Fabrication assistée par ordinateur

Les premières applications commerciales de la FAO ont été utilisées dans de grandes entreprises des secteurs automobile et aérospatial ; par exemple, les travaux de Pierre Bézier sur le développement de l’application CAO/FAO UNISURF dans les années 1960 pour la conception de carrosseries et l’outillage chez Renault . En 1950, Alexander Hammer, de la DeLaval Steam Turbine Company, a inventé une technique de perçage progressif des aubes de turbine à partir d’un bloc de métal massif, la perceuse étant contrôlée par un lecteur de cartes perforées. Boeing a acquis ses premières machines à commande numérique en 1956, fabriquées par des entreprises telles que Kearney and Trecker , Stromberg-Carlson et Thompson Ramo Wooldridge .

Historiquement, les logiciels de FAO présentaient plusieurs lacunes qui exigeaient une implication importante de la part d' opérateurs CNC qualifiés . Ces logiciels généraient du code pour la machine la moins performante, chaque commande machine-outil venant compléter le jeu de codes G standard pour une plus grande flexibilité. Dans certains cas, comme une configuration incorrecte du logiciel de FAO ou l'utilisation d'outils spécifiques, la machine CNC nécessitait une intervention manuelle pour que le programme s'exécute correctement. Aucun de ces problèmes n'était insurmontable pour un ingénieur compétent ou un opérateur expérimenté, notamment pour le prototypage ou les petites séries ; le code G est un langage simple. Dans les ateliers de production à grande échelle ou de haute précision, d'autres problèmes se posaient, obligeant un opérateur CNC expérimenté à la fois à programmer manuellement et à utiliser le logiciel de FAO.

L'intégration de la CAO aux autres composants d'un environnement de gestion du cycle de vie des produits (PLM) CAO/FAO/IAO exige un échange efficace de données CAO . Auparavant, il était nécessaire d'obliger l'opérateur CAO à exporter les données dans un format courant, comme IGES , STL ou Parasolid , compatible avec de nombreux logiciels. Le logiciel FAO génère généralement un simple fichier texte contenant des instructions G-code/M-code, parfois plusieurs milliers de commandes, qui est ensuite transféré vers une machine-outil via un programme de commande numérique directe (DNC) ou, dans le cas des contrôleurs modernes, via un périphérique de stockage USB .

Les logiciels de FAO ne pouvaient pas, et ne peuvent toujours pas, raisonner comme un machiniste. Ils ne pouvaient pas optimiser les trajectoires d'outils au niveau requis par la production en série . Les utilisateurs choisissaient le type d'outil, le procédé d'usinage et les trajectoires à utiliser. Bien qu'un ingénieur puisse avoir une connaissance pratique de la programmation en code G, les petits problèmes d'optimisation et d'usure s'accumulent avec le temps. Les pièces produites en série nécessitant un usinage sont souvent initialement créées par moulage ou par une autre méthode non automatisée. Cela permet d'utiliser un code G manuel, court et hautement optimisé, impossible à générer avec un logiciel de FAO.

Aux États-Unis, on constate une pénurie de jeunes machinistes qualifiés capables d'intervenir dans les secteurs exigeants de la fabrication, notamment la haute précision et la production de masse. Avec la complexification croissante des logiciels et des machines de FAO, les compétences requises pour un machiniste ou un opérateur de machine évoluent et se rapprochent de celles d'un programmeur et d'un ingénieur informatique, sans pour autant faire disparaître le machiniste à commande numérique du marché du travail.

Domaines d'intérêt typiques

• Usinage à grande vitesse, y compris l'optimisation des trajectoires d'outils
• Usinage multifonction
• Usinage 5 axes
• Reconnaissance des caractéristiques et usinage
• Automatisation des processus d'usinage
• Facilité d'utilisation

La plupart des usinages se déroulent en plusieurs étapes, chacune étant mise en œuvre par une variété de stratégies de base et sophistiquées, en fonction de la conception de la pièce, du matériau et du logiciel disponible.

Débroussaillage

Ce procédé débute généralement avec une matière première brute, appelée billette , ou une pièce de fonderie brute, qu'une machine CNC usine grossièrement pour lui donner la forme du modèle final, sans se soucier des détails de précision. En fraisage, le résultat présente souvent un aspect de terrasses ou de marches, car la technique consiste à usiner la pièce par étapes successives. Cette méthode exploite au mieux les capacités de la machine en usinant la matière horizontalement. Les techniques courantes sont l'ébauche en zigzag, l'ébauche décalée, l'ébauche en plongée, l'ébauche de finition et le fraisage trochoïdal (ébauche adaptative). L'objectif à ce stade est d'enlever le maximum de matière en un minimum de temps, sans trop se préoccuper de la précision dimensionnelle globale. Lors de l'ébauche d'une pièce, une petite quantité de matière supplémentaire est volontairement conservée pour être enlevée lors des opérations de finition ultérieures.

Semi-finition

Ce procédé débute par une ébauche qui reproduit approximativement le modèle et se poursuit par une passe de finition à une distance de décalage fixe de celui-ci. La passe de semi-finition doit laisser une petite quantité de matière (appelée feston) afin que l'outil puisse usiner avec précision, mais pas trop peu pour éviter que l'outil et la matière ne dévient des surfaces de coupe. Les stratégies courantes sont les passes raster , les passes au niveau de la ligne de flottaison, les passes à pas constant et le fraisage au crayon .

Finition

La finition consiste en de nombreuses passes légères et fines sur la matière pour obtenir la pièce finie. Lors de la finition, l'espacement entre les passes est minimal afin d'éviter la déformation de l'outil et le retour élastique de la matière. Pour réduire la charge latérale sur l'outil, son engagement est réduit, tandis que les avances et les vitesses de broche sont généralement augmentées afin de maintenir une vitesse de coupe cible. Une faible charge de copeaux à avance et vitesse de rotation élevées est souvent appelée usinage à grande vitesse (UGV) et permet des temps d'usinage rapides avec des résultats de haute qualité. Ces passes légères permettent d'obtenir une pièce de haute précision, avec un état de surface uniformément élevé . Outre la modification des vitesses et des avances, les machinistes utilisent souvent des fraises de finition spécifiques, jamais utilisées pour l'ébauche. Ceci afin de protéger la fraise contre la formation de copeaux et de défauts sur la surface de coupe, qui laisseraient des stries et des imperfections sur la pièce finale.

Fraisage de contour

Lors d'opérations de fraisage sur des machines à plateau et/ou tête rotative, une finition spécifique appelée contournage peut être réalisée. Au lieu d'usiner par incréments fins pour approcher une surface, la pièce ou l'outil est mis en rotation afin que les surfaces de coupe de l'outil soient tangentes aux contours idéaux de la pièce. On obtient ainsi un excellent état de surface et une grande précision dimensionnelle. Ce procédé est couramment utilisé pour l'usinage de formes organiques complexes, telles que les aubes de turbines et de roues, qui, en raison de leurs courbes complexes et de leur géométrie superposée, sont impossibles à usiner avec des machines à trois axes seulement.