Qu'est-ce qu'un tour à commande numérique ? Fonctionnement, types et applications

Qu'est-ce qu'un tour à commande numérique ?

Un tour à commande numérique (CNC) est une machine-outil pilotée par ordinateur, utilisée pour fabriquer des pièces rondes ou cylindriques avec une grande précision et une répétabilité élevée. Pendant l'usinage, la pièce à usiner tourne dans une broche tandis qu'un outil de coupe enlève de la matière de sa surface. CNC signifie « Computer Numerical Control » (commande numérique par ordinateur), ce qui signifie que la machine suit des instructions programmées au lieu de reposer entièrement sur une commande manuelle.

Les tours à commande numérique sont largement utilisés pour la fabrication d'arbres, de bagues, de goupilles, de manchons, de pièces filetées, de connecteurs et d'autres pièces tournées. Ils permettent d'usiner l'aluminium, l'acier inoxydable, l'acier au carbone, le laiton, le cuivre, le titane et les plastiques techniques tels que POM, PTFE, Nylonet PEEK. Chaque cycle d'usinage pouvant être répété de manière constante, le tournage CNC convient aussi bien à la fabrication de prototypes qu'à celle de petites séries et à la production en grande série.

Comment fonctionne un tour à commande numérique ?

Le principe de base d'un tour à commande numérique est relativement simple. Une pièce à usiner est maintenue dans un mandrin ou une pince de serrage et tourne à une vitesse contrôlée. Un outil de coupe fixe se déplace le long de la longueur ou transversalement au diamètre de la pièce en rotation. Lorsque l'outil entre en contact avec la pièce, il enlève des copeaux et donne à celle-ci la forme souhaitée.

Avant le début de l'usinage, la conception de la pièce est généralement réalisée à l'aide d'un logiciel de CAO. Un logiciel de FAO peut ensuite être utilisé pour générer les parcours d'outils et le code CNC. Le programme contrôle des paramètres importants tels que la vitesse de rotation de la broche, la vitesse d'avance, la profondeur de coupe, la position de l'outil et les changements d'outils. Un opérateur configure la machine, installe les outils, charge le matériau, définit le décalage de la pièce et vérifie le programme avant le démarrage de la production.

Une fois la configuration vérifiée, le tour à commande numérique effectue automatiquement les opérations programmées. Toutefois, la précision dépend toujours d'un outillage adapté, d'un serrage rigide de la pièce, de paramètres de coupe stables, de l'état de la machine, du comportement du matériau et d'un contrôle efficace.

Principaux composants d'un tour à commande numérique

Un tour à commande numérique comprend plusieurs systèmes essentiels qui fonctionnent de concert pendant l'usinage :

• Broche : Fait tourner la pièce à la vitesse programmée.
• Mandrine ou pince de serrage : Maintient la matière première en place et permet de limiter le déport et la déformation.
• Tourelle : Permet de maintenir et d'indexer les outils de tournage, les barres d'alésage, les forets et les outils de rainurage.
• Contre-poupée : Permet de maintenir des pièces longues ou de porter des forets et des alésoirs.
• Axes et glissières : Déplacez les outils avec précision. Les tours standard utilisent un mouvement radial sur l'axe X et un mouvement longitudinal sur l'axe Z.
• Contrôleur : Coordonne la broche, les axes, les outils, le liquide de refroidissement et le cycle d'usinage.
• Système de refroidissement et d'évacuation des copeaux : Il régule la chaleur, lubrifie la zone de coupe et évacue les copeaux.

Opérations courantes sur un tour à commande numérique

Les tours à commande numérique (CNC) permettent bien plus que la simple découpe du diamètre extérieur. Le dressage consiste à enlever de la matière à l'extrémité d'une pièce afin de créer une surface de référence plane. Le tournage droit réduit le diamètre extérieur, tandis que le tournage conique permet d'obtenir une surface conique. L'alésage sert à agrandir ou à finir un alésage interne existant, et le perçage permet de réaliser un trou le long de l'axe de rotation.

Parmi les autres opérations, on peut citer le rainurage, le tronçonnage, le moletage, l'alésage et le filetage intérieur ou extérieur. Grâce à des outils motorisés et à des axes supplémentaires, les centres de tournage avancés peuvent également réaliser des perçages excentrés, des rainurages, l'usinage de trous transversaux et un fraisage léger. Cela permet de réduire le nombre de réglages.

Types de tours à commande numérique

Un tour CNC de base à deux axes utilise les mouvements des axes X et Z et convient aux pièces présentant principalement des caractéristiques concentriques. Un centre de tournage CNC peut être équipé d'outils motorisés, d'une contre-broche, d'axes supplémentaires, d'un chargeur de barres ou d'un récupérateur de pièces.

Les tours de type suisse sont conçus pour l'usinage de pièces petites, longues ou élancées. Une douille de guidage soutient la pièce à proximité de la zone de coupe, ce qui permet de limiter sa flexion.

Les machines à double broche permettent de transférer une pièce de la broche principale vers une broche secondaire et d'usiner les surfaces arrière sans repositionnement manuel. Le choix de la machine dépend de la géométrie, du diamètre, du rapport longueur/diamètre, de la tolérance, du volume et des caractéristiques secondaires.

Tour à commande numérique (CNC) ou tour manuel ?

Un tour manuel dépend fortement de l'opérateur pour contrôler les mouvements de l'outil, les réglages de la broche et les séquences d'usinage. Il peut s'avérer pratique pour des réparations simples, la fabrication de pièces uniques et les tâches de base en atelier. Un tour à commande numérique (CNC) suit un programme enregistré, ce qui facilite la répétition du même parcours d'outil sur plusieurs pièces.

L'usinage CNC offre une meilleure homogénéité et une productivité accrue pour les commandes récurrentes. Il permet également de réaliser des profils difficiles à reproduire manuellement. Il nécessite toutefois une programmation, un réglage, un outillage et une vérification du processus. Un tour manuel peut s'avérer économique pour une pièce unique simple, tandis que le tournage CNC est généralement plus adapté aux tolérances serrées ou à la production en série.

Tour CNC vs fraiseuse CNC

La principale différence réside dans l'élément qui tourne. Sur un tour à commande numérique, c'est la pièce à usiner qui tourne tandis que l'outil de coupe se déplace. Sur une fraiseuse à commande numérique, c'est l'outil de coupe qui tourne tandis que la pièce à usiner est généralement fixée à une table ou à un dispositif de serrage.

Les tours sont particulièrement efficaces pour l'usinage de pièces s'articulant autour d'un axe central, notamment les arbres, les bagues, les goupilles, les rouleaux et les raccords filetés. Les fraiseuses sont quant à elles mieux adaptées à l'usinage de faces planes, de poches, de rainures, de réseaux de trous, de supports, de boîtiers et de surfaces complexes de forme libre.

Certains composants nécessitent ces deux opérations. Un centre de tournage-fraisage ou un centre de tournage équipé d’outils motorisés peut réaliser de nombreuses opérations de tournage et de fraisage en un seul serrage.

Avantages des tours à commande numérique

Le principal avantage d'un tour à commande numérique réside dans la répétabilité de la production. Un processus stable permet de reproduire la géométrie programmée avec un écart minimal, tout en garantissant un enlèvement de matière efficace et un contrôle rigoureux de la concentricité, du diamètre et des cotes axiales.

L'automatisation améliore l'efficacité des cycles comportant plusieurs opérations. Les chargeurs de barres, le chargement robotisé, la surveillance des outils et le contrôle automatique permettent de prendre en charge la production à grand volume, tandis que la réduction du nombre de réglages diminue les erreurs de manipulation entre les caractéristiques critiques.

Ces avantages ne suppriment toutefois pas la nécessité de disposer d'une expertise en matière d'usinage. Les parois minces peuvent se déformer sous la pression du mandrin, les pièces longues peuvent vibrer, et certains matériaux génèrent de la chaleur ou produisent des copeaux difficiles à évacuer. Lors de la mise au point du processus, les ingénieurs doivent tenir compte du serrage des pièces, de la géométrie des outils, des paramètres de coupe, du liquide de refroidissement et des exigences en matière de contrôle qualité.

Les dix principaux fabricants mondiaux de tours à commande numérique

Le classement des marques suivantes ne repose pas uniquement sur leur chiffre d'affaires. Il prend en compte l'historique de l'entreprise, la gamme de tours à commande numérique, les technologies d'usinage, la notoriété sur le marché et les capacités de service à l'échelle mondiale.

1. DMG MORI

DMG MORI s'appuie sur un réseau de gestion et de production couvrant Tokyo, au Japon, et Bielefeld, en Allemagne. Son héritage technique japonais remonte à Mori Seiki, fondée par les trois frères Mori en 1948, tandis que ses racines allemandes remontent à Gildemeister, créée en 1870. L'entreprise fournit des tours CNC universels, des tours de production et des centres de tournage-fraisage destinés aux secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile, de l'énergie et de l'usinage de précision complexe. Ses principaux atouts comprennent une gamme complète de produits, des capacités multitâches avancées, ainsi que des solutions intégrées d'automatisation et de production numérique.

2. Yamazaki Mazak

La société Mazak a été fondée par Sadakichi Yamazaki à Nagoya, au Japon, en 1919. Son siège social actuel est situé à Oguchi, dans la préfecture d'Aichi. La série QUICK TURN est dédiée au tournage CNC général, tandis que la série INTEGREX combine le tournage, le fraisage et l'usinage multiaxial sur une seule et même plateforme. Les machines Mazak sont réputées pour leur système de commande MAZATROL convivial, leur gamme complète de modèles et leur capacité à réduire les temps de réglage pour les pièces complexes.

3. Okuma

La société Okuma a été fondée par Eiichi Okuma à Nagoya, au Japon, en 1898. Son siège social mondial est aujourd’hui situé à Oguchi, dans la préfecture d’Aichi. L'entreprise développe en interne les structures de ses machines, ses servosystèmes et ses commandes numériques OSP, ce qui lui confère de solides capacités d'intégration matérielle et logicielle. Ses séries LB, GENOS et MULTUS mettent l'accent sur la rigidité structurelle, la stabilité thermique et une précision d'usinage constante. Ces machines sont adaptées à l'usinage de composants d'arbres, à l'usinage lourd et aux opérations de tournage-fraisage de haute précision.

4. Haas Automation

Haas Automation a été fondée par Gene Haas en 1983. Son siège social et son principal site de production sont situés à Oxnard, en Californie (États-Unis). La série ST couvre le tournage standard, l'usinage sur l'axe Y, les configurations à grand alésage et les modèles à banc long, tandis que la série DS prend en charge l'usinage à double broche. Les machines Haas se caractérisent par un système de commande accessible, des configurations simples et des coûts d'investissement relativement abordables. Elles sont largement utilisées par les petits et moyens ateliers d'usinage pour la production de pièces générales.

5. DN Solutions

DN Solutions est un fabricant sud-coréen de machines-outils. Son activité dans ce domaine a débuté avec l’achèvement de l’usine de machines-outils de Daewoo Heavy Industries en 1976 ; l’entreprise n’a donc pas de fondateur unique. Ses gammes de produits PUMA et Lynx comprennent des tours compacts, des centres de tournage à axe Y, des tours à usage intensif, des machines à double broche et des centres de tournage-fraisage. Les principaux atouts de l'entreprise sont sa large gamme de produits, ses performances de coupe stables et sa capacité à trouver un équilibre entre l'investissement en équipement et l'efficacité de production.

6. INDEX / TRAUB

La société INDEX a été fondée par Hermann Hahn en Allemagne en 1914. Le groupe a actuellement son siège social à Esslingen. Il est spécialisé dans la fabrication de tours automatiques, de machines multibroches, de tours de type suisse et de centres de tournage-fraisage de pointe. Les machines INDEX et TRAUB utilisent plusieurs tourelles et broches pour un usinage simultané, ce qui réduit les temps de cycle de production. Elles sont particulièrement adaptées à la production en grande série de composants automobiles, hydrauliques, de connecteurs et de pièces de précision complexes.

7. Nakamura-Tome

La société Nakamura-Tome a été fondée par Tomeo Nakamura et son épouse à Kanazawa, au Japon, en 1949. L'entreprise fabrique principalement des tours CNC à double broche, à double tourelle et multitâches. Ses machines sont conçues pour réaliser le tournage, le fraisage, le perçage et l'usinage d'engrenages en un seul serrage. Leur haut niveau d'intégration des processus réduit les transferts entre machines, les erreurs de positionnement répétées et les temps d'attente des pièces en cours de fabrication.

8. Citizen Machinery

Citizen Machinery est issue des activités de Citizen dans le domaine des machines de précision et a fusionné avec le groupe Miyano en 2011. Elle ne peut donc pas être attribuée à un seul fondateur ; l'entreprise Miyano a été fondée par Toshimori Miyano en 1929. La série Cincom est axée sur le tournage automatique de type suisse, tandis que la série Miyano se compose principalement de tours à poupée fixe. Ces machines sont adaptées à la production à grande vitesse de composants médicaux, de connecteurs électroniques, de petites pièces automobiles et de composants à arbre fin.

9. Tsugami

Les origines techniques de Tsugami remontent aux recherches menées en 1923 par son fondateur, Taisuke Tsugami, sur les cales étalons. L'entreprise a été officiellement créée à Nagaoka, dans la préfecture de Niigata, au Japon, en 1937. Sa gamme de produits comprend des tours automatiques de précision, des tours de type suisse, des tours à tourelle et des centres de tournage. Tsugami met l'accent sur le contrôle du déplacement thermique, la rigidité des machines et la précision lors de l'usinage de composants de petit diamètre. Ses machines sont couramment utilisées pour la fabrication de pièces automobiles, médicales, optiques et électroniques de précision.

10. EMAG

Les origines d'EMAG remontent à une fonderie de fer et une entreprise d'ingénierie fondée à Bautzen, en Saxe (Allemagne), en 1867. Son histoire officielle ne mentionne pas de fondateur unique. L'entreprise, dont le siège social se trouve aujourd'hui à Salach (Allemagne), est réputée pour ses tours verticaux inversés et sa technologie de broches de ramassage. Les machines EMAG utilisent la broche pour le chargement et le déchargement automatiques et peuvent intégrer le tournage, le perçage, le fraisage, la rectification et l'usinage d'engrenages. Elles sont particulièrement adaptées à la production automatisée d'engrenages, de disques de frein, de moyeux de roue et de composants de groupes motopropulseurs automobiles.

Applications typiques des tours à commande numérique

Les tours à commande numérique sont utilisés dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale, du médical, de l'électronique, de l'énergie, de la robotique et de la fabrication industrielle. Parmi les produits typiques, on trouve notamment des arbres, des raccords hydrauliques, des corps de vannes, des éléments de fixation, des entretoises, des poulies, des buses, des connecteurs et des pièces d'instruments chirurgicaux.

Ce procédé s'avère particulièrement utile lorsqu'un composant comporte des diamètres concentriques, des épaulements, des rainures, des alésages ou des filetages. Il permet de réaliser des prototypes et d'assurer une production en série lorsque la machine et le plan qualité sont adaptés au projet.

Par exemple, un constructeur automobile peut recourir au tournage CNC pour fabriquer des arbres de transmission, des raccords filetés et des composants de suspension. Dans l'industrie aérospatiale, les tours CNC sont utilisés pour la fabrication de pièces légères en aluminium, de fixations en titane et de composants hydrauliques de précision. Les fabricants de matériel médical ont recours au tournage CNC pour produire de petites pièces en acier inoxydable et en titane qui exigent des dimensions contrôlées et une qualité de surface constante.

Quels matériaux les tours à commande numérique peuvent-ils usiner ?

Les tours à commande numérique permettent d'usiner une large gamme de métaux et de plastiques. L'aluminium est largement utilisé car il est léger, résistant à la corrosion et relativement facile à usiner. L'acier inoxydable offre une résistance mécanique et une résistance à la corrosion supérieures, mais nécessite généralement des vitesses de coupe plus faibles et un choix d'outils plus minutieux.

L'acier au carbone et l'acier allié sont couramment utilisés pour la fabrication d'arbres, d'engrenages, de pièces de fixation et de composants soumis à des charges. Le laiton et le cuivre sont utilisés pour les connecteurs électriques, les vannes, les raccords et les pièces de gestion thermique. Le titane convient aux applications aérospatiales et médicales, mais pose des problèmes liés à la concentration de chaleur et à l'usure des outils.

Les plastiques techniques tels que le POM, le nylon, le PTFE, le PEEK et l'UHMW-PE peuvent également être tournés. Leur rigidité moindre et leur comportement thermique différent nécessitent des outils de coupe adaptés, des forces de serrage contrôlées et des paramètres d'usinage soigneusement sélectionnés.

Dans quels cas faut-il utiliser un tour à commande numérique ?

Un tour à commande numérique (CNC) est nécessaire lorsqu'une pièce est principalement conçue autour d'un axe de rotation et nécessite un contrôle précis du diamètre, de la circularité, de la concentricité et de l'état de surface. Parmi les pièces typiques, on peut citer les arbres, les manchons, les brides, les raccords filetés, les pistons, les tiroirs de soupapes et les composants en forme de disque.

• Pour les pièces à symétrie de rotation : Les tours à commande numérique permettent d'usiner efficacement les diamètres extérieurs, les alésages intérieurs, les faces d'extrémité, les cones, les arcs, les rainures et les filetages disposés autour d'un axe central.
• Pour les exigences de tolérance strictes : Les sièges de roulements, les surfaces d'étanchéité et les diamètres à ajustement de précision nécessitent un contrôle fiable des dimensions, de la circularité, de la cylindricité et du faux-rond radial. Le tournage CNC permet de réduire les erreurs liées aux opérations manuelles.
• Pour une production en lots homogène : Les programmes CNC reproduisent systématiquement les mêmes trajectoires d'outils et les mêmes paramètres d'usinage, ce qui les rend adaptés à la production en moyennes et grandes séries, tout en garantissant une stabilité dimensionnelle.
• Pour les pièces tournées complexes : Les pièces comportant plusieurs étages, des filetages intérieurs et extérieurs, des cones, des rainures profondes ou plusieurs diamètres de précision peuvent être usinées en continu à l'aide d'une tourelle à plusieurs stations.
• Pour l'usinage par tournage-fraisage : Les tours CNC équipés d'outils motorisés, d'un axe C, d'un axe Y et d'une contre-broche permettent de réaliser des opérations de tournage, de fraisage, de perçage, de taraudage et d'usinage excentré en un seul serrage.
• Pour les matériaux à haute résistance : L'acier allié, l'acier inoxydable, le titane et les alliages résistants à la chaleur exigent une rigidité stable de la machine, une puissance de broche suffisante et un contrôle précis des paramètres d'usinage. Les tours à commande numérique (CNC) garantissent la stabilité nécessaire au processus d'usinage.
• Pour la production automatisée : Les tours à commande numérique peuvent intégrer des chargeurs de barres, des systèmes de chargement robotisés, des dispositifs de mesure automatiques et des convoyeurs à copeaux afin d'assurer une production en continu avec un minimum d'intervention manuelle.

Lorsqu'une pièce comporte principalement de grandes surfaces planes, des cavités ou des surfaces de forme libre multidirectionnelles, le fraisage CNC ou l'usinage à cinq axes s'avère généralement plus adapté. Pour les pièces complexes combinant des éléments rotatifs et non rotatifs, un centre de tournage-fraisage constitue le meilleur choix.

Problèmes courants et solutions dans l'usinage sur tour à commande numérique

Vibrations et tremblements lors de l'usinage

Principales causes : Un porte-à-faux excessif de la pièce ou de l'outil, une rigidité insuffisante du dispositif de serrage ou des vitesses de broche situées dans une plage de résonance.

Solutions : Réduisez le porte-à-faux, soutenez la pièce à l'aide d'une poupée mobile ou d'un support fixe, et optimisez la vitesse de rotation de la broche, la vitesse d'avance et la profondeur de coupe. Utilisez une barre d'alésage amortissant les vibrations pour l'usinage de trous profonds ou présentant un porte-à-faux important.

Dérive dimensionnelle et manque de cohérence

Principales causes : Déformation thermique de la machine, augmentation de la température de la pièce, usure de l'outil ou retard dans la compensation du décalage de l'outil.

Solutions : Faites chauffer la machine et contrôlez la température du liquide de refroidissement avant de lancer la production. Distinguez l'ébauche de la finition, et gérez les variations dimensionnelles grâce à l'inspection du premier article, aux mesures en cours de fabrication et aux réglages de compensation d'outils.

Mauvaise qualité de surface

Principales causes : Inserts usés, arête de coupe érodée, vitesse d'avance excessive, vibrations de la pièce ou débit de liquide de refroidissement insuffisant.

Solutions : Choisissez la nuance d'insert, le brise-copeaux et le rayon d'angle de coupe adaptés au matériau. Maintenez une surépaisseur de finition constante et optimisez la vitesse de coupe, la vitesse d'avance et le sens du fluide de refroidissement.

Usure de l'outil ou ébréchure de la plaquette

Principales causes : Une nuance de plaquette inadaptée, une vitesse de coupe excessive, les chocs liés à la coupe en interruption ou un montage défectueux de l'outil.

Solutions : Choisissez l'outillage en fonction de la dureté du matériau et des conditions d'usinage. Contrôlez les paramètres de coupe et établissez des normes précises concernant la durée de vie et le remplacement des outils afin d'éviter toute utilisation excessive de ceux-ci.

Enchevêtrement des copeaux et mauvaise évacuation

Principales causes : Des paramètres d'usinage situés en dehors de la plage d'efficacité du brise-copeaux, des matériaux très ductiles ou une pression de liquide de refroidissement insuffisante.

Solutions : Choisissez un brise-copeaux adapté et réglez la vitesse d'avance et la profondeur de coupe. Utilisez un liquide de refroidissement à haute pression directionnel et ajoutez des mouvements de retrait programmés lorsqu'un brise-copeaux contrôlé est nécessaire.

Erreurs de déformation, de coaxialité ou de faux-rond de la pièce

Principales causes : Une pression excessive au niveau du mandrin, une rigidité insuffisante des arbres élancés, des réglages répétés ou des repères d'usinage incohérents.

Solutions : Limitez la déformation à l'aide de mâchoires souples, de mandrins à pince et de supports supplémentaires. Usinez les diamètres correspondants en un seul réglage dans la mesure du possible, et vérifiez l'alignement du mandrin, de la broche et de la poupée mobile.

Erreurs de programmation et collisions de machines

Principales causes : Coordonnées de travail, décalages d'outils ou positions de sécurité incorrects, ainsi que des modifications de programme non vérifiées.

Solutions : Effectuez une simulation complète du programme et un essai à vide avant la production. Pour la première pièce, utilisez le mode « bloc unique » et une vitesse de déplacement rapide réduite, tout en vérifiant les outils, les dispositifs de fixation, les coordonnées de la pièce et les trajectoires de changement d'outil.

Procédures de sécurité et paramètres clés de réglage pour les tours à commande numérique (CNC)

Les tours à commande numérique impliquent une rotation à grande vitesse, des changements d'outils automatiques et des mouvements d'avance continus. Avant l'usinage, les opérateurs doivent vérifier le serrage de la pièce, l'outillage, le programme et les dispositifs de sécurité. Les paramètres de coupe doivent être déterminés en fonction du matériau, de l'outil de coupe, de la géométrie de la pièce et des capacités de la machine. Les valeurs de paramètres fixes ne doivent pas être appliquées sans vérification préalable.

Procédures de sécurité relatives aux tours à commande numérique

Personnel et équipements de protection individuelle

Les opérateurs doivent suivre une formation sur le matériel et la sécurité. Ils doivent connaître le mode d'emploi de la machine, le système de commande et l'emplacement des boutons d'arrêt d'urgence.

Le port de lunettes de sécurité, de chaussures de sécurité et de protections auditives est obligatoire, conformément à l'évaluation des risques réalisée par l'entreprise. Les vêtements doivent être bien ajustés, les cheveux longs doivent être attachés et les bijoux doivent être retirés.

Ne portez jamais de gants à proximité d'un mandrin en rotation, d'une pièce à usiner ou d'un outil de coupe. Les consignes de sécurité doivent être conformes à la norme ISO 23125 relative à la sécurité des tours, à la réglementation locale en vigueur et au manuel d'utilisation de la machine concernée.

Inspection avant démarrage

Vérifiez que les éléments suivants fonctionnent correctement :

• Portes de machines, dispositifs de verrouillage des portes et dispositifs d’arrêt d’urgence ;
• Mandrins, mâchoires, dispositifs de serrage et tourelle ;
• Huile de lubrification, huile hydraulique, liquide de refroidissement et pression d'air ;
• contre-poupée, support fixe, ravitailleur de barres et convoyeur à copeaux ;
• Alarmes de la machine, limites des axes et fonctions de protection de sécurité.

Ne retirez jamais les dispositifs de protection des machines et ne contournez jamais les verrouillages des portes. Les dispositifs de protection doivent isoler les éléments rotatifs et la zone d'usinage, tout en retenant les pièces éjectées et les copeaux projetés. Reportez-vous aux exigences de l'OSHA en matière de protection des machines.

Serrage de la pièce à usiner

La pièce à usiner doit être solidement maintenue dans un mandrin, une pince de serrage ou un dispositif de fixation spécifique. La pression du mandrin doit être déterminée en fonction des forces de coupe, du diamètre de serrage, de la rigidité de la pièce et de la déformation admissible.

Une pression insuffisante peut entraîner un déplacement ou l'éjection de la pièce. Une pression excessive peut déformer les composants à parois minces.

La vitesse de rotation de la broche ne doit pas dépasser la valeur minimale admissible indiquée pour le mandrin, les mâchoires, le dispositif de serrage ou la pièce à usiner. Les barres dépassant de l'arrière de la broche doivent être soutenues par un manchon de broche ou un chargeur de barres, ou bien être protégées par un dispositif de protection approprié. Les pièces élancées se trouvant dans la zone d’usinage doivent être soutenues par une contre-poupée ou un lunette fixe lorsque cela est nécessaire. Reportez-vous aux consignes de sécurité du tour Haas.

Installation des outils

Une fois les outils installés, vérifiez :

• Caractéristiques techniques du porte-outil et de la plaquette ;
• L'orientation de l'info-bulle et le numéro de la station ;
• Le porte-à-faux de l'outil ;
• La sécurité du porte-outil, du bloc d'outils et des vis de fixation ;
• Jeu entre la tourelle, le mandrin, la contre-poupée et la pièce à usiner lors de l'indexation.

Le porte-à-faux de l'outil doit être aussi court que possible afin d'améliorer la rigidité du système et de réduire les vibrations.

Vérification du programme et du premier article

Avant d'usiner la première pièce, vérifiez le programme, le système de coordonnées de travail, les décalages d'outils, la vitesse de rotation de la broche, le mode d'avance et les positions de retrait de sécurité.

La séquence de vérification recommandée comprend :

• Simulation graphique ou vérification de la trajectoire d'usinage ;
• Vérification du fonctionnement à sec ou du blocage de la machine ;
• Exécution en un seul bloc ;
• Réduction des vitesses de déplacement rapide et des vitesses d'avance prioritaires ;
• Vérification étape par étape des jeux entre l'outil, le mandrin, la pièce à usiner et la poupée mobile.

Un programme non vérifié ne doit pas être exécuté automatiquement à pleine vitesse.

Contrôle des processus d'usinage

Les portes de la machine doivent rester fermées pendant le fonctionnement automatique. Ne mesurez pas la pièce à usiner, ne touchez pas l'outil de coupe, ne réglez pas les buses de liquide de refroidissement et ne retirez pas les copeaux tant que la broche n'est pas complètement à l'arrêt.

Une fois la machine à l'arrêt, retirez les copeaux à l'aide d'un crochet à copeaux, d'une pince ou d'un système de retrait des copeaux. Ne retirez jamais à la main des copeaux longs ou emmêlés. Ne dirigez pas l'air comprimé vers le personnel ou dans une zone de travail ouverte.

Surveillez en permanence la charge de la broche, l'usure de l'outil, la formation des copeaux, le débit du liquide de refroidissement et les vibrations anormales.

Situations anormales et maintenance

Arrêtez immédiatement la machine en cas de collision, de bruit inhabituel, de vibrations importantes, de surcharge de la broche, de défaillance de l'outil ou de déplacement de la pièce à usiner.

Avant d'effectuer toute opération d'entretien sur la machine, de débloquer un bourrage ou de pénétrer dans une zone dangereuse, isolez les sources d'énergie électriques, hydrauliques et pneumatiques. Purgez la pression accumulée et assurez-vous que la machine ne puisse pas redémarrer de manière inopinée.

Un bouton d'arrêt d'urgence ne remplace pas une procédure complète de verrouillage et d'étiquetage. Reportez-vous à la norme OSHA relative au contrôle des énergies dangereuses.

Paramètres de configuration courants pour le tournage CNC

Vitesse de rotation de la broche et vitesse de coupe

La vitesse de coupe doit être choisie en fonction du matériau de la pièce, de sa dureté, du matériau de l'outil de coupe et de l'opération d'usinage. Dans le système métrique, la vitesse de rotation de la broche se calcule comme suit :

n = 1 000 × vc ÷ (π × Dm)

Où :

• n: vitesse de rotation de la broche en tr/min ;
• vc: vitesse de coupe en m/min ;
• Dm: diamètre usiné en mm.

Pour les systèmes de commande de type Haas et FANUC :

• G97: mode à vitesse de broche fixe ;
• G96: mode à vitesse de glissement constante ;
• G50 S...: limite maximale de vitesse de rotation de la broche.

Quand G96 Lorsque cette fonction est activée, la vitesse de broche augmente à mesure que l'outil se rapproche de l'axe central de la pièce. Il est donc nécessaire de programmer une limite maximale de vitesse de broche. Il faut également tenir compte des vitesses admissibles en toute sécurité du mandrin, des mâchoires, du dispositif de serrage et de la pièce.

Vitesse d'alimentation

Les opérations classiques de tournage extérieur, de dressage et d’alésage s’appuient généralement sur l’avance par tour. La vitesse d’avance se calcule comme suit :

vf = fn × n

Où :

• vf: vitesse d'avance en mm/min ;
• fn: avance par tour en mm/tour ;
• n: vitesse de rotation de la broche en tr/min.

Sur les systèmes de commande de type Haas et FANUC, G99 indique l'avance par tour, tandis que G98 indique l'avance par minute. Il est nécessaire de vérifier que le mode d'avance est bien activé avant d'appeler un cycle d'usinage afin d'éviter une vitesse d'avance incorrecte.

Profondeur de coupe

La profondeur de coupe radiale pour le tournage du diamètre extérieur se calcule comme suit :

ap = (D1 − D2) ÷ 2

Où :

• ap: profondeur de coupe en mm ;
• D1: diamètre avant usinage ;
• D2: diamètre après usinage.

L'ébauche utilise généralement une profondeur de coupe et une vitesse d'avance plus importantes afin d'augmenter le débit d'enlèvement de matière. La finition utilise une profondeur de coupe et une vitesse d'avance plus faibles afin de garantir la précision dimensionnelle, la circularité et la rugosité de surface. Ces formules sont conformes aux formules de tournage de Sandvik Coromant.

Les paramètres d'usinage spécifiques doivent être choisis en fonction des recommandations du fabricant de l'outil de coupe, de l'état du matériau, de la rigidité de la pièce, du mode de serrage et de la charge de la machine. Tous les réglages doivent être vérifiés au moyen d'un essai de coupe contrôlé sur un premier exemplaire.

Choisir un fournisseur spécialisé dans l'usinage sur tour à commande numérique

Lorsqu'ils sous-traitent des opérations de tournage CNC, les acheteurs doivent évaluer la capacité des machines, les matériaux pris en charge, les tolérances, les équipements de contrôle, les options de finition, la capacité de production en volume et l'expérience acquise avec des pièces comparables. Un plan 2D complet doit préciser les cotes critiques, les tolérances, les filetages, la rugosité de surface, la nuance du matériau, le traitement thermique et les exigences en matière de finition.

Une communication claire permet d’éviter les erreurs. Une analyse de la fabricabilité s’avère utile lorsqu’une conception comporte des alésages profonds, des parois minces, de longues sections non soutenues, un faux-rond serré ou des éléments nécessitant l’utilisation d’outils motorisés. Un fournisseur compétent peut recommander des modifications pratiques sans compromettre la fonctionnalité du produit.

Les acheteurs doivent également vérifier comment le fournisseur procède à la mesure des pièces finies. En fonction de la géométrie, le contrôle peut faire appel à des micromètres, des alésomètres, des hauteurs, des jauges de filetage, des systèmes de mesure optique ou des machines à coordonnées. Des rapports de contrôle et des certificats de matériaux peuvent être exigés pour les projets industriels soumis à des contrôles rigoureux.

Conclusion

Un tour à commande numérique (CNC) est une machine automatisée qui usine des pièces en rotation à l'aide d'outils de coupe contrôlés avec précision. Il s'agit de l'une des solutions de fabrication les plus efficaces pour les composants cylindriques et axisymétriques, qu'il s'agisse de simples goupilles ou bagues aux pièces complexes comportant des filetages, des rainures, des alésages et des surfaces fraisées.

Comprendre le fonctionnement des tours à commande numérique — ainsi que leurs limites — aide les ingénieurs à choisir le procédé le plus adapté, à concevoir des pièces plus faciles à fabriquer et à obtenir des résultats de production plus homogènes. Lorsque l'on combine la machine, l'outillage, le système de serrage et les méthodes de contrôle appropriés, Tournage CNC permet de réaliser des prototypes de grande précision ainsi qu'une production en grande série fiable.