L'architecture d'une machine numérique

Comment est construite une machine CNC et comment elle fonctionne !

Il existe plusieurs types/familles de machines à commande numérique selon leur conception et leur utilisation.

Les débiteuses qui permettent de débiter des matériaux durs comme la pierre. Elles permettent pour certains modèles d'usiner sur 5 axes et ainsi de réaliser la mise en forme en 3D. Elle est équipée la plupart du temps du disque en outil unique ou principal.

Les centres d'usinage sont des machines sur 3 ou 5 axes, voire plus avec certaines options. Elles permettent de travailler sur 5 faces sans bouger la pièce et ainsi de travailler sur des parties courbes (suivant les options du logiciel pour travailler sur 5 axes continus). Elles peuvent être équipées également de tables de chargement inclinables.

Les tours permettent le travail de pièces de révolution prises entre deux pointes ou debout, telles que des colonnes, des balustres, des vases, etc. Ce type de pièce est aussi réalisable sur des centres d'usinage 5 axes ou des robots.

Les profileuses de chants sont des machines très polyvalentes permettant de réaliser des aspects "texturing" ainsi que le profilage de chants (moulure sur le côté).

Les polissoirs et centres de texturage permettent de réaliser du texturing et du moulurage de chant ainsi que de surface.

Les robots peuvent usiner des zones difficiles d'accès, ils ressemblent à un bras tournant dans tous les sens. Leur environnement est modifiable avec une table tournante, un rail... ajoutant ainsi des nombreux axes à ceux déjà présents. Aujourd'hui ils sont de plus en plus délaissés, même par les sculpteurs, du fait du manque de rigidité du bras.

Comment ne pas se tromper d'axes ? Simple, ils sont normalisés !

La norme AFNOR NF A 600-020 a pour objet de normaliser une nomenclature des axes et des mouvements d'une CNC en vue de faciliter l'interchangeabilité des données de programmation.

Crédit publication Kévin Joly

Les bases de l'usinage

Lexique et définitions

Je ne vais pas faire un cours magistral de l'histoire de l'usinage, fraisage/tournage selon les métiers. Ce qui nous intéresse c'est maintenant et demain. Alors c'est parti !

Cet article sera orienté sur les définitions de tous les articles, les autres seront accentués sur un élément spécifique. Il sera mis à jour régulièrement sur votre demande et au fur et à mesure de la parution des posts.

La machine-outil est destinée à façonner une matière en faisant mouvoir un outil actionné par un moteur. Aujourd'hui les machines-outils sont programmables par des ordinateurs.

L'usinage est déterminé par un programme, qui commande les déplacements de l'outil et des divers axes de la machine dans l'espace dans le but d'usiner la matière. Cette technique est dite "soustractive" car elle va tailler dans la masse la pièce désirée via un fichier 3D et une programmation qui va indiquer les parcours que doit suivre l'outil. Le principe de l'usinage est d'enlever de la matière de façon à donner à la pièce brute la forme et les cotations voulues.

La CAO (pour Conception Assistée par Ordinateur) rassemble des outils informatiques qui permettent de réaliser une modélisation géométrique d'un objet afin de pouvoir simuler des tests en vue d'une fabrication.

La DAO (ou Dessin Assisté par Ordinateur) est un système permettant de réaliser des dessins et plans techniques. Le dessin peut être filaire, surfacique, solide ou encore paramétrique et ce en 2D ou 3D.

La FAO (ou Fabrication Assistée par Ordinateur) est un ensemble d'outils permettant de générer les parcours de l'outils et des axes d'une machine CNC. Le processus de fabrication sera traduit en G-Code ou code ISO à destination des machines-outils.

La CFAO (ou Conception/Fabrication Assistée par Ordinateur) est l'assemblage de la CAO et FAO dans une suite de logiciels édités par le même vendeur. Généralement l'interface n'évolue que très légèrement et un "pont" entre les deux logiciels est créé, permettant de passer facilement du dessin à la programmation de l'usinage.

Une CNC (ou Computer Numerical Control - Commande numérique par calculateur) est une machine-outil dont la programmation est assurée par un ordinateur.

L'UGV (ou Usinage à Grande Vitesse) est un principe permettant la réduction du temps d'usinage en courbant les mouvements de liaison entre deux trajectoires de coupes.

Crédit publication Kévin Joly

L'artisanat numérique, un nouveau métier ?

"Numérique !! Je veux pas en entendre parler ! C'était mieux avant de toute façon..."

L’artisanat numérique, comme son nom l’indique, recoupe les valeurs de l’artisanat, à savoir une conception, un assemblage et une finition manuelle, mais prototypés et fabriqués (usinés) en grande partie par des machines numériques. Les machines à commande numérique construisent l’avenir, de par leur potentiel de fabrication et de précision, tandis que la fabrication manuelle est de mieux en mieux valorisée. Chez i-Craft, nous concevons des objets sur ordinateur, nous travaillons les matériaux avec nos machines à commande numérique, et nous assemblons à la main.

Un titre et un mot peuvent être étonnants tant on assimile l’artisanat à des métiers manuels, anciens et en opposition aux technologies numériques. Mais à y regarder de plus près, l’explosion des métiers dans le secteur numérique concerne davantage une multitude de travailleurs indépendants et services plutôt que des batteries de salariés spécialisés, concentrés dans de grandes multinationales du numérique. Ce renouveau de l’artisanat est plutôt une bonne nouvelle car cette forme d’organisation du travail génèrent de nombreuses évolutions très positives pour la société.

Comment expliquer ce retour en force de l’artisanat ?

Il est probable que le modèle massif du salariat mis au monde par la révolution industrielle soit en train d’exploser. Aujourd’hui la plupart des grandes entreprises externalisent de nombreuses fonctions auprès d’agents indépendants. Ceux-ci ne cessent de croître en France comme dans le monde industrialisé. Les américains prévoient d’ailleurs une proportion de 40% de travailleurs indépendants à l’horizon 2020. Et c’est le secteur numérique qui tire cette évolution. D’une part à cause du développement de ces nouveaux artisans numériques, et d’autre part à cause des nouvelles formes de travail rendues possibles par le numérique. Chacun peut travailler de chez soi ou d’un centre de coworking, de façon indépendante. L’économie du 21ème siècle contourne ainsi l’extrême rigidité héritée des modèles d’organisation sociale du travail du 20ème siècle.

Quel est le portrait robot de ce nouveau profil d’artisans ?

Il était une fois un artisan ….

L’image traditionnelle de l’artisan le situe le plus souvent dans sa boutique ou sur son chantier, dans sa voiture allant de client en client. Il travaille derrière son comptoir ou dans son atelier, les mains pleines de poussière ou pleines de graisse; ses boîtes à outils sont lourdes. Il voit passer son voisin, toujours à la même heure; il sait que Mme Dupont aura les visites de ses petit-enfants ce dimanche et qu’elle voudra leur faire plaisir en achetant quelques pâtisseries; il fera donc en conséquence quelques gâteaux de plus. Il sait que la maison des nouveaux arrivants de la rue à côté a besoin de rafraichissement, qu’il sera donc bientôt sollicité pour des travaux de peinture. Il connaît la vie du quartier, du village.

J'exagère un petit peu, mais en même temps...

La crise structurelle du travail que nous connaissons et dont le numérique est un agent pathogène, détruit et créé en même temps des millions d’emplois. Les générations Y et Z ont bien compris ce phénomène et investissent donc massivement l’entrepreneuriat numérique et deviennent des artisans numériques, même si ce terme n’est pas vraiment valorisé ni utilisé tant il fait référence à des métiers manuels. Ce qui est surprenant car dans le numérique on travaille certes avec sa tête mais aussi avec ses doigts, c’est ce qu’on nomme le "digital"…

On peut donc dire que ces nouveaux artisans sont jeunes, assez diplômés, et connaissant assez bien l’univers numérique car ils y baignent depuis longtemps. Mais surtout ils sont créatifs, autonomes, en réseau, agiles et ouverts à l’innovation et aux changements.

Quelle est la plus-value de ces artisans ? Qu’apportent-ils à l’économie ?

Tout d’abord ils sont des créateurs. Ils apportent donc des idées nouvelles, de nouveaux services, de nouveaux outils bénéfiques pour l’économie. Ils créent les bases des produits et des services nécessaires à l’économie de notre temps. Les centres de coworking hébergent d’ailleurs de nombreux artisans numériques à l’origine des plus belles success-stories du web.

Ensuite, ces artisans sont inscrits dans une économie territoriale équilibrée. On peut tous travailler de chez soi, d’un tiers-lieu proche de chez soi, dans les transports ou de chez ses clients. D’une certaine façon, on revient dans la situation d’avant la première révolution industrielle où l’on travaillait massivement de chez soi ou dans une petite manufacture proche de chez soi. Cela génère une économie de proximité, décentralisée, proche des préoccupations des gens. Cela recréé du lien social et de l’activité dans les zones périphériques et rurales. Mouvement particulièrement d'actualité avec la période sanitaire du Covid. #teletravail

 Le développement du numérique, sous toutes ses formes, constitue un enjeu déterminant pour l’ensemble des entreprises, quelles que soient leur taille, leur activité et leur implantation géographique. Pourtant, à ce jour, une entreprise française sur deux enregistre un retard significatif dans ce domaine, alors même que le numérique représente une réelle opportunité pour gagner en efficacité et, par conséquent, en productivité.

En effet, le recours à des outils numériques adaptés est potentiellement source de multiples avantages concurrentiels et non concurrentiels :

Ce mouvement est-il pérenne ?

Il est probable que cette génération Y et Z deviennent tous des artisans numériques et qu’ils le restent. La très grandes majorité de ceux qui ont goûté à cette liberté ne veulent pas la perdre et les emplois classiques de l’économie du 20ème siècle ne font plus du tout rêver. Même les derniers privilèges, comme par exemple la fameuse garantie de l’emploi, sont en train de tomber. Il est donc très probable que ce mouvement perdure... à condition qu’il écarte deux grandes menaces.

Justement, quelles sont les limites de ce modèle artisanal et à quelles menaces est-il confronté ? 

Ce qui a prévalu dans la naissance du salariat et du syndicalisme au moment de la révolution industrielle c’est la prise de conscience que nous étions plus forts ensemble pour se protéger des aléas de la vie et du travail en créant les premières caisses mutualistes et les assurances chômage.

C’est un des défis des artisans numériques. Leur jeunesse constitue un atout et nombre d’entre eux n’ont pas encore de famille, de gros problèmes de santé ou de mise à jour de leurs compétences. Il faut donc que ce secteur de l’artisanat s’organise, se fédère pour se consolider. 

Si Internet a été créé dans une logique horizontale et décentralisée, force est de constater aujourd’hui que ce n’est plus le cas et que les grandes majors du secteur trustent le marché dans une logique verticale, propriétaire et monopolistique. Il y a 20 ans on pouvait facilement trouver en tête d’une recherche sur Internet un petit hôtel. Aujourd’hui, impossible d’éviter les intermédiaires comme Tripadvisor, Expédia ou Booking qui nous rendent certes un service mais fragilisent le secteur hôtelier artisanal par un véritable racket sur les commissions qu’ils prennent. 

Quelles alternatives possibles ?

Face à ce risque les artisans numériques ont des atouts : ils sont des interfaces humaines et de proximité pour aider chacun d’entre nous à décoder le numérique et se l’approprier. Ils peuvent donc jouer l’atout de la relation humaine face aux grandes plateformes, ainsi que de la flexibilité. Il existe aussi des alternatives aux grandes multinationales du numérique notamment à travers le mouvement open source.

Enfin, ce mouvement des artisans numériques rejoint aussi celui qu’on appelle les makers, ces producteurs de la nouvelle économie manufacturière qui associe le numérique, le design et la réappropriation des outils de production dans les fablabs, ces nouvelles petites usines de proximité. 

Plus il y a d'axes, plus on rit :)

3 axes, 5 axes ou même plus ! Le nombres d'axes rend t-il les choses plus difficiles ?

Répondant aux besoins très évolutifs des différents secteurs de production, les techniques de fabrication d’objets ont beaucoup évolué au cours des dernières années. L’usinage, qui est l’une de ces principales techniques, permet d’obtenir des produits d’une grande précision grâce à un procédé de modélisation d’une matière brute par enlèvement de copeaux. Jadis réalisée suivant des parcours à 3 axes avec des machines-outils relativement rudimentaires, elle s’est beaucoup modernisée avec la généralisation progressive des machines d’usinage 5 axes à commande numérique et des logiciels.

Mais en quoi consistent ces deux techniques d’usinage? Et quels sont les principaux éléments qui différencient l’usinage 3 axes de sa variante sur 5 axes?

L'usinage 3 axes est bien connue des fabricants et des autres acteurs du secteur industriel, l’usinage 3 axes est l’une des techniques les plus employées dans la fabrication de pièces mécaniques, mais aussi, depuis plusieurs décennies, dans de nombreux autres domaines comme l’architecture, le design et l’art. Relativement simple dans son exécution, elle fait recours à des machines-outils classiques comme la fraiseuse qui permettent un travail de la matière sur 3 axes (X,Y et Z). Le travail peut alors devenir très laborieux pour les pièces complexes avec une finition souvent peu aboutie.

Avec l’expression des nouveaux besoins et le développement de nouvelles technologies de fabrication assistée par ordinateur (FAO), ont donc été développées de nouvelles technologies d’usinage avec 3+1 axes, 3+2 axes, puis 5 axes, en positionné et en continu.

Comme son nom l’indique, l’usinage 5 axes fait recours à un outil qui se déplace dans cinq différentes directions correspondant aux 3 axes linéaires X, Y et Z, auxquels s’ajoutent deux axes, A et B ou C, autour duquel tourne l’outil. Un tel parcours permet d’approcher la pièce dans toutes les directions et de la traiter sur cinq côtés, en une seule opération.

Contrairement à l’usinage 3 axes, cette technique est parfaitement adaptée aux pièces profondes et aux matériaux durs pour lesquels elle garantit un niveau de précision élevé grâce à l’utilisation d’outils d’usinage plus courts. La vitesse d’usinage est également plus grande, tandis que les vibrations d’outils sont réduites.

Par ailleurs, alors que l’usinage 3 axes autorise des opérations plus simples pour les dispositifs, l’usinage 5 axes nécessite de plus longs préparatifs mais moins de manipulation de la matière.

Les commandes numériques, l’avantage de l’usinage 5 axes

Les dernières années ont vu le développement de nombreux matériels et logiciels qui permettent de prendre le contrôle total des machines-outils utilisées pour l’usinage 5 axes. Basées sur l’informatique, ces commandes numériques rendent possible le traitement efficace d’une multitude de matières et de surfaces courbes avec une grande précision. Ce mode de fabrication assistée par ordinateur (FAO) permet également une programmation et une automatisation partielle ou totale de la procédure. En plus de la grande qualité et de la précision des produits, cette technologie présente également de nombreux avantages : une plus grande vitesse d’usinage, de meilleurs rendements, des pièces de très grandes dimensions, etc.

5 axes continue ou positionné, quezaco ?

Usinage continue des 5 axes versus usinage 3+2.

En usinage simultané/continue des 5 axes, les trois axes linéaires de l'outil de la machine (X, Y et Z) et deux axes rotatifs (A et C ou B) travaillent simultanément en continue pour effectuer un usinage complexe sur la pièce. Pour faire simple, l'outil reste orienté avec son axe le plus à l'équerre par rapport à la surface usinée.

Avec le 3+2, la machine exécute un programme de fraisage 3 axes avec l'outil d'usinage verrouillé en position inclinée, utilisant ses deux axes rotatifs. Le processus, également connu sous le nom d'usinage 5 axes positionné, repose sur les quatrième et cinquième axes pour orienter l'outil d'usinage dans une position fixe, plutôt que de le manipuler en continu pendant le processus d'usinage.

Crédit publication Kévin Joly