Auparavant, les machines-outils sont sous la commande d’un machiniste, tourneur ou fraiseur, pour pouvoir effectuer des usinages de pièces. Aujourd’hui, ces mêmes machines sont numérisées et commandées par ordinateur, laissant la place à des machines à commande numérique.
Cette innovation a vu le jour pendant la période de la guerre froide dont l’objectif principal était d’améliorer la productivité des chaînes de la fabrication des pales d’hélicoptères. Depuis, elle a été initiée sur plusieurs machines mécaniques pour améliorer certains aspects. Comment fonctionne alors une machine à commande numérique ?
Qu’est-ce qu’une machine à commande numérique ?
Une machine conventionnelle est pilotée par l’opérateur via des ajustements ou commandes mécaniques afin d’usiner une pièce. Le machiniste ajuste les outils pour pouvoir effectuer des opérations sur la pièce brute de départ avec différents angles d’attaques des outils. La machine à commande numérique, appelée également cnc machine ou Computer Numerical Control ou encore Commande Numérique par Calculateur, est pilotée par un programme qui a été entré dans un logiciel de commande. C’est l’ordinateur qui programme l’enchaînement des attaques de l’outil alors à la place du machiniste. Il ordonne en tout les mouvements d’axe, les vitesses des broches, les angles d’attaque ainsi que le changement d’outils.
Les composants d’une machine à commande numérique sont souvent : l’outil d’usinage qui effectue les opérations, les plateaux qui maintiennent la pièce à usiner, les systèmes de stockages et changement d’outils, les éléments pour le changement de pièce et les mécanismes comme le contrôle ou l’évacuation des copeaux et des résidus ferreux.
Quels sont les domaines concernés par la machine à commande numérique ?
La numérisation est la nouvelle ère des machines-outils conventionnelles. Si pendant des années la mécanique a été un domaine à part, aujourd’hui elle a été associée avec les ordinateurs comme toutes les autres filières pour avoir plus de précision et de perfectionnement. Les domaines d’application concernent surtout la fabrication mécanique dont le fraisage, le tournage, les centres d’usinage, la rectification, l’électroérosion, la robotique et la transitique.
Les machines à commande numérique sont surtout utilisées dans le domaine de la chaudronnerie (l’oxycoupage, le découpage au plasma, la presse, la plieuse), l’usinage des pièces, les moyens d’assemblage thermique ou mécanique (soudage, collage, rivetage, vissage), le taillage des engrenages (crémaillère et pignon) et les stratifications ou matériaux composites.
Quels sont les avantages de la machine à commande numérique ?
Les avantages de la machine à commande numérique sont multiples. Elle a permis de révolutionner certaines déficiences de la machine conventionnelle. Le principal avantage concerne l’automatisation des machines simples. Elle est programmée et est capable d’enchaîner des tâches d’opérations sans l’intervention humaine. Son dispositif informatique mémorise les opérations et peut les répéter autant de fois que nécessaire, tout cela dans un environnement sécuritaire.
Les machines à commande numérique sont également très précises. Elles sont capables de faire des opérations d’usinage à une précision d’un dixième de millimètre, un résultat impossible à percevoir avec les moyens humains. À cela s’ajoute la vitesse élevée des coupes et de réalisations de pièces. Ainsi, elles augmentent visiblement la productivité en assurant une qualité quasi-constante.
De plus, elles sont flexibles. Si pour les machines conventionnelles, les travaux sont réalisés par des mouvements soit rotatifs soit linéaires, les machines à commande numérique offrent une grande agilité des outils permettant ainsi de positionner de façon plus complexe en attaquant la pièce à fabriquer. Ils peuvent s’incliner par rapport à tous les plans de travail dont la réalisation des pièces complexes est envisageable.
Comment fonctionne une machine à commande numérique ?
Une machine a commande numerique fonctionne de façon simple. L’origine programme ou OP est installée par le programmeur pour les commandes d’usinage. Il ordonne les mouvements des composants de la machine pour mener à bien chaque opération. Tous les mouvements se déroulent autour des repères sur l’axe de la machine.
Le fichier de définition numérique ou DFN est un fichier de CAO ou Conception Assistée par Ordinateur. Il existe plusieurs logiciels qui sont compatibles avec la programmation des machines à commande numérique, mais le plus utilisé est le logiciel de conception CATIA. Il y aura ensuite les logiciels de FAO ou Fabrication Assistée par Ordinateur. Il traduit les conceptions issues du logiciel de DFN par des langages de programmation pour l’exécution des tâches. Les machines effectuent par la suite les commandes dans la base de la programmation.
Les machines à commande numérique ont apporté des solutions pertinentes sur les handicaps des machines conventionnelles. Elles permettent d'avoir des pièces mécaniques de précision qui a banni les grands jeux dans l’emboîtement des pièces et une grande amélioration sur l’état de surface des pièces usinées. Aujourd’hui, elle est convoitée sur le marché pour améliorer différents aspects de la mécanique de précision surtout dans le domaine de l’aéronautique, de l’automobile, de la construction navale et de l’aérospatiale. Depuis son évolution juste après la Grande Guerre mondiale, elle a amené les domaines de la mécanique et de la chaudronnerie vers une place déterminante.