Qu'est-ce qu'une machine-outil à commande numérique ?

Comment définir une machine outil à commande numérique?

Les avancés technologiques ont permis l’intégration de « mini ordinateur » dans les machine-outils appelé commande numérique.

 

 

D'une machine-outil conventionnelle à une machine-outil à commande numérique

 

Avant les années 1970, les machine-outil étaient de type « conventionnelles ». Elles permettaient de réaliser des pièces grâce à leur puissance par l’utilisation de moteurs électriques (pour la plupart), mais leur pilotage était manuel : c’est l’opérateur qui guidait l’outil afin de réaliser les pièces.

 

Avec l’arrivée de l’informatique, les constructeurs de machine-outil ont commencé à équiper celles-ci d’ordinateurs. Ceci a permis d’enchaîner automatiquement plusieurs opérations différentes sur la même machine à l’aide d’un programme.

 

Par ailleurs, et en parallèle, les progrès de l’électronique ont permis de positionner de manière de plus en plus précise les outils par rapport aux pièces. Ces progrès ont permis de :

  • Gagner en précision de réalisation des pièces
  • Gagner en répétabilité (la capacité à produire des pièces ayant exactement toutes les mêmes dimensions)

 

Enfin, les moteurs électriques ont également connu de fortes améliorations en termes de vitesse de rotation et de puissance.

 

Ces trois révolutions ont permis de développer des machines à commandes numériques.

Qu'est que la commande numérique ou CNC?

 

Globalement, la commande numérique gère complètement la machine-outil de manière automatique. Elle exécute des programmes qui permettent de réaliser les pièces sans action de l’opérateur de la machine.  Ceci permet de produire des pièces en plus grande quantité, et qui sont quasiment identiques.

 

Elle est constituée de plusieurs éléments :

 

  • L’automate qui gère les signaux électriques de la machine-outil afin de lui permettre de fonctionner correctement. Par exemple c’est lui qui gère les voyants de la machine, les actions résultant de l’appui sur les boutons, l’activation des périphériques de la machine, et une partie des sécurités de l’opérateur

 

  • La commande des axes, afin de positionner ceux-ci au bon endroit et faire en sorte que la machine effectue les travaux demandés par l’opérateur. Elle gère également la bonne synchronisation des axes pour des mouvements combinés de ceux-ci, de manière à bien suivre les trajectoires des outils par rapport à la matière.

 

  • L’interface homme machine, afin de pouvoir piloter la machine et exécuter des programmes. Ces programmes sont chargés dans la machine et exécutés sur demande de l’opérateur. L’interface homme-machine permet également de gérer les outils de la machine (dimensions de l’outil, état de l’usure de ceux-ci etc..) afin de prendre en compte leurs caractéristiques lors de l’exécution du programme. Par exemple, la machine a besoin de connaître la longueur d’un outil afin de positionner celui-ci au bon endroit sur la pièce.

L'intégration de la commande numérique par les constructeurs de machine-outils

 

Les fabricants de commandes numériques les plus utilisés et connus sont :

  • FANUC (Japon)
  • SIEMENS (Allemagne)
  • HEIDENHAIN (Allemagne)
  • MISTUBISHI (Japon)

 

En général, les fabricants de commande numériques fournissent l’électronique de commande, l’électronique de gestion des axes ainsi que les moteurs électriques.

La plupart des constructeurs de machine-outil  équipent leurs machines de ces commandes numériques, mais d’autres développent, en parallèle des machines, leur propre électronique de commande.

 

Par ailleurs, de nombreux constructeurs qui utilisent des commandes numériques du marché, adaptent l’interface homme machine eux-mêmes afin de les personnaliser et de développer des fonctionnalités spécifiques.

 

Enfin, les constructeurs intègrent les commandes numériques dans leur machine, ce qui implique de les adapter, les paramétrer et de programmer les automates en fonction de la constitution des machines.

Comment programmer une commande numérique?

 

Afin d’usiner des pièces, il est impératif de programmer les commandes numériques. Une fois le programme créé, la machine va exécuter les opérations et ainsi réaliser des pièces en série.

 

Très rapidement, un standard de programmation a été créé : le code ISO. Celui-ci a permis d’avoir une base commune à la plupart des constructeurs de commandes numérique à l’instar des langages de programmation des ordinateurs.  Ci-contre un exemple de programme ISO

 

Mais il existe également des constructeurs ayant développé, en parallèle avec le code ISO, leur propre langage de programmation. Il est fréquent d’avoir le choix lors de l’utilisation de la commande numérique.

Dans les années 1980, les opérateurs passant de la machine conventionnelle à la machine à commande numérique ont, parfois, rencontré des difficultés avec la programmation des machines, n’ayant pas appris la logique des principes généraux de programmation. Les constructeurs de commande numérique ont alors développé des systèmes de programmation conversationnels.

 

Le principe de la programmation conversationnelle est de proposer graphiquement à l’utilisateur des opérations d’usinage que celui-ci paramètre et enchaîne afin de réaliser un programme sans avoir à connaître le langage de programmation de la machine. Ce système, qui s’est amélioré au fil de temps, a permis à de nombreux utilisateurs d’utiliser les machines à commande numériques sans avoir appris à programmer. Il est de plus en plus utilisé de nos jours.

 

En parallèle, et avec la montée en puissance des ordinateurs, certains éditeurs de programmes ont développé des logiciels qui, à partir d’un modèle 3D de la pièce finie, génèrent les programmes des machines. Ce sont les logiciels de FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur). Ces systèmes sont extrêmement répandus dans les ateliers de production car ils permettent de préparer des programmes complexes à l’avance, et souvent de les tester sur des machines virtuelles afin de le corriger sans immobiliser le moyen de production.

Les machine-outils à commande numérique

 

L’association des machines avec les commandes numériques ont créé un nouveau type de machine-outils : les machine-outils à commande numérique (MOCN).

 

Ceci a permis de produire des pièces en grande quantité et est à l’origine de la production de masse, par exemple dans le domaine de l’automobile.

 

De nos jours, dans un atelier de production, on trouve essentiellement des MOCN, les machines conventionnelles  étant dédiées à certaines réparations ou à des petites opérations simples et rapides.

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