Plongez dans la technologie CNC: Mécanique de fonctionnement & Analyse des coûts

Une introduction rapide à la technologie CNC

CNC (Commande numérique par ordinateur) la technologie est la pierre angulaire de la fabrication moderne, permettant une précision, processus d'usinage automatisés dans diverses industries.

Les mouvements de la technologie CNC sont basés sur le X, Oui, et axes Z. L'outil est positionné à l'aide de moteurs pas à pas ou de servomoteurs,

qui agit sur les mouvements en fonction du code obtenu à partir du modèle 3D original de la pièce que vous souhaitez créer – appelé le G-code.

Les commandes numériques décrivent la vitesse à laquelle déplacer la broche (la partie rotative qui fait tourner le porte-outil), dans quelle direction se déplacer,

quel outil utiliser (si la machine utilise plusieurs outils et peut basculer entre eux), ainsi que d'autres facteurs tels que l'utilisation de liquide de refroidissement.

Comment fonctionne l'usinage CNC ?

CNC (Commande numérique par ordinateur) l'usinage fonctionne en traduisant les données de conception de la conception assistée par ordinateur (GOUJAT) fichiers en commandes codées comprises par un contrôleur de machine.

Ces commandes indiquent aux machines-outils où et à quelle vitesse se déplacer.

Le Usinage CNC Processus: De la CAO aux pièces

Ce processus comporte plusieurs étapes:

• Conception: Création des spécifications de la pièce avec un logiciel de CAO.
• Conversion: Transformer la conception en G-code via CAM (Fabrication assistée par ordinateur) logiciel.
• Installation: Préparation de la machine, configuration des parcours d'outils, et fixer la pièce en place.
• Usinage: Exécuter le G-code programmé sur le matériau.
• Post-traitement: Finitions comme l'ébavurage et le traitement de surface.

Maître d'usinage CNCtériaux

1. Métaux dans l'usinage CNC

Les métaux font partie des matériaux les plus couramment usinés en raison de leur résistance., durabilité, et gamme de propriétés. Voici une liste des métaux les plus fréquemment utilisés:

Aluminium

• Propriétés: Léger, résistant à la corrosion, et facile à usiner. Il offre un bon équilibre entre force et poids.
• Applications: Composants aérospatiaux, pièces automobiles, boîtiers électroniques, et dispositifs médicaux.
• Alliages populaires: 6061, 7075, et 2024 aluminium.

Acier inoxydable

• Propriétés: Très résistant à la corrosion, chaleur, et porter, ce qui le rend durable même dans des environnements difficiles.
• Applications: Équipement de transformation des aliments, instruments médicaux, conteneurs de produits chimiques, et pièces automobiles.
• Catégories populaires: 304, 316, et 17-4 PH.

Titane

• Propriétés: Rapport résistance/poids exceptionnel, résistance à la corrosion, et résistance aux hautes températures.
• Applications: Composants aérospatiaux, implants médicaux, et pièces automobiles.
• Catégories populaires: Grade 2 (commercialement pur) et Ti-6Al-4V (alliage).

Laiton

• Propriétés: Facile à usiner avec une bonne résistance et résistance à la corrosion. Le laiton possède également une excellente conductivité électrique.
• Applications: Composants électriques, raccords, et pièces décoratives.
• Alliages populaires: C360 (laiton d'usinage libre).

Cuivre

• Propriétés: Excellente conductivité électrique et thermique, ce qui le rend idéal pour les composants électroniques.
• Applications: Connecteurs électriques, dissipateurs de chaleur, et radiateurs.
• Alliages populaires: C110 (cuivre pur) et C182 (chrome cuivre).

Inconel

• Propriétés: Un superalliage connu pour sa capacité à résister à des températures extrêmes et à des niveaux de contraintes élevés sans se déformer ni se corroder..
• Applications: Composants aérospatiaux et turbines à gaz, applications marines, et échangeurs de chaleur.
• Catégories populaires: Inconel 718 et Inconel 625.

2. Les plastiques dans l'usinage CNC

Les matériaux plastiques sont souvent choisis pour l'usinage CNC lorsqu'ils sont légers, une résistance chimique ou une isolation électrique est nécessaire. Les plastiques couramment utilisés comprennent:

ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène)

• Propriétés: Fort, difficile, et résistant aux chocs. L'ABS est facile à usiner et largement utilisé dans diverses industries.
• Applications: Composants automobiles, produits de consommation, et boîtiers électroniques.

POM (Polyoxyméthylène ou Acétal)

• Propriétés: Haute rigidité, faible friction, et une excellente stabilité dimensionnelle.
• Applications: Engrenages, roulements, et pièces de précision nécessitant un faible frottement.

Nylon

• Propriétés: Haute résistance et flexibilité avec une excellente résistance à l'usure.
• Applications: Pièces mécaniques comme les engrenages, roulements, et des bagues.

COUP D'OEIL (Polyéther Éther Cétone)

• Propriétés: Haute résistance mécanique, résistance chimique, et stabilité thermique, ce qui en fait l'un des plastiques les plus durables.
• Applications: Aérospatial, médical, et composants automobiles, ainsi que des pièces d'isolation électrique.

PTFE (Polytétrafluoroéthylène ou Téflon)

• Propriétés: Faible frottement, résistance chimique, et résistance aux hautes températures.
• Applications: Scellés, joints, et revêtements antiadhésifs.

PEHD (Polyéthylène haute densité)

• Propriétés: Durable, léger, et très résistant aux chocs et à l'humidité.
• Applications: Réservoirs, tuyauterie, et planches à découper.

3. Composites dans l'usinage CNC

Les composites sont de plus en plus utilisés pour l'usinage CNC en raison de leur rapport résistance/poids élevé., résistance à la corrosion, et durabilité. Certains matériaux composites populaires incluent:

Polymères renforcés de fibres de carbone (CFRP)

• Propriétés: Extrêmement fort, léger, et résistant à la corrosion. La fibre de carbone est souvent utilisée dans des applications où la résistance et la réduction de poids sont essentielles.
• Applications: Composants aérospatiaux, équipement sportif, et pièces automobiles.

Polymères renforcés de fibres de verre (PRV)

• Propriétés: Haute résistance et rigidité avec une excellente résistance à la corrosion.
• Applications: Pales d'éoliennes, pièces automobiles, et matériaux de construction.

4. La céramique dans l'usinage CNC

Bien que moins courant, les céramiques sont utilisées pour leur dureté exceptionnelle, résistance à la chaleur, et résistance à la corrosion. Ces matériaux sont souvent choisis pour des applications spécialisées:

Alumine (Oxyde d'aluminium)

• Propriétés: Extrêmement dur et résistant à l'usure, chaleur, et corrosion.
• Applications: Outils de coupe, isolateurs électriques, et dispositifs médicaux.

Zircone (Dioxyde de Zirconium)

• Propriétés: Excellente ténacité, isolation thermique, et résistance à l'usure.
• Applications: Implants dentaires, outils de coupe, et composants haute température.

Combien coûte l'usinage CNC?

Les coûts d'usinage CNC sont influencés par divers facteurs, y compris la sélection des matériaux, complexité de conception, temps d'usinage, choix de machine-outil, volume de production, coûts de main d'œuvre, coûts indirects, et mettre au rebut et retravailler.

Coûts des matériaux

Le type et le coût des matériaux ont un impact significatif sur les dépenses d'usinage CNC.

Alliages hautes performances, comme le titane ou l'acier inoxydable, sont généralement plus chers que les plastiques ou les métaux plus mous.

En plus, l'usinabilité du matériau influence les coûts, car les matériaux plus difficiles à usiner peuvent nécessiter plus de temps et de ressources.

Complexité de conception

La complexité de la conception des pièces affecte directement les coûts d'usinage. Géométries complexes, exigences de tolérance strictes,

et les caractéristiques de conception spéciales peuvent nécessiter des techniques d'usinage avancées et des outils spécialisés, augmentant ainsi les coûts.

Temps d'usinage

Temps d'usinage, qui comprend le temps de coupe réel et le temps de configuration pour les changements et les configurations d'outils, contribue au coût.

Des temps d'usinage plus longs entraînent des coûts plus élevés. L'optimisation du processus d'usinage et l'amélioration de l'efficacité de la production peuvent réduire les coûts.

Machines-outils

La sélection et la gestion des machines-outils affectent considérablement les coûts. Le coût des outils de coupe, leur durée de vie, et la fréquence de remplacement ont tous un impact sur les dépenses globales d'usinage.

Une sélection et une maintenance appropriées des outils sont essentielles au contrôle des coûts.

Volume et taille du lot

La production en grand volume peut réduire les coûts unitaires, car les coûts d'installation fixes sont répartis sur plus de pièces.

La production en petits lots peut entraîner des coûts par pièce plus élevés en raison de l'impact proportionnellement plus important du temps de préparation..

Coûts de main-d'œuvre

Les salaires des opérateurs et ingénieurs qualifiés font partie des coûts d’usinage CNC. Les opérations à forte intensité de main d'œuvre ou les pièces présentant des exigences complexes peuvent entraîner des coûts de main d'œuvre supplémentaires..

Coûts indirects

Coûts indirects associés à l'usinage CNC, comme les dépenses liées aux installations, utilitaires, et frais administratifs, influencent également le coût total.

Rebut et retouche

Des processus efficaces de contrôle de la qualité et d'inspection peuvent minimiser les taux de rebut et les reprises., conduisant à des économies de coûts.

Comment réduire/économiser les coûts d'usinage CNC ?

Réduire les coûts d’usinage CNC implique d’optimiser différents aspects depuis la conception jusqu’à l’exécution.

Voici des stratégies clés pour vous aider à gérer et à réduire efficacement les coûts d'usinage CNC.:

• Optimiser la conception pour minimiser la complexité: Pendant la phase de conception, évitez les caractéristiques telles que les parois minces, cavités profondes, et coins pointus à 90 degrés, ce qui peut augmenter la difficulté et les coûts d'usinage.
• Sélectionnez les matériaux appropriés: Choisir les matériaux en fonction des exigences fonctionnelles de la pièce, éviter les spécifications excessives, et optez pour des matériaux plus faciles à usiner et moins chers.
• Limitez la profondeur des cavités et des filetages: Conception avec des profondeurs de cavité limitées pour réduire le temps et les coûts d'usinage. Aussi, garder les longueurs de filetage minimales pour éviter le besoin d'outils spécialisés et de coûts supplémentaires.
• Augmenter l'épaisseur de la paroi: Des parois plus épaisses peuvent améliorer la stabilité de l'usinage et réduire les coûts. Pour pièces métalliques, l'épaisseur de paroi minimale suggérée est supérieure à 0.8 mm, et pour les plastiques, c'est plus que 1.5 mm.
• Utiliser des tailles d'outils standard: Concevoir des pièces compatibles avec les tailles d'outils CNC standard pour minimiser les changements d'outils et le temps d'usinage.
• Évitez les tolérances excessives: Sauf nécessité absolue, éviter de définir des tolérances strictes, ce qui peut augmenter la complexité et les coûts d'usinage.
• Tirer parti de la production par lots: Des quantités de commande plus importantes peuvent répartir les coûts fixes sur un plus grand nombre de pièces, réduire le coût unitaire.
• Minimiser la finition de surface: Des traitements de surface inutiles peuvent augmenter le coût, ils doivent donc être déterminés en fonction des besoins réels de la pièce.
• Investissez dans l’automatisation et l’innovation technologique: Les dépenses consacrées à l'automatisation robotique et aux technologies CNC modernes peuvent améliorer l'efficacité, réduire les coûts de main d'œuvre, et améliorer la qualité de la production.
• Optimiser les paramètres d'usinage: En ajustant des paramètres tels que la vitesse de coupe, vitesse d'avance, et vitesse de broche, vous pouvez maintenir la qualité tout en réduisant la consommation d'énergie et les coûts.

Types de machines CNC

CNC (Commande numérique par ordinateur) les machines sont disponibles dans une variété de types, chacun conçu pour des fonctions spécifiques dans la fabrication. Voici les types clés:

1. Fraisage CNC Machines: Utilisé pour enlever de la matière d'une pièce à l'aide d'outils de coupe rotatifs. Ils peuvent produire des formes complexes et des pièces de haute précision avec plusieurs axes (jusqu'à 5 axes).
2. Tours CNC: Spécialisé dans la production de pièces cylindriques en faisant tourner la pièce pendant qu'un outil de coupe stationnaire enlève de la matière. Ils sont idéaux pour fabriquer des composants symétriques tels que des arbres et des raccords..
3. Découpeurs plasma CNC: Utiliser du plasma (un gaz ionisé à haute température) couper des métaux comme l'acier, aluminium, et du laiton. Ils sont généralement utilisés dans les ateliers de fabrication pour couper des tôles..
4. Découpeuses laser CNC: Utilisez un faisceau laser focalisé pour couper ou graver des matériaux avec une haute précision. Ils sont parfaits pour les conceptions complexes et sont souvent utilisés dans des industries comme l'aérospatiale et l'électronique..
5. Routeurs CNC: Conçu pour couper, sculpture, et graver des matériaux comme le bois, plastiques, et métaux mous. Ils sont couramment utilisés dans les armoires, fabrication de panneaux, et modélisation architecturale.
6. Rectifieuses CNC: Utiliser des meules abrasives pour finir les surfaces ou obtenir une finition fine. Ces machines sont essentielles pour réaliser des pièces à haute tolérance dans des secteurs comme l'automobile et l'aérospatiale..
7. Machines à décharge électrique CNC (GED): Utiliser des décharges électriques ou des étincelles pour façonner les métaux en érodant le matériau d'une pièce à usiner. Ils sont idéaux pour créer des cavités ou des formes complexes dans des matériaux durs comme l'acier..
8. Découpeuses au jet d'eau CNC: Utiliser de l'eau à haute pression (souvent mélangé avec des abrasifs) couper des matériaux. Les jets d'eau sont utilisés pour couper divers matériaux, y compris les métaux, plastiques, et la pierre, sans générer de chaleur.

Centre d'usinage CNC et. CNC ordinaire

Les machines CNC ont révolutionné la fabrication, et il existe des catégories distinctes comme les centres d'usinage CNC et les machines CNC ordinaires.
Bien que les deux offrent une précision, automation, et efficacité, ils remplissent différents objectifs et fonctions dans le processus de fabrication.
Décomposons les principales différences entre un centre d'usinage CNC et une machine CNC ordinaire.

1. Définition et fonctionnalité

• Centre d'usinage CNC: Un centre d'usinage CNC est un outil avancé, machine multifonctionnelle conçue pour une variété d'opérations telles que le fraisage, forage, tapotement, et ennuyeux, le tout dans une seule configuration.
  Il est hautement automatisé et équipé d'un magasin d'outils pour les changements d'outils automatiques, ce qui le rend idéal pour les pièces complexes et les processus de fabrication en plusieurs étapes.
• Machine CNC ordinaire: Fait généralement référence à des équipements CNC de base tels que des tours ou des fraiseuses CNC qui se concentrent sur des tâches spécifiques. (par ex., tournant, fraisage).
  Ces machines sont généralement plus limitées en fonctionnalités, capable d’effectuer seulement une ou deux opérations à la fois, avec moins de fonctionnalités automatisées.

2. Capacité et évolutivité des outils

• Centre d'usinage CNC: Livré avec un changeur d'outils automatique (ATC) qui permet de remplacer plusieurs outils pendant les opérations sans intervention manuelle.
  Cette fonctionnalité permet à la machine d'effectuer un large éventail de tâches dans une seule configuration, réduisant considérablement les temps d'arrêt et augmentant l'efficacité de la production.
• Machine CNC ordinaire: La plupart des machines CNC ordinaires nécessitent des changements d'outils manuels, surtout les modèles bas de gamme.
  Bien qu'ils fournissent un usinage précis, l'absence d'ATC limite la polyvalence et nécessite une implication plus fréquente de l'opérateur, ralentir les processus en plusieurs étapes.

3. Complexité de la pièce

• Centre d'usinage CNC: Idéal pour les pièces très complexes nécessitant plusieurs opérations d’usinage.
  Ces machines peuvent gérer des géométries complexes, surfaces inclinées, et cavités profondes, ce qui les rend essentiels pour des industries telles que l'aérospatiale, automobile, et fabrication de dispositifs médicaux.
• Machine CNC ordinaire: Idéal pour les pièces et les opérations plus simples qui ne nécessitent pas plusieurs étapes d'usinage.
  Ces machines sont efficaces pour des tâches moins compliquées comme le tournage, fraisage simple, ou couper.

4. Axes de mouvement

• Centre d'usinage CNC: Inclut généralement des capacités multi-axes, comme 3 axes, 4-axe, ou encore usinage 5 axes.
  Cela permet un mouvement plus flexible et dynamique, permettant la production de pièces complexes sans avoir à repositionner la pièce plusieurs fois.
• Machine CNC ordinaire: Fonctionne généralement sur moins d’axes, comme 2 axes ou 3 axes.
  Tout en restant précis, ces machines sont plus limitées lorsqu'il s'agit de créer des pièces aux géométries complexes ou aux fonctionnalités multiples.

5. Automatisation et efficacité

• Centre d'usinage CNC: Hautement automatisé avec une intervention minimale de l'opérateur, capable d'exécuter des cycles de production continus.
  L'intégration de l'ATC et de plusieurs axes augmente considérablement l'efficacité des processus d'usinage.
• Machine CNC ordinaire: Nécessite plus d’intervention manuelle, surtout lorsqu'il s'agit de changer d'outil ou de passer d'une opération d'usinage à l'autre.
  Bien qu'efficace pour des tâches spécifiques, l'automatisation et la productivité globales sont inférieures à celles des centres d'usinage.

6. Applications

• Centre d'usinage CNC: Largement utilisé dans les industries où des pièces complexes de haute précision sont requises, comme l'aérospatiale, automobile, et fabrication de haute technologie.
  La possibilité d'effectuer plusieurs opérations dans une seule configuration permet de gagner du temps et de réduire les erreurs.
• Machine CNC ordinaire: Adapté aux industries qui nécessitent plus de simplicité, pièces moins complexes, tels que les composants mécaniques généraux, aménagements de base, et arbres.
  Ces machines conviennent parfaitement aux petits ateliers ou aux tâches dont le niveau de complexité ne justifie pas l'utilisation d'un centre d'usinage..

Facteurs affectant le prix d'une machine CNC

• Technologie
• Coûts des matériaux
• Coûts de production
• Configuration
• Assurance de marque et de qualité
• Service après-vente

Le guide complet des prix des machines CNC – dans toutes les gammes de prix

Le coût d'une machine CNC peut varier considérablement, allant de quelques centaines de dollars à plusieurs dizaines voire centaines de milliers de dollars.

Cette fourchette de prix importante est influencée par divers facteurs, y compris le type de machine CNC, sa taille et sa rigidité, capacités de puissance et de couple, le nombre d'axes, et fonctionnalités supplémentaires.

 

Machine CNC	Prix
Routeur CNC de niveau passe-temps	$200 – $3000
Routeur CNC professionnel	$3K-10 000 $
Routeur CNC industriel	$40K – 200 000 $
Routeur CNC de production	$200K – 400 000 $
Moulin CNC de niveau passe-temps	$2K-7K
Moulin CNC professionnel	$7K – 50 000 $
Broyeur industriel à 3 axes	$60K – 100 000 $
Broyeur industriel à 5 ​​axes	$200K – 500 000 $
Usine de production (Centre d'usinage vertical)	> $500K
Tour CNC de niveau passe-temps	$2K-12 000 $
Tour CNC professionnel à 2 axes	$15K – 50 000 $
Tour CNC industriel à 2 axes	$60K – 100 000 $
Tour CNC de production (Centre d'usinage horizontal avec 7-13 Haches)	> $500K