La précision est devenue primordiale pour les fabricants modernes. Qu'il s'agisse de petites ou de grandes industries, personne ne fait de compromis sur la précision. Avez-vous déjà pensé aux géométries complexes des différents matériaux ? Par exemple, les carrosseries de véhicules, les avions et bien d'autres sont conçus de manière complexe. Face à la perfection de ces entités, la première question qui vient à l'esprit est la suivante : qu'est-ce que l'usinage de précision ?
C'est en effet le cœur des industries manufacturières modernes. Il est donc essentiel de connaître ce processus pour obtenir les résultats souhaités. De plus, la compréhension de l'usinage de précision met en évidence son importance dans tous les domaines. Vous êtes novice en la matière ? Ne vous inquiétez pas ! Dans cet article, je vais explorer en détail tous les aspects de ce processus. C'est parti !
Qu'est-ce que l'usinage de précision ?
L'usinage de précision est la procédure de mise en forme et de découpe de différents matériaux. Ce processus utilise des outils et des machines avancés et automatisés. Certains de ces outils coupent la pièce, d'autres la façonnent et d'autres encore lui donnent une finition soignée. Il ne s'agit donc pas d'un processus en une seule étape, mais de plusieurs étapes permettant d'obtenir les résultats souhaités.
Au début, l'usinage de précision était un processus simple. Il utilisait des machines et des outils simples et manuels, de sorte que les produits obtenus étaient d'une précision douteuse. Mais avec la technologie d'aujourd'hui, ce processus s'est perfectionné. Il fait désormais appel à des outils de contrôle automatisés et informatisés. Ces outils coupent, façonnent et finissent avec précision différents matériaux.
Ces matériaux comprennent le plastique, la céramique et presque tous les types de métaux. Cela signifie qu'il est possible d'usiner différents matériaux pour obtenir des formes différentes à des fins différentes. C'est pourquoi l'usinage de précision est devenu une nécessité dans de nombreuses industries. Il est par exemple utilisé dans les secteurs de l'aérospatiale, de la métallurgie, de l'automobile, de la marine et de l'électronique.
Étapes du processus d'usinage de précision
J'espère que la section ci-dessus explique l'idée de base de l'usinage de précision. N'est-ce pas ? Mais comme je l'ai dit plus haut, il ne s'agit pas d'un processus unique. Il est donc essentiel de discuter de ses étapes en détail pour mieux le comprendre. Dans la section ci-dessous, je vais explorer les étapes de ce processus.
1- Conception d'un modèle graphique
Il s'agit de la première étape au cours de laquelle les ingénieurs préparent un modèle graphique de la pièce usinée. Ce modèle est d'abord conçu comme une esquisse. Il est ensuite converti en modèle 3D à l'aide de la CAO
(conception assistée par ordinateur). Ce logiciel vous permet d'inspecter le modèle de manière étroite. Ce modèle contient des détails approfondis de la pièce afin d'assurer un usinage correct.
Il contient des informations sur les dimensions, les tolérances et les propriétés du matériau. Ces informations minimisent les erreurs et préservent la précision. En outre, vous pouvez apporter des modifications si nécessaire avant l'usinage. Par conséquent, la précision de ce modèle détermine la précision du produit final.
2- Conversion de la CAO en FAO
Les logiciels de CAO ne font que préparer le modèle de conception. Cependant, ce modèle de conception n'est pas utilisable par les outils. C'est là qu'intervient la conversion de la CAO en FAO. La FAO (fabrication assistée par ordinateur) est un logiciel qui traduit le modèle de conception. Il convertit ce modèle graphique en code G et en code M, qui sont lisibles par les outils.
Ce logiciel fournit des instructions aux outils pour couper la pièce. COMMENT ? Le logiciel de FAO crée le parcours d'outil. Les outils de fraisage suivent ce parcours, ce qui garantit la précision et minimise les pertes de matériau. En outre, ce logiciel définit également la profondeur de coupe, la vitesse de l'outil et les vitesses d'avance.
3- Réglage de la machine CNC
La troisième étape consiste à régler les machines à commande numérique. Ces machines fonctionnent selon les instructions du logiciel de FAO, de sorte que leur réglage manuel est essentiel pour une meilleure efficacité. Lors de la configuration d'une machine à commande numérique, vous devez tenir compte de certains éléments. Par exemple, il faut s'assurer que l'alignement des machines CNC est correct et qu'elles peuvent se déplacer sur tous les axes X, Y et Z.
En outre, vous devez veiller à ce que la pièce soit correctement serrée. Pourquoi ? Un léger mouvement peut affecter l'ensemble de la procédure de fraisage et nuire à la précision. Vous devez donc également vérifier que les instructions FAO sont correctement chargées dans le système de commande de la machine. Il est également essentiel de procéder à un essai à blanc avant d'engager la pièce.
Il permet de s'assurer que tous les outils suivent les instructions de parcours données. Enfin, la sélection et l'installation des outils appropriés sont cruciales. Par exemple, si vous percez la pièce, vous devez installer des outils de perçage. En outre, il convient de prévoir des liquides de refroidissement et des lubrifiants avant de faire fonctionner tous les outils afin d'éviter la production de chaleur. Enfin, vérifiez une nouvelle fois toutes les installations et procédez à des ajustements si nécessaire.
4- Réalisation de l'usinage
Une fois que tous les outils et toutes les machines sont réglés, le processus d'usinage primaire commence. L'usinage imprime la conception exacte du modèle sur la pièce brute. Ce processus est lancé par l'exécution d'outils CNC. Ces outils décodent les instructions données par le logiciel de FAO. Ils suivent ces instructions et le parcours d'outil et commencent à usiner la pièce.
Cependant, l'usinage peut impliquer le perçage, le meulage, la coupe ou le fraisage. Le logiciel de CAO détermine déjà la vitesse des outils et la profondeur des coupes. Toutefois, pendant l'usinage, il est essentiel de surveiller l'ensemble du processus. Les outils CNC avancés sont dotés de capteurs qui vous alertent si les outils s'écartent des instructions.
5- Post-traitement et finition
Le processus d'usinage se contente de couper ou de percer la pièce. Des arêtes vives sont donc toujours présentes sur la pièce. Ces arêtes peuvent être nuisibles et diminuer l'esthétique du produit. Le post-traitement et la finition ont pour but de les éliminer. Ce processus peut être réalisé à l'aide de plusieurs outils et techniques.
Par exemple, le remplissage à la main, le culbutage et les abrasifs permettent d'obtenir des surfaces délicates. Le polissage et le meulage constituent un autre processus de finition. Le polissage permet d'obtenir une surface lisse et un aspect miroir. En revanche, le meulage permet d'éliminer les arêtes vives. Les technologies telles que les traitements électrochimiques et thermiques confèrent également au produit un aspect délicat.
Types de machines d'usinage de précision
L'usinage de précision est un processus polyvalent qui fait appel à différents types de machines. Certaines de ces machines sont de conception simple, tandis que d'autres font appel à une technologie avancée. Il est essentiel de connaître toutes ces machines avant de commencer l'usinage de précision. Dans cette section, je vais vous donner un aperçu détaillé de toutes ces machines.
1- Machines à fraiser CNC
Les fraiseuses CNC sont le type le plus avancé de machines d'usinage de précision. Le terme "fraisage" fait référence à la coupe et à la mise en forme de matériaux solides. Ces machines coupent et façonnent donc les matériaux avec une plus grande précision. Comment ? Ces machines utilisent plusieurs outils de coupe qui fonctionnent selon des instructions informatiques.
Les instructions sont fournies sous la forme de logiciels de CAO et de FAO. Les fraiseuses CNC décodent ces instructions et fonctionnent en fonction de celles-ci. Ces outils avancés ont des capacités multi-axes. Par exemple, leur modèle à 3 axes peut couper le matériau selon 3 axes (x, y, z). Toutefois, le modèle à 5 axes peut façonner le matériau selon 5 axes possibles.
C'est pourquoi les fraiseuses CNC sont les plus populaires pour créer des géométries complexes. En outre, les fraiseuses CNC peuvent effectuer plusieurs opérations de fraisage. Par exemple, elles développent des contours, des trous, des fentes et des filetages. Ce que j'apprécie le plus dans ces machines, c'est leur facilité à traiter plusieurs types de matériaux. Par exemple, elles peuvent usiner efficacement le plastique, le bois et les métaux.
2- Machines de tournage à commande numérique
Ces machines fonctionnent également avec des instructions informatiques. Toutefois, les formes créées par ces machines sont principalement cylindriques. Elles utilisent différents outils pour couper la pièce en rotation. Permettez-moi d'expliquer leur principe de fonctionnement en détail. Tout d'abord, la pièce à usiner est serrée par une broche rotative.
Tous les outils de coupe sont positionnés avec précision et se déplacent avec la pièce. Lorsque le tournage commence, les outils de coupe suivent la trajectoire prédéfinie et enlèvent de la matière à la pièce. Il en résulte une forme cylindrique. Toutefois, la vitesse et la forme de la conception sont prédéfinies, de sorte que le produit présente un niveau de précision plus élevé.
Vous pouvez obtenir des formes cylindriques et d'autres formes, telles que des formes coniques et hélicoïdales. Cela dépend des types d'opérations de tournage. Ces opérations comprennent le tournage conique, le filetage, le dressage et l'alésage. Les machines de tournage sont utilisées dans les secteurs de l'automobile, de la médecine, du pétrole et du gaz.
3- Tours CNC
Le principe de fonctionnement du Tour CNC est la même que celle des machines mentionnées précédemment. Ces machines sont automatisées et fonctionnent à l'aide d'instructions informatiques. Leur modèle précédent ne pouvait effectuer que des opérations de tournage et déplacer les outils le long de trois axes. Toutefois, grâce aux progrès technologiques, leur conception et leurs fonctions ont changé.
Aujourd'hui, ces machines peuvent effectuer diverses opérations telles que le fraisage, le perçage et le taraudage. Elles peuvent se déplacer sur plusieurs axes et créer des dessins géométriques complexes. Dans ces machines, la pièce à usiner est reliée à la broche et tourne. Les outils de coupe CNC fonctionnent selon des instructions informatiques et enlèvent de la matière. La vitesse et la trajectoire des outils sont prédéfinies et sans erreur.
4- Machines de perçage à commande numérique
Les perceuses CNC sont destinées à créer des trous dans la pièce à usiner. Ces machines fonctionnent également avec les logiciels de FAO et de CAO, créant des trous précis. C'est pourquoi elles sont populaires dans les secteurs de l'automobile et de l'aérospatiale. Cependant, une question se pose : comment font-elles des trous ? En fait, avant de percer, il faut choisir un foret spécifique.
Ces mèches varient en taille et sont adaptées à différents types de matériaux. Après avoir choisi le foret, celui-ci est relié à une broche qui se déplace. La pièce à usiner reste immobile pendant toute la durée du processus. Les outils de forage enlèvent le matériau de la pièce. En conséquence, un trou de taille spécifique est formé. Toutefois, la taille et la profondeur du trou sont déjà déterminées.
Avec l'évolution de la technologie, la conception de ces perceuses a également changé. Leur nouveau modèle ne se limite pas à la création de trous, mais est capable de percer et de tarauder. En outre, les perceuses CNC de pointe sont également dotées d'un système de changement d'outil. Ce système change automatiquement les mèches de différentes tailles pour différents trous.
5- Machines CNC multi-axes
Les machines multi-axes sont la version avancée des machines CNC traditionnelles. L'ancienne conception ne permettait de déplacer les outils de fraisage que dans trois axes ou directions. En revanche, les machines CNC multi-axes peuvent déplacer les outils de coupe sur 4, 5 et 6 axes. Ces machines peuvent donc créer des dessins complexes et précis sur différents matériaux.
Dans les machines à 4 axes, les trois axes sont x, y et z ; l'axe supplémentaire est l'axe A. Cet axe permet aux outils de coupe de créer des pièces cylindriques. Cet axe permet aux outils de coupe de créer des pièces cylindriques. Sur les machines CNC à 5 axes, deux axes supplémentaires sont A et C. Ces axes permettent à l'outil de couper la pièce sous cinq angles. Enfin, les machines CNC à 6 axes possèdent six axes différents. Il s'agit du modèle le plus avancé, présent dans les systèmes robotiques.
6- Usinage par décharge électrique (EDM)
Ces machines effectuent des opérations de fraisage à l'aide d'étincelles électriques. Permettez-moi d'expliquer leur fonctionnement. L'outil de coupe, qui fait office de cathode, et la pièce à usiner sont placés dans un liquide diélectrique, avec un petit espace entre eux. Lorsque la tension est appliquée, une étincelle électrique est produite à une température pouvant atteindre 10 000 °C.
Une température aussi élevée fait fondre la partie de la pièce à usiner. La procédure se poursuit jusqu'à l'obtention de la forme souhaitée. Vous vous demandez peut-être quel est le rôle du fluide diélectrique. Ce fluide évacue les débris, refroidit la pièce et agit comme un isolant lorsqu'il n'y a pas d'étincelle d'allumage.
Plusieurs types de machines d'électroérosion sont spécifiques à différentes opérations de fraisage. Par exemple, les machines d'électroérosion par enfonçage créent des cavités dans la pièce à usiner, telles que des matrices. Les machines d'électroérosion par perçage créent des trous de différentes tailles dans la pièce. Les machines d'électroérosion sont couramment utilisées dans les secteurs de la médecine, de l'aérospatiale et de la métallurgie.
7- Machines suisses
Les machines suisses sont des machines avancées et précises qui permettent de créer des dessins délicats. Elles ont été créées en Suisse pour fabriquer des montres au design complexe. Plus tard, elles sont devenues populaires dans la fabrication d'équipements médicaux et de produits de luxe. Leur méthode de travail explique leur niveau de précision. Expliquons comment ces machines fonctionnent.
Ces machines sont équipées d'un support de douille de guidage. Ce support maintient la pièce pendant la coupe et évite les vibrations supplémentaires. Les outils de coupe sont positionnés axialement et se déplacent avec la pièce. Dans l'usinage suisse, l'outil et la pièce se déplacent ensemble. Ces machines ont des modèles multi-axes, de sorte que les outils de coupe peuvent se déplacer sur plusieurs axes.
Ces machines permettent donc de concevoir des géométries complexes. Une chose que j'apprécie sur ces machines est leur système d'alimentation en barres. Ce système alimente en continu les matières premières pendant l'usinage. Cela signifie que vous pouvez produire un grand volume de produits en même temps. Ces machines peuvent créer rapidement des dessins précis, délicats et complexes.
8- Machines de découpe laser CNC
Comme leur nom l'indique, ces machines utilisent une technologie laser avancée pour l'usinage de précision. Ces machines utilisent un système de commande CNC et effectuent diverses opérations d'usinage. Mais comment le laser génère-t-il et découpe-t-il le matériau ? En fait, cela dépend de la machine de découpe laser que vous utilisez pour l'usinage. Permettez-moi de l'expliquer.
Il existe trois machines de découpe laser, chacune produisant un laser différent. La première est la machine de découpe laser au CO₂. Cette machine crée un faisceau laser en utilisant un mélange de gaz CO₂, d'hélium, d'azote et d'hydrogène.
Le deuxième type est celui des machines de découpe laser à fibre. Ces machines génèrent des faisceaux laser en faisant passer une lumière puissante dans un câble à fibre optique.
Enfin, les machines de découpe laser à cristaux produisent des faisceaux laser à l'aide de cristaux synthétiques. Ces milieux comprennent le grenat d'aluminium et d'yttrium dopé au néodyme (Nd : YAG). C'est la raison pour laquelle ce type de machine est également appelé machine de découpe laser YAG. Tous les faisceaux laser se propagent partout, et la lentille les dirige.
Lorsque ce faisceau laser dirigé touche la pièce à usiner, il la fait fondre. Le matériau fondu se vaporise de lui-même, créant une forme spécifique. La forme et la conception sont toutefois prédéfinies par les logiciels de FAO et de CAO. Elles sont donc d'une excellente précision. Les machines de découpe laser sont utilisées dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'électronique et de la signalisation.
Avantages de l'usinage de précision CNC
Vous avez une idée des progrès et des applications de l'usinage de précision. Mais qu'est-ce qui fait de l'usinage CNC l'épine dorsale de la fabrication de haute technologie ? Ses avantages répondent à cette question. Voici donc les avantages les plus courants de l'usinage de précision CNC.
1- Haute précision
Avec l'évolution du monde, tout le monde est à la recherche de la perfection. Un défaut mineur est inacceptable dans l'ère moderne d'aujourd'hui. C'est pourquoi ce processus d'usinage CNC offre un excellent niveau de précision. Ce processus utilise des machines qui fonctionnent avec des instructions informatiques. Les logiciels de CAO et de FAO commandent à ces outils de découper le matériau. Le produit final est donc entièrement exempt d'erreurs.
En outre, ces machines assurent la cohérence. Pour créer des dessins reproduits, il suffit de donner des instructions une seule fois. Les dessins identiques, exacts et précis, sont créés en un rien de temps. Ces machines permettent donc de gagner du temps. Enfin, les machines CNC sont dotées de capteurs d'alerte. Ces capteurs vous alertent en cas d'écart. La précision est ainsi encore améliorée.
2- Tolérance serrée
Avant d'aborder cet avantage, expliquons ce qu'est la tolérance. La tolérance est un terme utilisé dans l'industrie manufacturière pour désigner un écart acceptable. En d'autres termes, la tolérance indique dans quelle mesure un produit s'écarte du niveau de perfection. Elle se mesure en microns ou en pouces. La machine CNC crée des produits avec des tolérances serrées.
Cela signifie que ces produits présentent un écart minimal par rapport aux mesures spécifiées. Une tolérance serrée indique que les produits s'adaptent précisément et sont correctement alignés. Le processus d'usinage CNC permet d'obtenir des tolérances de ±0,001 pouce, ce qui est négligeable. C'est pourquoi l'usinage CNC est utilisé dans les industries qui exigent des tolérances serrées.
3- Le rapport coût-efficacité à long terme
Le processus d'usinage de précision CNC est en effet coûteux au départ. L'utilisation d'une technologie de pointe justifie son coût élevé. Toutefois, à long terme, il est rentable. COMMENT ? Comme vous le savez, ces machines fonctionnent automatiquement. Il n'y a donc pas besoin de personnel supplémentaire, ce qui réduit les coûts de main-d'œuvre.
Ces machines permettent la répétabilité, de sorte que vous pouvez créer plusieurs copies rapidement. En conséquence,
le volume de production augmente et les coûts de production diminuent. De plus, ces machines ne travaillent pas manuellement, ce qui diminue le gaspillage de matériaux. Enfin, ces machines peuvent effectuer plusieurs tâches de fraisage simultanément. Le coût des outils supplémentaires est donc réduit.
Applications de l'usinage de précision CNC
L'usinage de précision CNC domine le monde grâce à sa technologie de pointe. Qu'elles soient petites ou grandes, toutes les industries dépendent des machines de précision CNC. La raison en est sans aucun doute leur excellent niveau de précision. La section ci-dessous explore la manière dont ces machines nous servent dans différents domaines.
1- Industrie aérospatiale
L'industrie aérospatiale est une industrie qui ne fait jamais de compromis sur la précision. Une petite erreur peut avoir de graves conséquences. C'est pourquoi le processus d'usinage de précision CNC leur offre des tolérances étroites et une grande précision. Ces machines fabriquent les composants sensibles des avions et des engins spatiaux. Ces pièces comprennent les moteurs d'avion, les trains d'atterrissage, les aubes de turbine, etc.
2- Industrie automobile
La principale préoccupation de l'industrie automobile est l'innovation. Elle vise à lancer des modèles de véhicules complexes et modernes. Ces conceptions sont possibles grâce aux machines de précision CNC. Comme vous le savez, ces machines utilisent des outils personnalisables pour obtenir diverses conceptions complexes. L'usinage CNC permet de créer les moteurs, les châssis et les culasses des véhicules.
3- La défense et l'armée
Les machines de précision CNC jouent un rôle essentiel dans l'industrie militaire et de défense. Par exemple, ces machines fabriquent des armes à feu, des missiles, des chars et des drones. En outre, un niveau de précision plus élevé est requis dans l'électronique de défense. Ainsi, le processus des machines CNC contribue à la fabrication de radars et de systèmes de guidage.
4- Fabrication d'outils et de matrices
Diverses industries de fabrication d'outils et de matrices utilisent des machines CNC pour obtenir des résultats précis. Par exemple, les moules personnalisés utilisés dans le moulage par injection nécessitent une grande précision pour obtenir de meilleurs résultats. Ces machines créent des modèles de moules complexes. En outre, les matrices utilisées dans les opérations de fraisage sont produites à l'aide de machines CNC précises.
5- Bijouterie et horlogerie
Comme vous le savez, les bijoux et les montres sont faits des dessins les plus complexes et les plus compliqués. De simples machines ne peuvent pas créer des motifs aussi délicats et précis. Un léger défaut d'alignement dans le dessin peut diminuer l'esthétique de l'ensemble du dessin. Les machines CNC sont utilisées à cette fin. Par exemple, les machines CNC suisses sont le plus souvent utilisées pour fabriquer des montres et des bijoux.
Questions fréquemment posées
Qu'est-ce qu'un composant de machine de précision ?
Les composants de machines de précision sont des outils qui façonnent et créent différents matériaux. Ils sont fabriqués à partir de matériaux robustes pour traiter différents types de matériaux de pièces à usiner. En outre, ils sont fabriqués avec des tolérances serrées pour garantir des résultats précis et exacts.
Pourquoi l'usinage de précision CNC est-il meilleur ?
Dans l'usinage de précision CNC, les outils de coupe fonctionnent selon des instructions informatiques. Ces instructions sont fournies par des logiciels de CAO et de FAO. Par conséquent, les produits fabriqués par l'usinage CNC sont très précis.
Quel est le rôle d'un machiniste dans l'usinage de précision ?
Dans le domaine de l'usinage de précision, les machinistes effectuent les tâches suivantes
-
Vérifier l'usure de l'outil
-
S'assurer que les outils fonctionnent correctement
-
Procéder à des ajustements si nécessaire
Conclusion
L'usinage de précision est le processus qui consiste à créer des motifs complexes sur différents matériaux. Dans cet article complet, j'ai abordé cette procédure en profondeur. Par exemple, cette procédure fait appel à différents outils. Ces outils comprennent des machines CNC, des tours, des machines swiss, des machines multi-axes, etc.
Les machines à commande numérique utilisent une technologie avancée. Elles fonctionnent à partir d'instructions informatiques et créent des formes et des dessins précis. Le processus d'usinage de précision est au cœur de toutes les industries. Il est populaire dans les secteurs de l'aérospatiale, de la métallurgie, de l'automobile et de l'électronique.