Statista (données de 2022) estime que les machines CNC représentent plus de 70% des processus d'usinage de précision dans les pays industrialisés, l'usinage manuel étant relégué à des applications de niche. Cette situation n'est pas du tout inattendue en raison de la précision, du mode de contrôle et de la qualité de la production.
Pourtant, j'ai constaté que certains échantillons de commandes nécessitaient un usinage manuel. Ce texte partira donc de l'un de nos cas réels, puis présentera l'usinage CNC et l'usinage manuel. Après avoir pris connaissance de ces deux types d'usinage, nous dresserons la liste de leurs caractéristiques, de leurs avantages et de leurs inconvénients en vue d'une comparaison finale entre l'usinage CNC et l'usinage manuel. Enfin, nous mentionnons la combinaison des méthodes CNC et manuelles. Enfin, nous donnons de brèves réponses aux questions fréquemment posées en ligne à la fin de ce blog. Maintenant, plongeons dans le vif du sujet.
Un cas particulier de nos commandes
Le mois dernier, Johnson nous a commandé des rotors de gyroscope de haute précision, qui seront utilisés dans le cadre de son projet de recherche sur les systèmes de navigation. Et nous exigeons que leurs rugosité de la surface Ra doit être inférieur à 0,008μm. Après l'usinage CNC dans l'usine, nous avons entendu dire que le Ra ne pouvait pas atteindre la norme, bien que l'opérateur soit très prudent. Nous avons donc finalement dû adopter le polissage manuel pour éliminer la couche de contrainte résiduelle de l'usinage CNC par une approche d'enlèvement de matière couche par couche. Cette fois, le rapport a montré de bonnes données pour chaque paramètre, y compris le Ra. Et Johnson est satisfait des éléments. Vous voyez ? Dans une certaine mesure, les machines manuelles ne sont pas inutiles.
Ici, certaines personnes peuvent être confuses : quelle est l'importance réelle de l'usinage CNC par rapport à l'usinage manuel ? Je pense que cette question est pertinente. Et nous devons savoir ce qu'ils sont avant de les comparer.
Qu'est-ce que l'usinage CNC ?
Au début des années 1950, une collaboration innovante entre le groupe de recherche de Parsons et le laboratoire de servomécanismes du MIT a abouti à la création du premier prototype de machine-outil à commande numérique (CN) au monde. Ce système pionnier utilisait des signaux numériques pour dicter les trajectoires précises des outils de coupe. Il s'agit sans aucun doute d'un pas important vers l'automatisation complète des processus de fabrication. Au cours de la décennie suivante, grâce à des avancées technologiques incessantes et à des améliorations itératives, cette première technologie de commande numérique a évolué vers les systèmes d'usinage à commande numérique par ordinateur (CNC) sophistiqués que nous connaissons aujourd'hui.
L'usinage à commande numérique par ordinateur (CNC), abrégé en usinage CNC, est une méthode de fabrication avancée. Comme son nom l'indique, les opérations CNC dépendent entièrement de programmes informatiques sous forme de codes G. Cela contribue à sa capacité à traiter des géométries et des conceptions complexes. Cela contribue à sa capacité à traiter des géométries et des conceptions complexes. Quelle que soit la Fraisage CNC, Tournage CNC ou de forage, il est précis, stable et rentable, en particulier lorsque les quantités de produits sont importantes.
Certaines personnes peuvent également entendre parler de la CNC 3+2. Il s'agit de la CNC multi-axes. En général, les axes multiples peuvent être les axes A et C fonctionnant ensemble. Ou bien la machine ne peut avoir que des axes A ou C. Il peut même ne pas y avoir d'axe A ou C, mais seulement un étage X-Y-Z de base. Par exemple, les machines CNC qui "combinent trois axes linéaires (X, Y, Z) avec deux axes de rotation (par exemple, A, C)" sont appelées machines CNC 3+2 ou machines CNC à 5 axes. Et celles qui "intègrent trois axes linéaires (X, Y, Z) avec un seul axe de rotation (par exemple, A ou C)" sont appelées machines CNC à 4 axes.
En revanche, les machines CNC à trois axes comportent exclusivement des axes linéaires X, Y et Z. Elles représentent la configuration la plus fondamentale et la plus répandue en raison de leur conception structurelle simple et de leur coût relativement faible. Elles représentent la configuration la plus fondamentale et la plus largement utilisée en raison de leur conception structurelle simple et de leur coût relativement faible. Elles ne sont donc capables que de gérer des tâches d'usinage de composants de base, telles que les opérations courantes sur des surfaces planes et l'usinage de séries de trous.
Types d'usinage CNC
Fraisage CNC
Le fraisage CNC est une technique de fabrication soustractive qui fusionne les principes du fraisage traditionnel avec l'automatisation de pointe de la commande numérique par ordinateur (CNC). Ce processus utilise un outil de coupe rotatif à grande vitesse pour découper avec précision le matériau d'une pièce solide - qu'il s'agisse de métal, de plastique, de bois ou de matériaux composites - afin de produire des composants complexes et des produits finis.
Tours CNC
Contrairement au fraisage CNC utilisé pour l'usinage de rainures et d'engrenages, les tours CNC sont principalement conçus pour la fabrication de pièces rotatives telles que les arbres, les manchons, les disques et les filets. Leur principe de fonctionnement consiste à faire tourner la pièce tout en maintenant l'outil de coupe à l'arrêt ou en le déplaçant linéairement pour effectuer des opérations telles que le tournage, l'alésage, le surfaçage et le filetage. Nous pouvons donc facilement imaginer la raison pour laquelle il est bon pour les pièces rotatives.
En outre, les tours CNC coûtent généralement moins cher que les fraiseuses CNC. Grâce à leurs capacités d'usinage multi-axes et à leur contrôle complexe des mouvements, ils permettent d'atteindre une efficacité de production relativement plus élevée. Combinés à leur grande précision d'usinage, les tours CNC sont parfaits pour la fabrication de haute précision de composants cylindriques et coniques traditionnels.
EDM
Cependant, tous les composants ne sont pas aussi réguliers que les disques et les fils. Comment des composants complexes et ultra-durs tels que les tuyères aérospatiales ou les pales de turbines peuvent-ils être fabriqués avec une telle perfection ? Rencontrer Usinage par décharge électrique (EDM) œuvre. Il est un fascinant processus d'usinage sans contact qui façonne méticuleusement les matériaux à l'aide d'étincelles électriques soigneusement contrôlées. Acier trempé, carbure de tungstène ou alliages exotiques, l'électroérosion sculpte sans crainte les délicats trous de refroidissement des aubes des moteurs à réaction, crée des cavités labyrinthiques pour les moules d'injection ou perce les buses de carburant aux formes étranges des engins spatiaux. Elle est donc parfaite pour les géométries complexes, les parois minces et les pièces ultraprécises (±0,005 mm) sans contrainte mécanique.
Comparaison entre le fraisage CNC, les tours et l'électroérosion
Le fraisage CNC, les tours et l'électroérosion sont des techniques d'usinage CNC basées sur l'informatique. Nous établissons un tableau concluant pour vous aider à y voir plus clair.
| Fraisage CNC | Tour CNC | EDM | |
| Efficacité de la production | Haut | Haut | Faible à modéré |
| Précision | ±0,005 mm | ±0,005 mm | ±0,002 mm |
| Coût de la machine | Moyen à élevé | Moyen | Haut |
| Taux de rebut | Modéré | Faible (virage régulier) | Faible |
| Compatibilité des matériaux | Métaux, plastiques et composites | Métaux, plastiques | Matériaux conducteurs |
| Pièces les mieux adaptées | Contours en 3D, poches, fentes | Pièces rotatives/symétriques | Détails complexes, matériaux durcis |
Qu'est-ce que l'usinage manuel ?
Largement différent de Usinage CNCL'usinage manuel est un processus artisanal qui consiste à façonner des matières premières, telles que des métaux, pour leur donner les dimensions et les formes souhaitées à l'aide d'outils manuels tels que des tours, des perceuses à colonne et des fraiseuses portatives. Il s'agit généralement d'un prolongement de l'artisanat, qui allie la créativité humaine à un équipement spécialisé. Par exemple, la fabrication de composants de moteurs d'avion sur mesure avec des tolérances complexes illustre la valeur irremplaçable de l'usinage manuel.
Étude de cas entre l'usinage CNC et l'usinage manuel L'usinage manuel
Dans la partie suivante, nous avons suivi les processus d'usinage CNC et d'usinage manuel de deux arbres de transmission similaires destinés à une machine agricole. Nous avons également examiné les différences, les avantages et les inconvénients des deux procédés sous différents angles.
Usinage manuel des arbres d'engrenages agricoles
Révision du processus
Les opérateurs sélectionnent de l'acier à teneur moyenne en carbone (acier 1045) comme matière première et le coupent à la bonne longueur à l'aide d'une scie à métaux et d'une scie à ruban horizontale. Pendant ce temps, il calcule les paramètres clés à l'aide d'une règle à calcul. Comme le montre mon dossier, il devait utiliser la formule pour obtenir le diamètre primitif (D), puis aligner la valeur du module sur l'échelle C de la règle à calcul avec le nombre de dents sur l'échelle D. Il devait également calculer la vitesse de coupe (V) et faire correspondre la valeur de D sur l'échelle extérieure de la règle à calcul avec le nombre de tours par minute sur l'échelle intérieure. Ce n'est qu'après avoir terminé le calcul qu'il peut démarrer le tour.
Dans ce cas, il doit monter la pièce dans un mandrin à trois mâchoires et effectuer un tournage grossier pour enlever l'excédent de matière. Cela semble difficile. Ensuite, il devrait également utiliser des outils en carbure pour le tournage de finition afin d'obtenir une tolérance de 0,05 mm.
Le taillage des engrenages fait encore appel à des outils manuels, à une fraiseuse. L'installation, le calcul de l'index et l'ajustement de la plaque d'index sont tous effectués à la main.
Enfin, il a durci les dents de l'engrenage par induction pour obtenir une dureté de 50 à 55 HRC.
Notre tableau d'évaluation
| Enjeu | Score/Valeur |
| Rugosité de surface | 8/10 |
| Vitesse de production（Pics/Hour） | 2 |
| Expérience de l'opérateur (années) | 12 |
| Niveau de compétence des opérateurs | 9/10 |
Résultat final du test
| Para. | Standard | Résultat du test | Réussite/échec |
| Rugosité de la surface (Ra) | ≤1,6 μm | 1,8 μm | Échec |
| Essai de dureté Rockwell (HRC) | 50-55 | 52 | Passez |
| Tolérance sur le diamètre extérieur | ±0,05 mm | +0,03 mm | Passez |
| Erreur de tangage cumulée | ≤0,02 mm | 0,015 mm | Passez |
| Erreur de coaxialité | ≤0,01 mm | 0,008 mm | Passez |
Usinage CNC pour arbres d'engrenages agricoles
Révision du processus
Le processus d'usinage CNC serait plus automatique. L'opérateur a d'abord utilisé SolidWorks et AutoCAD pour concevoir l'arbre d'engrenage, en définissant les paramètres, notamment le module (m), le nombre de dents (z), l'angle de pression (α) et l'angle d'hélice (β). En même temps, il a calculé la géométrie, y compris le diamètre primitif, le diamètre du pied et la profondeur de coupe. Utilisez ensuite un calculateur de paramètres d'engrenage ou des formules pour vérifier les dimensions.
L'étape suivante est le processus clé, la programmation FAO et la simulation de parcours d'outils. Cela signifie que les opérateurs génèrent un code G à l'aide d'un logiciel de FAO et introduisent les paramètres. Ensuite, l'usinage CNC commence.
De la prise en main à l'ébauche de tournage, en passant par le taillage d'engrenages, la rectification et l'inspection de la qualité, elle semble plus rapide que l'usinage manuel.
Notre tableau d'évaluation
| Enjeu | Score/Valeur |
| Rugosité de surface | 8/10 |
| Vitesse de production（Pics/Hour） | 5 |
| Expérience de l'opérateur (années) | 5 |
| Niveau de compétence des opérateurs | 9/10 |
Résultat final du test
| Para. | Standard | Résultat du test | Réussite/échec |
| Rugosité de la surface (Ra) | ≤1,6 μm | 0,8 μm | Passez |
| Essai de dureté Rockwell (HRC) | 58-62 | 60 | Passez |
| Précision du profil dentaire | ±0,02 mm | +0,015 mm | Passez |
| Faux-rond radial de l'extrémité de la dent | ≤0.03mm | 0,002 mm | Passez |
| Uniformité du module | m=3±0.01 | m=3.005 | Passez |
Comparaison entre l'usinage CNC et l'usinage manuel
Nous avons également résumé la comparaison des caractéristiques après avoir examiné les deux cas susmentionnés.
Précision, répétabilité et assurance qualité
Comme nous l'attendions, l'usinage CNC est d'une grande précision et d'une grande répétabilité. Il n'est pas étonnant que le produit final de l'usinage CNC ait obtenu de meilleurs résultats que celui de l'usinage manuel. Si nous y réfléchissons bien, c'est parce que la nature des opérations CNC garantit un écart minimal par rapport aux spécifications de conception, les mouvements contrôlés par ordinateur éliminant l'erreur humaine.
Échelle de production et rentabilité
D'après le tableau d'analyse, une personne peut produire 5 pièces par heure. Cela s'explique par le fait que, d'après nos observations, l'intervention humaine au cours du processus est minimale. À l'inverse, l'usinage manuel est optimisé pour des volumes de production faibles à moyens. D'après mes archives, une personne seule ne peut produire que 2 pièces par heure. Ainsi, les machines CNC conviennent à la production de masse avec un faible coût de main-d'œuvre et moins de temps, tandis que la méthode manuelle est adaptée à la fabrication d'un ou deux échantillons.
Compétences et exigences opérationnelles
Les opérateurs de machines à commande numérique connaissent mieux l'informatique et l'automatisation de la fabrication, tandis que les opérateurs manuels sont rompus aux techniques manuelles.
L'opérateur CNC de notre étude est doué pour le réglage, l'intégration de la programmation, le dépannage technique et l'utilisation de la machine. Il a cinq ans d'expérience dans ce métier.
De plus, l'opérateur en usinage manuel connaît bien les outils de coupe, les propriétés des matériaux et les techniques pratiques. En outre, il peut interpréter les dessins techniques, sélectionner les outils appropriés et contrôler manuellement les paramètres de coupe, un processus qui repose sur un jugement intuitif affiné par 12 années d'expérience.
Atténuation des risques liés à la qualité et adaptabilité
La répétabilité inhérente à la CNC réduit les risques de qualité dans les applications à haute constance, telles que la fabrication d'appareils médicaux, où l'uniformité n'est pas négociable. L'absence de variabilité d'un opérateur à l'autre garantit que chaque cycle respecte strictement les paramètres programmés, minimisant ainsi les défauts.
L'usinage manuel nécessite toutefois un contrôle de qualité proactif pour compenser sa variabilité. Par exemple, l'usure de l'outil ou de légers tremblements de la main peuvent introduire des déviations, ce qui nécessite des contrôles a posteriori.
Inconvénients et avantages de l'usinage CNC par rapport à l'usinage manuel
Sur la base de l'examen ci-dessus, nous tirons les conclusions suivantes sur les avantages et les inconvénients de l'usinage CNC par rapport à l'usinage manuel.
| Usinage CNC | Usinage manuel | |
| Interchangeabilité et précision des produits finis | Haut | Nécessite un appairage personnalisé |
| Efficacité de la production | Haut | Faible |
| Matériaux applicables | Métaux/Plastiques/Matériaux composites | Métaux/ABS/bois/G10 |
| Production de déchets | Moins | Plus d'informations |
| Coûts de main-d'œuvre | Faible | Haut |
| Sécurité opérationnelle | Haut | Faible |
| Difficultés d'entretien | Haut | Faible |
| Coûts des machines | Haut | Faible |
| Ajustements en temps réel | Difficile | Facile |
| Mieux adapté pour | Production de masse | Production d'un seul lot ou d'un petit lot |
Avantages de l'usinage CNC
1. Vitesse de production
Les machines CNC n'ont jamais été fatiguées. Elles peuvent travailler sans interruption tant que l'informatique et la préparation sont prêtes. Cela permet de gagner beaucoup de temps pour produire davantage de produits. Deuxièmement, grâce à l'automatisation, un seul opérateur peut s'occuper de plusieurs machines pour fabriquer plusieurs produits en même temps. C'est l'autre raison essentielle de sa bonne vitesse de production.
2. Répétitivité
La répétabilité permet d'obtenir des produits d'une grande précision et d'une bonne interchangeabilité. L'action de l'usinage CNC reposant fortement sur le code informatique, elle ne peut introduire aucune erreur différant de la direction du code. En outre, le produit final est totalement identique, de sorte que les utilisateurs peuvent remplacer le composant par un autre dans le même lot.
3. Coût de la main-d'œuvre moins élevé
Plusieurs processus d'usinage CNC peuvent être exécutés par une seule personne en même temps. Cela permet d'économiser plusieurs fois les coûts de main-d'œuvre.
4. Modèles complexes
Les logiciels de CAO (conception assistée par ordinateur) et de FAO (fabrication assistée par ordinateur) des machines CNC permettent aux fabricants de produire des dessins complexes, y compris des contours et des courbes multi-axes.
Inconvénients de l'usinage CNC
1. Coûts initiaux élevés
L'investissement initial dans les machines CNC est plus élevé car les coûts d'équipement et d'installation sont importants. Une machine CNC est de grande taille et contient de nombreuses pièces automatiques. Même la machine doit être équipée de modules de haute technologie pour saisir le code. En général, seul du personnel professionnel peut installer cette machine volumineuse et complexe, ce qui entraîne des frais d'installation.
2. Coût d'entretien élevé
Bien que le risque de panne soit plus faible avec ces machines, si une panne survient, seuls des professionnels hautement qualifiés peuvent résoudre le problème. De plus, des frais d'installation sont également requis.
3. Compétences en programmation
Comme les machines à commande numérique reposent sur des codes spécifiques, vous avez besoin d'un programmeur compétent pour créer et configurer les codes. Il doit avoir reçu une formation professionnelle de haut niveau.
Avantages de l'usinage manuel
1. Coût inférieur
Le coût d'investissement initial des machines manuelles est moins élevé. Sans technologie de pointe, les outils et les machines d'usinage manuel ne sont pas si onéreux. En raison de leur prix abordable, les machines manuelles conviennent aux petits fabricants dont le budget est limité.
2. Pas de besoin de programmation
S'il n'y a pas de travailleur qui se débrouille bien en programmation, l'usinage manuel est parfait pour la situation.
3. Facilité d'entretien
En raison de la construction simple de l'outil d'usinage manuel, il est plus facile à entretenir en cas de défaillance de l'outil. En outre, les coûts de maintenance sont peu élevés.
4. Meilleure personnalisation
Les fraiseuses manuelles sont généralement utilisées pour des projets uniques. Parce qu'elles sont manipulées par l'homme et non par un code, ces machines offrent une grande souplesse et une grande adaptabilité dans le processus de production.
Inconvénients de l'usinage manuel
1. Vitesse de production lente
L'usinage manuel nécessite plus de travail humain. Un opérateur ne peut s'occuper que d'un seul produit. Il doit contrôler la précision à la main. Cela demande beaucoup de temps et d'énergie. De plus, les hommes doivent non seulement faire des pauses pendant le travail, mais aussi prendre des congés pendant les jours fériés traditionnels. Pendant cette période, il n'y a pas de production dans l'atelier d'usinage manuel.
2. Taux d'erreur élevé dû aux facteurs humains
En raison de la forte dépendance à l'égard des opérateurs, les machines manuelles manquent de précision. En d'autres termes, il est possible de fabriquer des produits finis non qualifiés. Et le risque de reprise est plus élevé.
3. Forte dépendance à l'égard des compétences de la main-d'œuvre
L'opérateur doit maîtriser les techniques manuelles, qui influencent étroitement l'efficacité et la qualité du produit. Cependant, l'acquisition de ces compétences nécessaires requiert non seulement une formation théorique, mais aussi des années d'expérience pratique. Ce n'est pas chose facile.
Qu'en est-il de l'hybride entre l'usinage CNC et l'usinage manuel ?
L'hybridation de l'usinage CNC et du travail manuel consiste à utiliser des machines contrôlées par ordinateur pour des tâches de précision tout en ajoutant des compétences humaines pour la finition ou les ajustements, créant ainsi une approche équilibrée de la fabrication. Par exemple, une machine à commande numérique découpe une pièce métallique avec une grande précision, puis un ouvrier polit manuellement ses bords pour les rendre plus lisses, et enfin, il inspecte et ajuste des détails comme les trous ou les filets pour garantir la perfection.
Cette méthode hybride fonctionne bien dans les projets personnalisés, comme la fabrication de bijoux complexes, où la CNC crée la forme de base et les artisans ajoutent des motifs gravés à la main, ou dans la réparation de moteurs de voitures anciennes en usinant de nouvelles pièces avec la CNC et en les ajustant manuellement aux anciens composants. En outre, cette méthode est idéale pour le prototypage de gadgets, en combinant la production CNC rapide de boîtiers en plastique avec l'assemblage manuel de minuscules pièces électroniques, ce qui permet de gagner du temps tout en préservant la qualité et la flexibilité.
Conclusion
En fin de compte, j'aimerais donner 70% d'importance à l'usinage CNC et 30% à l'usinage manuel.
À propos de SogaWorks
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FAQ
1. Où utiliser l'usinage manuel ?
L'usinage manuel est idéal lorsque les machines à commande numérique sont occupées par de petits lots urgents. Il est également essentiel pour les tâches spécialisées qui dépassent les configurations CNC standard, telles que les configurations à lit incliné nécessitant des angles d'outil uniques.
2. Quels sont les facteurs à prendre en compte avant de choisir l'usinage CNC ou l'usinage manuel ?
Pour choisir entre l'usinage CNC et l'usinage manuel, il faut tenir compte de la complexité de la pièce, du budget, du volume et du temps : La CNC excelle dans les conceptions complexes, les tolérances serrées et les grandes séries, malgré des coûts initiaux plus élevés, tandis que l'usinage manuel convient aux géométries simples, aux faibles volumes et aux budgets limités, mais demande plus de travail et de temps. La CNC privilégie la précision et l'efficacité pour les projets complexes et de grande envergure, tandis que la méthode manuelle offre une certaine souplesse pour les tâches plus simples et à petite échelle. Si vous ne savez toujours pas comment choisir entre l'usinage CNC et l'usinage manuel, n'hésitez pas à nous contacter.
3. Quelles sont les applications de l'usinage CNC par rapport à l'usinage manuel ? l'usinage manuel ?
L'usinage CNC est idéal pour la production en grande série, comme les pièces automobiles, le prototypage précis et l'outillage rapide avec des matériaux résistants. Quant à l'usinage manuel, il convient aux petits projets, à la personnalisation artistique et aux réparations urgentes en raison de sa flexibilité et de l'absence de codage.
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