Qu’est-ce que la commande numérique par ordinateur (CNC) ?

Qu’est-ce que la commande numérique par ordinateur (CNC) ?

La commande numérique par ordinateur (CNC) est une méthode de fabrication qui automatise le contrôle, le mouvement et la précision des machines-outils grâce à l’utilisation d’un logiciel informatique préprogrammé, qui est intégré à l’intérieur des outils.

La CNC est couramment utilisée dans la fabrication pour l’usinage de pièces métalliques et plastiques. Les fraises, les tours, les routeurs, les perceuses, les meuleuses, les jets d’eau et les lasers sont des outils de coupe courants dont les opérations peuvent également être automatisées avec CNC. Il peut également être utilisé pour contrôler des outils non machines, tels que le soudage, l’assemblage électronique et les machines d’enroulement de filaments.

Fonctionnement de la commande numérique par ordinateur

Avec la CNC, chaque objet à fabriquer reçoit un programme informatique personnalisé, généralement écrit dans un langage standard international appelé G-code, stocké et exécuté par l’unité de commande de la machine (MCU), un micro-ordinateur attaché à la machine. Le langage M-code est également utilisé conjointement avec le code G dans les opérations CNC.

Alors que le code G contrôle le mouvement et le fonctionnement de la machine, le code M contrôle les mouvements externes de l’opération. Le programme contient également les instructions et les paramètres suivis par la machine-outil, tels que le taux d’avance des matériaux et le positionnement et la vitesse des composants de l’outil.

Au début du processus, les ingénieurs créent un dessin de conception assistée par ordinateur (CAO) de la pièce à fabriquer, puis traduisent le dessin en code G. Le programme est chargé sur le microcontrôleur et un opérateur de machine effectue un test sans la matière première en place pour assurer un positionnement et des performances corrects. Cette étape est importante car une vitesse ou un positionnement incorrect peut endommager à la fois la machine et la pièce.

Lorsque tout est prêt, la machine CNC exécute son programme et effectue les travaux avec précision comme indiqué. Les travaux peuvent impliquer n’importe quoi, de la création de quelque chose à partir de zéro à la découpe d’une pièce ou à l’impression de quoi que ce soit.

Pourquoi la commande numérique par ordinateur est-elle importante?

La commande numérique permet aux machines de produire des articles plus rapidement et avec de meilleures finitions de surface sans avoir besoin d’usinage manuel ou d’une forte participation humaine.

Voici quelques avantages des systèmes CNC :

• Réduction des coûts. Les machines CNC sont rentables et réduisent les coûts de production grâce à la fabrication de précision. La consommation d’énergie est réduite grâce à une efficacité de production accrue, à l’évolutivité et à la réduction des déchets matériels, ce qui réduit également les dépenses d’exploitation. Le poids des obligations financières potentielles liées à la sécurité des travailleurs est également réduit, ce qui contribue à réduire les coûts.
• Réduction des déchets. Le logiciel utilisé pour faire fonctionner différents types de machines CNC entraîne peu ou pas de gaspillage pendant le processus de fabrication en raison de simulations et d’optimisations répétées.
• Amélioration de la sécurité des travailleurs. Les machines CNC minimisent les risques d’accidents et garantissent la sécurité des travailleurs, car il y a moins besoin d’interaction humaine. La plupart des machines CNC modernes sont autonomes et peuvent être manipulées à distance par des personnes pour des mises à niveau logicielles, des modifications de conception ou d’autres opérations de maintenance préventive.
• Réduction des erreurs humaines. Étant donné que l’erreur humaine est éliminée dans le processus de fabrication avec CNC, on pense qu’elle offre plus de précision, de complexité, de vitesse, de flexibilité et de répétabilité. Cela se traduit finalement par moins de défauts dans les produits fabriqués.
• Usinage de contours. La CNC offre des fonctionnalités telles que l’usinage de contours, qui permet le fraisage de formes profilées, y compris celles produites en impression 3D et en conceptions.
• Programmation MCU plus rapide. Certains systèmes CNC sont intégrés à des logiciels de CAO et de fabrication assistée par ordinateur, ce qui peut accélérer le processus de programmation du microcontrôleur.
• Amélioration de l’intelligence opérationnelle. L’intégration avec les logiciels de planification des ressources d’entreprise et les applications connexes, telles que les logiciels de gestion des actifs d’entreprise, peut faciliter les processus d’intelligence opérationnelle et décisionnelle et aider à améliorer les performances et la maintenance de l’usine.
• Pas de goulots d’étranglement. Avec le niveau d’automatisation plus élevé utilisé, les systèmes CNC réduisent les goulots d’étranglement de production et de fabrication et améliorent les résultats.

En plus des merveilleux avantages offerts par les machines CNC, elles ont tendance à être plus chères, nécessitent plus d’entretien que les autres méthodes de production et obligent les entreprises à embaucher un programmeur CNC qualifié.

Applications numériques importantes de l’ordinateur

CNC joue un rôle intégral dans les industries et les secteurs critiques, tels que la médecine, l’aérospatiale, l’armée et la défense. Parce que la défaillance d’un composant pourrait mettre des vies en danger, les entreprises de ces industries exigent le plus haut niveau de précision dans leurs pièces, ce que les machines CNC peuvent offrir.

Voici quelques industries qui utilisent des machines CNC.

Aérospatial

La précision nécessaire pour fabriquer chaque composant d’un avion est augmentée par CNC. Cela inclut tout, de la coque extérieure aux parties les plus internes. Les plus hauts niveaux de précision et d’exactitude doivent être utilisés lors de la fabrication de composants aérospatiaux usinés CNC, car ils sont souvent critiques. En outre, il existe souvent des exigences strictes en matière de planéité, de rondeur et de cylindricité qui ne peuvent être respectées qu’avec un usinage assisté par ordinateur, et des tolérances aussi petites que 0,00004 pouce ne sont pas inhabituelles.

L’aluminium, l’acier inoxydable, le laiton, le nickel, le bronze, la céramique, les plastiques, le magnésium, le titane et les alliages haute performance, tels que l’Inconel et le Kovar, sont quelques-uns des matériaux qui peuvent être utilisés dans l’usinage CNC aérospatial.

Voici quelques exemples de composants usinés CNC :

• Composants du train d’atterrissage.
• Carénages en titane.
• Ailerons.
• Bagues.
• Assemblages de stators.
• Collecteurs.
• Boîtiers de boîte de vitesses en magnésium.
• Connecteurs électriques.

Matériel médical

Pour répondre aux besoins des patients, l’industrie médicale s’appuie principalement sur des produits spécialisés, précis et de haute qualité fabriqués par des machines CNC. Pendant la pandémie de COVID-19, lorsque le besoin de produits médicaux tels que les masques et les respirateurs a augmenté, cette dépendance aux machines CNC a augmenté. L’équipement médical jetable est également souvent utilisé pour empêcher les gens de contracter des maladies infectieuses tout en recevant des soins médicaux. Pour cette raison, il est encore plus crucial pour le secteur médical d’utiliser la CNC pour augmenter et accélérer la production de produits médicaux.

Voici des exemples typiques de produits fabriqués par des machines CNC :

• Appareils d’imagerie par résonance magnétique.
• Implants.
• Orthèses.
• Boîtiers électroniques pour appareils de surveillance.
• Matériel de recherche.
• Boîtiers blindés.
• Pièces fabriquées à partir de plastiques à haute température.
• Instruments médicaux.
• Emballage stérile personnalisé.
• Produits approuvés par la Food and Drug Administration.

Automobile

L’un des marchés clés pour l’usinage CNC est l’industrie automobile. Chaque étape de l’industrie automobile, du prototypage à la recherche et au développement à la production de grandes quantités de pièces, bénéficie de l’utilisation de l’usinage CNC.

En outre, une large gamme de composants, y compris des sections massives de blocs moteurs et de petits engrenages et panneaux, sont produits par des fraiseuses CNC et des équipements de tour. Pour un moteur à combustion seul, plusieurs machines CNC sont nécessaires. Ceux-ci peuvent être utilisés pour convertir des blocs métalliques massifs en panneaux de carrosserie de moteur et produire les cylindres, les pistons et autres composants qui entrent dans la fabrication de l’assemblage de cylindres dans le bloc moteur.

Certains des composants fabriqués par usinage CNC sont les suivants:

• Réducteurs.
• Pièces de moteur.
• Essieux.
• Vannes.
• Panneaux de tableau de bord.
• Blocs-cylindres.
• Jauges à essence.

Électronique

L’usinage CNC est une méthode de fabrication utile pour le secteur de l’électronique en raison de sa précision et de son adaptabilité. Les métaux conducteurs et non conducteurs, ainsi qu’une variété de polymères, peuvent être traités par des machines CNC. Avec la technologie CNC, il n’y a pas besoin d’une étape d’outillage de préproduction, ce qui accélère la production de composants électroniques. Les conceptions peuvent également être facilement modifiées et itérées avec un minimum de supervision. Apple aurait 10 000 machines CNC et fabriquerait des ordinateurs portables usinés CNC à grande échelle.

Voici quelques exemples d’articles produits par les machines CNC :

• Électronique grand public.
• Semi-conducteurs.
• Dissipateurs thermiques.
• Cartes de circuits imprimés.
• Isolation électrique.
• Boîtiers d’amplificateur.
• Blindages contre les interférences radioélectriques.

Pétrole et gaz

Les grandes machines utilisées dans les plates-formes de forage et les raffineries sont conçues avec des machines CNC pour assurer un ajustement parfait. Un ajustement imparfait peut empêcher les cylindres de se remplir, empêcher les pistons d’exercer la pression appropriée et les vannes de fuir. Par conséquent, pour s’assurer que les pièces s’adaptent exactement comme requis, les entreprises pétrochimiques utilisent des pièces qui ont été usinées CNC.

Quelques exemples de pièces créées par CNC mLes achines sont les suivantes:

• Forets.
• Tiges.
• Pistons.
• Vannes.
• Composants hydrauliques.
• Systèmes de soupape.

Marin

Parce que des pièces de haute précision sont nécessaires pour maintenir les navires en marche et à flot, l’industrie maritime dépend fortement des machines CNC. Les embarcations nécessitent une pléthore d’équipements, y compris des capteurs sous-marins et de l’équipement de communication. Par conséquent, l’industrie maritime doit utiliser la précision CNC lors de la fabrication de bateaux et d’autres équipements marins.

Certaines pièces courantes fabriquées par des machines CNC sont les suivantes:

• Hélices.
• Boîtiers isolants.
• Composants pour le moteur.
• Moules prototypes.
• Côtes.
• Stingers.

Histoire de la commande numérique par ordinateur

Au cours des dernières décennies, la technologie CNC est passée de dispositifs contrôlés par bande de perforation à des machines qui acceptent les entrées de programmation CNC et produisent des pièces de machine 3D avec une précision extrême.

Les origines des machines CNC remontent à John Parsons. On lui attribue la création de la première machine à commande numérique en 1949, conçue pour fonctionner directement à partir d’un ensemble de cartes perforées indiquant à la machine où se déplacer. Le Cincinnati Milacron Hydrotel, la première machine CNC disponible dans le commerce, a ensuite été introduit en 1952 par une équipe de chercheurs du Massachusetts Institute of Technology.

Les machines CNC ont été brevetées pour la première fois en 1958.