Concept
NC (Commande Numérique)
La CN est une technologie qui utilise des signaux numériques pour contrôler automatiquement des objets (tels que le mouvement de la machine-outil et son processus de travail), appelée contrôle numérique.
Technologie CN
La technologie NC fait référence à la technologie de contrôle automatique qui utilise des chiffres, des lettres et des symboles pour programmer un certain processus de travail.
Système NC
Le système NC fait référence au système intégré organique de modules logiciels et matériels qui réalisent les fonctions de la technologie NC. C'est le porteur de la technologie NC.
Système CNC (système de commande numérique par ordinateur)
Le système CNC (Computer Numerical Control) fait référence au système de contrôle numérique avec l'ordinateur comme cœur.
La machine CNC fait référence à une machine-outil qui utilise la technologie de contrôle numérique informatisé pour contrôler le processus d'usinage, ou à une machine-outil équipée d'un système de contrôle numérique informatisé.
Définition NC
La commande numérique est la forme complète de la CN pour les machines-outils. La commande numérique (CN) permet à un opérateur de communiquer avec les machines-outils par le biais de chiffres et de symboles.
Définition CNC
CNC est l'abréviation de Computer Numerical Control, qui est une technologie automatique de contrôle des machines-outils pour réaliser un usinage automatisé avec un logiciel de CAO/FAO dans le processus de fabrication moderne. Les nouvelles machines-outils à CNC ont permis à l'industrie de produire systématiquement des pièces avec une précision inimaginable il y a seulement quelques années. La même pièce peut être reproduite avec le même degré de précision autant de fois que nécessaire si le programme a été correctement préparé et l'ordinateur correctement programmé. Les commandes de fonctionnement en code G qui contrôlent la machine-outil sont exécutées automatiquement avec une vitesse, une précision, une efficacité et une répétabilité élevées.
L'usinage CNC est un processus de fabrication informatisé. La machine est connectée à un ordinateur, qui lui indique les déplacements à effectuer. L'opérateur doit d'abord créer le parcours d'outil. Il utilise un logiciel pour dessiner les formes et créer le parcours d'outil que la machine suivra.
L'utilisation croissante de la CNC dans l'industrie a créé un besoin de personnel compétent et capable de préparer les programmes qui guident les machines-outils pour produire des pièces selon la forme et la précision requises. C'est dans cet esprit que les auteurs ont préparé ce manuel pour démystifier la CNC - pour la mettre dans une séquence logique et l'exprimer dans un langage simple que tout le monde peut comprendre. La préparation d'un programme est expliquée dans une procédure logique étape par étape, avec des exemples pratiques pour guider l'utilisateur.
Composant
La technologie CNC se compose de 3 parties : le cadre du lit, le système et la technologie périphérique.
Le kit de cadre est principalement composé de pièces de base telles que le lit, la colonne, le rail de guidage, la table de travail et d'autres pièces de support telles que le porte-outils et le magasin d'outils.
Le système de commande numérique est composé d'un équipement d'entrée/sortie, d'un dispositif de commande numérique par ordinateur, d'un automate programmable (PLC), d'un dispositif d'entraînement de broche, d'un dispositif d'entraînement de servocommande d'alimentation et d'un dispositif de mesure. Parmi eux, le dispositif est le cœur du système de commande numérique.
La technologie périphérique comprend principalement la technologie des outils (système d'outils), la technologie de programmation et la technologie de gestion.
Glossaire
CNC:Contrôle numérique par ordinateur.
G-Code:Un langage universel de machine-outil à commande numérique (NC) qui spécifie les points d'axe vers lesquels la machine se déplacera.
CAD:Conception Assistée par Ordinateur.
CAM:Fabrication Assistée par Ordinateur.
Grille: Le mouvement minimum, ou l'avance de la broche. La broche se déplace automatiquement vers la position de grille suivante lorsque le bouton est basculé en mode continu ou par étapes.
PLT (HPGL) : Langage standard pour l'impression de dessins au trait vectoriels, pris en charge par les fichiers CAO.
Parcours d'outil: Parcours codé défini par l'utilisateur que la fraise suit pour usiner la pièce. Un parcours d'outil de « poche » coupe la surface de la pièce ; un parcours d'outil de « profil » ou de « contour » coupe complètement pour séparer la forme de la pièce.
Démissionner: Distance sur l'axe Z à laquelle l'outil de coupe plonge dans le matériau.
Enjamber:Distance maximale sur l'axe X ou Y à laquelle l'outil de coupe s'engagera avec le matériau non coupé.
MOTORISATIONS PAS À PAS: Un moteur à courant continu qui se déplace par étapes discrètes en recevant des signaux ou des « impulsions » dans une séquence particulière, ce qui entraîne un positionnement et un contrôle de vitesse très précis.
Vitesse de broche:Vitesse de rotation de l'outil de coupe (RPM).
Coupe conventionnelle: La fraise tourne dans le sens inverse de l'avance. Cela entraîne un broutage minimal mais peut entraîner des arrachements dans certains bois.
Méthode soustractive:Le foret enlève de la matière pour créer des formes. (Contrairement à la méthode additive.)
Débit d'alimentation:Vitesse à laquelle l'outil de coupe se déplace dans la pièce.
Position d'accueil (Machine Zéro):Point zéro désigné par la machine déterminé par des interrupteurs de fin de course physiques. (Il n'identifie pas l'origine réelle du travail lors du traitement d'une pièce.)
Montée coupée: La fraise tourne dans le sens de l'avance. La coupe en montée évite les arrachements, mais peut entraîner des marques de broutage avec une fraise à cannelures droites ; une fraise à cannelures en spirale réduira le broutage.
Origine du travail (Travail zéro): Le point zéro désigné par l'utilisateur pour la pièce, à partir duquel la tête effectuera toutes ses découpes. Les axes X, Y et Z sont réglés sur zéro.
LCD:Affichage à cristaux liquides (utilisé sur le contrôleur).
U disque:Périphérique de stockage de données externe qui est inséré dans une interface USB.
Fonctionnalité
Haute précision
Les machines à commande numérique par ordinateur sont des produits mécatroniques hautement intégrés, composés de machines de précision et de systèmes de contrôle automatique. Elles présentent une précision de positionnement élevée et une précision de positionnement répétitive. Le système de transmission et la structure présentent une rigidité et une stabilité élevées pour réduire les erreurs. Par conséquent, la machine à commande numérique par ordinateur présente une précision d'usinage plus élevée, en particulier la cohérence de la fabrication des pièces dans le même lot, et la qualité du produit est stable, le taux de réussite est élevé, ce qui est incomparable avec les machines-outils ordinaires.
High Efficiency
Les machines CNC peuvent utiliser une plus grande quantité de coupe, ce qui permet de gagner du temps de traitement. Elles disposent également d'un changement automatique de vitesse, d'un changement automatique d'outil et d'autres fonctions de fonctionnement automatique, ce qui réduit considérablement le temps auxiliaire, et une fois qu'un processus de traitement stable est formé, il n'est pas nécessaire d'effectuer une inspection et une mesure inter-processus. Par conséquent, la productivité de l'usinage à commande numérique par ordinateur est 3 à 4 fois supérieure à celle des machines-outils ordinaires, voire plus.
Haute adaptabilité
Les machines CNC effectuent un traitement automatique selon le programme des pièces traitées. Lorsque l'objet d'usinage change, tant que le programme est modifié, il n'est pas nécessaire d'utiliser des équipements de traitement spéciaux tels que des maîtres et des modèles. Cela permet de raccourcir le cycle de préparation de la production et de favoriser le remplacement des produits.
Haute usinabilité
Certaines pièces mécaniques formées de courbes complexes et de surfaces courbes sont difficiles à traiter voire impossibles à réaliser avec des techniques conventionnelles et des opérations manuelles, et peuvent être facilement réalisées par des machines CNC utilisant une liaison d'axes multi-coordonnées.
Haute valeur économique
Les centres d'usinage CNC utilisent principalement la concentration des processus et une machine est polyvalente. Dans le cas d'un serrage unique, la plupart des pièces peuvent être traitées. Ils peuvent remplacer plusieurs machines-outils ordinaires. Cela peut non seulement réduire les erreurs de serrage, économiser du temps auxiliaire entre le transport, la mesure et le serrage entre les processus, mais aussi réduire les types de machines-outils, économiser de l'espace et apporter des avantages économiques plus élevés.
Avantages et inconvénients
Avantages
Sécurité
L'opérateur de la machine CNC est séparé de toutes les pièces tranchantes par une structure de protection spéciale. Il peut toujours voir ce qui se passe sur la machine à travers la vitre, mais il n'a pas besoin de s'approcher de la fraiseuse ou de la broche. L'opérateur n'a pas non plus besoin de toucher le liquide de refroidissement. Selon le matériau, certains liquides peuvent être nocifs pour la peau humaine.
Économisez sur les coûts de main-d'œuvre
Aujourd'hui, les machines-outils conventionnelles nécessitent une attention constante. Cela signifie que chaque ouvrier ne peut travailler que sur une seule machine. Avec l'arrivée de la CNC, les choses ont radicalement changé. La plupart des pièces nécessitent au moins 30 minutes pour être traitées à chaque fois qu'elles sont installées. Mais les machines à commande numérique par ordinateur le font en coupant les pièces elles-mêmes. Il n'est pas nécessaire de toucher quoi que ce soit. L'outil se déplace automatiquement et l'opérateur vérifie simplement s'il y a des erreurs dans le programme ou les paramètres. Cela dit, les opérateurs CNC constatent qu'ils ont beaucoup de temps libre. Ce temps peut être utilisé pour d'autres machines. Donc un opérateur, plusieurs machines-outils. Cela signifie que vous pouvez économiser de la main-d'œuvre.
Erreur de réglage minimum
Les machines-outils traditionnelles reposent sur la maîtrise des outils de mesure par l'opérateur, et les bons ouvriers peuvent garantir que les pièces sont assemblées avec une grande précision. De nombreux systèmes CNC utilisent des sondes de mesure de coordonnées spécialisées. Celles-ci sont généralement montées sur la broche comme un outil et la partie fixe est touchée avec une sonde pour déterminer sa position. Ensuite, déterminez le point zéro du système de coordonnées pour minimiser l'erreur de configuration.
Excellente surveillance de l'état des machines
L'opérateur doit identifier les défauts d'usinage et les outils de coupe, et ses décisions peuvent ne pas être optimales. Les centres d'usinage CNC modernes sont équipés de différents capteurs. Vous pouvez surveiller le couple, la température, la durée de vie de l'outil et d'autres facteurs pendant l'usinage de votre pièce. Sur la base de ces informations, vous pouvez affiner le processus en temps réel. Par exemple, vous constatez que la température est trop élevée. Des températures plus élevées signifient une usure de l'outil, de mauvaises propriétés du métal, etc. Vous pouvez réduire l'avance ou augmenter la pression du liquide de refroidissement pour résoudre ce problème. Malgré ce que beaucoup disent, l'usinage est la méthode de fabrication la plus répandue aujourd'hui. Chaque industrie utilise l'usinage à un certain degré.
Précision stable
Quoi de plus stable qu'un programme informatique éprouvé ? Le mouvement de l'instrument est toujours le même car sa précision dépend uniquement de la précision des moteurs pas à pas.
Moins de tests
L'usinage traditionnel comporte inévitablement des tests. L'ouvrier doit s'habituer à la technologie, il manquera certainement quelque chose lors de la première partie et du test de la nouvelle technologie. Les systèmes CNC ont un moyen d'éviter les tests. Ils utilisent un système de visualisation qui permet à l'opérateur de voir réellement l'inventaire après le passage de tous les outils.
Usinage facile de surfaces complexes
La fabrication de surfaces complexes avec une grande précision est quasiment impossible avec l'usinage conventionnel. Cela nécessite beaucoup de travail physique. Les systèmes FAO peuvent former automatiquement des parcours d'outils pour n'importe quelle surface. Vous n'avez aucun effort à fournir. C'est l'un des plus grands avantages de la technologie d'usinage CNC moderne.
Moins de déchets de matériaux
Le programme CNC utilise des algorithmes pour optimiser la structure de la pièce. Associé à un logiciel de conception automatique, il supprime les matériaux superflus, obtenant ainsi une conception allégée et minimisant le gaspillage de matière.
Une plus grande flexibilité
La méthode traditionnelle consiste à utiliser des fraiseuses pour les rainures ou les méplats, des tours pour les cylindres et les cônes et des perceuses pour les trous. L'usinage CNC peut combiner tous les éléments ci-dessus en une seule machine-outil. Comme les trajectoires des outils peuvent être programmées, vous pouvez reproduire n'importe quel mouvement sur n'importe quelle machine. Nous avons donc des centres de fraisage qui peuvent fabriquer des pièces cylindriques et des tours qui peuvent fraiser des rainures. Tout cela réduit la configuration de la pièce.
Inconvénients
• Des connaissances et des compétences élevées sont requises pour les opérateurs de machines et le personnel de maintenance.
• Le démarrage d’une entreprise d’usinage CNC nécessite un coût d’investissement initial élevé.
• Les temps d’arrêt dus aux pannes de machines ont un impact significatif sur l’efficacité de la production.
Applications
Du point de vue de la technologie CNC et des applications des équipements dans le monde, ses principaux domaines d'application sont les suivants :
Industrie manufacturière
L'industrie de fabrication de machines est la première industrie à appliquer la technologie de contrôle numérique informatisé et elle est chargée de fournir des équipements de pointe à diverses industries de l'économie nationale. Les principales applications sont le développement et la fabrication de centres d'usinage verticaux à 5 axes pour les équipements militaires modernes, de centres d'usinage à 5 axes, de fraiseuses à portique à 5 axes à grande échelle, de lignes de fabrication flexibles pour moteurs, boîtes de vitesses et vilebrequins dans l'industrie automobile et de centres d'usinage à grande vitesse, ainsi que de robots de soudage, d'assemblage et de peinture, de machines de soudage laser de plaques et de machines de découpe laser, de centres d'usinage à 5 coordonnées à grande vitesse pour l'usinage d'hélices, de moteurs, de générateurs et de pièces d'aubes de turbine dans les industries de l'aviation, de la marine et de la production d'électricité, de centres d'usinage complexes de tournage et de fraisage à usage intensif.
Industrie de l'information
Dans le secteur de l'information, de l'ordinateur au réseau, en passant par la communication mobile, la télémétrie, la télécommande et d'autres équipements, il est nécessaire d'adopter des équipements de fabrication basés sur la technologie de super-précision et la nanotechnologie, tels que les machines de soudage par fils pour la fabrication de puces, les machines de lithographie de plaquettes. Le contrôle de ces équipements doit utiliser la technologie de contrôle numérique informatisé.
Industrie des équipements médicaux
Dans l'industrie médicale, de nombreux équipements de diagnostic et de traitement médicaux modernes ont adopté la technologie de contrôle numérique, tels que les instruments de diagnostic CT, les machines de traitement du corps entier et les robots chirurgicaux mini-invasifs basés sur le guidage visuel, l'orthodontie et la restauration dentaire en stomatologie sont nécessaires.
Équipement militaire
De nombreux équipements militaires modernes utilisent la technologie de contrôle de mouvement servo, comme le contrôle automatique de visée de l'artillerie, le contrôle de suivi du radar et le contrôle automatique de suivi des missiles.
Autre
Dans l'industrie légère, il existe des machines d'impression, des machines textiles, des machines d'emballage et des machines à bois qui utilisent un servo-contrôle multi-axes. Dans l'industrie des matériaux de construction, il existe des machines de découpe au jet d'eau à commande numérique par ordinateur pour l'usinage de la pierre, des machines de gravure sur verre à commande numérique par ordinateur pour l'usinage du verre, des machines à coudre à commande numérique par ordinateur utilisées pour le traitement Simmons et des machines à broder à commande numérique par ordinateur utilisées pour le traitement des vêtements. Dans l'industrie de l'art, de plus en plus d'objets d'artisanat et d'œuvres d'art seront produits à l'aide de machines CNC 5 axes hautes performances.
L'application de la technologie de contrôle numérique apporte non seulement des changements révolutionnaires à l'industrie manufacturière traditionnelle, faisant de l'industrie manufacturière un symbole d'industrialisation, mais aussi avec le développement continu de la technologie de contrôle numérique et l'expansion des domaines d'application, elle a joué un rôle de plus en plus important dans l'économie nationale et les moyens de subsistance des populations (par exemple, l'informatique et l'automobile), l'industrie légère, le traitement médical, car la numérisation des équipements requis dans ces industries est devenue une tendance majeure dans la fabrication moderne.
Tendances
Haute vitesse / Haute précision
La vitesse et la précision sont les objectifs éternels du développement des machines-outils. Avec le développement rapide de la science et de la technologie, la vitesse de remplacement des produits électromécaniques s'accélère et les exigences en matière de précision et de qualité de surface du traitement des pièces sont également de plus en plus élevées. Afin de répondre aux besoins de ce marché complexe et changeant, les machines-outils actuelles évoluent dans le sens de la découpe à grande vitesse, de la découpe à sec et de la découpe quasi-sèche, et la précision d'usinage s'améliore constamment. En outre, l'application de moteurs linéaires, de broches électriques, de roulements à billes en céramique, de vis et d'écrous à billes à grande vitesse, de rails de guidage linéaires et d'autres composants fonctionnels a également créé les conditions pour le développement de machines-outils à grande vitesse et de précision. La machine-outil à commande numérique par ordinateur adopte une broche électrique, qui élimine les liaisons telles que les courroies, les poulies et les engrenages, ce qui réduit considérablement le moment d'inertie de l'entraînement principal, améliore la vitesse de réponse dynamique et la précision de travail de la broche, et résout complètement le problème des vibrations et du bruit lorsque la broche tourne à grande vitesse. L'utilisation d'une structure de broche électrique peut faire atteindre à la vitesse de broche plus de 10000 10 tr/min. Le moteur linéaire a une vitesse d'entraînement élevée, de bonnes caractéristiques d'accélération et de décélération, et présente d'excellentes caractéristiques de réponse et une précision de suivi. L'utilisation d'un moteur linéaire comme servomoteur élimine la liaison de transmission intermédiaire de la vis à billes, élimine l'écart de transmission (y compris le jeu), l'inertie du mouvement est faible, la rigidité du système est bonne et il peut être positionné avec précision à grande vitesse, améliorant ainsi considérablement la précision du servomoteur. En raison de son jeu nul dans toutes les directions et de son très faible frottement de roulement, la paire de guides à roulement linéaire présente une faible usure et une génération de chaleur négligeable, et présente une très bonne stabilité thermique, ce qui améliore la précision de positionnement et la répétabilité de l'ensemble du processus. Grâce à l'application d'un moteur linéaire et d'une paire de guides à roulement linéaire, la vitesse de déplacement rapide de la machine peut être augmentée de 20 à m/min à l'origine 60-80m/min, ou même aussi haut que 120m/ min.
Haute fiabilité
La fiabilité est un indicateur clé de la qualité des machines-outils à commande numérique par ordinateur. La capacité d'une machine à produire des performances élevées, une précision élevée et une efficacité élevée, ainsi qu'à obtenir de bons résultats, dépend en grande partie de sa fiabilité.
Conception de machines CNC avec CAO, conception structurelle avec modularisation
Avec la popularisation des applications informatiques et le développement de la technologie logicielle, la technologie CAO s'est largement développée. La CAO peut non seulement remplacer le travail de dessin fastidieux par un travail manuel, mais plus important encore, elle peut effectuer la sélection de schémas de conception et l'analyse des caractéristiques statiques et dynamiques, le calcul, la prédiction et la conception d'optimisation de machines complètes à grande échelle, et peut effectuer une simulation dynamique de chaque partie de travail de l'ensemble de l'équipement. Sur la base de la modularité, le modèle géométrique tridimensionnel et la couleur réaliste du produit peuvent être vus au stade de la conception. L'utilisation de la CAO peut également améliorer considérablement l'efficacité du travail et améliorer le taux de réussite ponctuelle de la conception, raccourcissant ainsi le cycle de production d'essai, réduisant les coûts de conception et améliorant la compétitivité du marché. La conception modulaire des composants de machines-outils peut non seulement réduire le travail répétitif, mais aussi répondre rapidement au marché et raccourcir les cycles de développement et de conception des produits.
Composition fonctionnelle
Le but de la composition fonctionnelle est d'améliorer encore l'efficacité de production de la machine-outil et de minimiser le temps auxiliaire non lié à l'usinage. Grâce à la composition des fonctions, la gamme d'utilisation de la machine-outil peut être étendue, l'efficacité peut être améliorée et la polyvalence et la multifonctionnalité d'une machine peuvent être réalisées, c'est-à-dire qu'une machine CNC peut réaliser à la fois la fonction de tournage et le processus de fraisage. Le meulage est également possible sur les machines-outils. Le centre de composition de tournage et de fraisage à commande numérique par ordinateur fonctionnera simultanément avec les axes X, Z, C et Y. Grâce à l'axe C et à l'axe Y, le fraisage plan et l'usinage de trous et de rainures décalés peuvent être réalisés. La machine est également équipée d'un porte-outil puissant et d'une sous-broche. La sous-broche adopte une structure de broche électrique intégrée et la synchronisation de la vitesse des broches principale et secondaire peut être réalisée directement via le système de commande numérique. La pièce de la machine-outil peut effectuer tout le traitement en un seul serrage, ce qui améliore considérablement l'efficacité.
Intelligent, en réseau, flexible et intégré
L'équipement CNC du 21e siècle sera un système doté d'une certaine intelligence. Le contenu de l'intelligence comprend tous les aspects du système de contrôle numérique : afin de poursuivre l'intelligence dans l'efficacité et la qualité de l'usinage, comme le contrôle adaptatif du processus d'usinage, les paramètres du processus sont générés automatiquement ; afin d'améliorer les performances de conduite et d'utiliser l'intelligence en connexion, comme le contrôle par anticipation, le fonctionnement auto-adaptatif des paramètres du moteur, l'identification automatique de la charge, la sélection automatique du modèle, l'auto-réglage, etc. ; programmation simplifiée, intelligence de fonctionnement simplifiée, comme la programmation automatique intelligente, l'interface intelligente, le diagnostic intelligent, la surveillance intelligente et d'autres aspects pour faciliter le diagnostic et la maintenance du système. L'équipement de contrôle numérique en réseau est un point chaud dans le développement des machines-outils ces dernières années. La mise en réseau des équipements CNC répondra grandement aux besoins des lignes de production, des systèmes de fabrication et des entreprises de fabrication en matière d'intégration d'informations, et c'est également l'unité de base pour la réalisation de nouveaux modèles de fabrication, tels que la fabrication agile, les entreprises virtuelles et la fabrication mondiale. La tendance de développement des machines à commande numérique par ordinateur vers les systèmes d'automatisation flexibles est la suivante : du point (autonome, centre d'usinage et centre d'usinage composite), de la ligne (FMC, FMS, FTL, FML) à la surface (îlot de fabrication indépendant dans l'atelier, FA), du corps (CIMS, système de fabrication intégré en réseau distribué), d'autre part pour se concentrer sur la direction de l'application et de l'économie. La technologie d'automatisation flexible est le principal moyen pour l'industrie manufacturière de s'adapter aux demandes dynamiques du marché et de mettre à jour rapidement les produits. Son objectif est d'améliorer la fiabilité et la praticité du système comme prémisse, dans le but d'une mise en réseau et d'une intégration faciles, et de prêter attention au renforcement du développement et de l'amélioration de la technologie unitaire. Les machines autonomes CNC évoluent dans le sens de la haute précision, de la haute vitesse et de la haute flexibilité. Les machines CNC et les systèmes de fabrication flexibles qui les composent peuvent être facilement connectés à la CAO, à la FAO, au CAPP et au MTS, et évoluer vers l'intégration des informations. Le système de réseau évolue dans le sens de l'ouverture, de l'intégration et de l'intelligence.
Résumé
En bref, la technologie CNC est omniprésente dans notre travail et notre quotidien, des petits ateliers aux grandes usines. Les machines CNC permettent de réaliser toutes sortes de tâches, de la sculpture et de la découpe d'objets en bois personnalisés au tournage et au fraisage de pièces métalliques de précision. Elles sont recherchées par tous, des bricoleurs aux fabricants industriels. Elles augmentent la productivité tout en réduisant les coûts de main-d'œuvre et de matériaux, ce qui en fait le partenaire idéal pour démarrer une nouvelle entreprise ou moderniser une ligne de production obsolète.
