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Exercices corrigés de programmation pour les commandes numériques (CNC)

Ce guide présente une série d’exercices corrigés pour la programmation des commandes numériques (CNC). Il est destiné aux étudiants et aux professionnels souhaitant s’exercer à la programmation de machines CNC telles que les fraiseuses et les tours. Les exercices couvrent divers aspects de la programmation CNC, notamment l’utilisation des codes G et M, la définition des coordonnées et la création de cycles d’usinage.

Table des matières

Présentation de la programmation CNC
Exercices sur les codes G et M
Exercices de programmation de cycles d’usinage
Exercices de mise en œuvre de plans de travail
Exercices de programmation avec compensation d’outil
Exercices sur la gestion des vitesses et des avances
Exercices corrigés détaillés

1. Présentation de la programmation CNC

La programmation CNC repose principalement sur deux types de codes : les codes G, qui contrôlent les mouvements et les actions de la machine, et les codes M, qui contrôlent les fonctions auxiliaires. Un programme CNC suit une séquence logique d’instructions pour exécuter des opérations telles que le fraisage, le tournage, ou le perçage.

Exemples de codes G et M :

G00 : Déplacement rapide
G01 : Avance linéaire
G02 : Interpolation circulaire horaire
G03 : Interpolation circulaire antihoraire
M03 : Rotation broche sens horaire
M05 : Arrêt de la broche

2. Exercices sur les codes G et M

Exercice 1 : Déplacement et interpolation linéaire

Énoncé : Écrivez un programme CNC pour déplacer un outil de fraisage entre trois points définis avec des mouvements linéaires.

Points à atteindre :

Point A (X=0, Y=0)
Point B (X=50, Y=0)
Point C (X=50, Y=50)

Solution :

G90             ; Programmation absolue
G00 X0 Y0       ; Déplacement rapide vers le point A
G01 X50 Y0 F150 ; Avance linéaire vers le point B avec une vitesse de 150 mm/min
G01 X50 Y50     ; Avance linéaire vers le point C
M05             ; Arrêt de la broche
M30             ; Fin du programme

3. Exercices de programmation de cycles d’usinage

Exercice 2 : Perçage avec cycle G81

Énoncé : Programmez un cycle de perçage automatique pour percer quatre trous alignés sur l’axe X. Les trous ont un diamètre de 10 mm, avec des coordonnées (X=10, Y=10), (X=30, Y=10), (X=50, Y=10), et (X=70, Y=10).

Solution :

G90             ; Programmation absolue
G00 X10 Y10 Z5  ; Déplacement rapide au-dessus du premier trou
G81 Z-10 R2 F100; Cycle de perçage avec une profondeur de -10 mm
X30             ; Perçage au deuxième point
X50             ; Perçage au troisième point
X70             ; Perçage au quatrième point
G80             ; Annulation du cycle de perçage
M05             ; Arrêt de la broche
M30             ; Fin du programme

4. Exercices de mise en œuvre de plans de travail

Exercice 3 : Programmation dans différents plans (G17, G18, G19)

Énoncé : Écrire un programme CNC qui effectue une interpolation circulaire dans les plans XY (G17), XZ (G18) et YZ (G19).

Solution :

G17             ; Sélection du plan XY
G02 X50 Y50 I25 J0 ; Interpolation circulaire horaire dans le plan XY

G18             ; Sélection du plan XZ
G02 X50 Z-30 I25 K0 ; Interpolation circulaire horaire dans le plan XZ

G19             ; Sélection du plan YZ
G03 Y50 Z-30 J25 K0 ; Interpolation circulaire antihoraire dans le plan YZ
M30             ; Fin du programme

5. Exercices de programmation avec compensation d’outil

Exercice 4 : Utilisation de la compensation d’outil (G41, G42)

Énoncé : Écrivez un programme pour usiner un carré de 50×50 mm avec une compensation d’outil à gauche (G41) et une compensation d’outil à droite (G42).

Solution :

G90             ; Programmation absolue
G00 X0 Y0       ; Déplacement rapide au point de départ
G41 D1          ; Activation de la compensation d'outil à gauche
G01 X50         ; Déplacement le long du premier côté du carré
Y50             ; Déplacement le long du deuxième côté
X0              ; Déplacement le long du troisième côté
Y0              ; Retour au point de départ
G40             ; Annulation de la compensation d'outil
M30             ; Fin du programme

6. Exercices sur la gestion des vitesses et des avances

Exercice 5 : Vitesse de broche et avance de l’outil

Énoncé : Programmez un usinage avec une vitesse de broche de 1200 tr/min et une avance de l’outil de 200 mm/min pour usiner une ligne droite de 100 mm.

Solution :

G90             ; Programmation absolue
M03 S1200       ; Démarrage de la broche à 1200 tr/min
G01 X100 F200   ; Usinage linéaire avec une avance de 200 mm/min sur une longueur de 100 mm
M05             ; Arrêt de la broche
M30             ; Fin du programme

7. Exercices corrigés détaillés

Exercice 6 : Usinage d’une pièce simple avec fraisage

Énoncé : Créez un programme pour usiner une pièce en forme de rectangle de 100×50 mm avec une profondeur de 10 mm. La pièce commence à la position (X=0, Y=0, Z=0) et l’outil effectue un contour extérieur.

Solution :

G90             ; Programmation absolue
G00 X0 Y0 Z5    ; Déplacement rapide au-dessus de la pièce
M03 S1500       ; Démarrage de la broche à 1500 tr/min
G01 Z-10 F100   ; Descente en profondeur de 10 mm avec une avance de 100 mm/min
G01 X100        ; Fraisage le long du premier côté du rectangle
Y50             ; Fraisage le long du deuxième côté
X0              ; Fraisage le long du troisième côté
Y0              ; Fraisage le long du quatrième côté pour fermer le contour
M05             ; Arrêt de la broche
M30             ; Fin du programme

Ces exercices permettent d’aborder les principales fonctionnalités de la programmation CNC, notamment les déplacements, les cycles d’usinage et la gestion des outils. Chaque exercice propose une solution détaillée pour vous aider à comprendre la logique de programmation et à maîtriser les techniques fondamentales des machines à commande numérique.

Pour annuler la compensation d’outil en programmation CNC, on utilise le code G40. Ce code désactive toute compensation d’outil (que ce soit la compensation à gauche activée avec G41 ou à droite activée avec G42) et fait revenir la machine à une trajectoire où il n’y a plus de décalage lié au diamètre de l’outil.

Explication en détail :

G40 : Annule toute compensation d’outil active, qu’elle soit à gauche ou à droite.
Lorsqu’une compensation d’outil est activée (avec G41 ou G42), le chemin de l’outil est décalé par rapport à la trajectoire programmée pour tenir compte du diamètre de l’outil. G40 rétablit la trajectoire originale sans décalage.

Importance :

Il est crucial d’utiliser G40 pour annuler la compensation après avoir terminé l’usinage d’une partie spécifique, car si la compensation reste active, elle pourrait interférer avec les opérations suivantes et provoquer des erreurs d’usinage ou des mouvements imprévus.

Exemple :

Supposons que vous usiniez un carré de 50 mm de côté avec une compensation d’outil à gauche (G41), puis vous devez annuler cette compensation pour passer à une autre section de votre programme sans décalage :

G90             ; Programmation absolue
G00 X0 Y0       ; Déplacement rapide au point de départ
G41 D1          ; Activation de la compensation d'outil à gauche (outil défini avec D1)
G01 X50         ; Avance linéaire avec compensation à gauche
Y50             ; Avance vers le deuxième point
X0              ; Avance vers le troisième point
Y0              ; Retour au point de départ
G40             ; Annulation de la compensation d'outil
M30             ; Fin du programme

Règles d’utilisation du G40 :

Toujours annuler la compensation après usage : Dès que l’opération qui nécessite une compensation d’outil est terminée, ajoutez G40 pour annuler cette compensation.
Prudence avec les mouvements avant annulation : Si vous devez déplacer l’outil après une opération avec compensation, assurez-vous d’annuler la compensation avec G40 avant d’effectuer d’autres déplacements pour éviter des erreurs de trajectoire.

En résumé :

G40 est le code utilisé pour annuler toute compensation d’outil (G41 ou G42).
Il est important d’annuler la compensation avant de passer à d’autres opérations ou déplacements dans le programme.

Code G41

Le code G41 en programmation CNC est utilisé pour activer la compensation d’outil à gauche par rapport à la trajectoire programmée. Cela signifie que lorsque l’outil se déplace le long de la trajectoire spécifiée, il sera décalé vers la gauche par rapport à la ligne de programme, afin de compenser la taille du rayon de l’outil.

Explication en détail :

Compensation d’outil :
Lors d’un usinage, l’outil a une certaine largeur (le diamètre de la fraise ou du tour). Si vous programmez directement les trajectoires sans tenir compte de la taille de l’outil, la pièce usinée risque de ne pas avoir les dimensions correctes. La compensation d’outil permet à la machine de décaler légèrement la trajectoire de l’outil pour compenser cette largeur, afin que l’outil suive correctement la trajectoire souhaitée.
G41 :
Le code G41 indique à la machine de compenser l’outil à gauche de la trajectoire programmée. Cela signifie que l’outil sera décalé à gauche par rapport à la direction de déplacement.
Utilisation avec D :
Pour que la machine sache de combien décaler l’outil, le programme doit spécifier le diamètre ou rayon de l’outil à compenser. Cela se fait généralement avec le code D suivi du numéro de l’outil. Ce numéro fait référence à une table d’outils où sont stockées les informations sur le diamètre de l’outil.

Exemple :

Supposons que vous vouliez usiner un carré de 50 mm de côté, avec une fraise de 10 mm de diamètre. Vous devez indiquer à la machine de compenser la moitié du diamètre (soit 5 mm) pour que la trajectoire reste correcte.

G90             ; Programmation absolue
G00 X0 Y0       ; Déplacement rapide au point de départ
G41 D1          ; Activation de la compensation d'outil à gauche (outil défini avec D1)
G01 X50         ; Avance linéaire en compensant l'outil à gauche de la trajectoire
Y50             ; Avance vers le deuxième point en maintenant la compensation
X0              ; Avance vers le troisième point
Y0              ; Retour au point de départ
G40             ; Annulation de la compensation d'outil
M30             ; Fin du programme

Points importants :

G41 est utilisé pour la compensation à gauche.
Si vous vouliez compenser à droite de la trajectoire, vous utiliseriez G42.
Vous devez annuler la compensation avec G40 après avoir terminé l’usinage pour éviter des erreurs dans la suite du programme.
Le décalage est fonction de la taille de l’outil (généralement défini dans la table des outils et référencé avec D).

Cela permet d’obtenir des pièces usinées avec des dimensions précises, même si l’outil a un diamètre important.

Code G42

Le code G42 en programmation CNC est utilisé pour activer la compensation d’outil à droite par rapport à la trajectoire programmée. Il fonctionne de manière similaire au code G41, mais avec un décalage sur le côté opposé.

Explication en détail :

Compensation d’outil à droite :
Lorsqu’un outil de fraisage ou de tournage est utilisé, son diamètre doit être pris en compte pour garantir que la trajectoire programmée permette de réaliser la pièce aux bonnes dimensions. Si on ne compense pas le diamètre, l’outil pourrait couper trop à l’intérieur ou à l’extérieur de la pièce. Le code G42 indique à la machine de compenser la trajectoire de l’outil à droite de la ligne de programme, ce qui signifie que l’outil suivra une trajectoire légèrement décalée à droite en fonction de son rayon.
Utilisation du code G42 :
Le G42 s’utilise principalement lorsque l’outil se déplace dans le sens antihoraire autour de la pièce (en vue du dessus). Cela compense l’outil sur la droite pour que la coupe reste précise. Le décalage est calculé automatiquement en fonction du diamètre ou rayon de l’outil, défini par le numéro de compensation (D) correspondant dans la table des outils.

Exemple d’utilisation du code G42 :

Supposons que vous vouliez usiner un carré de 50 mm de côté, avec une fraise de 10 mm de diamètre. Vous devez compenser le rayon de la fraise (soit 5 mm) à droite de la trajectoire, pour que l’outil suive la trajectoire extérieure du carré.

G90             ; Programmation absolue
G00 X0 Y0       ; Déplacement rapide au point de départ
G42 D1          ; Activation de la compensation d'outil à droite (outil défini avec D1)
G01 X50         ; Avance linéaire en compensant l'outil à droite de la trajectoire
Y50             ; Avance vers le deuxième point en maintenant la compensation
X0              ; Avance vers le troisième point
Y0              ; Retour au point de départ
G40             ; Annulation de la compensation d'outil
M30             ; Fin du programme

Différence entre G41 et G42 :

G41 : Compense l’outil à gauche de la trajectoire programmée. Utilisé généralement lorsque l’outil tourne autour de la pièce dans le sens horaire.
G42 : Compense l’outil à droite de la trajectoire programmée. Utilisé lorsque l’outil tourne autour de la pièce dans le sens antihoraire.

Points à retenir :

G42 est utilisé pour compenser à droite. Cela signifie que l’outil sera décalé vers la droite de la trajectoire de coupe pour s’ajuster à la taille de l’outil.
Comme avec G41, vous devez spécifier un diamètre d’outil via le code D (qui correspond à l’outil utilisé dans la machine).
La compensation d’outil doit être annulée avec G40 après la fin du parcours pour éviter des erreurs sur les déplacements futurs.

Importance :

La compensation d’outil (G41 et G42) est cruciale pour garantir que l’outil suit la trajectoire correcte lors de l’usinage, en tenant compte du rayon ou du diamètre de l’outil. Elle permet d’obtenir des pièces usinées avec une grande précision.

Quelle est la différence entre G40 et G43 ?

La différence entre G40 et G43 réside dans leur fonction respective en programmation CNC :

G40 : Annule la compensation d’outil (à gauche ou à droite). Il est utilisé pour arrêter les décalages liés à la taille de l’outil, c’est-à-dire la compensation latérale des mouvements de l’outil.
G43 : Active la compensation de longueur d’outil (ou correction de la longueur d’outil). Il est utilisé pour ajuster la position verticale de l’outil en fonction de sa longueur, afin de compenser la différence de longueur entre plusieurs outils.

Explication détaillée

G40 – Annulation de la compensation d’outil

Fonction : Annule la compensation d’outil activée par G41 (compensation à gauche) ou G42 (compensation à droite). Cela signifie que l’outil suit la trajectoire exacte programmée sans décalage latéral lié au rayon ou diamètre de l’outil.
Utilisation : Vous devez utiliser G40 après avoir terminé un parcours avec compensation pour rétablir une trajectoire exacte. Si vous ne l’annulez pas, la machine continuera à compenser la trajectoire.

Exemple de G40 :

G90             ; Programmation absolue
G41 D1          ; Activation de la compensation d'outil à gauche
G01 X50         ; Usinage linéaire avec compensation à gauche
Y50             ; Usinage
X0              ; Usinage
Y0              ; Retour au point de départ
G40             ; Annulation de la compensation d'outil
M30             ; Fin du programme

G43 – Compensation de la longueur d’outil

Fonction : Le G43 est utilisé pour appliquer une correction de la longueur d’outil, principalement dans l’axe Z. Il ajuste automatiquement la position verticale de la machine en fonction de la longueur de l’outil sélectionné. Cela permet de gérer efficacement des outils de différentes longueurs sans reprogrammer manuellement la position verticale.
Paramètre H : Le code G43 est souvent utilisé avec un paramètre H, qui fait référence à la longueur de l’outil enregistrée dans la mémoire de la machine. Le numéro H correspond à la longueur d’un outil spécifique.
Utilisation : Le G43 est utilisé lors du changement d’outil ou lorsque plusieurs outils de différentes longueurs sont utilisés dans une opération d’usinage. Il garantit que l’outil est correctement positionné en hauteur, tenant compte de la longueur de chaque outil.

Exemple de G43 :

T1 M06          ; Sélection de l'outil 1
G43 H1 Z50      ; Activation de la compensation de longueur de l'outil 1
G01 Z-10 F100   ; Usinage à la profondeur spécifiée en tenant compte de la longueur d'outil
M30             ; Fin du programme

Différence clé :

G40 concerne la compensation latérale (décalage dû au rayon ou diamètre de l’outil), et s’applique principalement lors des mouvements dans les plans XY ou XZ.
G43 concerne la compensation en longueur d’outil, et est appliqué principalement pour ajuster la position de l’outil en hauteur (dans l’axe Z) pour tenir compte des différences de longueur entre plusieurs outils.

Utilisation pratique :

Vous utilisez G40 lorsque vous avez terminé un parcours avec compensation d’outil à gauche ou à droite pour annuler cette correction latérale.
Vous utilisez G43 lorsque vous changez d’outil ou que vous souhaitez que la machine ajuste la position de l’outil en fonction de sa longueur dans l’axe Z.

Résumé :

G40 : Annule la compensation latérale d’outil (G41 ou G42) qui ajuste la trajectoire de l’outil en fonction de son diamètre.
G43 : Active la compensation de longueur d’outil, ajustant la position de l’outil en fonction de sa longueur dans l’axe Z.

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