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Un article pour vous présenter ce qu’est, dans mon domaine d’activité, le fraisage numérique.

  Dans ce premier item, je vais présenter les bases du fraisage CNC au travers des 3 étapes par lesquelles il faut passer pour tout usinage numérique, à savoir: la conception (2D ou 3D), la programmation et enfin l’usinage. Pour les connaisseurs cet article sera peut-être un peu trop résumé, et pour ceux qui découvrent, un peu trop technique, mais je pense que les images et extraits vidéos qui suivront, devraient plaire au plus grand nombre…

Le fraisage numérique, qu’est ce donc?

Pour comprendre ce qui suivra ensuite, voyons déjà ce qu’est l’usinage par fraisage numérique.

  Le principe est de commander via un contrôleur numérique (généralement un PC) le déplacement d’un outil dans un espace définit selon trois directions, que l’on nomme par convention axes X, Y et Z. A noter au passage que pour des fraiseuses ou routers numériques, 3 axes suffisent généralement pour usiner une pièce, mais que selon la complexité de celle-ci, elle peut-être réalisée sur des machines comportant jusqu’à 10 axes, qui permettent d’orienter soit la pièce, soit l’outil, soit les deux, dans les positions adaptées à l’usinage.

  Sur l’image ci-dessous vous pouvez découvrir une mini-fraiseuse numérique équipée de 3 axes linéaires. La table sur laquelle on vient fixer la pièce à usiner, représente le plan XY, tandis que la profondeur d’usinage est piloté par l’axe Z.

 

  Bon, je suis d’accord, avec une image pas facile de comprendre comment tout cela bouge! Alors voici une petite vidéo qui sera beaucoup plus explicite. La seule chose à retenir est le fait que l’on déplace un point définit sur l’outil (généralement le point à l’axe et à l’extrémité de celui-ci), d’un point A à un point B inscrits dans l’espace de travail de la machine, en ligne droite ou en arc de cercle d’un rayon donné, et en précisant les coordonnées XYZ pour chacun des points A et B.  Un usinage complet est une trajectoire outil définie par une successions de points inscrits dans l’espace de travail XYZ.

  Dans cette vidéo qui montre la réalisation d’une gravure décorative sur une porte de communication intérieure, on peut constater que l’enlèvement matière ne se fait réellement qu’en jouant sur les 2 axes X et Y, l’axe Z sert simplement à entrer et sortir de la matière (porte en l’occurrence) et ainsi « sauter » de segments en segments donnant la gravure d’ensemble au final. On parle ici d’usinage 2D, je vous donnerai plus bas un aperçu d’usinage 2D1/2…

« Hé ton truc c’est facile, c’est la machine qui fait tout le boulot! »…  Si on s’en tient à la vidéo précédente, c’est vrai et du coup il ne me reste plus qu’à la filmer! Mais bon, la machine ne fait que ce qu’on lui demande, et elle n’a pas d’oreille pour entendre nos instructions et ne comprend pas le français! On doit suivre une procédure qui commence avec une première étape de dessin ou conception, puis convertir ces dessins en parcours d’outils, et enfin programmer ces parcours dans un langage que comprend la machine: le Gcode.

 

Conception de la pièce à usiner

  Je conçois les projets que j’ai à réaliser, à l’aide de logiciels de DAOCAO (Dessin ou Conception Assistée par Ordinateur), et selon leurs complexités, soit je travaille en 2D avec Drafsight, soit en 3D avec TopSolid’Wood. La finalité recherchée lors de cette 1ère étape sera toujours la même: obtenir le plan 2D ou le modèle 3D de la pièce ou de l’usinage à réaliser sous forme d’un fichier numérique (sous les formats dxf ou stl pour les connaisseurs) qui sera ensuite exploité sur un autre logiciel qui me permettra de définir les parcours d’outils en m’appuyant sur les plans ou surfaces 3D, puis de générer le programme Gcode qu’exploite le contrôle numérique de la machine.

  Voici une capture vidéo qui montre très rapidement sous Drafsight, le tracé pour la réalisation d’une gravure sur une porte intérieure.

 

Programmation de l’usinage

  Après avoir dessiné la pièce à usiner, j’importe le plan de celle-ci sur un logiciel de FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur). Dans la plupart des cas j’utilise un petit programme mais néanmoins très performant, qui s’appelle CamBam. Avec celui-ci, j’applique dans un premier temps des fonctions d’usinage: gravure, pochage, contournage, perçage ou bien encore profilage 3D (usinage 2D1/2), sur les différents profils du plan importé. Puis une fois les paramètres d’usinages renseignés, je génère le programme Gcode que va exécuter le contrôle numérique de la machine.

Cette vidéo montre l’application d’un usinage de gravure et la génération du Gcode avec Cambam.

Usinage sur la fraiseuse numérique

  Une fois le programme Gcode généré, il est temps d’usiner. Ce programme est chargé sur le PC de la fraiseuse, et pour le pilotage de cette dernière j’utilise le logiciel Mach3. Celui-ci va lire le programme Gcode et le convertir en impulsions électriques qui vont actionner les moteurs de chaque axes de la machine.

  Je vais faire cours en vous disant simplement qu’avant de lancer l’usinage, il y a quelques manips à faire comme le référencement des axes, le montage et l’étalonnage des outils, le bridage sur la table de la pièce à usiner, la prise de l’origine programme…

  Dans la vidéo suivante vous pourrez découvrir un essai de gravure sur un panneau de mélaminé blanc, avec un encadré montrant l’interface Mach3 sur l’écran du PC de la machine.

  Je vous ai donc quelque peu détaillé mon process d’usinage CNC et montré une partie des programmes que j’utilise dans cette chaîne numérique. Il existe évidemment bien d’autres logiciels pour ce genre de procédé, certains couvrent plusieurs ou toutes les étapes du dessin à la programmation, et peuvent êtres automatisés pour passer du dessin à l’usinage en une seule fonction. Mais pour ma part, ils ne seront du coup pas assez flexibles pour couvrir la réalisation de projets, assez différents les uns des autres.

  Je vous ai parlé un peu plus haut d’usinage en 2D1/2 (2D et demie!), il s’agit pour cette méthode de balayer la surface de la pièce et de jouer avec l’axe Z pour générer des surfaces plus ou moins complexes . La vidéo suivante montre un petit peu cet aspect, bien que la surface usinée ne soit pas très complexe (désolé je n’avais pas d’autre vidéo sous le coude!). L’image qui suit juste après cette vidéo démontre que l’on peut avec cette méthode obtenir des surfaces courbes.

  Voilà pour ce premier article traitant du fraisage numérique, il ne s’agit là que de quelques notions pour vous donner un aperçut de ce que je peux faire. D’ici peu, je publierai un autre article sur le fraisage numérique mais cette fois-ci avec 2 axes linéaires et 1 axe rotatif, certains l’appellent le 4ème axe, et il permet de réaliser des pièces intéressantes…