La commande numérique par calculateur CNC est un système qui permet d'automatiser les machines-outils. Cette méthode permet de piloter les machines à l'aide de commandes programmées sur ordinateur ; elle est de plus en plus utilisée dans les ateliers d'usinage grâce à sa précision et à sa rapidité, qui permettent de réduire les coûts et les temps de production.
La commande numérique CNC dans la métallurgie
La commande numérique CNC remonte aux années 40 et 50 et découle des machines qui fonctionnaient avec une commande numérique manuelle, suivant des instructions codées sur des cartes perforées. Au fil des années, avec l'arrivée des technologies analogique et numérique, la CNC a évolué pour devenir l'une des méthodes les plus utilisées aujourd'hui.
Grâce à l'évolution des processeurs est née la commande numérique par calculateur, autrement dit la commande numérique CNC. Aujourd'hui, la CNC représente une véritable révolution pour l'industrie car, outre ses nombreux avantages, elle a aussi permis de faire baisser le prix des microprocesseurs.
La commande numérique par calculateur CNC repose sur l'utilisation d'un ordinateur pour contrôler et surveiller les mouvements d'une machine-outil, fixe ou portable.
Les machines CNC
De plus en plus de machines-outils intègrent cette technologie ; on trouve ainsi, par exemple, des tours, des fraiseuses, des rectifieuses, des machines de découpe laser et jet d'eau, ainsi que des presses. La polyvalence de la commande numérique CNC permet de l'installer sur de nombreux équipements qui facilitent le travail des ateliers, réduisent les coûts de production, augmentent la vitesse et ne demandent qu'une intervention humaine minimale.
Les machines équipées de cette technologie possèdent un ordinateur intégré qui fait partie de l'équipement ; la plupart disposent d'un système de rétroaction très sophistiqué capable d'automatiser le travail et de régler la vitesse, la pression, la position de la pièce, etc., sans qu'un opérateur soit constamment nécessaire.
La CNC fonctionne en outre avec un système sophistiqué de moteurs et de composants d'entraînement qui permettent le déplacement des axes de la machine le long de la pièce à usiner. Par ailleurs, les machines pilotées par commande numérique CNC suivent une série de commandes et d'instructions saisies dans l'ordinateur au moyen du langage alphanumérique CNC. Grâce à ces indications, et selon la machine, l'équipement peut alterner entre différents outils de coupe pour effectuer le travail sur la pièce.
Comment fonctionnent les machines à commande numérique CNC ?
Le principe de fonctionnement de ces machines est très simple : elles ont besoin d'un système de coordonnées (instructions) qui détermine le mouvement que doit suivre l'outil de coupe, ainsi que l'angle d'inclinaison de la pièce (certaines machines peuvent repositionner la pièce elles-mêmes). Les mouvements s'effectuent selon les axes de coordonnées de la machine.
Comment l'outil sait-il où se déplacer ? Grâce à la programmation préalable que l'opérateur doit réaliser en langage alphanumérique. La machine reçoit les instructions de l'ordinateur par l'intermédiaire des codes G et M ; ensuite, le programme, c'est-à-dire le logiciel de l'ordinateur, convertit ces codes en signaux électriques qui activent les moteurs et, par conséquent, les outils de coupe.
Composants d'une machine CNC
Une machine-outil pilotée par commande numérique CNC comprend six éléments fondamentaux :
- La machine-outil (la machine proprement dite, adaptée à la technologie : tour, fraiseuse, etc.).
- Le dispositif d'entrée.
- Le contrôleur.
- Les systèmes d'entraînement.
- L'ordinateur.
- Le dispositif de rétroaction, disponible uniquement sur certains types de machines-outils.
Langage de la commande numérique CNC
Pour piloter la machine-outil CNC, il faut la programmer à l'aide d'un langage spécifique. Cette programmation peut être manuelle ou automatique. Dans le cas de la programmation manuelle, l'opérateur élabore lui-même les raisonnements et les calculs à appliquer à la pièce et les saisit dans l'ordinateur.
La programmation automatique, quant à elle, se distingue par le fait que les calculs sont effectués par l'ordinateur à partir d'une série de données et de paramètres fournis par l'opérateur ; le résultat est un échange de données APT.
Le langage CNC est constitué d'ensembles d'instructions correspondant à une même phase d'usinage, appelés blocs ou séquences. Ces blocs doivent contenir toutes les fonctions géométriques, technologiques et machine nécessaires à l'usinage. Les caractères employés par la commande numérique CNC obéissent aux normes DIN 66024 et 66025, où l'on retrouve certains de ces codes :
- N, adresse correspondant au numéro de bloc ou de séquence ; on peut programmer jusqu'à 1000 blocs (N000 à N999).
- X, Y, Z : adresses des axes de la machine.
- G, adresse suivie des fonctions préparatoires de l'usinage. Elle décrit les fonctions de déplacement de la machine.
- M, adresse des fonctions auxiliaires ou complémentaires (rotations, arrêt, etc.)
- F, vitesse d'avance.
- S, vitesse de rotation de la broche principale.