Fabrication assistée par ordinateur (FAO): L’introduction complète pour l’esprit du débutant
Dans un monde plein de choses physiques – qu’il s’agisse de produits, de pièces ou de lieux – la fabrication assistée par ordinateur (FAO) rend tout cela possible. Nous sommes ceux qui donnent la puissance du vol aux avions ou le grondement des chevaux aux automobiles. Lorsque vous avez besoin de quelque chose de fait, pas seulement de conçu, CAM est votre réponse. Que se passe-t-il dans les coulisses? Continuez à lire et vous le saurez.
Qu’est-ce que CAM? La fabrication assistée par ordinateur (FAO) est l’utilisation de logiciels et de machines contrôlées par ordinateur pour automatiser un processus de fabrication.
Sur la base de cette définition, vous avez besoin de trois composants pour qu’un système FAO fonctionne:
- Logiciel qui indique à une machine comment fabriquer un produit en générant des parcours d’outils.
- Machines capables de transformer la matière première en produit fini.
- Le post-traitement convertit les parcours d’outils en un langage que les machines peuvent comprendre.
Ces trois composants sont collés ensemble avec des tonnes de travail et de compétences humaines. En tant qu’industrie, nous avons passé des années à construire et à perfectionner les meilleures machines de fabrication. Aujourd’hui, il n’y a pas de conception trop résistante pour un atelier de machiniste compétent.
Processus de CAO à FAO
Sans CAM, il n’y a pas de CAO. La CAO se concentre sur la conception d’un produit ou d’une pièce. À quoi ça ressemble, comment ça marche. CAM se concentre sur la façon de le faire. Vous pouvez concevoir la partie la plus élégante de votre outil de CAO, mais si vous ne pouvez pas la fabriquer efficacement avec un système FAO, vous feriez mieux de lancer des pierres.
Le début de chaque processus d’ingénierie commence dans le monde de la CAO. Les ingénieurs feront un dessin 2D ou 3D, qu’il s’agisse d’un vilebrequin pour une automobile, du squelette intérieur d’un robinet de cuisine ou de l’électronique cachée dans un circuit imprimé. En CAO, toute conception est appelée un modèle et contient un ensemble de propriétés physiques qui seront utilisées par un système FAO.
Lorsqu’une conception est terminée en CAO, elle peut ensuite être chargée dans CAM. Cela se fait traditionnellement en exportant un fichier CAO, puis en l’important dans le logiciel FAO. Si vous utilisez un outil comme Fusion 360, la CAO et la FAO existent dans le même monde, donc aucune importation / exportation n’est requise.
Une fois votre modèle CAO importé dans FAO, le logiciel commence à préparer le modèle pour l’usinage. L’usinage est le processus contrôlé de transformation de la matière première en une forme définie par des actions telles que la découpe, le perçage ou l’alésage.
Le logiciel de fabrication assistée par ordinateur prépare un modèle pour l’usinage en exécutant plusieurs actions, notamment:
- Vérifier si le modèle présente des erreurs de géométrie qui auront un impact sur le processus de fabrication.
- Création d’un parcours d’outil pour le modèle, un ensemble de coordonnées que la machine suivra pendant le processus d’usinage.
- Réglage de tous les paramètres nécessaires de la machine, y compris la vitesse de coupe, la tension, la hauteur de coupe / perçage, etc.
- Configurer l’imbrication là où le système FAO décidera de la meilleure orientation pour une pièce afin de maximiser l’efficacité de l’usinage.
Une fois le modèle préparé pour l’usinage, toutes les informations sont envoyées à une machine pour produire la pièce physiquement. Cependant, nous ne pouvons pas simplement donner à une machine un tas d’instructions en anglais. Nous devons parler le langage de la machine. Pour ce faire, nous convertissons toutes nos informations d’usinage dans un langage appelé G-code. Il s’agit de l’ensemble d’instructions qui contrôle les actions d’une machine, y compris la vitesse, la vitesse d’avance, les liquides de refroidissement, etc.
Le code G est facile à lire une fois que vous comprenez le format. Un exemple ressemble à ceci:
G01 X1 Y1 F20 T01 S500
Cela se décompose de gauche à droite comme suit:
- G01 indique un mouvement linéaire basé sur les coordonnées X1 et Y1.
- F20 définit une vitesse d’avance, qui est la distance parcourue par la machine en un tour de broche.
- T01 indique à la machine d’utiliser l’outil 1 et S500 règle la vitesse de la broche.
Une fois que le code G est chargé dans la machine et qu’un opérateur démarre, notre travail est terminé. Il est maintenant temps de laisser la machine exécuter le code G pour transformer un bloc de matière première en produit fini.
Vue d’ensemble des machines CNC
Jusqu’à présent, nous avons parlé des machines d’un système FAO comme de simples machines, mais cela ne leur rend pas vraiment justice. Regarder une fraiseuse Haas glisser à travers un bloc de métal comme du beurre me fait sourire à chaque fois. Sans ces machines, mon travail serait impossible.
Tous les centres de fabrication modernes utiliseront diverses machines à commande numérique par ordinateur (CNC) pour produire des pièces techniques. Le processus de programmation d’une machine CNC pour effectuer des actions spécifiques est appelé usinage CNC.
Avant l’apparition des machines CNC, les centres de fabrication étaient gérés manuellement par des vétérans de Machinist. Bien sûr, comme tout ce que les ordinateurs touchent, l’automatisation a rapidement suivi. De nos jours, la seule intervention humaine requise pour faire fonctionner une machine CNC est le chargement d’un programme, l’insertion de matière première, puis le déchargement d’un produit fini.
À l’atelier Autodesk Pier 9, ils ont un bon échantillon de machines CNC, y compris:
Routeurs CNC
Ces machines découpent des pièces et découpent une variété de formes avec des composants de filage à grande vitesse. Par exemple, un routeur CNC utilisé pour le travail du bois peut faciliter la découpe du contreplaqué en pièces d’armoire. Il peut également s’attaquer facilement à la gravure décorative complexe sur un panneau de porte. Les routeurs CNC ont des capacités de coupe à 3 axes, ce qui leur permet de se déplacer le long des axes X, Y et Z.
Découpeurs à eau, plasma et laser
Ces machines utilisent des lasers précis, de l’eau à haute pression ou une torche à plasma pour effectuer une coupe contrôlée ou une finition gravée. Les techniques de gravure manuelle peuvent prendre des mois pour être réalisées à la main, mais l’une de ces machines peut effectuer le même travail en quelques heures ou quelques jours. Les coupeurs au plasma sont pratiques pour couper à travers des matériaux électriquement conducteurs comme les métaux.
Fraiseuses
Ces machines déchiquettent une variété de matériaux comme le métal, le bois, les composites, etc. Les fraiseuses ont une énorme polyvalence avec une variété d’outils qui peuvent répondre à des exigences spécifiques de matériaux et de formes. L’objectif global d’une fraiseuse est d’éliminer la masse d’un bloc de matériau brut aussi efficacement que possible.
Tours
Ces machines détruisent également les matières premières comme une fraiseuse. Ils le font différemment. Une fraiseuse a un outil de filage et un matériau stationnaire, où un tour tourne le matériau et coupe avec un outil stationnaire.
Machines à décharge électrique (EDM)
Ces machines découpent la forme désirée de la matière première par décharge électrique. Une étincelle électrique est créée entre une électrode et la matière première, la température de l’étincelle atteignant 8 000 à 12 000 degrés Celsius. Cela permet à un EDM de fondre à travers presque tout dans un processus contrôlé et ultra-précis.
L’élément humain de la fabrication assistée par ordinateur (FAO)
L’élément humain a toujours été un sujet délicat depuis l’arrivée de CAM dans les années 1990. Dans les années 1950, lorsque John T. Parsons a introduit pour la première fois l’usinage CNC, la maîtrise des machines exigeait énormément de formation et de pratique.
À l’époque de l’usinage manuel, être machiniste était un insigne d’honneur qui nécessitait des années de formation pour se perfectionner. Un machiniste devait tout faire: lire des plans, savoir quels outils utiliser, définir des avances et des vitesses pour des matériaux spécifiques et couper soigneusement une pièce à la main. Il ne s’agissait pas seulement d’une dextérité manuelle précise. Être machiniste était, et est toujours, à la fois un art et une science.
De nos jours, le machiniste moderne est vivant et en bonne santé, car l’homme, la machine et le logiciel se combinent pour faire avancer notre industrie. Des compétences qui prenaient auparavant 40 ans à maîtriser peuvent désormais être conquises en une fraction du temps. Les nouvelles machines et logiciels de FAO nous ont donné plus de contrôle que jamais pour concevoir et fabriquer des produits meilleurs et plus innovants que nos ancêtres, ce qu’ils admettront… à contrecœur.
Qu’est-ce que tout cela signifie pour l’élément humain de la fabrication? Le rôle d’un machiniste traditionnel est en train de changer. Aujourd’hui, nous voyons un environnement de machinistes modernes joué avec trois rôles typiques:
- L’opérateur: Cette personne charge les matières premières dans une machine CNC et exécute les pièces finies tout au long du processus d’emballage final.
- L’opérateur de configuration: Cette personne effectue la configuration initiale d’une machine CNC, y compris le chargement d’un programme G-code et la configuration des outils.
- Le programmeur: Cette personne prend le dessin pour un modèle CAO et décide comment le réaliser avec ses machines CNC disponibles. Leur travail consiste à définir les parcours d’outils, les outils, les vitesses et les avances dans le code G pour faire le travail.
Dans un flux de travail typique, le programmeur transmettra son programme à l’opérateur de configuration, qui chargera ensuite le code G dans la machine. Une fois la machine prête à rouler, l’opérateur fabriquera la pièce. Dans certains magasins, ces rôles peuvent se combiner et se chevaucher dans les responsabilités d’une ou deux personnes.
En dehors des opérations quotidiennes de la machine, il y a aussi l’ingénieur de fabrication parmi le personnel. Dans une nouvelle configuration de magasin, cette personne établit généralement des systèmes et détermine un processus de fabrication idéal. Pour les configurations existantes, un ingénieur de fabrication surveillera la qualité des équipements et des produits tout en effectuant d’autres tâches de gestion.
L’impact de la FAO
Nous devons remercier John T. Parsons pour avoir introduit une méthode de carte perforée pour programmer et automatiser les machines. En 1949, l’armée de l’air des États-Unis a financé Parsons pour construire une machine automatisée qui pourrait surpasser les machines NC manuelles. Avec l’aide du MIT, Parsons a pu développer le premier prototype NC.
À partir de là, le monde de l’usinage CNC a commencé à décoller. Dans les années 1950, l’armée américaine a acheté des machines NC et les a prêtées aux fabricants. L’idée était d’inciter les entreprises à adopter la nouvelle technologie dans leur processus de fabrication. Pendant ce temps, nous avons également vu le MIT développer le premier langage de programmation universel pour les machines CNC: le G-code.
Les années 1990 ont introduit l’introduction de la CAO et de la FAO au PC et ont complètement révolutionné la façon dont nous abordons la fabrication aujourd’hui. Les premiers travaux de CAO et FAO étaient réservés aux applications automobiles et aérospatiales coûteuses, mais aujourd’hui, des logiciels comme Fusion 360 sont disponibles pour les ateliers de fabrication de toutes formes et tailles.
Depuis sa création, CAM a apporté une tonne d’améliorations au processus de fabrication, notamment:
- Amélioration des capacités de la machine. Les systèmes FAO peuvent tirer parti des machines avancées à 5 axes pour fournir des pièces plus sophistiquées et de meilleure qualité.
- Amélioration de l’efficacité de la machine. Le logiciel FAO d’aujourd’hui fournit des parcours de machines-outils à grande vitesse qui nous aident à fabriquer des pièces plus rapidement que jamais.
- Amélioration de l’utilisation des matériaux. Avec des machines additives et des systèmes FAO, nous pouvons produire des géométries complexes avec un minimum de déchets, ce qui signifie des coûts réduits.
Bien entendu, ces avantages comportent certains compromis. Les systèmes et les machines de fabrication assistée par ordinateur nécessitent un coût initial énorme. Il y a aussi le problème du roulement. Le fonctionnement des machines devenant de moins en moins un métier spécialisé, il est difficile d’attirer et de retenir les bons talents.
CAM est l’homme
La FAO ne consiste pas seulement à contrôler les machines dans un atelier. Il s’agit de rassembler des logiciels, des machines, des processus et des personnes pour créer des pièces de très grande qualité. Si c’est la première fois que vous plongez dans le monde de la FAO, je vous encourage vivement à vous adresser à un magasin local pour obtenir une visite de l’intérieur. Sentez le bourdonnement des machines CNC dans vos pieds ou glissez votre main sur une pièce fraîchement sortie de la machine. C’est une expérience incroyable que j’espère que les générations futures pourront apprécier. CAM est une question de contact humain.
Êtes-vous toujours en train de bricoler avec un outil de CAO et de FAO séparé ? Fusion 360 possède les deux.