10 types de machines CNC

Qu'est-ce qu'une machine-outil CNC ?

Une machine-outil à commande numérique (CNC) est une machine-outil pilotée par un programme informatique. Elle peut réaliser automatiquement diverses opérations d'usinage complexes selon des programmes prédéfinis. CNC est l'abréviation de « Commande Numérique par Calculateur ».

L'usinage CNC est un procédé de fabrication soustractif qui utilise des machines-outils à commande numérique pour enlever de la matière et produire des pièces. Généralement, les machines-outils CNC planifient automatiquement la trajectoire d'usinage à partir d'un modèle CAO tridimensionnel et pilotent l'outil pour usiner la pièce selon cette trajectoire et obtenir sa forme finale.

Cet article présentera les différents types de machines-outils à commande numérique (CNC) et leur fonctionnement.

1. Machine de fraisage CNC

Une fraiseuse CNC est similaire à une fraiseuse CNC, mais elle est généralement utilisée pour l'usinage de matériaux plus tendres et est généralement moins précise. Les fraiseuses CNC sont reconnues pour leur capacité à utiliser la commande numérique par ordinateur afin de définir les trajectoires de la broche et de l'outil de coupe pour concevoir et façonner des matériaux comme le bois, l'acier, la mousse, les composites, l'aluminium et le plastique.

Les fraiseuses CNC se composent généralement de moteurs pas à pas, de leurs contrôleurs, d'un bâti mécanique, d'une broche, de contrôleurs et d'une alimentation électrique. Elles permettent de réduire les déchets, d'accroître la productivité et la précision, et d'accélérer la production.

2. Machine de perçage CNC

 Une machine CNC de perçage est utilisée pour les opérations d'usinage nécessitant la réalisation de trous cylindriques dans une pièce. Elle utilise des forets rotatifs dont la conception permet aux copeaux de métal de s'évacuer de la pièce pendant le perçage.

Il existe plusieurs types de forets couramment utilisés avec une perceuse CNC, chacun étant adapté à des applications spécifiques. Parmi ceux-ci, on trouve les forets de centrage pour l'amorçage des trous, les forets à pointes pour le perçage profond, les forets pour machines à visser pour des trous de précision et les alésoirs à mandrin pour la finition des trous au diamètre souhaité.

Comme les autres machines CNC, une perceuse CNC utilise la commande numérique par ordinateur pour automatiser le processus de perçage. Elle pilote les positions et les mouvements du foret selon des trajectoires programmées. Ceci permet un perçage précis et répétable de multiples trous dans une pièce. Les perceuses CNC sont particulièrement utiles pour la production en série de pièces nécessitant des perçages identiques, par des procédés automatisés.

3. Tour CNC

Un tour à commande numérique (CNC) est utilisé pour les opérations d'usinage impliquant le tournage ou le façonnage de pièces en rotation. Il utilise des outils de coupe à un seul point dont la conception varie selon l'application de tournage, comme l'ébauche, la finition, le dressage, le filetage, le formage, le contre-dépouillement, le tronçonnage et le rainurage.

Le tour à commande numérique (CNC) automatise le processus de tournage grâce à la commande numérique par ordinateur. Il pilote les positions et les mouvements de l'outil de coupe selon des trajectoires programmées. Ceci permet de réaliser des formes et des géométries complexes à partir de pièces cylindriques avec précision et répétabilité.

Il existe différents types de tours à commande numérique (CNC) adaptés à diverses applications. Parmi les plus courants, on trouve les tours à tourelle, adaptés à la production en série avec changement d'outils automatique, les tours parallèles pour le tournage général et les tours spéciaux conçus pour des géométries ou des matériaux spécifiques.

Le tournage CNC améliore la productivité par rapport aux tours manuels en permettant un fonctionnement automatisé et la production de multiples pièces aux spécifications exactes. Les tours CNC sont particulièrement utiles dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale et de la fabrication de précision, où un grand nombre de composants doivent être usinés avec précision et efficacité.

4. Machine CNC 5 axes

Une machine CNC à 5 axes améliore les capacités des fraiseuses traditionnelles à 3 axes en ajoutant deux axes de rotation supplémentaires, permettant l'usinage de géométries complexes en un seul serrage.

Outre les trois axes linéaires (X, Y, Z) de positionnement de l'outil de coupe, une machine CNC 5 axes intègre soit deux axes de rotation supplémentaires au niveau de la broche de coupe, soit une table inclinable/pivotante. Ceci offre deux degrés de liberté supplémentaires pour le positionnement de la pièce.

En inclinant et en faisant pivoter le dispositif de maintien de la pièce (table à tourillon), la machine à 5 axes permet à l'outil de coupe d'accéder et d'usiner cinq faces d'une pièce prismatique à des angles de 90 degrés sans avoir besoin de réinitialiser la pièce entre les opérations.

Les deux axes rotatifs supplémentaires (généralement appelés axes A et C) améliorent considérablement l'efficacité d'usinage en éliminant le besoin de multiples serrages et réglages. Des géométries complexes, comme des formes sculptées, peuvent être usinées en une seule opération de serrage sur une machine CNC 5 axes.

Elle trouve de nombreuses applications dans les secteurs de l'aérospatiale, de la fabrication de moules et de l'industrie médicale, où les pièces complexes sont courantes. L'usinage CNC 5 axes est également souvent utilisé pour la sculpture grâce à sa capacité à usiner des surfaces de forme libre.

5. Machine de fraisage CNC

Une fraiseuse CNC utilise des outils de coupe rotatifs à plusieurs points pour usiner et façonner avec précision des pièces. Parmi les outils de fraisage courants, on trouve les fraises en bout, les fraises hélicoïdales et les fraises à chanfreiner, qui peuvent être orientées horizontalement ou verticalement selon l'application de fraisage.

La fraiseuse CNC automatise le processus de fraisage grâce à la commande numérique par ordinateur. Elle pilote la position et la trajectoire de l'outil de coupe selon les trajectoires programmées. Ceci permet de réaliser avec précision et répétabilité des profils et des géométries complexes à partir de matières premières ou de pièces moulées.

Les fraiseuses CNC, également appelées machines de fraisage, sont disponibles en versions horizontale et verticale. Les fraiseuses CNC de base offrent trois axes de déplacement linéaire (X, Y, Z), tandis que les modèles plus avancés intègrent des axes rotatifs supplémentaires pour une meilleure accessibilité.

Les types courants de fraiseuses CNC comprennent les fraiseuses manuelles pour les petites pièces, les fraiseuses planes ou verticales pour l'usinage général, les fraiseuses universelles adaptées à une variété d'opérations et les fraiseuses omniverselles offrant une flexibilité maximale grâce à quatre ou cinq axes.

Le fraisage CNC améliore la productivité par rapport aux fraiseuses manuelles. Il permet la production en série et automatisée de pièces usinées avec une grande précision. Les fraiseuses CNC sont largement utilisées dans l'industrie manufacturière pour l'usinage de pièces en métaux, plastiques, bois, composites, etc.

6. Machine de découpe laser CNC

 Une machine de découpe laser à commande numérique utilise un laser de haute puissance pour découper des matériaux en les faisant fondre, brûler ou vaporiser. Elle permet une découpe précise de motifs et de profils complexes.

Les principaux types de lasers industriels utilisés dans les machines de découpe laser comprennent :

Lasers CO2 : L’un des lasers à gaz les plus courants, utilisant un mélange gazeux de dioxyde de carbone. Convient à la découpe de matériaux non métalliques comme le bois, les plastiques et les textiles. Peut également découper certains aciers doux.

- Lasers à semi-conducteurs : généralement des lasers YAG (grenat d’yttrium-aluminium) utilisant le néodyme comme élément actif. Plus puissants que les lasers CO2, ils permettent de découper des métaux plus épais et plus durs.

- Lasers à fibre : un type de laser à semi-conducteurs plus récent offrant une qualité de faisceau supérieure. Très efficace pour les applications de découpe de métaux de précision.

Les machines de découpe laser à commande numérique dirigent le faisceau laser selon des trajectoires d'outil programmées grâce à des portiques XY et une commande numérique. Les formats de pièces courants vont des machines de bureau aux machines grand format.

Le laser offre une découpe nette et précise, avec une zone affectée thermiquement minimale. Il permet la découpe complexe d'une large gamme de matériaux. La découpe laser est largement utilisée dans la fabrication, le prototypage et les industries automobile et aérospatiale.

7. Machine de découpe plasma CNC

Une machine de découpe plasma CNC utilise une torche à plasma pour découper des matériaux conducteurs. Son fonctionnement repose sur le passage d'un gaz à grande vitesse, tel que de l'oxygène ou de l'air, à travers une buse, créant un arc électrique sous la torche qui ionise le gaz en un flux de plasma conducteur.

Le jet de plasma transfère ensuite la chaleur et l'électricité au matériau de la pièce, le découpant par fusion et vaporisation. Parmi les matériaux couramment découpés au plasma, on trouve l'acier, l'acier inoxydable, l'aluminium, le laiton et le cuivre.

Sur une machine de découpe plasma à commande numérique, la torche plasma est pilotée par le système CNC selon des trajectoires d'outil programmées. Ceci permet une découpe précise, contrôlée par ordinateur, de formes complexes en 2D et 3D dans le métal.

Les machines de découpe plasma CNC se caractérisent notamment par leur capacité à découper des matériaux épais, une excellente qualité de coupe avec des zones affectées thermiquement minimales et une vitesse de coupe élevée. Elles sont parfaitement adaptées aux applications de fabrication, de maintenance et de réparation.

Le système CNC assure des découpes automatisées et répétables et permet un fonctionnement sans opérateur. La découpe plasma est largement utilisée dans des secteurs tels que l'automobile, la fabrication, la construction navale et le bâtiment pour la découpe, le chanfreinage et le gougeage de pièces et composants métalliques.

8. Machine CNC à électroérosion

Une machine CNC à décharge électrique, également connue sous le nom d'EDM (usinage par décharge électrique) ou machine CNC à érosion par étincelles, utilise le processus thermoélectrique des étincelles électriques pour découper des matériaux conducteurs d'électricité.

Ce procédé utilise des étincelles électriques, produites par une différence de potentiel entre deux électrodes (l'électrode-outil et la pièce à usiner), pour enlever de minuscules quantités de matière par fusion et vaporisation. De l'eau déminéralisée est utilisée pour évacuer les débris.

Sur une machine CNC d'électroérosion, l'électrode-outil est reliée au système CNC et positionnée et contrôlée avec précision selon des trajectoires d'outil programmées. Ceci permet d'usiner des formes 3D complexes à partir de métaux durs et d'alliages difficiles à usiner par les méthodes traditionnelles.

Parmi les principaux avantages des machines CNC EDM, on peut citer la capacité d'usiner des matériaux très durs, de produire des pièces avec une très grande précision et des finitions de surface de haute qualité, et de découper des cavités et des profils internes complexes.

Les applications courantes incluent les moules, les matrices, les composants aérospatiaux et les implants chirurgicaux, grâce à un procédé sans contact qui génère des forces mécaniques minimales sur la pièce. Les machines CNC d'électroérosion sont parfaitement adaptées à la production en petites séries de pièces complexes.

9. Voici les points clés concernant une rectifieuse CNC :

1. - Une rectifieuse CNC utilise une meule abrasive rotative pour découper et façonner des pièces métalliques par un procédé mécanique d'abrasion.
2. La meule abrasive, généralement en diamant ou en CBN (nitrure de bore cubique), enlève de petits copeaux de métal au contact de la pièce. Un contrôle précis est nécessaire pour obtenir des tolérances serrées.
3. Sur une rectifieuse CNC, la meule et la pièce sont positionnées et déplacées avec précision par le système CNC selon un code programmé. Ceci permet de rectifier automatiquement des profils 3D complexes.
4. - Les opérations de rectification courantes comprennent la rectification cylindrique (surfaces externes ou internes), la rectification de surface (surfaces planes), la rectification sans centre et la rectification de profil.
5. Les pièces usinées sur des machines CNC de rectification exigent une très grande précision et un excellent état de surface. Il s'agit souvent de composants mécaniques de précision tels que des arbres à cames, des roulements à billes et des engrenages.
6. - Les industries qui utilisent la rectification CNC comprennent l'automobile, l'aérospatiale, le médical et la fabrication générale, où des tolérances serrées sont essentielles.
7. - Par rapport au meulage conventionnel, ses avantages incluent une précision répétable, un contrôle multi-axes et la capacité de meuler des contours et des profils complexes sans surveillance.

En résumé, une rectifieuse CNC façonne avec précision des pièces métalliques grâce à un usinage automatisé par meule abrasive contrôlé par un système de commande numérique par ordinateur.

10. Voici les points clés concernant une machine CNC à changement d'outils automatique :

1. - Elle est équipée d'un magasin/carrousel d'outils pouvant contenir plusieurs outils tels que des forets, des fraises, des défonceuses, etc., adjacent à la zone de travail de la machine.
2. - Le changeur d'outils automatique permet un remplacement rapide et automatique des outils selon les besoins pendant le processus d'usinage CNC, sans intervention manuelle.
3. Cela améliore considérablement la productivité en minimisant les temps morts par rapport aux changements d'outils manuels. Les pièces complexes nécessitant plusieurs outils peuvent être usinées sans interruption de processus.
4. - Les outils sont prélevés/changés de manière robotisée dans le magasin et montés sur la broche à l'aide d'un bras de changement d'outils automatique sous commande CNC.
5. - Elle augmente la capacité de la machine à transporter des outils au-delà d'un seul outil, permettant ainsi l'usinage de pièces plus complexes sans rechargement manuel des outils.
6. Les outils cassés ou usés peuvent être remplacés instantanément sans interrompre la production. Cela améliore la fiabilité et la disponibilité.
7. - Un étalonnage automatique des outils peut également être possible afin de garantir la précision géométrique après chaque modification.
8. - Elle fait évoluer l'usinage CNC vers une production automatisée plus efficace, sans intervention humaine.

En résumé, le changement d'outils automatique améliore la flexibilité et la productivité des machines CNC.