Tournage CNC : Guide Pratique et Exercices Corrigés

Introduction au Tournage CNC

Le tournage CNC est un procédé d’usinage utilisé pour fabriquer des pièces cylindriques ou coniques à l’aide d’un tour à commande numérique (CNC). Ce procédé est largement utilisé dans l’industrie mécanique, aéronautique, automobile et médicale pour produire des pièces de haute précision.

Dans cet article, nous allons voir :
✅ Les bases du tournage CNC
✅ Le fonctionnement et les paramètres essentiels
✅ Un glossaire des termes techniques

1️⃣ Fonctionnement du Tournage CNC

Le tournage CNC consiste à fixer une pièce brute dans un mandrin qui tourne à grande vitesse pendant qu’un outil de coupe enlève de la matière pour obtenir la forme souhaitée.

🔹 Composants clés d’un tour CNC :

Broche : Fait tourner la pièce.
Mandrin : Maintient la pièce en rotation.
Porte-outils : Supporte les outils de coupe.
Tourelle : Change les outils automatiquement selon le programme.
Chariot longitudinal et transversal : Permet les déplacements de l’outil sur les axes X et Z.

🔹 Principales opérations de tournage CNC :
✅ Chariotage : Réduction du diamètre extérieur.
✅ Dressage : Usinage d’une face pour la rendre plane.
✅ Gorge et rainurage : Création de saignées sur la pièce.
✅ Filetage : Création de filetages internes et externes.
✅ Perçage et alésage : Usinage de trous et finition interne.

2️⃣ Paramètres Essentiels du Tournage CNC

Pour une coupe optimale, il faut ajuster trois paramètres fondamentaux :

1. Vitesse de Coupe (Vc)

Exprimée en m/min
Dépend du matériau de la pièce et de l’outil
Formule :

où D = diamètre de la pièce (mm), N = vitesse de rotation (tr/min)

Exemple : Pour une pièce de 50 mm de diamètre, tournant à 800 tr/min, la vitesse de coupe est : Vc= 3.14×50×800 / 1000= 125.6 m/min

2. Avance par tour (f)

Exprimée en mm/tr
Définit la distance que l’outil avance par tour de broche
Plus l’avance est élevée, plus l’enlèvement de matière est rapide mais la qualité de surface peut être affectée.

3. Profondeur de Passe (ap)

Exprimée en mm
Indique combien de matière est enlevée à chaque passage de l’outil
Une profondeur excessive augmente l’effort de coupe et l’usure de l’outil.

Optimisation :
✔️ Matériaux durs → petite avance, grande vitesse de coupe
✔️ Matériaux tendres → grande avance, faible vitesse de coupe

3️⃣ Exemple de Programme G-Code pour Tournage CNC

Voici un programme G-Code simple pour usiner un arbre de Ø50 mm à Ø40 mm sur 100 mm de long.

G21      ; Utilisation des millimètres
G90      ; Mode de positionnement absolu
G96 S150 M03  ; Vitesse de coupe constante à 150 m/min, rotation horaire

G00 X55 Z5  ; Positionnement initial (au-dessus de la pièce)
G01 X40 Z-100 F0.2  ; Chariotage à Ø40 mm sur 100 mm de long
G00 X55  ; Retour en position de sécurité

M30  ; Fin du programme

✔️ G96 → Active la vitesse de coupe constante.
✔️ G00 → Déplacement rapide.
✔️ G01 → Avance de l’outil avec usinage.

4️⃣ Glossaire du Tournage CNC

A

Alésage : Usinage interne pour agrandir un trou existant.
Avance (f) : Distance parcourue par l’outil par tour de broche.

B

Brut : Matériau initial avant usinage.
Broche : Organe tournant qui entraîne la pièce.

C

Chariotage : Réduction du diamètre extérieur par déplacement axial.
Chanfrein : Biseau réalisé sur un bord de pièce.
CNC (Commande Numérique par Calculateur) : Pilotage automatique de la machine.

D

Dressage : Usinage d’une face pour la rendre plane.
Débit de copeau (Q) : Volume de matière enlevée par unité de temps.

F

Filetage : Usinage d’un filetage interne (taraudage) ou externe.
Finition : Dernière passe pour obtenir une surface lisse et précise.

G

G96 : Mode de vitesse de coupe constante.
G01 : Mouvement linéaire en avance avec enlèvement de matière.

M

Mandrin : Dispositif qui maintient la pièce en rotation.
M03 : Démarrage de la broche en sens horaire.

P

Plaquette carbure : Outil de coupe amovible en carbure de tungstène.
Profondeur de passe (ap) : Épaisseur de matière enlevée par passe.

R

Rayon de bec : Arrondi de l’extrémité de l’outil pour améliorer la qualité de surface.
Rugosité (Ra) : Niveau de finition d’une surface usinée.

T

Tour CNC : Machine-outil permettant l’usinage automatisé de pièces cylindriques.
Tourelle porte-outils : Support rotatif qui permet de changer d’outil automatiquement.

V

Vitesse de coupe (Vc) : Vitesse relative entre l’outil et la pièce.
Vibrations : Phénomène indésirable qui affecte la précision et la qualité de surface.

5️⃣ Conseils pour Optimiser le Tournage CNC

✅ Utiliser des outils adaptés : Carbure pour matériaux durs, HSS pour matériaux tendres.
✅ Ajuster la vitesse de coupe pour réduire l’usure des outils.
✅ Régler l’avance et la profondeur de passe pour éviter les vibrations.
✅ Vérifier l’alignement de la pièce et des outils pour assurer la précision.
✅ Utiliser des lubrifiants pour améliorer la finition et prolonger la durée de vie des outils.

Le tournage CNC est une technologie essentielle en fabrication mécanique. Maîtriser les paramètres de coupe, les cycles G-Code et les techniques d’optimisation permet d’améliorer la productivité et la qualité des pièces. Ce guide et son glossaire constituent une base solide pour approfondir vos compétences en usinage CNC.

Série d’Exercices Corrigés sur le Tournage CNC

Le tournage CNC est un procédé essentiel en fabrication mécanique. Ces exercices vous permettront de maîtriser les bases de la programmation G-Code, le choix des paramètres de coupe et l’optimisation des cycles d’usinage.

Chaque exercice est suivi d’une correction détaillée avec explications.

📌 Exercice 1 : Programmation d’un Usinage Basique

Énoncé

Un arbre en acier C45 doit être usiné sur un tour CNC. Il a les spécifications suivantes :

Diamètre initial : Ø50 mm
Longueur : 150 mm
Diamètre final : Ø40 mm sur 100 mm de long
Avance d’usinage : 0.2 mm/tr
Vitesse de coupe : 180 m/min
Usinage en une seule passe

Tâche : Rédiger un programme G-Code pour réaliser cet usinage.

✅ Correction

G21      ; Utilisation des millimètres
G90      ; Mode absolu
G96 S180 M03  ; Vitesse de coupe constante 180 m/min, rotation horaire
G00 X55 Z5  ; Positionnement initial à l'extérieur
G01 X40 Z-100 F0.2  ; Chariotage à Ø40 mm sur 100 mm de long
G00 X55  ; Retour en position de sécurité
M30      ; Fin du programme

Explication :
✔️ G96 : Active la vitesse de coupe constante (180 m/min).
✔️ G00 : Déplacement rapide hors de la pièce.
✔️ G01 : Usinage avec avance F = 0.2 mm/tr.
✔️ M30 : Fin du programme.

📌 Exercice 2 : Optimisation d’un Cycle de Chariotage

Énoncé

On doit réaliser un chariotage sur une longueur de 200 mm, passant de Ø80 mm à Ø60 mm en plusieurs passes de 2 mm.

Tâche :

Écrire un programme G-Code pour cet usinage.
Calculer le nombre total de passes nécessaires.

✅ Correction

G21
G90
G96 S200 M03  ; Vitesse de coupe constante
G00 X85 Z5    ; Positionnement initial
#100 = 80     ; Diamètre initial
#101 = 60     ; Diamètre final
#102 = 2      ; Profondeur de passe

WHILE [#100 GT #101] DO1
    G01 X#100 Z-200 F0.3  ; Chariotage
    G00 X#100+5           ; Retour rapide
    #100 = #100 - #102    ; Réduction du diamètre
END1

G00 X85 Z10  ; Sécurité
M30

Calcul du nombre de passes :

280−60/ 2=10 passes

Explication :
✔️ Utilisation d’une boucle WHILE pour automatiser les passes.
✔️ Déplacement rapide après chaque passe.
✔️ Réduction progressive du diamètre à chaque itération.

📌 Exercice 3 : Programmation d’un Filetage CNC

Énoncé

On doit réaliser un filetage extérieur M20 x 2.5 sur 30 mm de long.

Tâche :

Programmer un filetage avec 6 passes.
Utiliser une vitesse de 150 m/min et une avance correspondant au pas du filetage.

✅ Correction

G21
G90
G97 S600 M03  ; Vitesse de rotation fixe
G00 X22 Z5    ; Positionnement
G76 P6 Z-30 I0.05 K2.5 F2.5
G00 X50 Z10   ; Sécurité
M30

Explication :
✔️ G76 : Cycle de filetage CNC.
✔️ P6 : 6 passes pour le filetage.
✔️ K2.5 : Profondeur totale du filetage (correspondant au pas).
✔️ F2.5 : Avance du filetage (égale au pas).

📌 Exercice 4 : Perçage et Alésage sur un Tour CNC

Énoncé

Une pièce cylindrique de Ø100 mm doit être percée et alésée à Ø30 mm sur 50 mm de profondeur.

Tâche :

Programmer un perçage avec un foret Ø20 mm.
Programmer un alésage à Ø30 mm après le perçage.
Utiliser une vitesse de 250 m/min et une avance de 0.1 mm/tr.

✅ Correction

G21
G90
G97 S250 M03  ; Vitesse de broche fixe

(Perçage Ø20 mm)
G00 X0 Z5
G01 Z-50 F0.1  ; Perçage
G00 Z5

(Alésage Ø30 mm)
G00 X32 Z5
G01 Z-50 F0.1
G00 X50 Z10

M30

Explication :
✔️ Séparation des opérations pour éviter les collisions.
✔️ Alésage après perçage pour un meilleur état de surface.

📌 Exercice 5 : Création d’un Cycle Automatique d’Usinage

Énoncé

On souhaite créer un programme réutilisable pour usiner plusieurs arbres de longueurs différentes.

Tâche :

Utiliser une variable pour la longueur de la pièce.
Automatiser le chariotage avec une boucle.

✅ Correction

G21
G90
G96 S180 M03

#100 = 150  ; Longueur de la pièce
#101 = 50   ; Diamètre initial
#102 = 30   ; Diamètre final
#103 = 2    ; Profondeur de passe

WHILE [#101 GT #102] DO1
    G01 X#101 Z-#100 F0.2
    G00 X#101+5
    #101 = #101 - #103
END1

G00 X100 Z10
M30

Explication :
✔️ Variables paramétrables pour s’adapter à différentes pièces.
✔️ Boucle WHILE pour usinage progressif.

📌 Le Tournage CNC : Un Domaine Clé de l’Industrie Mécanique

Le tournage CNC (Commande Numérique par Calculateur) est un procédé d’usinage qui appartient au domaine de la fabrication mécanique et de l’industrie manufacturière. Il est utilisé pour produire des pièces cylindriques ou coniques en enlevant de la matière grâce à un outil coupant fixé sur une machine-outil à commande numérique.

🔹 Domaines d’Application du Tournage CNC

Le tournage CNC est essentiel dans plusieurs secteurs industriels, notamment :

1️⃣ Industrie Mécanique et Fabrication de Pièces

🔹 Usinage de pièces en série pour les machines industrielles
🔹 Fabrication de composants de précision pour l’ingénierie mécanique
🔹 Production de pièces de rechange et maintenance industrielle

💡 Exemple de pièces usinées : axes, bagues, vis, arbres de transmission.

2️⃣ Industrie Automobile 🚗

🔹 Fabrication de composants moteurs (pistons, bielles, arbres à cames)
🔹 Production d’éléments de transmission (arbres de transmission, roulements)
🔹 Pièces de suspension et direction

💡 Pourquoi utiliser le tournage CNC ?
✅ Précision élevée
✅ Répétabilité des pièces en grande série
✅ Réduction des coûts de production

3️⃣ Industrie Aéronautique et Aérospatiale ✈️

🔹 Usinage de pièces en alliages légers (titane, aluminium)
🔹 Fabrication de pièces critiques (turbines, arbres de transmission)
🔹 Composants structurels et fixations aéronautiques

💡 Exigences spécifiques :
✅ Tolérances ultra-précises
✅ Matériaux résistants aux hautes températures
✅ Fiabilité des pièces usinées

4️⃣ Industrie Médicale 🏥

🔹 Fabrication de prothèses et implants médicaux
🔹 Production d’instruments chirurgicaux
🔹 Usinage de matériaux biocompatibles (titane, inox médical, polymères)

💡 Pourquoi utiliser le tournage CNC en médecine ?
✅ Précision microscopique
✅ Conformité aux normes médicales
✅ Possibilité de produire des pièces sur mesure

5️⃣ Industrie de l’Énergie ⚡

🔹 Pièces pour centrales électriques et turbines
🔹 Composants pour l’énergie nucléaire et renouvelable
🔹 Fabrication de vannes et raccords pour pipelines

💡 Exemple de pièces tournées :
✅ Rotor de turbines
✅ Brides et raccords haute pression
✅ Arbres de transmission pour générateurs

6️⃣ Industrie de l’Horlogerie et du Luxe ⌚

🔹 Pièces de précision pour montres et bijoux
🔹 Micro-usinage pour composants horlogers
🔹 Pièces décoratives en métaux précieux (or, platine, titane)

💡 Pourquoi le tournage CNC est essentiel ?
✅ Haute précision (microns)
✅ Travail de matériaux précieux sans gaspillage
✅ Complexité géométrique réalisable

7️⃣ Industrie Agroalimentaire et Pharmaceutique 🍽️

🔹 Fabrication de machines et équipements en acier inoxydable
🔹 Production de vis sans fin pour convoyeurs
🔹 Composants pour mélangeurs, broyeurs et pompes

💡 Importance du tournage CNC :
✅ Usinage en acier inoxydable pour éviter la contamination
✅ Fabrication de pièces hygiéniques conformes aux normes

🔹 Conclusion

Le tournage CNC est un procédé indispensable dans plusieurs industries. Il permet de fabriquer des pièces de haute précision, en grande série ou sur mesure, tout en garantissant une qualité optimale et une forte répétabilité.

🔥 Domaine principal : Fabrication mécanique et industrie manufacturière
📌 Secteurs clés : Automobile, aéronautique, médical, horlogerie, énergie, agroalimentaire