Produit d'usinage CNC en fonte grise

L'usinage est un processus dans lequel un matériau (souvent du métal) est découpé dans la forme et la taille finales souhaitées par un processus d'enlèvement de matière contrôlé. Les processus qui ont ce thème commun, l'enlèvement contrôlé de matière, sont aujourd'hui collectivement connus sous le nom de fabrication soustractive, par opposition aux processus d'ajout contrôlé de matière, appelés fabrication additive. Ce qu'implique exactement la partie « contrôlée » de la définition peut varier, mais cela implique presque toujours l'utilisation de machines-outils (en plus des seuls outils électriques et manuels).

L'usinage fait partie de la fabrication de nombreuxproduits métalliques, mais il peut également être utilisé sur des matériaux tels que le bois, le plastique, la céramique et les composites. Une personne spécialisée dans l’usinage s’appelle un machiniste. Une pièce, un bâtiment ou une entreprise où l'usinage est effectué est appelé un atelier d'usinage. Une grande partie de l'usinage moderne est réalisée par commande numérique par ordinateur (CNC), dans laquelle des ordinateurs sont utilisés pour contrôler le mouvement et le fonctionnement des fraiseuses, des tours et autres machines de découpe. Cela augmente l'efficacité, car la machine CNC fonctionne sans personnel, réduisant ainsi les coûts de main-d'œuvre pour les ateliers d'usinage.

Les trois principaux procédés d'usinage sont classés en tournage, perçage et fraisage. D'autres opérations entrant dans des catégories diverses comprennent le façonnage, le rabotage, l'alésage, le brochage et le sciage.

Les opérations de tournage sont des opérations qui font tourner la pièce comme principale méthode de déplacement du métal contre l'outil de coupe. Les tours sont la principale machine-outil utilisée en tournage.

Les opérations de fraisage sont des opérations au cours desquelles l'outil de coupe tourne pour amener les arêtes de coupe en appui contre la pièce. Les fraiseuses sont la principale machine-outil utilisée en fraisage.

Les opérations de perçage sont des opérations dans lesquelles des trous sont réalisés ou affinés en mettant en contact avec la pièce une fraise rotative dotée de tranchants à l'extrémité inférieure. Les opérations de perçage se font principalement dans des perceuses à colonne mais parfois sur des tours ou des fraiseuses.

Les opérations diverses sont des opérations qui, à proprement parler, ne sont pas des opérations d'usinage dans la mesure où elles ne peuvent pas être des opérations de production de copeaux, mais ces opérations sont effectuées sur une machine-outil typique. Le brunissage est un exemple d’opération diverse. Le brunissage ne produit aucun copeau mais peut être effectué sur un tour, une fraiseuse ou une perceuse à colonne.

Une pièce non finie nécessitant un usinage devra être découpée pour créer un produit fini. Un produit fini serait une pièce qui répond aux spécifications établies pour cette pièce par des dessins techniques ou des plans. Par exemple, une pièce à usiner peut devoir avoir un diamètre extérieur spécifique. Un tour est une machine-outil qui peut être utilisée pour créer ce diamètre en faisant tourner une pièce métallique, de sorte qu'un outil de coupe puisse couper le métal, créant ainsi une surface lisse et ronde correspondant au diamètre et à la finition de surface requis. Une perceuse peut être utilisée pour enlever le métal sous la forme d'un trou cylindrique. D'autres outils pouvant être utilisés pour divers types d'enlèvement de métal sont les fraiseuses, les scies et les rectifieuses. Beaucoup de ces mêmes techniques sont utilisées dans le travail du bois.

Les techniques d'usinage avancées incluent la précisionUsinage CNC, usinage par électroérosion (EDM), érosion électrochimique, découpe laser ou découpe au jet d'eau pour façonner des pièces métalliques.

En tant qu'entreprise commerciale, l'usinage est généralement effectué dans un atelier d'usinage, qui consiste en une ou plusieurs salles de travail contenant les principales machines-outils. Bien qu'un atelier d'usinage puisse être une opération autonome, de nombreuses entreprises disposent d'ateliers d'usinage internes qui répondent aux besoins spécialisés de l'entreprise.

L'usinage nécessite une attention particulière à de nombreux détails pour qu'une pièce soit conforme aux spécifications énoncées dans les dessins techniques ou les plans. Outre les problèmes évidents liés aux dimensions correctes, il existe le problème de l’obtention d’une finition ou d’un lissé de surface correct sur la pièce à usiner. La finition inférieure trouvée sur la surface usinée d'une pièce peut être causée par un serrage incorrect, un outil émoussé ou une présentation inappropriée d'un outil. Souvent, cette mauvaise finition de surface, appelée broutage, se manifeste par une finition ondulée ou irrégulière et par l'apparition de vagues sur les surfaces usinées de la pièce.

L'usinage est tout processus dans lequel un outil de coupe est utilisé pour éliminer de petits copeaux de matériau de la pièce (la pièce est souvent appelée « œuvre »). Pour effectuer l'opération, un mouvement relatif est nécessaire entre l'outil et la pièce à travailler. Ce mouvement relatif est obtenu dans la plupart des opérations d'usinage au moyen d'un mouvement primaire, appelé « vitesse de coupe » et d'un mouvement secondaire appelé « avance ». La forme de l'outil et sa pénétration dans la surface de travail, combinées à ces mouvements, produisent la forme souhaitée de la surface de travail résultante.

Opérations d'usinage
Il existe de nombreux types d’opérations d’usinage, chacune étant capable de générer une certaine géométrie de pièce et une certaine texture de surface.

En tournage, un outil de coupe avec un seul tranchant est utilisé pour enlever de la matière d'une pièce en rotation afin de générer une forme cylindrique. Le mouvement principal est assuré par la rotation de la pièce, et le mouvement d'avance est obtenu en déplaçant lentement l'outil de coupe dans une direction parallèle à l'axe de rotation de la pièce.

Le perçage est utilisé pour créer un trou rond. Ceci est réalisé par un outil rotatif qui possède généralement deux ou quatre arêtes coupantes hélicoïdales. L'outil est introduit dans une direction parallèle à son axe de rotation dans la pièce pour former le trou rond.

Lors de l'alésage, un outil doté d'une seule pointe pointue et courbée est avancé dans un trou grossièrement réalisé dans une pièce en rotation pour agrandir légèrement le trou et améliorer sa précision. Il s’agit d’une opération de finition fine utilisée dans les dernières étapes de fabrication du produit.

L'alésage est l'une des opérations de dimensionnement qui consiste à retirer une petite quantité de métal d'un trou déjà percé.

En fraisage, un outil rotatif doté de plusieurs arêtes de coupe est déplacé lentement par rapport au matériau pour générer une surface plane ou droite. La direction du mouvement d'avance est perpendiculaire à l'axe de rotation de l'outil. La vitesse de déplacement est assurée par la fraise rotative. Les deux formes de base de fraisage sont : le fraisage périphérique et le surfaçage.

D'autres opérations d'usinage classiques comprennent le façonnage, le rabotage, le brochage et le sciage. En outre, le meulage et les opérations abrasives similaires sont souvent inclus dans la catégorie de l’usinage.

Un outil de coupe possède un ou plusieurs bords tranchants et est constitué d'un matériau plus dur que le matériau de travail. Le tranchant sert à séparer les copeaux du matériau de travail d'origine. Les deux surfaces de l'outil sont reliées au tranchant :

La face inclinée et le flanc.
La face de coupe qui dirige le flux des copeaux nouvellement formés est orientée selon un certain angle appelé angle de coupe « α ». Elle est mesurée par rapport au plan perpendiculaire au plan de travail. L'angle de coupe peut être positif ou négatif. Le flanc de l'outil offre un jeu entre l'outil et la surface de travail nouvellement formée, protégeant ainsi la surface de l'abrasion qui dégraderait la finition. Cet angle entre la surface de travail et la surface du flanc est appelé angle de dépouille. Il existe deux types principaux d'outils de coupe :

Outil à pointe unique et outil à plusieurs pointes
Un outil à pointe unique possède un tranchant et est utilisé pour le tournage, l'alésage et le rabotage. Lors de l'usinage, la pointe de l'outil pénètre sous la surface de travail d'origine de la pièce. La pointe est parfois arrondie à un certain rayon, appelé rayon du nez.

Les outils à plusieurs tranchants ont plus d'un tranchant et réalisent généralement leur mouvement par rapport à la pièce à travailler par rotation. Le perçage et le fraisage utilisent des outils rotatifs à plusieurs pointes. Bien que les formes de ces outils soient différentes de celles d'un outil à point unique, de nombreux éléments de la géométrie de l'outil sont similaires.