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Tours CNC – Processus, opérations et machines

Le tournage CNC est l’une des méthodes centrales de fabrication. Il peut produire des pièces cylindriques avec différents contours.

Dans la construction de machines, vous ne pouvez pas contourner les arbres pour transmettre la puissance du moteur aux pièces mobiles. Bien entendu, les arbres doivent être tournés. Mais le tournage et l’alésage CNC trouvent une grande utilité dans diverses industries pour produire des pièces généralement axi-symétriques.

Qu’est-ce que Turning?

Le tournage est un processus d’usinage soustractif qui utilise un outil de coupe pour retirer la matière pour créer des pièces cylindriques. L’outil lui-même se déplace le long de l’axe de la pièce usinée pendant que la pièce tourne, créant un parcours d’outil hélicoïdal.

Le terme tournage désigne la production de pièces par des opérations de découpe sur la surface externe. Le contraire de tourner est ennuyeuse, où les tours sont utilisés pour créer des pièces creuses, par exemple. Le tournage et l’alésage sont des sous-catégories de tournage.

La tour est historiquement l’une des premières du genre à produire des pièces de manière semi-automatisée. Aujourd’hui, la plupart des entreprises proposent des services de tournage CNC. Cela signifie que le processus est largement automatisé du début à la fin.

CNC fait référence à la commande numérique par ordinateur, ce qui signifie que les systèmes informatisés prennent le contrôle des machines. L’entrée est un code numérique. Cela contrôle tous les mouvements et la vitesse de l’outil pour le tournage ainsi que d’autres actions de soutien comme l’utilisation de liquide de refroidissement.

Processus de tournage CNC

En quoi consiste le processus de tournage? Bien que la découpe elle-même soit assez simple, nous allons examiner toute la séquence ici qui commence réellement par la création d’un fichier CAD.

Les étapes d’un processus de tournage CNC sont les suivantes:

  • Création d’une représentation numérique de la pièce en CAO
  • Création du code d’usinage à partir des fichiers CAO
  • Configuration des machines
  • Fabrication des pièces tournées

Conception CAO et code G

Les 2 premières étapes peuvent être considérées comme distinctes ou allant de pair. Une façon consiste simplement à utiliser un programme de CAO pour créer les fichiers et les envoyer en production. L’ingénieur de fabrication créera ensuite le code G et le code M pour le travail d’usinage.

CAD-CAM pour les opérations de tournage

Solidworks CAD-CAD utilisant des tolérances pour choisir l’outillage et créer le code G pour la production

Une autre façon consiste à utiliser simplement un logiciel CAD-CAM qui permet à l’ingénieur de conception de tester la productibilité de la pièce. Les puissants outils de simulation peuvent visualiser l’ensemble du processus, de la matière première au produit final, même en utilisant l’entrée concernant les exigences de finition.

Enfin, il existe également une méthode manuelle pour créer le code. Par exemple, vous ne pouvez pas générer automatiquement le code à partir d’un dessin 2D, ce qui vous laisse 2 options: écrire le code manuellement ou produire un modèle 3D en premier.

Même les programmes FAO puissants peuvent ne pas toujours avoir tout sur place, il est donc recommandé de vérifier les instructions codées.

Configuration du tour

Vient ensuite la configuration de la machine. C’est là que le rôle de l’opérateur de la machine devient évident. Bien que les tours CNC contemporains effectuent la plupart du travail automatiquement, l’opérateur joue toujours un rôle essentiel.

Étapes de création d’un centre de tournage CNC:

  1. S’assurer que l’alimentation est coupée. L’usinage CNC peut être dangereux, donc une attention particulière est nécessaire et la vérification de l’interrupteur d’alimentation en est la base.
  2. Fixation de la pièce dans le mandrin. Le mandrin tient la pièce pendant tout le processus. Un chargement incorrect peut à la fois présenter des dangers et entraîner une pièce finie aux dimensions incorrectes.
  3. Chargement de la tourelle porte-outils. Le tournage comprend de nombreuses étapes, alors assurez-vous de choisir le bon outillage pour une certaine finition. La tourelle peut contenir de nombreux outils à la fois pour une opération transparente du début à la fin.
  4. Étalonnage. L’outil et la pièce doivent être configurés correctement. Si quelque chose ne va pas, le résultat ne répondra pas aux exigences.
  5. Téléchargez le programme. La dernière étape avant d’appuyer sur le bouton de démarrage consiste à télécharger le code sur la machine CNC.

Production de pièces

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Tournage CNC en production

Tour CNC travaillant sur une petite pièce filetée.

La façon la plus simple d’obtenir l’essence de la fabrication est simplement de regarder la vidéo ci-dessus. Vous pouvez voir à la fois tourner et ennuyer dans cette vidéo. La matière première, comme cela est évident, n’est pas une barre ronde qui est l’option la plus courante. Un profil hexagonal est plutôt le moyen le plus efficace d’aller ici pour éviter le fraisage CNC plus tard.

Selon la complexité de la pièce, un ou plusieurs cycles peuvent être nécessaires. Les calculs de temps de cycle déterminent le temps final passé qui est nécessaire pour les calculs de coûts. Un temps de cycle de tournage comprend:

  • Temps de chargement. Nous l’avons déjà décrit dans le cadre de la configuration, mais un cycle peut nécessiter une autre façon de charger la pièce dans la machine.
  • Temps de coupe. Le temps nécessaire dépend de la profondeur de coupe et de la vitesse d’avance.
  • Temps d’inactivité. Les temps de ralenti se réfèrent à tout ce qui ne coupe pas, c’est-à-dire le mouvement des outils vers et depuis la pièce, la modification des paramètres du tour, etc.
  • Durée de vie de l’outil. Bien que chaque cycle n’use pas complètement l’outil, le temps de coupe sera pris en compte par rapport à la durée de vie globale d’un outil pour l’inclure dans le coût final.

Paramètres de rotation

Les paramètres du tournage CNC dépendent de divers aspects. Ceux-ci incluent le matériau de la pièce et de l’outil, la taille de l’outil, les exigences de finition, etc.

Les principaux paramètres du tournage CNC sont:

  • Vitesse de broche. L’unité est des rotations par minute (rpm) et elle montre la vitesse de rotation de la broche (N), donc aussi la pièce. La vitesse de broche est en corrélation directe avec la vitesse de coupe qui prend également en compte le diamètre. Par conséquent, la vitesse de broche doit varier pour maintenir une vitesse de coupe constante si le diamètre change considérablement.
  • Diamètre de la pièce. Comme dit précédemment, cela joue un rôle important pour arriver à la bonne vitesse de coupe. Le symbole est et l’unité est mm.
  • Vitesse de coupe. L’équation pour calculer la vitesse de coupe est V =πDN/ 1000. Il indique la vitesse relative de la pièce par rapport à l’outil de coupe.
  • Vitesse d’avance. L’unité est mm / tr et le symbole est s. L’avance de coupe indique la distance de déplacement de l’outil de coupe par tour de pièce. La distance est mesurée axialement.
  • Profondeur de coupe axiale. Assez explicite car elle montre la profondeur d’une coupe dans la direction axiale. C’est le paramètre principal pour faire face aux opérations. Une vitesse d’avance plus élevée met plus de pression sur l’outil de coupe, ce qui raccourcit sa durée de vie.
  • Profondeur de coupe radiale. À l’opposé de la coupe axiale, il montre la profondeur de coupe perpendiculaire à l’axe. Encore une fois, des vitesses d’avance plus faibles contribuent à allonger la durée de vie des outils et à garantir une meilleure finition.

Pièces principales du tour CNC

Voyons maintenant les principaux composants d’un centre de tournage.

Poupée

La poupée d’un tour CNC constitue la partie avant de la machine. C’est là que le moteur d’entraînement se trouve le long des mécanismes pour alimenter la broche.

Le mandrin ou la pince se fixe à la broche. L’un ou l’autre, à son tour, maintient la pièce pendant le tournage.

Mandrin et pince

Le mandrin saisit la pièce usinée par ses mâchoires. Il se fixe directement sur la broche mais est remplaçable, de sorte que des pièces de tailles différentes peuvent être usinées.

Collet est essentiellement une version plus petite d’un mandrin. La taille de pièce adaptée aux pinces peut atteindre 60 mm. Ils offrent une meilleure adhérence pour les petites pièces.

Contre-poupée

L’autre extrémité d’un centre de tournage CNC. Une poupée mobile se fixe directement sur le lit et son but est de fournir un support pour les pièces plus longues. La contre-pointe fournit le support par la force hydraulique.

La force motrice vient toujours de la broche et la poupée mobile ne fonctionne qu’avec la pièce. L’utilisation d’une contre-poupée n’est pas appropriée lorsqu’un retournement de face est nécessaire, car cela le gênera.

Lit de tour

Le lit est juste une plaque de base qui repose sur la table et supporte d’autres pièces de la machine. Le chariot passe sur le lit qui est traité thermiquement pour résister aux effets d’usinage.

Le chariot

Le chariot repose sur des moyens pour glisser le long de la pièce en rotation. Il contient les outils, permettant au processus de coupe d’avoir lieu.

Tourelle

Les machines plus récentes sont généralement équipées d’une tourelle qui remplace le chariot. Ils peuvent contenir plus d’outils en même temps, ce qui rend le passage d’une opération à l’autre moins fastidieux.

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Outillage en direct sur une machine CNC

La vidéo montre les capacités des machines CNC avec des options d’outillage en direct.

Les centres d’usinage CNC peuvent être livrés avec des outils sous tension. Alors que les outils de coupe à point unique conviennent à la plupart des opérations de tournage, l’outillage sous tension fait référence aux fraises, perceuses et autres outils qui ont leur propre puissance. Cela permet de créer des rainures de clavette ou des trous perpendiculaires à l’axe de la pièce sans utiliser d’autres machines dans le processus.

Panneau de configuration

C’est là que la commande numérique par ordinateur entre en jeu. Le cerveau des tours CNC est juste derrière le panneau. Le panneau lui-même permet à l’opérateur d’ajuster le programme et de le démarrer.

Types de tours

Une large gamme de machines à tourner offre une variété de possibilités. Chacun est livré avec un ensemble unique de fonctionnalités tandis que certains sont plus automatisés que d’autres. Ainsi, tout a sa place, qu’il s’agisse de quelques travaux ponctuels dans une petite boutique ou d’une production par lots pour de plus grandes quantités.

Tour d’établi

Le nom suggère qu’il est assez petit pour le fixer à un établi sur mesure. Ils sont encore plus grands que les micro ou mini-tours.

Un excellent moyen d’effectuer un usinage général ou un outil spécial pour un amateur, il peut effectuer la plupart des opérations nécessaires. Un tour d’établi nécessite un habile machiniste car il y a peu ou pas d’automatisation, ce qui confère plus de responsabilité à l’opérateur.

Tour moteur

Le type de tour le plus courant. Le nom est resté gravé depuis le 19ème siècle lorsqu’une machine à vapeur a fait ressortir ce spécimen au milieu d’autres tours manuels. Depuis le début du XXe siècle, une conversion vers les moteurs électriques a commencé.

L’utilisation de boîtes de vitesses dans la poupée a rendu le choix de la vitesse de broche facile et les machines-outils à grande vitesse sont devenues la norme. La puissance retrouvée a poussé l’industrie à inventer de nouvelles façons d’augmenter la durée de vie de l’outil. Les inserts en carbure remplaçables étaient juste le moyen de le faire.

En conséquence, les tours de moteur peuvent effectuer un usinage CNC à grande vitesse, ce qui réduit les temps de production et réduit les coûts. Bien qu’ils soient encore courants dans les ateliers, les tours à moteur ont jeté les bases d’une amélioration des performances et de l’automatisation de l’usinage.

Tour d’outillage

Similaire à un tour à moteur avec quelques différences. Habituellement, ils sont plus petits pour tenir dans des espaces plus étroits. Dans le même temps, il existe des capacités supplémentaires disponibles, ce qui en fait plutôt une machine haut de gamme, pas adaptée à l’entrée de gamme.

Les tours d’outillage comprennent le mandrin et les pinces, la fixation conique, entre autres choses que, par exemple, les tours de banc plus simples n’ont pas.

Tours à tourelle et cabestan

Ces types de tours sont à peu près interchangeables en fonction des opérations qu’ils peuvent effectuer. Comme vous l’avez appris auparavant, l’utilisation d’une tourelle ouvre un large éventail de possibilités d’automatisation. En outre, de nombreuses autres opérations peuvent être effectuées sur un seul établi.

Du tournage et du perçage au perçage, au filetage et à la réalisation de rainures de clavette, tout est possible sans changement d’outils. La tourelle contient tous les outils nécessaires à la fois, vous pouvez donc facilement passer d’un processus à l’autre.

Coupler la CNC avec des tâches moins manuelles, produire des pièces usinées presque identiques en lots est un point fort de ce type de tours.

Tour multibroches

Également connu sous le nom de machines à vis, le tour multibroches a plus d’une seule broche. La capacité supplémentaire est particulièrement adaptée à la production à haut volume.

Il existe également des versions plus petites de ces machines, appelées machines à vis. En outre, les machines plus grandes sont appelées mandrins.

La configuration de la machine nécessite beaucoup de temps, donc la combinaison de cela et le coût élevé de la machine elle-même nécessitent une production à haut volume pour être rentable. Lors de l’application, ils peuvent créer des pièces similaires avec une grande précision, des temps de cycle réduits et très peu de travail manuel en dehors de la configuration initiale.

La fabrication en grande série peut donc considérablement réduire le coût de l’usinage CNC.

Tour CNC

Bien que certains des types susmentionnés acceptent également un système CNC, le tour CNC mérite une mention distincte.

CNC fait référence à la commande numérique par ordinateur, qui prend en charge le fonctionnement de la machine dans une certaine mesure. Cela dépend des machines spécifiques, car elles peuvent être entièrement ou semi-automatiques.

Les tours CNC semi-automatiques nécessitent un peu plus de travail de la part de l’opérateur de la machine, tandis que les centres entièrement automatiques sont capables de tout faire, du montage des pièces au changement des outils.

Les machines CNC de haute précision sont les meilleures que l’industrie contemporaine puisse offrir. La numérisation de l’ensemble du processus, de la création de la CAO à une pièce entièrement finie, est possible. De plus, les boîtiers réduisent considérablement le risque pendant l’usinage, car les travailleurs ne sont pas vraiment exposés à des composants mobiles, contrôlant tout ce qui est nécessaire à partir d’un écran d’ordinateur.

Identification des axes dans les tours CNC

Axes de tour CNC

La façon la plus courante d’identifier les axes sur une machine à tour CNC traditionnelle est la suivante:

L’axe Z est parallèle à l’axe de la pièce. Ainsi, l’outil peut se déplacer le long du côté du matériau pendant que la pièce tourne autour de l’axe Z (C). Le mouvement le long de l’axe Z détermine la longueur du travail.

Comme vous pouvez le voir, l’axe X est perpendiculaire à l’axe Z. Par conséquent, l’outil peut se déplacer vers et depuis la pièce sur l’axe X pour déterminer le diamètre de la pièce.

Opérations de tournage

Le tournage CNC convient pour effectuer une large gamme d’opérations. Nous en avons déjà nommé certains, mais regardons de plus près maintenant pour clarifier les capacités des tours.

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Opérations de tournage

Présentant les différentes opérations qu’un tour peut effectuer.

Tournant

L’opération de tournage la plus courante. Un outil à point unique se déplace le long de l’axe de la pièce pour retirer le matériau de la surface de la pièce. Il peut produire divers contours, comme des marches, des cônes, etc. Normalement, quelques passes sont nécessaires pour atteindre le résultat final.

Orienté vers

Le parement enlève une couche de matière de l’extrémité de la pièce. Habituellement, le but est d’arriver à une finition de surface souhaitable. Comme la profondeur de coupe ne doit pas être très profonde, un seul passage peut le faire. Le mouvement de l’outil de coupe est perpendiculaire à l’axe de rotation.

Rainurage

De manière similaire au parement, l’outil se déplace perpendiculairement à l’axe de rotation. Au lieu de couper l’extrémité de la pièce, la découpe de rainure est effectuée quelque part sur le côté. Un outil de tournage à point unique peut effectuer la coupe en une seule passe, si la largeur de la coupe est identique à la largeur de l’outil. Sinon, plusieurs coupes sont nécessaires.

Séparation

La séparation est également connue sous le nom de coupure. Le dernier terme décrit cette opération de tournage d’une manière très simple. Le processus lui-même ressemble à un rainurage mais l’outil de coupe atteindra l’axe de la pièce. Cela signifie qu’il coupe un segment de la pièce.

Enfiler

Ici, nous parlons encore d’une opération externe. Le filetage est donc utilisé pour couper des filetages à la surface d’une pièce. Les spécificités du thread peuvent être configurées et atteindre le résultat final peut nécessiter plusieurs passes.

Forage

Première opération interne sur cette liste. Lorsque l’on parle de tournage traditionnel, le perçage peut être effectué à l’extrémité de la pièce, juste sur l’axe. Comme la pièce tourne de toute façon, le foret peut rester immobile. Les centres de tournage CNC plus récents peuvent utiliser des outils sous tension pour produire des trous perpendiculaires sur les côtés ou ailleurs.

Ennuyeuse

Le contraire de tourner. Toutes les mêmes fonctionnalités peuvent être effectuées, juste sur la surface intérieure. L’alésage nécessite d’abord un peu de perçage, pour faire de la place pour insérer les outils dans la pièce. De là, il est possible d’agrandir le trou avec des fraises à point unique, ainsi que d’ajouter des marches, des chanfreins, etc.

Alésage

L’alésage est un processus d’usinage par lequel un outil cannelé à dents multiples pénètre dans un trou existant pour l’agrandir. Le résultat a une finition de surface très lisse avec des tolérances serrées. L’opération elle-même ressemble au forage depuis le début.

Tapping

Comme pour l’alésage, nécessite un trou préalablement percé. Un robinet pénètre dans le trou existant pour lui donner un filetage intérieur. Les exigences pour le trou existant sont liées à la taille du filetage – il doit être proche de la pointe des dents du filetage.

vidéo d’outillage en direct

Matériaux appropriés pour le tournage

Outre les types de tours que nous avons décrits précédemment, il existe d’autres catégories basées sur les matériaux appropriés pour un tour. Le bois, le métal et le verre ont tous des tours différents car ils ont tous besoin de certaines qualités spécifiques, ainsi que de vitesses de coupe.

En ce qui concerne le profil du matériau, les carrés, les ronds, les hexagonaux, etc. sont les bienvenus. Comme le montre l’une des vidéos ci-dessus, avoir un profil autre que rond peut être utile si la partie finale n’est pas ronde dans toutes les sections.

Les matériaux appropriés pour le tournage et le tournage comprennent:

  • Métal
  • Bois
  • Verre
  • Plastique
  • Cire, etc.

Chez Fractory, nous fournissons des services pour le tournage des métaux.

Conclusion

Le tournage est l’un des piliers de l’industrie manufacturière. Il est préférable d’obtenir des résultats précis pour les pièces axisymétriques avec cette méthode de fabrication. La flexibilité et la capacité de production permettent une fabrication en grande série avec des résultats presque identiques.

Aujourd’hui, les grands centres d’usinage CNC peuvent inclure des capacités de fraisage et de tournage CNC. Les fraiseuses ajoutent une couche supplémentaire de capacités, ce qui rend ces machines vraiment puissantes pour créer des pièces complexes.

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