L'outil de fabrication automatisé appelé commande numérique par ordinateur (CNC) fonctionne grâce à des instructions de code programmées pour façonner et découper des matériaux tels que le métal, le bois, la mousse et le plastique. Apprendre à configurer et à utiliser un équipement CNC requiert étude et pratique, mais une maîtrise de base de la CNC permet aux amateurs comme aux professionnels de créer des pièces précises et efficaces.
Ce guide propose une formation étape par étape aux débutants sans expérience en CNC, grâce à des explications détaillées sur la préparation et la programmation standard des processus CNC, ainsi que sur les procédures d'usinage et de maintenance. Il fournit des informations essentielles sur la terminologie, les composants des équipements et les protocoles de sécurité CNC que tout opérateur CNC doit connaître.
Les machines CNC fonctionnent comme des outils de fraisage et de routage automatisés, dotés de capacités de perçage et de découpe. Grâce à des commandes informatisées, elles transforment les matériaux en pièces et designs sur mesure. L'automatisation des opérations d'usinage manuel grâce aux systèmes CNC offre une précision et une rapidité accrues, ainsi qu'une répétabilité et des capacités complexes dépassant les capacités des artisans.
Les principales catégories de machines CNC comprennent les fraiseuses, les tours, les routeurs, les découpeuses laser et les découpeuses plasma. machines CNC 5 axes Elles sont capables d'exécuter des opérations de découpe tridimensionnelles complexes. La plupart des machines CNC utilisées par les amateurs fonctionnent comme des fraiseuses verticales à bancs réglables ou de petites défonceuses.
● fraiseuse CNC - Centre d'usinage vertical polyvalent, commandé par ordinateur, généralement doté d'une table ou d'un banc mobile sur lequel la pièce est fixée. Les configurations courantes sont à 3 axes (mouvements X, Y, Z) et 5 axes (avec axes rotatifs).
● Routeur CNC - Une machine à portique déplaçant une broche sur une table fixe est idéale pour le fraisage du bois ou des matériaux tendres. L'axe Z est contrôlé, permettant des formes 2D et 2,5D complexes.
● Tour CNC - Centre de tournage informatisé très rigide et précis qui fait tourner la pièce tandis que les outils de coupe se déplacent radialement pour couper des motifs complexes sur les côtés de la pièce.
● Découpeur plasma CNC - Utilise un arc plasma à commande numérique pour fondre et découper des matériaux conducteurs d'électricité comme l'acier inoxydable ou l'aluminium. Tolérances jusqu'à 1 mm.
● Découpeuse laser CNC - Un faisceau laser CO2 brûle les feuilles en découpant des contours vectoriels ou des motifs tramés. Idéal pour des découpes précises et nettes dans le bois, l'acrylique, les tissus et le papier.
● Jet d'eau CNC - Un jet d'eau à très haute pression contenant des abrasifs coupe le métal, le verre, les mousses, les plastiques et les composites le long d'un chemin programmé sans aucun dommage thermique ni émanation.
Il est essentiel de comprendre les composants physiques et les capacités de mouvement d'une machine CNC avant de tenter son fonctionnement :
● Haches - Les directions de déplacement étiquetées X, Y, Z selon lesquelles l'outil ou la pièce peut être positionné à l'aide d'un contrôle de mouvement coordonné.
● Broche - Le moteur électrique à grande vitesse qui fait tourner l'outil de coupe ou le foret à des régimes suffisants pour l'usinage.
● Collet - Le mandrin de serrage sur la broche de la machine qui saisit et fixe les outils de coupe.
● Portique - L'ensemble de pont qui permet le déplacement des broches ou du matériel sur l'espace de travail situé en dessous.
● Enveloppe de travail - La capacité de taille maximale des pièces en fonction des déplacements de la machine le long de chaque axe.
● Contrôleur - L'ordinateur et le moniteur qui convertissent le code G généré par la FAO en signaux électriques qui commandent les moteurs pas à pas des axes.
● moteurs pas à pas - Actionneurs numériques précis capables de positionner les axes ou la vitesse de la broche en fonction des impulsions d'entrée.
Une machine CNC nécessite une configuration adéquate avant sa mise sous tension pour que toute opération de découpe puisse se dérouler en toute sécurité. Une configuration incorrecte de la machine et de l'espace de travail entraîne des risques allant des dommages matériels aux blessures graves dues à la projection de débris, d'étincelles et d'autres dangers potentiels.
Vous devez consulter le manuel d'utilisation et les évaluations des risques du modèle CNC que vous utilisez, car il présente des risques spécifiques. Voici quelques conseils de sécurité généraux :
● Protégez vos yeux avec des lunettes de sécurité et vos oreilles avec une protection auditive et portez des chaussures qui couvrent tout votre pied lorsque vous utilisez l'équipement.
● Vérifiez la stabilité de la machine avant de régler les pieds de nivellement lorsque vous travaillez sur une surface de sol irrégulière.
● La zone de travail doit disposer de voies d'accès ouvertes et aucune surface glissante ne doit exister.
● Les cheveux longs doivent être attachés et tous les vêtements amples, les bijoux et autres objets doivent être retirés pour éviter qu'ils ne se coincent dans les pièces de la machine.
● Gardez une trousse de premiers soins et un extincteur facilement accessibles dans la zone de travail.
● L'opérateur de la machine doit installer des méthodes qui réduisent les risques en fonction des spécifications de la machine et des exigences de coupe du matériau.
L'usinage CNC nécessite un fichier de conception numérique, généré par un logiciel de CAO, qui définit la géométrie de la pièce souhaitée. Les fichiers courants sont les fichiers .DXF ou les fichiers FAO spécifiques contenant des informations sur les parcours d'outils. L'opérateur doit parfaitement comprendre les dimensions critiques, les géométries, les références de référence et autres détails mentionnés dans les plans ou les modèles avant de tenter de les reproduire physiquement.
Soyez attentif aux détails concernant les dimensions des trous nécessaires, les finitions de surface, les tolérances, ainsi qu'aux notes clarifiant les instructions de configuration ou les étapes d'usinage. Une planification peut également être nécessaire pour la création des montages ou le choix des dispositifs de serrage.
Les ébauches de matière première doivent correspondre au type et aux dimensions spécifiés dans le plan de coupe. Assurez-vous de disposer d'un stock suffisant pour l'ensemble du travail ou de la production, en tenant compte des chutes et défauts potentiels à éliminer. Les feuilles stables doivent être aplaties si elles sont déformées afin de garantir un bon maintien.
Le choix d'outils de coupe adaptés est également essentiel pour un enlèvement de matière efficace, sans risque de défaillance ni de dommage. Tenez compte des facteurs suivants lors du choix de l'outillage :
● Nombre de cannelures, angle d'hélice, longueur, diamètre en fonction des charges de copeaux optimales
● Durabilité du revêtement de l'outil pour la dureté du matériau spécifique et les durées d'utilisation
● Forme et angle de l'insert réglés pour une action de cisaillement efficace
● Contraintes de dépassement de l'outil pour minimiser les vibrations et la déflexion
Un outillage tranchant et non endommagé est essentiel pour des coupes nettes et précises et des performances optimisées de la machine.
Une fois les mesures de sécurité nécessaires appliquées et la tâche programmée et outillée, la mise en œuvre de la CNC peut commencer. La liste de contrôle suivante résume les principales étapes d'utilisation des petites machines CNC, de la mise sous tension à la fabrication des pièces finies.
Localisez l'interrupteur général et placez-le sur « ON » pour mettre l'appareil sous tension. Appuyez ensuite sur le bouton d'alimentation pour initialiser le panneau de commande et le système d'exploitation. Les moteurs pas à pas devront probablement indexer leur position lors de cette synchronisation de démarrage.
Conformément aux recommandations du fabricant, certains composants critiques de la machine peuvent nécessiter un certain temps pour atteindre une température de fonctionnement stable avant le début de la coupe. Les roulements de broche, les vis à billes et les composants électroniques nécessitent des niveaux de chaleur et une viscosité de lubrifiant adéquats pour fonctionner avec précision et fiabilité.
Dégraissez et nettoyez la surface de la table ou du sous-plateau où seront montées les pièces. Choisissez des étaux, des brides, des serre-joints ou des solutions de fixation sur mesure adaptés pour maintenir les pièces en place tout en limitant l'écoulement des copeaux et du liquide de refroidissement.
Des pièces mal alignées risquent de provoquer des chocs d'outil, des erreurs dimensionnelles, des vibrations indésirables et d'autres problèmes techniques. Vérifiez à l'aide d'indicateurs tels que des comparateurs à cadran que la pièce est immobile et précisément orientée par rapport à la position zéro de la machine.
Les fichiers .NC contiennent des instructions de commande numérique pour piloter les mouvements et les fonctions de la machine. D'autres extensions, comme CNC ou TAP, stockent également des données de coupe codées. Les logiciels de FAO convertissent automatiquement les modèles 3D en parcours d'outils G-code.
Utilisez des clés USB, des réseaux Ethernet ou l'interface du contrôleur pour charger les fichiers de programme créés hors ligne dans la mémoire du système CNC. Vérifiez que le nom du fichier et le chemin d'accès sont corrects pour éviter tout problème de fonctionnement.
Insérez soigneusement les forets dans la pince ou le mandrin de la machine, en évitant tout contact avec les cannelures fragiles. Serrez au couple de serrage approprié avec des clés de taille adaptée.
Saisissez ou numérisez les dimensions radiales et les longueurs de pointe de chaque outil pour les enregistrer dans le registre de décalage de la bibliothèque d'outils. Cela permet de compenser les différences lors de l'exécution du programme.
Effectuez des essais de perçage, de surfaçage ou de découpe de profil pour valider les entrées. Affinez continuellement les données de décalage jusqu'à ce que le comportement de l'outil soit satisfaisant avant de lancer le programme final.
Le contrôleur CNC oriente tous les positionnements commandés, les mouvements rapides et les passes de coupe vers un système de coordonnées défini lié à l'emplacement de la pièce et aux limites du stock.
Indiquez à la machine de se déplacer jusqu'aux points de contact, ce qui permet de corréler les coordonnées de l'étau ou du dispositif avec les positions des axes de l'espace de travail. Ce processus de mise à zéro synchronise la perspective de programmation avec le positionnement réel de la pointe de l'outil.
Simulation continue de l'exécution complète du programme G-code à grande vitesse, sans nécessiter de découpe. Réduction significative des risques et des responsabilités pour valider le positionnement et détecter les pannes.
De nombreux contrôleurs CNC avancés incluent un environnement graphique 3D réaliste reproduisant l'intégralité de la séquence d'usinage. Utilisez-le pour visualiser le comportement du programme.
Une fois votre programme de parcours d'outil éprouvé et validé, lancez la production avec précaution. Surveillez en permanence toute alarme ou anomalie nécessitant un arrêt immédiat de l'avance ou un arrêt complet. Aucune opération sans surveillance.
Les vitesses d'avance, les vitesses de broche et autres paramètres critiques doivent être adaptés aux paramètres du programme et aux capacités de l'équipement pour atteindre la qualité de finition souhaitée et éviter la casse de l'outil. Une approche prudente est une pratique initiale judicieuse.
Une fois toutes les opérations codées terminées sans erreur de dépassement d'axe, la machine CNC indique que la tâche est terminée. Inspectez la pièce finie à l'intérieur de la machine avant de la retirer.
Après la coupure de courant, retirez soigneusement la pièce du dispositif de fixation ou de l'étau sans l'endommager. Retirez également les débris d'outils et d'usinage des composants mobiles à proximité des couvercles de glissières afin d'éviter toute accumulation.
La pièce usinée est examinée manuellement afin de déceler toute bavure, bavure de fonderie ou irrégularité de surface indésirable nécessitant une amélioration par meulage ou ponçage. L'arrondi des bords contribue également à renforcer les composants contre la propagation des fissures.
Vérifiez que toutes les dimensions et géométries 3D essentielles au fonctionnement correspondent aux exigences techniques et aux spécifications du produit avant de procéder aux opérations secondaires ou à la livraison au client. Enregistrez les tendances des données.
Portez une attention particulière à ces modes de défaut d'usinage CNC connus lors de l'inspection des pièces finies pour en vérifier la précision :
● Traces de broutage - Rigidité insuffisante lors des passes de coupe
● Parois coniques - Axes de la machine mal rodés ou mal alignés
● Marches dans les planchers - Fraises émoussées avec charges de copeaux réduites
● Rayons de coupe excessifs - Dépassement et déviation excessifs de l'outil
Ajustez soigneusement les paramètres de fonctionnement et les réglages mécaniques jusqu'à obtenir une tolérance et un état de surface satisfaisants. Éliminez la cause profonde : ne traitez pas uniquement les symptômes ponctuels.
Une maintenance préventive régulière et programmée prolonge la productivité et la durée de vie des équipements CNC. Suivez les recommandations du constructeur concernant les méthodes de nettoyage, les lubrifiants et les intervalles de remplacement des composants.
● Souffler les copeaux et débris métalliques à proximité des composants mobiles à l'aide d'air comprimé après les opérations
● Réservoirs de liquide de refroidissement sous vide et convoyeurs à copeaux pour éviter le colmatage des pompes et des outils sensibles
● Vérifiez que les boulons de la structure de la machine ne se desserrent pas en raison des vibrations.
● Lubrifier les rails linéaires, les vis à billes et les carters d'engrenages selon le guidage
● Inspectez le câblage de la machine pour détecter tout dommage causé par des rongeurs ou l'humidité.
Remplacez ou réaffûtez les forets dès que les tolérances commencent à baisser ou que la qualité de finition se dégrade. Des outils usés augmentent la chaleur et les forces, accélérant ainsi la fatigue des composants. Une gestion proactive de l'état des outils permet d'éviter les dommages en cascade.
Importez les postprocesseurs G-code, les interfaces machine et les micrologiciels de contrôle moteur mis à jour auprès des fournisseurs dès leur disponibilité afin de corriger les bugs et de bénéficier de nouvelles fonctionnalités. Cependant, testez soigneusement chaque révision avant de l'utiliser en production.
Bien que la génération de parcours d'outils optimisés à partir de fichiers CAO nécessite une expertise en logiciels de FAO spécialisés, les débutants peuvent commencer à apprendre les fondamentaux avec ces concepts :
Ces jeux d'instructions utilisent des formats alphanumériques pour contrôler le mouvement des axes, les actions de la broche, l'état du liquide de refroidissement et d'autres fonctions CNC. La maîtrise des structures de code aide les opérateurs à programmer manuellement ou à dépanner les fichiers.
Des logiciels d'interface performants comme Fusion 360, MasterCAM et SolidWorks convertissent les modèles 3D en opérations d'usinage, en tenant compte des montages, des outils et du brut. Le résultat est un code G simulable.
Comprendre comment modifier les vitesses, les avances et les sélections d'outils dans les fichiers de code permet d'affiner les temps de cycle, les facteurs de qualité et les charges d'outils. Cependant, ces modifications peuvent également engendrer de nouveaux problèmes si les calculs sous-jacents ne sont pas maîtrisés.
Apprendre à utiliser les centres d'usinage CNC de manière sûre et efficace nécessite d'étudier des concepts clés comme les systèmes de coordonnées et la programmation en code G avant de commencer la découpe. De plus, une préparation adéquate des matières premières, la création de montages et le choix d'outils de coupe adaptés sont essentiels à la réussite.
L'exécution rigoureuse des procédures importantes telles que la définition du zéro machine, le montage des pièces, le chargement des programmes et l'étalonnage des décalages permettra de développer progressivement les compétences clés. Mettez progressivement en œuvre des vitesses et des avances qui optimisent les temps de cycle sans compromettre la qualité de finition ni la précision.
L'entretien régulier des équipements CNC et l'inspection des pièces pour détecter les erreurs permettent d'ajuster en permanence les tolérances et les états de surface pour des performances optimales. Maîtriser ces principes fondamentaux de l'utilisation des CNC est un défi, mais très gratifiant.
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