Commandes CNC
La transformation de l'usinage (MX) marque la transition vers une fabrication CNC en réseau, numérisée et durable. Au cœur de cette révolution se trouvent les quatre domaines fondamentaux que sont l'intégration des processus, l'automatisation, la transformation numérique (DX) et la transformation verte (GX). Dans ce contexte holistique, la commande numérique agit comme une source d'intelligence de fabrication numérique et revêt une importance existentielle pour le développement futur de la technologie de fabrication à l'ère de la numérisation industrielle.
L'histoire de la commande CNC dans la fabrication de machines-outils
L'ère de la modernité a commencé pour l'industrie mondiale de la machine-outil au MIT (Massachusetts Institute of Technology), une université renommée située à Cambridge. La première machine à commande numérique y a été développée à la fin des années 1940 et au début des années 1950. Elle est née de la recherche d'une solution efficace pour la fabrication de pièces complexes destinées à l'industrie aérospatiale. L'abréviation "NC" désigne la commande numérique des machines. Cette évolution est considérée comme un tournant important dans l'histoire des machines-outils. Cependant, il restait encore un long chemin à parcourir avant que la commande numérique ne devienne la commande numérique par ordinateur et que l'utilisation des ordinateurs ne fasse une percée dans ce domaine.
L'évolution de la commande numérique vers la commande numérique
Dans les années qui ont suivi leur première mondiale, les systèmes à commande numérique ont dû relever plusieurs défis et surmonter plusieurs limites. L'un des principaux obstacles était leur limitation à des tâches individuelles et à des opérations statiques. Étant donné qu'ils étaient programmés pour effectuer une action spécifique, il était difficile et fastidieux de procéder à des ajustements ou de mettre en œuvre des variations dans la production de pièces. La complexité de la programmation constituait un autre défi. Les premiers langages de programmation en étaient encore à leurs balbutiements et la création de programmes NC nécessitait une expertise particulière. En outre, la vitesse de traitement des systèmes de commande numérique limitait leur efficacité et leur efficience.
Il est rapidement apparu qu'une évolution vers quelque chose de plus dynamique et de plus adaptable était nécessaire. Dans ce contexte, l'invention des transistors et le développement ultérieur des microprocesseurs dans les années 1960 et 1970 ont joué un rôle décisif. L'intégration d'un ordinateur dans l'unité de commande de la CNC (commande numérique informatisée) a ouvert un tout nouvel éventail de possibilités dans la construction de machines-outils. Les machines sont devenues plus flexibles et peuvent traiter des séquences de commandes complexes. Les programmes peuvent être sauvegardés et réutilisés à volonté.
Avec le développement dynamique de la technologie informatique, la technologie CNC a également modifié de plus en plus le paysage de la fabrication. Tout d'abord, elle a considérablement augmenté la vitesse de production, la flexibilité et le degré d'automatisation. Les machines à commande numérique peuvent désormais être utilisées partiellement sans supervision. La précision et la répétabilité se sont également améliorées. Une fois qu'un programme CNC a été programmé et testé, il peut être réutilisé sans perte de précision ou de qualité. La commande CNC a également permis la production de géométries compliquées, définies par l'utilisateur.
Quelles sont les tâches d'une commande CNC ?
La commande CNC est responsable du traitement, de la programmation et de la coordination des mouvements d'une machine. Parallèlement, la technologie d'entraînement, sous la forme de moteurs pas à pas, de servomoteurs ou d'entraînements directs, permet le mouvement physique des axes linéaires et rotatifs d'une machine. Le choix du moteur et du type d'entraînement d'une machine CNC dépend de plusieurs facteurs, notamment des exigences spécifiques de l'application, du coût et de la complexité du système de commande.
Les fonctions principales d'une commande CNC comprennent l'usinage automatisé de composants de presque toute complexité. La CNC permet un contrôle précis des mouvements des moteurs, des broches et des unités d'entraînement le long des axes linéaires et rotatifs. La commande d'un tour CNC ou d'une fraiseuse CNC prend donc en charge de nombreuses tâches qui sont principalement effectuées par l'opérateur de la machine sur les machines-outils conventionnelles. Il s'agit notamment de contrôler les étapes de production, de surveiller les séquences de production, de sauvegarder les données relatives à la machine et à l'outil, de sauvegarder et d'exécuter les programmes de production et de simuler graphiquement les séquences de production. Les systèmes CNC modernes se caractérisent également par des fonctions complètes d'aide à la programmation.
Le langage de programmation
La structure d'un langage de programmation se compose principalement de codes G, de codes M et de cycles technologiques. Le code G est utilisé pour contrôler les mouvements et les opérations d'une machine CNC. Le "G" est donc dérivé de la géométrie ultérieure de la pièce à usiner. Le code G spécifie dans quelle direction, à quelle vitesse et sur quelle trajectoire un outil est déplacé. Certains codes G de base sont G00 pour le positionnement rapide, G01 pour les mouvements linéaires, G02 et G03 pour les mouvements circulaires. Chacun de ces codes possède également des paramètres spécifiques qui spécifient le mouvement de l'outil.
En comparaison, les codes M sont des commandes qui contrôlent des fonctions et des opérations spécifiques de la machine, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas directement liés aux mouvements de l'outil. Il s'agit, par exemple, d'activer et de désactiver l'alimentation en liquide de refroidissement, d'ouvrir et de fermer le dispositif de serrage ou de démarrer et d'arrêter le moteur de la broche.
Les cycles technologiques soutiennent la programmation CNC
Les cycles technologiques simplifient la programmation des machines CNC en convertissant des séquences de programmes NC complexes en une forme d'entrée simple et conviviale. Chaque cycle technologique est adapté à une tâche spécifique. Il existe des cycles pour le perçage, le filetage, le fraisage, le tournage, la mesure ou la fabrication d'engrenages, entre autres.
Dans ce cas, l'opérateur doit simplement sélectionner le cycle technologique souhaité dans le menu de commande de la machine et saisir les paramètres nécessaires dans l'écran de saisie. La commande CNC génère alors un ensemble complet de commandes NC sur la base des informations fournies. La machine effectue les opérations correspondantes en fonction des commandes, ce qui réduit le temps nécessaire à la programmation CNC et améliore en même temps la qualité et la précision des pièces. Les cycles technologiques contribuent à minimiser les erreurs humaines, ce qui se traduit par une plus grande efficacité opérationnelle et une meilleure qualité des produits.
Dans un programme CNC typique, les codes G et les codes M sont ensuite combinés avec des cycles technologiques pour réaliser l'opération d'usinage souhaitée. Le programme commence généralement par une série de codes M pour configurer la machine, suivie par des codes G et des cycles technologiques qui contrôlent l'usinage proprement dit.
Quels sont les types de commandes CNC ?
Les commandes CNC peuvent être divisées en commandes de point, commandes de ligne et commandes de trajectoire en fonction de leur mode de fonctionnement. Une commande par point positionne l'outil à des points prédéfinis et est principalement utilisée pour les opérations de perçage ou de poinçonnage. Avec la commande de trajectoire, l'outil est guidé le long d'une trajectoire prédéfinie, mais sans contrôle continu de la trajectoire entre les points. Avec la commande de trajectoire, l'outil est déplacé le long d'une trajectoire continue par interpolation des axes, ce type de commande étant ensuite différencié en commandes de trajectoire 2D, 2½D et 3D.
Fabrication moderne
Les systèmes CNC d'aujourd'hui sont équipés de microprocesseurs et de systèmes de mémoire très efficaces. Cela permet de traiter des séquences de commandes très complexes et donc très gourmandes en ressources informatiques pour plusieurs axes linéaires et rotatifs interpolés. Même les tâches d'usinage complexes peuvent être réalisées avec la plus grande précision et rester reproductibles. La commande CNC est et reste le cœur de toute machine-outil moderne. Dans le contexte de la numérisation industrielle, elle continuera toutefois à évoluer au-delà de la commande de processus traditionnelle. Les sujets pertinents dans ce contexte sont les suivants :
- Intégration de l'IA et de l'apprentissage automatique: Les systèmes CNC modernes sont de plus en plus capables de collecter et d'analyser les données du processus d'usinage. En intégrant l'IA et l'apprentissage automatique, ces systèmes peuvent apprendre et optimiser les processus d'usinage de manière autonome. Il en résulte une efficacité et une précision accrues, ainsi qu'un taux d'erreur plus faible.
- Compensation deserreurs et contrôle de la qualité: Les systèmes CNC intelligents peuvent détecter et corriger automatiquement les écarts dans le processus d'usinage. Cela contribue de manière significative à l'amélioration de la qualité et de l'uniformité des produits finis.
- Efficacitéénergétique et durabilité: Les commandes CNC intelligentes peuvent optimiser la consommation d'énergie en adaptant le fonctionnement de la machine aux exigences actuelles. Cela permet non seulement de réduire les coûts d'exploitation, mais aussi de promouvoir une production durable.
- Mise en réseau et communication: Dans l'industrie 4.0, la mise en réseau est essentielle. Les systèmes CNC sont reliés à d'autres machines, systèmes et outils de gestion de niveau supérieur pour assurer un flux de production fluide et efficace. Cela permet un contrôle et une surveillance complets des processus de production en temps réel.
- Adaptabilité et flexibilité: La capacité à réagir rapidement aux changements dans la production de pièces est essentielle dans la fabrication moderne. Grâce à leur programmabilité et à leur flexibilité, les commandes numériques permettent de fabriquer des produits en petites séries ou même individuellement selon les spécifications du client, sans compromettre l'efficacité.
Comment le rôle de la commande CNC va-t-il évoluer dans la fabrication de composants ?
Aujourd'hui, les commandes CNC sont bien plus qu'un simple instrument de contrôle des machines. Elles sont devenues un composant intégral et interactif de structures de fabrication intelligentes qui s'étendent bien au-delà de l'atelier mécanique. La CNC sert d'interface entre la planification numérique et l'exécution physique. Grâce à l'intégration de l'IA et de l'analyse avancée, les commandes CNC deviennent de plus en plus un décideur actif dans le processus de fabrication des pièces CNC. Elles s'intègrent parfaitement dans l'écosystème de la création de produits intelligents et créent une valeur ajoutée qualifiée. À l'avenir, les commandes CNC vont donc non seulement accroître l'efficacité et la qualité de la fabrication CNC, mais aussi contribuer à une industrie plus flexible, plus adaptable et plus durable sur le plan écologique.
Le rôle des commandes CNC dans les ateliers
Commande de contournage dans toutes les dimensions
Les commandes numériques ont évolué, passant de simples commandes ponctuelles à des commandes de trajectoire très complexes, capables d'effectuer les tâches d'usinage les plus exigeantes. Ce type de commande CNC est divisé en trois sous-catégories :
- Commande de contournage 2D: la commande de contournage 2D est la forme la plus élémentaire de commande de contournage. Elle est utilisée dans les applications où l'usinage s'effectue le long de deux axes - généralement X et Y. Ce type de commande est idéal pour les tâches telles que la découpe et la gravure ou les opérations de fraisage simples où l'axe vertical (axe Z) n'effectue pas de mouvement continu.
- Commande de trajectoire 2½D: la commande de trajectoire 2½D est une extension de la commande 2D. Bien qu'il fonctionne principalement sur les axes X et Y, il permet également de lever ou d'abaisser l'outil le long de l'axe Z, mais sans mouvement simultané en X et Y. Cela permet des opérations d'usinage plus complexes qu'avec un contrôle 2D pur.
- Commande de trajectoire 3D: la commande de trajectoire 3D représente le niveau de développement le plus élevé des technologies de commande CNC. Elle permet le mouvement simultané (interpolation) et la coordination de tous les axes linéaires (X, Y et Z) et rotatifs (axes A, B et C) afin de pouvoir usiner des contours tridimensionnels complexes.
Contactez l'un de nos correspondants pour tout sujet concernant la presse spécialisée de DMG MORI.