La commande numérique (CNC) dans l’industrie
Des machines aux robots, la commande numérique est présente partout, dès lors que l’on commence à automatiser la production. Ce composant essentiel a pourtant tendance à être méconnu car il se fond dans l’objet auquel il est intégré ; on parle par exemple de machine-outil à commande numérique.
Sans la CNC, pas de mouvement et pas d’intelligence. D’où l’importance d’apprendre à mieux la connaître. Dans cet article, nous présenterons d’abord la commande numérique de manière générale, avant de nous focaliser plus particulièrement sur l’usinage CNC ainsi que sur l’utilisation de la commande numérique dans la fabrication additive.
Qu’est-ce qu’une commande numérique ?
Si l’on replace cette expression dans le contexte industriel et qu’on la décompose, on comprend que la commande numérique est un composant qui a pour fonction de donner des ordres, et qu’elle le fait en utilisant un code numérique (ou binaire, succession de 0 et de 1).
Le terme commande numérique regroupe les composants matériels et logiciels nécessaires pour donner les instructions de mouvements à un ensemble mécanique. Il est principalement utilisé dans les domaines de la machine-outil et de la robotique.
Commande numérique ou CNC ?
Les premières commandes numériques industrielles sont apparues dans les années 50 sur des machines-outils. Elles recevaient des programmes d’usinage sur un ruban perforé. Par la suite, la technique a évolué et l’on est passé progressivement des rubans perforés aux bandes magnétiques, puis à des données provenant d’ordinateurs.
C’est lorsque la commande est assurée par un ordinateur que l’on parle de CNC, pour Computer Numerical Control en anglais ou Commande Numérique par Calculateur en français.
Aujourd’hui, toutes les commandes numériques de machines-outils et de robots sont des CNC.
Le cœur d’une CNC se compose d’une unité de commande (contrôleur), d’un système d’entraînement relié à des axes et des capteurs de rétroaction, et d’une IHM associant panneau de commande et périphérique d’entrée.
Les machines-outils à commande numérique
Les commandes numériques ont trouvé leur champ d’expression idéal dans les procédés d’usinage, qui étaient jusque-là réalisés manuellement. L’arrivée de la CNC a permis, à partir d’un programme, de réaliser automatiquement plusieurs opérations successives, pour passer du bloc matière à la pièce usinée.
L’automatisation a permis de gagner en temps de cycle, offrant une productivité accrue dans les ateliers. Elle a aussi permis de gagner en précision d’usinage et en répétabilité ; elle a donc contribué à améliorer la qualité des pièces.
Aujourd’hui, la puissance des commandes numériques permet de piloter simultanément plusieurs dizaines d’axes dans des mouvements interpolés complexes, avec un grand niveau de précision dans le positionnement, et des vitesses de déplacement parfois élevées.
Commande numérique et CAO
Le développement de la commande numérique s’est fait en parallèle de celui de la conception assistée par ordinateur. Progressivement, c’est toute la chaîne allant de l’idée à la pièce finie qui s’est numérisée. L’apparition de la fabrication additive a renforcé cette tendance. On parle aujourd’hui de chaîne numérique « file to factory » pour décrire le phénomène.
Du dessin au programme pièce
Rares sont encore les pièces dont les plans sont réalisés sur la planche à dessin. Une fois l’étape des premiers croquis passés, les ingénieurs de Bureau d’Études utilisent aujourd’hui un logiciel de CAO (conception assistée par ordinateur) pour agencer différentes fonctions et vérifier comment elles fonctionnent ensemble.
Le logiciel de CAO va ensuite créer des DFN, qui sont des définitions numériques des pièces à créer. Ces DFN vont devoir être transcrites en instructions nécessaires à la réalisation des pièces : outil à utiliser, trajectoire à réaliser, vitesse d’avance de broche, etc. C’est la phase de programmation de la CNC, qui s’effectue dans un langage précis, le langage ISO.
Au sein du langage ISO, on distingue 2 types de codes différents, aussi essentiels l’un que l’autre pour définir une séquence d’usinage : le G-code, qui va donner les instructions de mouvement et de déplacement au sein de la machine, et le M-code, qui va donner les instructions d’activation/désactivation des fonctions spéciales (broche, arrosage, etc.).
La CNC, gardienne du positionnement
Dans une machine-outil, la CNC a une action de commande directe, associée à un système de contrôle en boucle fermée qui s’appuie sur des capteurs et des boucles de régulation.
La CNC est la gardienne du point d’origine programme et du repère orthonormé dans lequel vont s’effectuer tous les mouvements des axes et des outils. Sans ces repères, impossible bien sûr de produire une pièce correcte.
Les fonctions de régulation et d’asservissement sont essentielles à la performance d’une commande numérique, et ce d’autant plus lorsque les vitesses de déplacement des axes sont élevées. Plus on va vite, plus il est difficile d’assurer un positionnement exact à destination.
La commande numérique, de l’usinage à la fabrication additive
La CNC est une technologie de base dans la conception d’équipements de production. Elle traverse le temps en améliorant ses performances et en s’adaptant aux nouveaux modes de production. Si elle reste prépondérante dans les process de fabrication par enlèvement de matière, elle est aussi utilisée dans l’impression 3D.
La CNC au cœur des centres d’usinage
Grâce à sa capacité à gérer différents types d’outils, la CNC a permis de passer de machines spécialisées (tournage, fraisage, perçage) à des centres d’usinage multifonctions. Ces centres sont équipés de magasins d’outils qui peuvent être très importants, pour offrir un maximum de possibilités.
Les centres d’usinage créent de nouvelles opportunités d’optimisation des coûts en évitant les interventions humaines de transfert des pièces d’une machine à l’autre. Ils peuvent être utilisés dans des domaines variés, comme l’automobile et l’aéronautique, mais aussi le médical ou encore l’horlogerie et la joaillerie.
Découvrez ici comment les commandes numériques Bosch Rexroth sont par exemple utilisées dans la fabrication de bijoux.
Commande numérique et fabrication additive
Vous n’en avez peut-être pas conscience, mais sont bien des commandes numériques qui pilotent les « têtes » des imprimantes 3D industrielles. Les fabricants d’imprimantes savent très bien à quel point ce composant est essentiel à la performance de leurs machines. Ils travaillent à améliorer sans cesse les performances de leurs systèmes de gestion du mouvement pour offrir des vitesses d’impression toujours plus élevées, et des chambres d’impression toujours plus grandes.
C’est grâce aux performances des commandes numériques, et à de nouvelles fonctions développées spécialement pour la fabrication additive, que cette technologie de production va pouvoir se développer dans les usines.
Découvrez ici comment les commandes numériques Bosch Rexroth ont par exemple été utilisées dans la fabrication et l’invention de la première imprimante 3D XXL au monde !
La commande numérique est appelée à s’intégrer dans des processus de production digitalisés de bout en bout. Pour cela, elle va devoir s’interfacer avec d’autres langages de programmation. Nul doute qu’elle va aussi évoluer vers des IHM plus intuitives, à l’instar de ce qui se pratique ailleurs dans l’automatisation industrielle.
