Cours 9ITEC

Chaîne Numérique

CAO → FAO → Machine, CFAO, formats STEP/STL

Objectifs pédagogiques

Comprendre le flux de données de la conception à la fabrication
Maîtriser les formats d'échange standards (STEP, STL, IGES)
Identifier les étapes de la programmation FAO et la génération du G-code
Appliquer la chaîne numérique à un projet de fabrication

Introduction : Du fichier 3D à la pièce réelle

Exemple concret : Fabrication d'un support de smartphone

Un designer crée un support sur SolidWorks (CAO), exporte en STEP vers Fusion 360 CAM (FAO) qui génère les trajectoires d'outils, puis le fichier G-code est envoyé à une fraiseuse CNC qui usine la pièce en aluminium. Total : 2h de conception, 30 min d'usinage.

Qu'est-ce que la chaîne numérique ?

La chaîne numérique est l'ensemble des étapes et des transferts de données numériques permettant de passer de la conception (CAO) à la fabrication (FAO/CN) sans ressaisie manuelle.

Avantage principal : Éliminer les erreurs de transcription et réduire le temps de mise en production. Un modèle 3D devient directement une pièce physique.

1Architecture de la Chaîne Numérique

Les trois maillons principaux

CAO

Conception

→

FAO

Fabrication Assistée

→

Commande Numérique

Détail de chaque étape

Étape	Logiciels	Données produites
CAO (Conception)	SolidWorks, Fusion 360, Catia	Modèle 3D paramétrique (.sldprt, .f3d)
FAO (Programmation)	Mastercam, Fusion 360 CAM, CATIA	Trajectoires outils, paramètres de coupe
Post-processeur	Intégré à la FAO	G-code adapté à la machine
CN (Exécution)	Contrôleur machine (Fanuc, Siemens)	Mouvements réels, pièce usinée

CFAO : Quand CAO et FAO sont intégrées dans le même logiciel (ex : Fusion 360, TopSolid), on parle de CFAO (Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur).

2Formats d'Échange : STEP, STL, IGES

Pourquoi des formats d'échange ?

Chaque logiciel CAO a son format natif (propriétaire). Les formats standards permettent d'échanger des données entre logiciels différents sans perte (ou avec perte contrôlée).

Les formats principaux

STEP (.step, .stp)

Standard ISO 10303
Géométrie exacte (B-Rep)
Conserve l'arbre de construction
Usage : échange CAO-FAO

STL (.stl)

Maillage triangulaire
Approximation de la surface
Perte de précision (paramètre)
Usage : impression 3D

IGES (.igs, .iges)

Format historique
Courbes et surfaces NURBS
Moins fiable que STEP
Usage : legacy, compatibilité

Comparatif des formats

Critère	STEP	STL	IGES
Géométrie	Exacte (B-Rep)	Approchée (mesh)	Exacte (NURBS)
Taille fichier	Moyenne	Grande (si fin)	Grande
Éditable	Oui (features)	Non (maillage fixe)	Partiel
Recommandé pour	FAO, simulation	Impression 3D	Compatibilité legacy

Paramètres STL critiques

Résolution (chord tolerance) : 0,01 mm pour haute qualité
Déviation angulaire : 1° pour surfaces courbes
Un STL trop grossier = facettes visibles sur la pièce imprimée

3La FAO : Programmation des Trajectoires

Qu'est-ce que la FAO ?

La FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur) génère les trajectoires d'outils et les paramètres de coupe à partir du modèle CAO. Elle produit un fichier compréhensible par la machine (G-code).

Étapes de programmation FAO

1. Import du modèle

Fichier STEP ou natif → définition du brut (stock)

2. Définition du repère

Origine pièce, axes X/Y/Z, plan de sécurité

3. Sélection des opérations

Ébauche, finition, perçage, contournage...

4. Choix des outils

Fraises, forets, plaquettes selon matériau

5. Paramètres de coupe

Vitesse de coupe Vc, avance f, profondeur ap

6. Simulation et vérification

Vérifier les collisions, le temps d'usinage

Types d'opérations d'usinage

Opérations 2D/2.5D

Surfaçage : planéité de la face supérieure
Contournage : profil extérieur/poche
Perçage : trous, taraudage
Poche : évidement intérieur

Opérations 3D

Ébauche 3D : enlèvement grossier
Finition 3D : balayage parallèle
Reprise de coins : zones non accessibles
5 axes : surfaces complexes

Formules de coupe :
Vitesse de broche : N = (Vc × 1000) / (π × D) [tr/min]
Avance table : Vf = f × Z × N [mm/min]

Parametres de coupe par materiau

Materiau	Vc (m/min)	f (mm/dent)	ap max (mm)
Aluminium	200-500	0,1-0,3	1×D outil
Acier doux	80-150	0,05-0,15	0,5×D outil
Inox 304	40-80	0,03-0,1	0,3×D outil
POM/Delrin	300-600	0,15-0,4	1,5×D outil

Exemple de calcul :

Fraisage alu avec fraise Ø10mm, 3 dents, Vc = 300 m/min, f = 0,15 mm/dent

N = (300 × 1000) / (π × 10) = 9549 tr/min
Vf = 0,15 × 3 × 9549 = 4297 mm/min

4Le G-Code et la Commande Numérique

Qu'est-ce que le G-code ?

Le G-code (ou code ISO) est le langage de programmation des machines-outils à commande numérique. Il décrit les mouvements, vitesses et fonctions auxiliaires.

Codes G principaux

Code	Fonction	Exemple
G00	Déplacement rapide	G00 X50 Y30 Z5
G01	Interpolation linéaire	G01 X100 F200
G02/G03	Arc horaire/anti-horaire	G02 X50 Y50 R25
G17/G18/G19	Plan de travail XY/XZ/YZ	G17 (plan XY)
G28	Retour origine machine	G28 Z0

Codes M (auxiliaires)

M03 : Rotation broche sens horaire
M04 : Rotation sens anti-horaire
M05 : Arrêt broche

M06 : Changement d'outil
M08/M09 : Arrosage ON/OFF
M30 : Fin de programme

Exemple de programme G-code

%
O1001 (PROGRAMME EXEMPLE)
G21 G90 G17    (mm, absolu, plan XY)
M06 T01        (outil 1 - fraise D10)
G00 X0 Y0 Z5   (positionnement rapide)
M03 S3000      (broche 3000 tr/min)
G00 Z2         (approche)
G01 Z-5 F100   (plongée)
G01 X50 F200   (usinage linéaire)
G00 Z5         (dégagement)
M05            (arrêt broche)
G28 Z0         (retour origine)
M30            (fin programme)
%

Post-processeur : Chaque marque de CN (Fanuc, Siemens, Heidenhain) a ses variantes de G-code. Le post-processeur adapte le code généré par la FAO à la machine cible.

Résumé en 5 points clés

1La chaîne numérique relie CAO → FAO → CN sans ressaisie manuelle des données.
2STEP est le format d'échange de référence (géométrie exacte), STL pour l'impression 3D.
3La FAO génère les trajectoires d'outils et les paramètres de coupe (Vc, f, ap).
4Le G-code (ISO) pilote la machine : G00/G01 pour les mouvements, M pour les auxiliaires.
5Le post-processeur adapte le G-code générique à chaque type de commande numérique.

Mini-Quiz

Question 1 : Quel format d'échange est recommandé pour transférer un modèle CAO vers la FAO ?

a) STL

b) STEP

c) PDF

Réponse : b) STEP conserve la géométrie exacte nécessaire pour la FAO

Question 2 : Que signifie le code G01 ?

a) Déplacement rapide sans usinage

b) Interpolation linéaire (usinage en ligne droite)

c) Changement d'outil

Réponse : b) G01 déplace l'outil en ligne droite à la vitesse d'avance F

Question 3 : Quel est le role du post-processeur ?

a) Verifier les collisions

b) Adapter le G-code au type de commande numerique

c) Calculer les parametres de coupe

Reponse : b) Chaque CN (Fanuc, Siemens...) a ses variantes, le post-processeur adapte le code

Question 4 : Pour fraiser de l'aluminium avec une fraise Ø8mm a Vc=400m/min, quelle vitesse de broche ?

a) 5000 tr/min

b) 15915 tr/min

c) 12732 tr/min

Reponse : b) N = (400×1000)/(π×8) = 15915 tr/min

Question 5 : Pourquoi utilise-t-on des vitesses de coupe plus faibles pour l'inox que pour l'aluminium ?

a) L'inox est plus leger

b) L'inox s'ecrouit et use les outils plus vite

c) L'inox est moins cher

Reponse : b) L'ecrouissage de l'inox genere beaucoup de chaleur et use rapidement les outils

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