Usinage CNC vs usinage traditionnel : principales différences

Comparaison entre les machines-outils CNC et les machines-outils traditionnelles

Par rapport aux machines-outils traditionnelles, les machines-outils CNC se distinguent nettement non seulement par leurs performances globales, mais aussi par la complexité de leur structure et de leurs fonctions.

Principales caractéristiques structurelles des machines-outils CNC

Espace d'usinage fermé et système d'entraînement principal

Les machines-outils CNC permettent d'utiliser des vitesses de coupe, des vitesses d'avance et des pressions de lubrification-refroidissement plus élevées. Pour des raisons de sécurité d’usinage et de protection de l’environnement, elles sont généralement équipées d’un espace d’usinage fermé. Les copeaux produits lors de l’usinage restent à l’intérieur de cette enceinte et sont ensuite évacués vers l’extérieur par le convoyeur à copeaux monté sur la machine. Le fluide de refroidissement et de lubrification utilisé lors de l’usinage est récupéré et traité à l’intérieur de la machine avant d’être remis en circulation.

D’un point de vue ergonomique, une grande porte de protection de la machine offrant une large ouverture permet à l’opérateur d’accéder facilement à la zone de travail et d’observer clairement l’espace d’usinage. L’usinage sur une CNC nécessite généralement une vitesse de coupe constante. Ces variations de vitesse sont généralement obtenues à l’aide de moteurs à vitesse variable en continu. Sur les machines-outils modernes, ces moteurs sont intégrés directement dans la broche d’entraînement. Sur les fraiseuses CNC, cette configuration garantit d’excellentes caractéristiques d’entraînement, même lorsque la plage de vitesse globale est divisée en plusieurs gammes de vitesses.

Servomoteurs, mouvement linéaire et extension multiaxiale

Pour l'usinage de pièces aux géométries complexes, chaque axe du CNC est généralement entraîné par un servomoteur numérique distinct. C'est pourquoi on recourt de plus en plus aux entraînements linéaires. Ceux-ci offrent une accélération élevée, des temps de réponse courts et un fonctionnement sans usure, et permettent de positionner chaque axe avec précision sur de longues courses.

L'ajout d'axes supplémentaires contrôlables élargit encore davantage la gamme de formes de pièces pouvant être usinées. Sur une fraiseuse CNC, par exemple, une table à commande numérique à deux axes et une broche d'usinage peuvent fournir un mouvement rotatif défini avec précision, servant de mouvement d'avance ou d'avance transversale. Les contre-pointes programmables, les tourelles d'outils motorisées, ainsi que les broches principales et secondaires, élargissent également la capacité des tours CNC à réaliser un usinage complet.

Importance des vis à billes et de la conception axée sur la stabilité thermique

Afin de répercuter avec précision la précision de calcul du système de commande et la précision de positionnement des servomoteurs sur le mouvement entre la pièce à usiner et l'outil de coupe, les machines-outils utilisent généralement des vis à billes comme éléments de transmission. Les vis à billes fonctionnent pratiquement sans jeu et peuvent transmettre en continu des mouvements très lents sans effet de « stick-slip ». Leurs glissières associées combinent les avantages du frottement de glissement et du frottement de roulement.

Les machines-outils de type CNC permettent généralement d’atteindre un taux d’enlèvement de matière par unité de temps (Q) très élevé. Leurs composants structurels sont donc soumis à des contraintes mécaniques et thermiques importantes. Les constructeurs modernes de machines-outils répondent à ce défi grâce à des conceptions structurelles spécialisées et à l’utilisation de nouveaux matériaux. Dans la conception des fraiseuses, une attention particulière est accordée à la réduction de la masse des composants mobiles. Afin d’évacuer plus efficacement les copeaux, le fluide de lubrification et de refroidissement, ainsi que la chaleur générée, les tours CNC utilisent généralement des glissières de banc inclinées. L’accessibilité et le déplacement de la table de la machine constituent également des caractéristiques importantes de la structure de la fraiseuse universelle CNC.

Systèmes de gestion et d'inspection des outils

Le changement d'outils sur les machines-outils CNC peut être automatisé dans la plupart des cas. Afin de garantir que chaque outil nécessaire puisse être sélectionné pendant l'exécution du programme, les tours sont équipés d'au moins une tourelle porte-outils, tandis que les fraiseuses utilisent un magasin d'outils et un changeur d'outils automatique. Sur les machines récentes, les tourelles porte-outils et les magasins d’outils sont généralement à servocommande et équipés de systèmes d’inspection, ce qui confère à la machine une plus grande précision de positionnement et des vitesses de changement d’outils plus élevées.

Des fonctionnalités étendues grâce aux interfaces d'automatisation

Les machines-outils modernes de type CNC sont généralement équipées d'interfaces standardisées permettant de connecter des équipements d'automatisation périphériques. L'ajout de changeurs de palettes, d'unités de stockage de pièces et de systèmes de manutention des pièces permet d'accroître encore davantage le niveau d'automatisation des opérations d'usinage.

Chaque axe commandé d'une machine-outil CNC est équipé d'un système de mesure électronique. En exploitant les données relatives aux déplacements et aux mouvements de positionnement, le système de commande peut déterminer en temps réel la position du chariot, du plateau rotatif ou de la broche de la machine. Ces dernières années, les broches des machines-outils conventionnelles sont également de plus en plus souvent équipées de tels systèmes de mesure. Cela permet notamment d’utiliser des fonctions telles que la commande linéaire et améliore considérablement la facilité d’utilisation. De plus, les technologies développées spécifiquement pour les machines-outils CNC, notamment les broches à vitesse variable en continu, les servomoteurs et les unités dédiées de guidage et de transmission, sont progressivement appliquées aux machines conventionnelles. Les machines-outils traditionnelles, telles que les tours et les fraiseuses, se trouvent désormais le plus souvent dans les départements de formation professionnelle des entreprises industrielles.