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Historique du développement de la machine CNC
Découvrez dans cet article l'histoire des machines-outils CNC et leur évolution au fil du temps.
1、Introduction aux machines-outils CNC
Les machines-outils CNC peuvent être utilisées de nombreuses façons différentes. Lorsque la pièce à usiner change, il suffit de modifier les instructions du programme d'entrée. La vitesse d'usinage est supérieure à celle de la plupart des machines-outils automatiques, et elles permettent d'usiner des profils complexes avec précision. Elles sont donc particulièrement adaptées à l'usinage de petites et moyennes séries, aux changements fréquents de configuration et aux besoins de haute précision. Pour les pièces aux formes complexes, elles permettent d'obtenir de bons résultats économiques.
À mesure que la technologie de commande numérique progresse, on voit apparaître de plus en plus de types de machines-outils équipées de systèmes de commande numérique. Parmi celles-ci, on trouve les tours, les fraiseuses, les aléseuses, les perceuses, les rectifieuses, les machines d’usinage d’engrenages et les machines d’électroérosion. Il existe également des machines telles que les centres d’usinage, les centres de tournage, etc., capables de changer d’outil automatiquement et d’effectuer plusieurs opérations en un seul serrage.
2 Aperçu des étapes de développement des machines-outils CNC
Au début, la vitesse des ordinateurs n’était pas très élevée. Cela n’avait pas beaucoup d’incidence sur les ordinateurs scientifiques ni sur le traitement des données, mais cela empêchait de contrôler les machines-outils en temps réel. Il a donc fallu recourir à des circuits logiques numériques pour “ construire ” un ordinateur spécifique destiné aux machines-outils, qui servirait de système de commande numérique. On parle alors de commande numérique connectée au matériel, ou simplement de commande numérique. Au fil de l’évolution des composants, cette technologie a connu trois générations. La première génération, celle des tubes électroniques, est apparue en 1952. La deuxième génération, celle des transistors, est apparue en 1959, et la troisième génération, celle des circuits intégrés à petite échelle, est apparue en 1965.
En 1946, l'ordinateur électronique le plus avancé au monde a été créé. Cela montre que l'homme a su fabriquer des outils capables d'aider, voire parfois de remplacer, le travail de l'esprit. Comparé aux outils fabriqués par les sociétés agricoles et industrielles, celui-ci ne constitue qu'un moyen de faciliter le travail physique. Comparé à d’autres innovations, il s’agit d’un changement majeur, qui a ouvert la voie à l’entrée des individus dans la société de l’information.
Six ans plus tard, en 1952, la technologie informatique a été intégrée aux machines-outils. Cela a conduit à la création des machines-outils « front-end » aux États-Unis. Depuis lors, les machines-outils traditionnelles n’ont cessé de s’améliorer. Le système CNC n’a cessé de s’améliorer depuis près de 50 ans, au fil de deux phases et de six générations.
3 L'histoire du développement de la commande numérique générale
En 1948, l’armée de l’air américaine a demandé à la société Parsons Corporation, basée aux États-Unis, de mettre au point des équipements d’usinage destinés à la fabrication d’échantillons de profils de pales d’hélices d’avion. En raison de la complexité et de la diversité des formes des gabarits, ainsi que des exigences de haute précision, il était difficile d’utiliser des équipements d’usinage classiques ; c’est pourquoi le recours à des machines-outils à commande numérique a été proposé. Avec l’aide du Bureau de recherche sur les servomécanismes du Massachusetts Institute of Technology, l’entreprise a commencé à mener des recherches sur les machines-outils CNC en 1949. En 1952, une grande fraiseuse verticale à copier fut transformée en la première fraiseuse à trois coordonnées CNC au monde. La production proprement dite allait bientôt démarrer.
À cette époque, les dispositifs à commande numérique utilisaient des composants à tubes électroniques, qui étaient encombrants et coûteux. Ils n’étaient utilisés que pour l’usinage de pièces aux surfaces complexes dans quelques secteurs ayant des besoins spécifiques, comme l’industrie aéronautique. En 1959, l’apparition des composants à transistors et des cartes de circuits imprimés a permis aux dispositifs à commande numérique de se généraliser. Après 1960, les perceuses CNC et les fraiseuses CNC à commande linéaire, relativement simples et peu coûteuses, ont connu un développement rapide. Cela a rendu les machines-outils CNC de plus en plus populaires dans différents secteurs de l'industrie mécanique au fil du temps.
En 1965, le dispositif de commande numérique à circuit intégré de troisième génération a fait son apparition. Ce dispositif est compact, consomme peu d’énergie et offre une plus grande fiabilité. Il permet également de réduire les prix, ce qui favorise la diversification des types de machines-outils CNC et l’augmentation de leur production. À la fin des années 1960, un système de commande numérique directe (DNC), capable de contrôler directement plusieurs machines-outils, a vu le jour. Ce système était également appelé « système de commande groupée ». Parallèlement, un système de commande numérique par ordinateur (CNC), piloté par un petit ordinateur, a permis au dispositif de commande numérique de revenir à sa position initiale. Les mini-ordinateurs ont joué un rôle majeur dans la quatrième génération.
En 1974, un dispositif de commande numérique par micro-ordinateur (ou MNC) a été mis au point à l'aide d'un microprocesseur et d'une mémoire à semi-conducteurs. Il s'agit de la cinquième génération de systèmes de commande numérique. Par rapport à la troisième génération, la cinquième génération a doublé les fonctions du dispositif de commande numérique, tout en réduisant sa taille à 1/20e de celle d'origine, en diminuant son prix de 3/4 et en le rendant beaucoup plus fiable.
4 tables à commande numérique par ordinateur
En 1970, l'industrie des petits ordinateurs s'était développée et la production en série était devenue courante ; ces machines ont donc été placées au cœur du système de commande numérique, marquant ainsi le début de l'ère de la commande numérique par ordinateur. En 1971, la société américaine INTEL Corporation fut la première au monde à réunir les deux composants les plus importants d'un ordinateur — l'unité arithmétique et le contrôleur — sur une seule puce grâce à la technologie des circuits intégrés à grande échelle. Cette puce, appelée “ microprocesseur ”, réunissait pour la première fois sur une même puce deux des composants les plus importants d’un ordinateur. L’abréviation « CPU » signifie « unité centrale de traitement ».”
Le microprocesseur était déjà utilisé dans les systèmes de commande numérique dès 1974. En effet, les capacités de ce petit ordinateur sont trop puissantes, et le pilotage d’une machine-outil n’est pas aussi rentable ni aussi judicieux que l’utilisation d’un microprocesseur. Il fallait alors résoudre la question de la conception de cette petite machine. Le microprocesseur étant l’élément le plus important d’un ordinateur et pouvant être utilisé à des fins très variées, on parle alors de « commande numérique par ordinateur ».
En 1990, le PC, ou ordinateur personnel, avait atteint un très haut niveau de performance. Il était donc en mesure de remplir les conditions requises pour devenir l'élément central d'un système de commande numérique. Depuis lors, le système de commande numérique a lui aussi évolué au point de fonctionner comme un PC standard.
Le domaine de la commande numérique par ordinateur a connu trois générations. La quatrième
La quatrième génération était celle des mini-ordinateurs, apparus en 1970. La cinquième génération était celle des microprocesseurs, apparus en 1974, et la sixième génération était celle des PC, apparus en 1990. Il convient également de mentionner que, bien que d’autres pays aient déjà adopté le terme “ commande numérique par ordinateur ” (CNO), notre pays continue de l’appeler “ commande numérique ” (CN). Nous parlons sans cesse de « commande numérique », mais ce que nous entendons réellement, c’est « commande numérique par ordinateur ».”
Au milieu du XXe siècle, avec les progrès de la technologie électronique, le traitement automatisé de l’information, l’informatique et les ordinateurs électroniques ont fait leur apparition. Ces avancées ont apporté de nouvelles perspectives à la technologie de l’automatisation, comme l’utilisation de signaux numériques pour contrôler les mouvements et le traitement des machines-outils. Cela a contribué à une plus grande automatisation des machines-outils et à leur développement.
5. Conclusion
Par la suite, les machines-outils CNC à commande par points ont connu un essor rapide après 1960. En effet, un système de commande numérique par points est beaucoup plus facile à utiliser qu’un système de commande numérique par contours. Les fraiseuses, poinçonneuses et aléseuses à coordonnées CNC ont toutes considérablement évolué de ce fait. Les statistiques montrent que, sur les quelque 6 000 machines-outils CNC effectivement utilisées en 1966, 85% étaient des machines à commande par points. Certains pays dotés d’industries bien développées, comme l’Allemagne et le Japon, ont tour à tour mis au point, fabriqué et utilisé des machines-outils CNC.
Avec le développement rapide de la microélectronique, des ordinateurs et des logiciels, les machines-outils CNC sont de plus en plus équipées de systèmes de commande plus compacts et dotés de fonctionnalités plus nombreuses. Elles sont également de plus en plus fiables, et le système CNC lui-même est généralement capable d'effectuer une programmation automatique.
À l'avenir, on verra apparaître davantage de types de machines-outils CNC destinées à l'usinage centralisé multiprocédés. Le traitement au laser et d’autres technologies seront utilisés sur les machines-outils de découpe, ce qui augmentera le nombre de processus centralisés multiprocédés. Les machines-outils CNC deviendront également plus automatisées. Elles ont été améliorées et disposent désormais de davantage de fonctions de surveillance. Cela facilite leur utilisation en tant qu’unité de fabrication flexible au sein d’un système de fabrication flexible hautement automatisé.
