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1. Les axes d’une fraiseuse ou d’un centre d’usinage
2. Histoire
Les premiers centres d’usinage sont apparus avec l’informatisation des machines durant les années 80 et sont donc des machines à commandes numériques (CNC = Computer numeric control). Il s’agit d’une vaste famille de machines dont les spécificités, les possibilités et le rôle peuvent varier sensiblement.
Tableau de commande d’un centre d’usinage numérique (CNC)
3. Principes de fonctionnement
De manière générale, un centre d’usinage permet d’exécuter de façon autonome une séquence d’opérations d’usinage définie. Selon le centre d’usinage, la matière brute peut être chargée dans la machine sous forme de barquette (plaquette rectangulaire) ou de barre (à la façon d’une décolleteuse). Le plan numérisé du composant à fabriquer et la liste des outils nécessaires ont été importés dans le logiciel de la machine. La séquence idéale des opérations est proposée par la machine et peut être modifiée par l’opérateur. Les différents outils nécessaires (fraises, forets, meules, etc.) sont placés dans un magasin à l’intérieur de la machine, à l’emplacement correspondant à la séquence d’opérations dédiée et définie par le programme de la machine. Une fois la machine programmée et les outils et la matière chargés, elle est prête à travailler et l’opérateur n’a plus qu’à lancer la séquence. La machine effectue alors les différentes opérations d’usinage selon la séquence établie et change automatiquement d’outil aussi souvent que nécessaire. La plupart des centres d’usinage réalisent principalement des opérations de fraisage. Les machines à matière chargée en barre peuvent généralement y ajouter des opérations de tournage. Selon la complexité de la machine, un centre d’usinage peut disposer d’une ou de deux broches (portes-outils en rotation).
4. Axes
Les broches d’un centre d’usinage sont conçues pour se déplacer selon différents axes, dont le nombre peut varier. On parle ainsi de machines à trois, cinq ou six axes, etc. Les trois premiers axes d’une machine sont les axes linéaires (X, Y et Z ou largeur, profondeur et hauteur). Les machines dites à cinq axes comportent les trois axes linéaires (X, Y et Z) auxquels s’ajoutent deux axes de rotation de la broche (axe longitudinal et axe vertical). Celles à six axes ajoutent un troisième axe de rotation, un axe latéral. Enfin, le bras portant la broche de l’outil peut se déplacer le long d’un ou de plusieurs axes. On parle alors, selon les cas, de machines à 7, 9 ou 12 axes. Il est à noter que, dans de très nombreux cas, les différents axes de la machine se répartissent entre la broche et la table (châssis sur lequel est fixée la barquette). Par exemple, la broche se déplacera sur les axes de rotation et la table sur les axes linéaires.
5. Machines à « reprise »
Certains centres d’usinage peuvent travailler successivement sur les deux faces du composant à fabriquer. On parle alors de machines à « reprise ». Pour les machines utilisant la matière sous forme de barquettes, le centre d’usinage effectuera toutes les opérations sur la première face, puis retournera la barquette pour en usiner la seconde. Les machines utilisant de la matière en barre effectuent les opérations d’un côté de la barre sur une poupée et une broche spécifiques. La barre est ensuite saisie par une deuxième broche, portée par une poupée opposée à 180° à la première. Puis la barre est tronçonnée, libérée de la première broche, et de nouvelles opérations peuvent être effectuées au revers du composant. Les machines à reprise sont beaucoup plus complexes en raison de la nécessité d’un positionnement et d’un centrage parfaits du composant sur la machine après la reprise.
6. Chargement robotisé
La plupart des centres d’usinage peuvent être équipés en option de robots de chargement (de barres ou de barquettes), offrant ainsi une autonomie quasi illimitée à la machine.
7. Matériaux éligibles
Tous les matériaux usinables sont éligibles aux centres d’usinage (métaux, plastiques, corindon synthétique, composites, etc.).
8. Avantages, inconvénients et champs d’application
Les centres d’usinage sont polyvalents, précis et autonomes. Ils nécessitent toutefois des temps de programmation et de réglage relativement longs, ce qui en fait des moyens de production plus adaptés aux grandes séries. En horlogerie, ils peuvent être utilisés pour la fabrication de la quasi-totalité des composants du mouvement, de la boîte et du bracelet, ainsi que pour la fabrication d’outillages.