de pièces. Maintenant que vous savez ce que sont ces types de machines, ce qui suit est savoir comment fonctionne une machine CNC, comment les pièces sont usinées, le langage de programmation qu'elles utilisent, ainsi que les applications les plus courantes de ces machines.

Comment fonctionne une machine à commande numérique : Usinage CNC ou à commande numérique

A partir de conceptions CAO (Conception Assistée par Ordinateur ou Conception Assistée par Ordinateur) ou FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur ou Fabrication Assistée par Ordinateur), certaines codes de lecture ou de langue avec lequel la machine CNC pourra suivre les itinéraires ou les mouvements marqués pour l'usinage de la pièce dans un ordre approprié afin d'obtenir le résultat souhaité. C'est-à-dire qu'à la fin du processus, la pièce soit identique à celle de la conception informatique.

En d'autres termes, grâce à ces codes, il sera possible de bouger la tête avec l'outil de travail à travers les axes de la machine. Bien sûr, l'outil peut être différent d'une machine à l'autre, certaines ont même une tête multi-outil pour changer entre plusieurs et offrir une plus grande souplesse de travail. Par exemple, il peut s'agir d'outils de coupe, d'outils de perçage, d'outils de fraisage ou de tournage, d'outils de soudage, d'outils de repérage, etc.

Contrôle des mouvements

Les machines CNC ont deux ou plusieurs adresses programmables (axes). Généralement il y en a 3 (X, Y, Z), même si parfois ils peuvent en avoir plus comme nous l'avons vu dans l'article précédent, en plus de permettre des rotations (les axes rotatifs sont appelés A, B, C). Selon le nombre d'axes, vous pouvez réaliser des usinages plus ou moins complexes. Plus il y a d'axes, plus le degré de liberté de mouvement est grand, ce qui permet de réaliser des sculptures beaucoup plus complexes.

Pour contrôler le mouvement Parmi ces axes, deux types de systèmes peuvent être utilisés qui peuvent fonctionner individuellement ou ensemble :

Valeurs absolues (code G90): dans ce cas, les coordonnées du point de destination sont rapportées au point d'origine des coordonnées. Les variables X (mesure du diamètre final) et Z (mesure dans une direction parallèle à l'axe de rotation de la broche) sont utilisées.
Valeurs incrémentales (code G91): dans cet autre cas les coordonnées du point de destination sont rapportées au point courant. Les variables U (distance radiale) et W (mesurées dans une direction parallèle à l'axe de rotation de la broche) sont utilisées.

Accessoires programmables

Ce n'est qu'avec une commande de mouvement que la machine CNC ne pouvait pas être utilisée. Par conséquent, les machines doit être programmé d'une autre manière. Le type de machine CNC est en fait étroitement lié au type d'accessoires programmables dont elle dispose. Par exemple, dans l'usinage, vous pouvez avoir des fonctions programmables spécifiques telles que :

changement d'outil automatique: sur certains centres d'usinage multi-outils. La tête d'outil peut être programmée pour utiliser l'outil nécessaire dans chaque cas sans avoir à le mettre manuellement dans la broche.
Vitesse et activation de la broche: La vitesse de broche en tours par minute (RPM) peut également être programmée, y compris le sens de rotation (sens horaire ou anti-horaire), ainsi que l'arrêt ou l'activation.
Réfrigérant : De nombreuses machines d'usinage qui travaillent avec des matériaux durs, tels que la pierre ou le métal, ont besoin d'un liquide de refroidissement pour ne pas surchauffer. Le liquide de refroidissement peut également être programmé pour s'activer ou se désactiver pendant le cycle de service.

programme CNC

Les machines CNC peuvent être programmées, comme on l'a vu, mais elles le font en différentes méthodes que vous devez savoir lorsque vous travaillez avec l'un d'entre eux :

Manuel: Saisie des informations souhaitées à l'invite de commande. Pour cela, il est nécessaire de connaître un code alphanumérique normalisé, tel que celui des normes DIN 66024 et DIN 66025.
Automatique: c'est le cas le plus courant de nos jours, et il est réalisé au moyen d'un ordinateur relié à la machine CNC. Une personne pourra modifier les données via un logiciel, sans avoir besoin de connaître les codes, puisque le programme lui-même se chargera de les traduire en instructions compréhensibles pour la machine CNC. Cela se fait grâce à un langage appelé APT, qui à son tour sera traduit en binaire (zéros et uns) afin que le microcontrôleur de la machine CNC puisse le comprendre et le traduire en mouvements.

Actuellement, il existe également d'autres machines CNC plus avancé et plus facile à utiliser, comme les automatiques qui peuvent nécessiter encore moins d'intervention humaine.

Exemple de programme CNC. Source : Researchgate

Le soi-disant programme CNC, qui est écrit dans un langage de bas niveau appelé G et M (normalisé par le ISO 6983 an(s) EIA RS274) et composé de :

Codes G: instructions de mouvement génériques. Par exemple, G peut avancer, se déplacer radialement, faire une pause, faire un cycle, etc.
Codes M: qui ne correspondent pas à des mouvements ou divers. Des exemples de M pourraient être le démarrage ou l'arrêt de la broche, le changement d'outil, l'application de liquide de refroidissement, etc.
N: le programme est divisé en phases ou blocs d'instructions qui seront précédés de la lettre N. Chaque bloc est numéroté, puisque les actions d'usinage sont exécutées séquentiellement. La machine respectera la numérotation.
Variables ou adresses: Le code contient également ces types de valeurs, telles que F pour l'avance, S pour la vitesse de broche, T pour la sélection d'outil, I, J et K pour localiser le centre d'un arc, X, Y et Z pour le mouvement de haches, etc...

Tous dépendra du type de machine. Par exemple, une machine CNC pour le pliage de tôle n'est pas la même qu'une machine pour la découpe. Le premier n'a pas de broche et ne nécessite pas de liquide de refroidissement.

Tableau d'exemples de codes G et M

Si vous regardez le tableau ci-dessus, nous pourrions utiliser un exemple bloc pour expliquer ce qui se passe. Par exemple, imaginez que vous avez le code ou le programme CNC suivant :

N3 G01 X12.500 32.000 Z800 XNUMX FXNUMX

Ce petit extrait de code CNC dirait à la machine CNC, une fois traduit en binaire, de faire les actions suivantes:

N3 indique qu'il s'agit du troisième bloc à exécuter. Par conséquent, il y aurait deux blocs précédents.
G01: effectuer un mouvement linéaire.
X12.500: se déplacerait de 12.5 mm le long de l'axe X.
Z32.000: il se déplacerait de 32 mm le long de l'axe Z. Dans ce cas, il n'y aurait pas de mouvement en Y.
F800: Une avance se fait à une vitesse de 800 mm/min.

Langue APT

En outre, la langue appropriée c'est un langage de programmation qui servira de code intermédiaire entre le précédent et le code machine (code binaire) compréhensible par le MCU. Il a été développé dans le laboratoire du MIT, par Douglas T. Ross. À l'époque, en 1956, il était utilisé pour contrôler les servomécanismes, mais son utilisation s'est maintenant répandue et il est devenu un standard international pour la commande numérique.

Il a été considéré un prédécesseur de CAM, et est similaire à d'autres langages tels que FORTRAN. Ce code sera transformé par un logiciel informatique en une série d'instructions binaires qui seront chargées dans la mémoire du microcontrôleur de la machine CNC afin qu'il puisse les exécuter, générant des signaux de commande électriques pour déplacer les moteurs et les outils.

Ce langage APT peut contrôler de nombreux paramètres de la machine CNC :

Vitesse de broche (RPM)
Broche activée ou désactivée
Rotation
arrêt programmé
Réfrigérant
Mouvements dans toutes les directions possibles (XYZ et ABC)
Timing
cycles répétés
trajectoires
Etc

Bien sûr, ceux qui utilisent des machines CNC n'ont pas besoin de connaître ce langage APT, car le logiciel actuel est assez intuitif et permet un contrôle facile, traduisant de manière transparente l'APT à l'utilisateur pour créer la pièce qui a été conçue dans le fichier CAD/CAM. Cependant, il n'est jamais mauvais de savoir qu'il existe et ce qu'il est.

De nos jours, les machines CNC modernes ont déjà interfaces graphiques avec écrans tactiles et ordinateur intégré qui facilite grandement son utilisation. Ils sont extrêmement intuitifs et ne nécessitent pas beaucoup d'apprentissage. Grâce à une clé USB ou à une mémoire USB, ils vous permettront de charger le dessin de la pièce, afin qu'elle puisse être conçue sur un autre ordinateur indépendant.

Contrôleur CNC

El cnc-contrôleur Ce sera celui qui sera chargé d'interpréter le programme CNC, ses commandes en ordre séquentiel, et il effectuera, entre autres, les mouvements et fonctions nécessaires.

Programme FAO/CAO

Un Logiciel CAO ou FAO Il sera utilisé pour créer la conception ou le modèle de ce qui est destiné à être fabriqué. Le logiciel actuel permet déjà de passer automatiquement de ce type de formats à un programme CNC.

système DNC

Quant à DNC (Commande Numérique Directe), est un terme qui fait référence à un ordinateur connecté par un réseau à une ou plusieurs machines CNC. De cette manière, le programme CNC peut être transféré vers les machines, soit par Ethernet, soit par des ports plus classiques et rudimentaires tels que les ports série RS-232C, qui sont encore utilisés dans de nombreuses machines industrielles.

Applications des machines CNC

machines cnc ils ont plus d'applications que vous ne l'imaginez. Une grande partie de l'industrie et des ateliers, des plus petits aux plus grands, dépendent d'une ou plusieurs de ces équipes. Ils peuvent même être utilisés à la maison pour certains travaux de bricolage pour les fabricants.

Loisirs (bricolage et makers)

De nombreux fabricants ont petites machines CNC de différents types à la maison pour faire des projets de bricolage. Il peut également être utilisé par des particuliers pour effectuer certaines tâches à domicile :

Fabriquez des bijoux.
Usinage de matériaux pour créer des pièces ou des composants.
Créez des pièces pour réparer des véhicules ou d'autres types d'équipements lorsque les pièces de rechange ne sont plus vendues.
Faire des oeuvres artistiques ou des gravures.

Ateliers et industrie manufacturière

Bien sûr, dans le secteur professionnel, tant dans les ateliers que dans les usines, il est également très courant de voir des machines à commande numérique, tant pour les menuisiers, les ateliers de réparation, la fabrication de pièces, l'industrie textile, le secteur aéronautique, la décoration, l'ébénisterie, etc. Par exemple:

Découpe laser tôle.
Soudage au plasma.
Pick & Place, ou pour placer des pièces ou des composants directement à leur emplacement d'assemblage.
Pliage de barres, tubes, plaques…
Forage.
Tournage ou fraisage du bois.
Fabrication de pièces sur mesure.
Modélisation ou fabrication additive.
Création d'implants ou de prothèses à usage médical.
Gravures.
Etc

Industrie électronique

Une mention spéciale mérite les machines CNC qui ont également été utilisées dans un secteur aussi compétitif et avancé que celui de industrie de l'électronique et des semi-conducteurs. Ces machines peuvent effectuer un grand nombre de tâches, telles que :

Découpe de plaquettes semi-conductrices.
Fabrication de dissipateurs thermiques à partir de blocs de cuivre ou d'aluminium.
Création de boîtiers/structures pour ordinateurs, téléviseurs, mobiles, etc.
Pick & Place pour placer des composants de montage en surface sur une carte PCB en place pour une soudure ultérieure.
Soudage.
Gravure laser de marques et logos.
Pour façonner les lentilles.
Etc

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Fonctionnement et applications d'une machine CNC