Notions de base du tournage CNC
Le tournage CNC est un procédé de fabrication soustractif qui consiste à retirer de la matière d'une pièce en rotation. Contrairement aux tours manuels, le tournage CNC utilise la programmation informatique pour contrôler les outils de coupe avec une précision extrême.
Dans ce procédé, une pièce de matériau est maintenue dans un mandrin et entraînée en rotation à grande vitesse. Pendant la rotation, des outils de coupe pénètrent dans la pièce pour en extraire les particules indésirables.
L'ordinateur contrôle la position, la vitesse et la trajectoire exactes de ces outils de coupe. Cela permet de créer des formes cylindriques complexes avec des tolérances strictes.
La plupart des opérations de tournage CNC sont réalisées sur des machines appelées tours. Les tours CNC modernes peuvent effectuer plusieurs opérations en une seule configuration, notamment le tournage, l'alésage, le perçage et le filetage.
Différences entre le tournage et le fraisage CNC
Le tournage et le fraisage CNC sont tous deux des procédés de fabrication soustractive, mais leur fonctionnement est différent. En tournage, la pièce tourne tandis que les outils de coupe restent relativement immobiles. En fraisage, l'outil de coupe tourne tandis que la pièce reste fixe.
Le tournage est idéal pour créer des pièces cylindriques symétriques autour d'un axe central. Le fraisage est plus adapté aux surfaces planes, aux rainures et aux contours.
Le tournage produit généralement des pièces plus rapidement que le fraisage pour les objets cylindriques. Cependant, le fraisage offre plus de flexibilité pour les formes géométriques complexes et asymétriques.
La principale différence réside dans le fait que le tournage ne permet d'usiner que la matière accessible depuis le diamètre extérieur, le diamètre intérieur ou la face de la pièce en rotation. Le fraisage permet d'accéder à la matière sous plusieurs angles.
Matériaux couramment utilisés dans le tournage CNC
Le tournage CNC fonctionne avec une large gamme de matériaux pour répondre à différents besoins d'application :
Métaux :
- Aluminium (facile à usiner, léger)
- Acier (différentes nuances pour la résistance et la durabilité)
- Acier inoxydable (résistance à la corrosion)
- Laiton (bonne conductivité électrique)
- Titane (rapport résistance/poids)
Plastiques :
- Delrin/Acétal (résistance à l'usure)
- Nylon (résistance et flexibilité)
- PEEK (applications à haute température)
- Polycarbonate (résistance aux chocs)
Le choix du matériau dépend des exigences de votre pièce en termes de résistance, de poids, de coût et de facteurs environnementaux. Les matériaux plus tendres comme l'aluminium et les plastiques s'usinent généralement plus rapidement et entraînent moins d'usure de l'outil que les matériaux plus durs comme l'acier inoxydable ou le titane.
La dureté, la ductilité et les propriétés thermiques du matériau choisi affecteront les vitesses de coupe, la sélection des outils et les exigences de refroidissement pendant le processus de tournage.
Opérations de tournage CNC
Les tours CNC effectuent de nombreuses opérations différentes pour façonner des pièces métalliques. Chaque opération utilise des outils et des techniques spécifiques pour créer des éléments tels que des filetages, des trous et des finitions de surface.
Dressage, filetage et alésage
Le surfaçage crée une surface plane à l'extrémité de votre pièce. Pour obtenir une extrémité parfaitement carrée sur votre pièce cylindrique, l'outil de surfaçage se déplace sur la matière en rotation pour en retirer une fine couche. Cette opération garantit l'assemblage parfait des pièces.
Le filetage consiste à creuser des rainures en spirale dans votre pièce pour créer des vis ou des trous filetés. Vous pouvez réaliser différents types de filetages, comme des filetages métriques, impériaux ou personnalisés. L'outil de filetage se déplace à une vitesse d'avance précise pendant la rotation de la pièce pour créer des filetages réguliers.
L'alésage agrandit et termine les trous existants dans votre pièce. Cette opération améliore la précision du diamètre des trous et crée des surfaces internes lisses. Les outils d'alésage pénètrent dans les cavités pour enlever de la matière avec une grande précision, atteignant souvent des tolérances de 0,001 pouce ou plus.
Moletage et perçage
Le moletage crée des reliefs sur la surface de votre pièce pour une meilleure prise en main. Si vous avez besoin d'une poignée ou d'une molette antidérapante, les outils de moletage appuient sur le matériau en rotation pour former des motifs en losange ou en ligne droite. Ce procédé déplace la matière au lieu de l'enlever.
Le perçage permet de percer des trous dans votre pièce à l'aide de forets rotatifs. Les tours CNC permettent de percer des trous parfaitement centrés grâce à la rotation de la pièce pendant que le foret avance. Vous pouvez créer des trous de différentes tailles en changeant de foret.
La machine CNC ajuste automatiquement la vitesse et l'avance en fonction du type de matériau et du diamètre du trou. Pour de meilleurs résultats, elle utilise souvent le perçage par débourrage, une technique où le foret se rétracte périodiquement pour évacuer les copeaux et éviter la surchauffe.
Tronçonnage et rainurage
Le tronçonnage consiste à découper des sections terminées de votre pièce. L'outil de tronçonnage se déplace vers l'intérieur, en direction de l'axe central, tandis que la matière tourne, créant un canal étroit jusqu'à la séparation de la pièce. Cette opération complète souvent un tournage en retirant la pièce finie.
Le rainurage crée des canaux, des évidements ou des fentes dans votre pièce. Vous pourriez avoir besoin de rainures pour des joints toriques, des bagues de retenue ou des éléments décoratifs. Les outils de rainurage sont disponibles en différentes largeurs et formes pour répondre à vos besoins spécifiques.
Ces deux opérations nécessitent une attention particulière à la vitesse de coupe et au refroidissement. Une chaleur excessive peut endommager les outils et les pièces.
Votre programme CNC ralentira généralement la vitesse de rotation et augmentera le débit de liquide de refroidissement pendant ces opérations pour maintenir la qualité et prolonger la durée de vie de l'outil.
Tours CNC
Les tours CNC, également appelés tours à commande numérique, sont des équipements spécialisés qui effectuent le tournage par ordinateur. Ces machines maintiennent et font tourner les pièces pendant que les outils de coupe enlèvent de la matière pour créer la forme souhaitée.
Types de tours CNC
Tours horizontaux Ce sont les plus courants. Ils maintiennent la pièce horizontalement, ce qui les rend idéaux pour les pièces longues et cylindriques. On les trouve dans de nombreux ateliers d'usinage effectuant des travaux de tournage quotidiens.
Tours verticaux Positionnez la pièce verticalement. Vous pouvez les choisir pour les pièces volumineuses et lourdes, difficiles à soutenir horizontalement. Elles sont idéales pour les pièces de grand diamètre.
Tours de type suisse Conçus pour les petits composants précis, ils permettent d'usiner des pièces minuscules avec une précision extrême, ce qui les rend parfaits pour les dispositifs médicaux et les composants horlogers.
Tours multi-axes Offrent un mouvement sur 4 ou 5 axes. Ils permettent de créer des géométries complexes en une seule configuration, réduisant ainsi le temps de manipulation et améliorant la précision.
Principales caractéristiques des centres de tournage CNC
Systèmes de tourelles Permet de maintenir plusieurs outils de coupe rapidement positionnés. Vous pouvez programmer des changements d'outils automatiques, ce qui vous fait gagner du temps entre les opérations.
Outillage en direct Permet aux outils rotatifs comme les perceuses et les fraiseuses de travailler sur la pièce pendant son montage. Cette fonctionnalité vous permet de réaliser des pièces complexes sans avoir à les transférer sur une autre machine.
récupérateurs de pièces Récupérez les pièces finies au fur et à mesure de leur découpe. Votre efficacité de production est améliorée puisque la machine peut fonctionner en continu sans intervention de l'opérateur.
Systèmes de contrôle Leur complexité et leurs capacités varient. Les commandes modernes offrent des interfaces intuitives, des capacités de simulation et une connectivité réseau pour surveiller la production à distance.
Alimentateurs automatiques de barres Fournir du nouveau matériel selon les besoins. Cette automatisation permet de faire fonctionner la machine pendant de longues périodes, voire sans surveillance pendant la nuit dans certains cas.
Programmation pour le tournage CNC
La programmation est au cœur des opérations de tournage CNC. Elle indique précisément à la machine comment se déplacer pour créer la pièce et contrôle tout, de la vitesse de coupe à la sélection de l'outil.
Comprendre le G-Code
Le G-code est le langage compris par les tours CNC. Il s'agit d'un ensemble d'instructions qui indiquent à la machine ce qu'elle doit faire et comment se déplacer. Chaque ligne de code représente une action ou un mouvement spécifique.
Les codes G courants pour le tournage incluent :
- G00: Positionnement rapide
- G01:Interpolation linéaire (coupe en ligne droite)
- G02/G03: Interpolation circulaire (création d'arcs)
- G70: Cycle de finition
- G71: Cycle de tournage d'ébauche
- G73: Cycle de répétition de motifs
Lorsque vous écrivez du G-code, vous créez en quelque sorte un guide étape par étape pour la machine. Chaque commande inclut des coordonnées indiquant à l'outil où se déplacer.
Il n'est pas nécessaire de mémoriser tous les codes G. Les machines modernes disposent d'interfaces pratiques qui facilitent la programmation.
Logiciel FAO pour le tournage CNC
Les logiciels de fabrication assistée par ordinateur (FAO) ont révolutionné la programmation du tournage CNC. Au lieu d'écrire manuellement le code G, vous pouvez utiliser un logiciel de FAO pour le générer automatiquement.
Le processus fonctionne comme ceci :
- Importez votre modèle 3D dans le logiciel de FAO
- Sélectionnez les opérations que vous souhaitez effectuer
- Choisir les outils et les paramètres de coupe
- Le logiciel génère le G-code pour vous
Parmi les logiciels de FAO les plus répandus pour le tournage, on trouve Mastercam, Fusion 360 et ESPRIT. Ces programmes simulent le processus de découpe avant l'envoi du code à la machine.
Cette simulation est essentielle. Elle vous permet d'identifier les problèmes potentiels avant le début de la découpe, ce qui vous fait gagner du temps et de la matière. Vous pouvez visualiser précisément le mouvement de l'outil et effectuer les ajustements nécessaires.
Applications du tournage CNC
Le tournage CNC permet de créer des composants cylindriques précis pour de nombreux secteurs. Ce procédé est idéal pour la fabrication de pièces exigeant une grande précision et une qualité constante pour des applications critiques.
Pièces aérospatiales et automobiles
Dans l'aéronautique, le tournage CNC produit des composants de moteurs, des arbres et des fixations qui doivent répondre à des normes de sécurité strictes. Ces pièces nécessitent un équilibre et une précision parfaits pour résister aux conditions extrêmes. On retrouve des composants tournés CNC dans les moteurs à réaction, les trains d'atterrissage et les systèmes de contrôle.
Pour la fabrication automobile, le tournage CNC permet de fabriquer des pièces essentielles comme des arbres de transmission, des pistons et des composants de freinage. Ce procédé garantit que ces pièces présentent les dimensions exactes nécessaires au bon fonctionnement du véhicule.
Les avantages pour ces industries comprennent :
- Cohérence à travers des milliers de pièces identiques
- Durabilité grâce à une sélection précise des matériaux
- Perte de poids en supprimant les matières inutiles
Les constructeurs automobiles s'appuient sur le tournage CNC pour le développement de prototypes et pour la production en série de pièces nécessitant des tolérances strictes.
Dispositifs et équipements médicaux
Le tournage CNC est essentiel à la fabrication de dispositifs médicaux où la précision peut sauver des vies. On retrouve des composants tournés CNC dans les instruments chirurgicaux, les implants et les équipements de diagnostic.
Les applications médicales courantes comprennent :
- Vis osseuses et implants dentaires
- Composants pour équipements d'IRM et de tomodensitométrie
- Outils chirurgicaux aux caractéristiques complexes
- Pièces de précision pour pompes et moniteurs médicaux
Les matériaux biocompatibles utilisés dans le tournage CNC médical, tels que le titane et l'acier inoxydable de qualité médicale, garantissent que les pièces peuvent être utilisées en toute sécurité dans le corps humain.
Le tournage CNC permet un contrôle qualité constant dans la fabrication médicale, où même de minuscules variations peuvent affecter les résultats des patients. La précision des tours CNC modernes les rend idéales pour créer les surfaces lisses et polies nécessaires aux dispositifs implantables.
Contrôle qualité dans le tournage CNC
Le contrôle qualité est essentiel en tournage CNC pour garantir que les pièces répondent aux spécifications et fonctionnent comme prévu. Des mesures de qualité appropriées permettent d'éviter des erreurs coûteuses et de garantir la satisfaction client.
Tolérances et état de surface
En tournage CNC, les tolérances désignent les variations dimensionnelles acceptables de la pièce finie. Les tolérances de tournage typiques varient de ±0,005″ pour les pièces standard à ±0,0005″ pour les applications de précision.
L'état de surface est mesuré en Ra (rugosité moyenne). Plus la valeur Ra est faible, plus la surface est lisse. Le tournage CNC permet d'obtenir des finitions allant de 32 Ra pour les ébauches à 8 Ra ou plus pour les passes de finition.
Votre cahier des charges doit clairement indiquer les tolérances et les finitions de surface requises. Cela garantit que l'opérateur programme le tour CNC correctement en fonction de vos besoins.
Les centres de tournage CNC modernes peuvent maintenir des tolérances strictes tout au long des cycles de production. Cette constance constitue un avantage clé par rapport aux méthodes de tournage manuelles.
Méthodes d'inspection et d'assurance qualité
Vos pièces tournées seront soumises à diverses méthodes d'inspection pour en vérifier la qualité. Parmi les outils courants, on trouve :
- Micromètres et pieds à coulisse pour les contrôles dimensionnels
- Testeurs de rugosité de surface pour la vérification de la finition
- Machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) pour la validation de géométries complexes
L'inspection du premier article est une pratique courante : la première pièce est soigneusement vérifiée avant le début de la production. Cela permet de détecter rapidement les problèmes potentiels.
Le contrôle statistique des processus (SPC) permet de surveiller la qualité de la production en continu. Les mesures effectuées sur des échantillons de pièces sont suivies afin d'identifier les tendances avant qu'elles ne deviennent problématiques.
Les systèmes de palpage des machines-outils peuvent effectuer des mesures en cours d'usinage. Cela automatise les contrôles qualité et permet des ajustements en temps réel.
Vos exigences de qualité doivent être clairement communiquées à l’atelier d’usinage pour garantir qu’il applique des méthodes d’inspection appropriées.