L’usinage CNC (pour Computer Numerical Control) est aujourd’hui largement répandu dans l’industrie. Le processus permet de façonner des pièces avec une très grande précision, dans divers matériaux. Depuis les années 1970, les techniques ont bien progressé et l’usinage à commande numérique permet aujourd’hui de fabriquer des pièces sophistiquées avec une seule et même machine. Retour sur les différents aspects et les avantages de cette technique de fabrication.
L’usinage consiste à ôter de la matière à une pièce brute pour lui donner la forme et les dimensions voulues. On distingue plusieurs procédés d’usinage, selon le résultat souhaité : l’alésage, le fraisage, le décolletage, le filetage, le rabotage, etc. Dans chaque cas, il est question d’exercer, à l’aide d’une machine-outil, un certain mouvement sur l’objet à usiner — ce dernier étant fixe ou mobile. On peut ainsi fabriquer n’importe quelle pièce en série, toujours avec la même précision.
C’est au début des années 1750 qu’ont été conçues les premières machines-outils. De nos jours, ces machines sont équipées d’un système de commande numérique, ce qui permet d’automatiser les procédures. L’usinage CNC a été introduit dans les années 1950 par l’industrie aéronautique américaine. Depuis, les techniques de programmation et les machines elles-mêmes n’ont cessé de s’améliorer avec le temps, ce qui a permis de concevoir des pièces de plus en plus complexes et précises.
De la conception à la fabrication
La première machine-outil de l’histoire à avoir bénéficié de la technologie CNC fut une fraiseuse. Le fraisage consiste à ôter de la matière à une pièce, par déplacement de celle-ci et mouvement de rotation de l’outil de coupe. Le fraisage CNC était à l’époque essentiellement utilisé pour la fabrication de pièces d’avions. L’industrie aéronautique demeure aujourd’hui le secteur le mieux équipé en matière de machines-outils CNC.
La programmation d’une machine repose sur une interface logicielle, embarquée sur la machine elle-même ; un progiciel de conception assistée par ordinateur (CAO) est par ailleurs installé sur un ordinateur externe. La programmation consiste à définir des séquences d’instructions qui permettront à la machine d’effectuer la tâche souhaitée. Un programme d’usinage CNC permet ainsi de contrôler finement le mouvement des pièces et des outils, de même que la vitesse et la puissance de ces derniers.
Le premier langage de programmation, le G-code, a été développé dans les années 1950 par des ingénieurs du MIT. C’est encore aujourd’hui le langage de programmation de commande numérique par ordinateur le plus utilisé. Il se compose d’une série de lettres et de chiffres désignant une action (fraisage, alésage, taraudage, etc.), un outil, une vitesse et d’autres paramètres, suivis de coordonnées. À l’origine, ce code était saisi à la main par les opérateurs. Aujourd’hui, les séquences sont établies automatiquement par les programmes de fabrication assistée par ordinateur (FAO).
Pour résumer : la pièce à fabriquer est tout d’abord conçue à partir d’un progiciel de CAO. Le fichier de modélisation 3D de la pièce est ensuite exporté vers un logiciel de FAO. Puis, ce dernier, à partir de la géométrie de la pièce, traduit le fichier en instructions machine. Le résultat (nommé fichier ISO) est finalement transmis à la machine-outil via un logiciel de DNC (direct numerical control) pour exécution. Des programmes de simulation numérique permettent en outre de visualiser le rendu final avant de passer à l’usinage réel de la pièce.
Une technique à haut rendement
L’usinage CNC permet d’enchaîner rapidement les différentes actions à accomplir sur la pièce, sans qu’il soit nécessaire pour le concepteur d’effectuer des réglages intermédiaires. Ainsi, la technique offre un gain de temps considérable. Elle permet également de façonner des pièces aux formes complexes, avec une haute précision de découpe – ce, grâce au développement de machines d’usinage à 3 ou 5 axes et d’outils CAO/FAO toujours plus performants.
Une approche traditionnelle nécessiterait de coordonner l’action de plusieurs machines-outils, ce qui s’avérerait beaucoup plus long. Le repositionnement manuel de la pièce sur chaque machine serait, en outre, une potentielle source d’erreurs.
Un autre avantage de l’usinage CNC est qu’il permet la mise en production rapide de pièces dont la demande fluctue. Celle-ci peut augmenter soudainement en fonction du marché, ou des saisons par exemple. Une fois le prototype réalisé, les instructions de fabrication étant conservées sous forme numérique, chaque nouvelle production nécessite peu de temps de préparation.
À noter également que cette approche limite les erreurs et les déchets, ce qui a un impact significatif sur le coût global de la production.
Un service d’usinage CNC accessible à tous
L’usinage CNC évite ainsi les longues procédures de travail, réduit l’intervention humaine, tout en offrant une production élevée et une qualité stable. C’est une solution idéale pour la fabrication de pièces à la demande, que ce soit à l’unité ou en grande série. C’est pourquoi ce processus de fabrication est utilisé dans plusieurs secteurs. Il permet par exemple de créer des pièces pour l’aérospatiale et l’automobile, des outils pour l’agriculture ou encore des dispositifs médicaux.
Les opérations d’usinage mécanique les plus courantes sont le perçage CNC, le fraisage CNC et le tournage CNC. Une large de gamme de matériaux – métaux, plastiques, bois ou composites – peuvent être façonnés de la sorte. L’aluminium et l’acier inoxydable, de même que les plastiques durs, sont les plus couramment utilisés. Le choix dépend finalement de la résistance du matériau et des propriétés souhaitées (conductivité électrique, résistance thermique, etc.) — sans oublier l’aspect esthétique.
À savoir que de nombreux professionnels proposent des services d’usinage CNC, y compris pour des biens de consommation. Certains services sont disponibles en ligne : il suffit alors de téléverser le fichier CAO de la pièce à usiner, puis de sélectionner les caractéristiques souhaitées, le matériau, la tolérance et la finition. Mais attention au coût : celui-ci peut rapidement augmenter si la forme de la pièce est très complexe et nécessite un grand nombre d’opérations différentes. De même, le choix du matériau a bien entendu un impact sur le prix final.
Dans tous les cas, l’usinage CNC est un excellent moyen d’obtenir rapidement un prototype de qualité, y compris avec des géométries atypiques. C’est donc un fabuleux tremplin pour l’innovation !