woodLAB, cela n'a rien de sorcier
La b.a.-ba de la programmation numérique en menuiserie via une CAO 3D
Ce document s’adresse aux dessinateurs de formation devant se servir de woodLAB mais qui n’ont pas les connaissances du métier de l’agencement à base de panneaux en bois ou de la menuiserie, ni aucune expérience sur les machines CNC. Je pense que c’est une erreur des les envoyer au front comme cela. Idéalement, ils devraient travailler en atelier quelques mois. Mais comme cela ne semble pas toujours possible, j'ai rédigé ici un document qui va certainement les aider.
Ce document n'est pas figé et évolue avec le temps au gré de ce qui me semble devoir être expliqué. Revenez le consulter régulièrement.
J'espère simplement qu'à sa lecture, le dessinateur pourra mieux comprendre la réalité de l'atelier (qui est bien souvent situé à quelques mètres de son bureau...). J'espère aussi, que ce document déclenchera de la curiosité de la part du dessinateur et qu'il réalise qu'il a la possibilité de vérifier, dans woodLAB CAM, si les usinages issus de sa conception 3D sont corrects ou pas.
Il vaut donc mieux prévenir que guérir.
Préambule de départ : vous ne faites jamais deux fois les mêmes projets, mais vous les fabriquez toujours de la même façon. La vocation de woodLAB CAM est d’automatiser toutes ces tâches répétitives et redondantes. Donc woodLAB CAM doit pouvoir faire le boulot entre 99% et 100%. Pour le 1% restant, il s’agit d’usinages uniques qu’il serait trop long à automatiser dans le CAM (Computer Assisted Machining) d’autant plus qu’ils ne seraient probablement plus utilisés avant des lunes.
Une machine CNC lit un programme. Il existe divers languages de programmation: G codes, ISO etc. En plus certains fabricants ont développé leur propre language machine pour pouvoir développer aussi des interfaces de programmations conviviales. Ne vous y trompez pas: il y a toujours quelque part soit du code ISO, soit du G code. Tout cela c'est très joli, mais le premier dégât collateral est que, de plus en plus souvent, on se trouve face à des opérateurs n'ayant que peu de connaissances de la géométrie etc. Ce n'est pas propre à la menuiserie, c'est un constat. Cela s'appelle le progrès paraît-il. D'où l'intérêt d'un CAM automatique qui va interpréter les géométries et les usinages dessinés en 3D dans la CAO (Conception Asssistée par Ordinateur). Soyons de bon compte, c'est effectivement efficace et rapide.
Une mèche est un outil ne pouvant se déplacer que verticalement (de haut en bas le long de l’axe Z). Par conséquent une MECHE ne peut pas se déplacer en X ou en Y. Jamais ! Une mèche est faite pour percer un trou rond. On distingue les mèches plates et pointe. Une mèche plate n’est pas supposée percer à une profondeur égale à celle du panneau car elle ferait un gros éclat sur la face opposée du panneau en sortant. Une mèche pointe est faite pour percer à travers l’épaisseur du panneau.
Une fraise est un outil tranchant destiné en se déplaçant à générer un profil (droit ou pas). Une fraise peut exécuter un perçage rond (d’un diamètre de la fraise) pour autant qu’elle soit munie d’un couteau en-dessous. Mais ce n’est pas sa vocation première. Par contre ce type de fraise (avec tranchant en-dessous) est indispensable pour tout usinage sur une face d’un panneau puisqu’elle attaque perpendiculairement la face.
Les fraises sont de deux types. Soit avec le tranchant qui fait corp avec la fraise, soit avec couteaux jetables. Pour les premières, il est évident qu’après chaque affûtage, le diamètre de l’outil diminue. L’opérateur doit donc, après chaque affûtage, mettre à jour le diamètre de l’outil dans le tableau d’outil de la machine. Les fraises avec couteaux à jeter ont l’avantage que leur diamètre reste constant, puisqu’une fois que le tranchant diminue, on remplace le couteau et on donc le diamètre ne change pas.
Il existe deux types de lame de scie sur une CNC. La lame sur le bloc moteur qui ne peut se déplacer qu’en X et/ou Y. Elle est d’un petit diamètre (+/- 120 mm) et sa vocation est d’usiner des rainures droites le plus souvent pour le panneau de dos d’un caisson. La lame de scie sur l’électro-broche est destinée soit à calibrer le bois massif, soit à couper les onglets dans un panneau.
Lorsque le CNC exécute des usinages sur le panneau, celui-ci est tenu solidairement à la table de la machine grâce à une dépression d’air. C’est donc le rôle de la ventouse. Il est impératif de ne pas endommager la ventouse. Il existe des systèmes de déplacement automatique des ventouses (mais cela coûte bonbon) ou aussi de projection laser de la forme de la pièce sur la table. L’opérateur peut alors placer les ventouses sans risque. Enfin, il y a la solution radicale : ne jamais fraiser au travers d’une pièce. On laisse alors 1 mm de matière et l’opérateur termine manuellement avec une fraise portative.
La table de la CNC est munie sur son pourtour de plusieurs butées. Une butée sert à s’assurer que le panneau est bien positionné au point 0 de la machine.
Les tables des CNC sont principalement de deux types : poutres & ventouses (pods a& rails) ou pleine (FT – feed through - pour le Nesting par exemple). L’avantage de travailler avec des poutres, est qu’il est possible pour la machine de travailler sur les chants. Par contre, ce type de table donne une surcharge de travail à l’opérateur. Pour en savoir plus, consulter cet article :
Le nesting dans l'agencement
Les tables pleines sont idéales pour le Nesting de pièces sur un grand panneau. L’avantage étant qu’une fois le panneau posé sur la machine, celle-ci effectue les usinages de « détourage » des pièces mais aussi tous les autres usinages (ou presque car il y a des limitations) mais sur la face supérieure du panneau uniquement. Un autre avantage est qu’on ne doit gérer le positionnement de ventouses. Toute la table est une sorte de ventouse. L’opérateur, pendant l’exécution du programme, peut vaquer à d’autres tâches. L’inconvénient majeur de ce type de table étant qu’on ne peut percer à l’horizontal par exemple. On peut discuter à l’infini du pour et du contre d’une table pleine. Pour en savoir plus, consulter cet article :
Le nesting dans l'agencement
Ne concerne que les fraises et les lames de scie. On parle de correction CENTRALE, DROITE ou GAUCHE.
- CENTRALE : l’axe de la fraise est sur le parcours. Sur woodLAB CAM, l’outil prend alors la couleur verte.
- DROITE : l’axe de la fraise est à droite du parcours d’une distance égale à son diamètre divisé par deux. Sur woodLAB CAM, l’outil prend alors la couleur bleue.
- GAUCHE : l’axe de la fraise est à gauche du parcours d’une distance égale à son diamètre divisé par deux. Sur woodLAB CAM, l’outil prend alors la couleur rouge.
En anglais CW/CCW. Si le parcours de l’usinage est dans le sens des aiguilles d’une montre, on parle de parcours horaire. Sinon anti-horaire.
Toute la question est là, mon cher Watson. Si une fraise (dont le sens de rotation est également horaire) se déplace en sens horaire, on dit que l’outil mange le copeau. S’il se déplace en sens anti-horaire, on dit qu’il expulse le copeau. Sachez qu’il y a autant de menuisiers qui jureront qu’un outil avec sens de rotation droit doit se déplacer en sens horaire et vous trouverez autant de menuisiers qui affirmeront le contraire. En réalité, cela dépend de plusieurs facteurs comme l’affûtage de l’outil, le type de couteaux, et surtout le matériau que l’outil va attaquer.
Si vous regardez de plus près le CAM, vous verrez apparaître ce terme mystérieux. Si on devait le traduire en français, on dirait excavation. Et si vous êtes perspicaces, vous remarquerez que le H Block sont des outils effectuant des excavations. Par défaut, un SCAVO est une géométrie fermée. C’est bien, mais pas toujours. C’est pourquoi, lorsqu’on écrit le post-processeur 100% sur mesure pour se coller à votre façon de travailler, on dispose d’une multitude de macros pour torturer et travailler le SCAVO pour obtenir l’usinage qu’on souhaite. Il y a en particulier un outil que j’appelle guillotine. Exemple : si vous faites dépasser légèrement le SCAVO par rapport à l’arrête, vous créez un porte-à-faux que vous allez sectionner avec la guillotine : résultat, la géométrie n’est plus fermée mais ouverte. C’est du bonheur.
C’est un point capital. Le sens d’extrusion d’un SCAVO doit toujours être perpendiculaire à la face qu’il va usiner. Par analogie, vous devez comprendre que la flèche qui représente le sens d’extrusion du SCAVO représente l’axe de la fraise sur l’électrobroche de la machine qui va réaliser le travail d’usinage. Si le sens d’extrusion du SCAVO n’est pas perpendiculaire, la machine se mettra en erreur.
C'est une erreur de conception très fréquente.
Se dit d’un fraisage d’une forme géométrique fermée (rectangulaire, ronde etc) non-dépassante. En anglais on parle de pocket. Il faut donc l’évider. A nouveau, pour les machines modernes, la poche est gérée automatiquement pas le processeur de la machine par l’appel d’une macro. Exemple dans woodWOP : tasche et dans bSolid ou Biesseworks : tasca. Seulement voilà, ce n’est pas toujours le cas. On fait alors, ce qu’on appelle ou programmation ISO, c’est-à-dire qu’on programme manuellement l’évidement de la pièce (rassurez-vous, woodLAB CAM fait cela très bien à votre place). Par exemple, on évide un maximum avec un outil d’un grand diamètre avec une correction centrale et ensuite on termine proprement avec une fraise d’un petit diamètre pour avoir un arrondi le plus petit possible dans les angles.
Par ce terme, et pour ce qui concerne woodLAB CAM, on veut dire l’ensemble des règles (chacune regroupant une ou plusieurs macros) qui représente une sorte de règlement d’ordre intérieur que le programme doit suivre scrupuleusement pour traduire les géométries et usinages des pièces dessinées en 3D en langage compréhensible par la machine. Ici à gauche, l'interface de programmation des règles du post-processeur dans woodLAB CAM.
Ou encore diamètres bidons. La menuiserie, c’est un métier avec pleins de trucs. Dans le PP on utilise aussi des trucs le plus souvent pour « tricher » ou pour rendre le PP plus flexible.
Exemple : sur les coulisses de tiroirs, vous verrez des Single Hole de 5,1, ou 5,2 ou 5,3 mm selon l’endroit où ils se trouvent. Par exemple si le menuisier A préfère faire juste un petit trou de 3 x 3 mm pour guider ses vis, dans son PP, on dira que 5.1 x 14 = 3 x 3 mm par exemple. Tandis que le menuisier B qui utilise des Euro vis, on écrire que 5.1 = 5 mm.
Chaque fraise peut être programmée avec un type d’entrée et/ou de sortie ou pas
Comme vous pouvez le constater dans la vignette, ici à gauche, il existe de nombreux type d’entrée et sorties. Ce tableau reprend celles disponibles dans Biesseworks ou bSolid. Attention, tous ces types ne sont par forcément tous disponibles sur toutes les machines de toutes les marques.
Le matériau à usiner joue un grand rôle quant au choix du bon type d’entrée ou de sortie.
Ici aussi, à l’instar de l’expulsion du copeau et de l’avalement de celui-ci, chaque menuisier a sa façon de faire.
En principe, selon le type de scie qu’on utilise (scie à panneaux horizontale ou verticale, et déligneuse ou scie à poutre) on ne peut pas garantir que la pièce découpée est d’équerre. Si c’est le cas, on a la possibilité de scier la pièce par exemple 4 mm plus long et plus large et cela déclenchera un usinage sur tout le pourtour de la pièce qui enlèvera 2 mm de matière. Grâce à la précision de déplacement d’une CNC, on a alors la garantie d’avoir une pièce parfaitement d’équerre.
Remarques : notez que cela peut avoir des effets pervers, comme par exemple l’allongement du temps nécessaire à l’usinage d’une pièce (le temps c’est de l’argent dira le patron) ou la présence d’usinage périphérique qui va rendre difficile l’encollage des chants. Il existe heureusement des parades (trucs ou équipement de la machine).
On entend par là la profondeur de passage d’un outil. Pour faire court, au plus petit le diamètre d’une fraise, au moins de matière vous pouvez fraiser par passe. Sinon, la fraise cassera. Selon le matériau aussi, on doit parfois aller doucement. Il existe donc de multiples possibilités. Le PP de woodLAB CAM reproduira avec fidélité les indications données par le menuisier.
Sont regroupées sur cette tête toutes les mèches disposées en X et Y. En général il y a plus d’outils en X qu’en Y, mais pas toujours. Comme par hasard, l’entraxe des mèches fait… 32 mm pour se conformer au système 32 utilisé par les fabricants de quincaillerie. Par conséquent, pour faire des barres de tous rapidement, on veillera à mettre plusieurs mèches de 5 mm sur des mandrins qui se suivent (de 32 mm). Résultat, pour percer une barre de trous, le processeur de la CNC qui connait l’emplacement des mèches de 5 optimisera la descente de ces mèches par rapport au nombre de tous à percer. Pour l'anecdote, j'ai un jour eu une machine avec 125 mèches....
Dans Oikema, vous travaillez en 3D. Vous vous êtes habitué à l’orientation hardware également. Pour rappel, dans Oikema, vous partez de la droite vers la gauche (X – flèche rouge), de l’arrière vers l’avant (Y-flèche verte) et de bas en haut (Z-flèche bleue). Une CNC, c’est pareil, du moins pour le nombre d’axes : 3 axes, X, Y et Z. Pour la très grande majorité des machines, l’axe X est parallèle à la longueur de la table, l’axe Y est parallèle à la profondeur de la table et l’axe Z représente l’épaisseur de la table (bien qu’elle n’en ait pas réellement).
Mais, en fonction de l’origine de la butée avec laquelle vous travaillez, cela peut être différent. Il existe aussi sur la plupart des machines la possibilité de miroiter les pièces. On parle alors de miroir en X ou en Y ou en XY.
Mais bonne nouvelle, avec woodLAB CAM, vous ne devez pas vous en soucier.
Ou Spindle en anglais. Il s’agit de la tête de fraisage de la machine. C’est un mandrin dans lequel on charge la fraise pour l’usinage à réaliser. Sur une machine 3 axes, elle est fixe. Sur une 4 axes, elle peut éventuellement effectuer une rotation, la plupart du temps à 90°. Enfin sur une machine 5 axes, elle est libre de ces mouvements.
On parle de 5 axes positionnés pour un CAM lorsque celui-ci est capable de gérer uniquement des déplacements linéaires (droits) alors que la fraise sur l’électro-broche peut prendre n’importe quelle inclinaison.
On parle de 5 axes interpolés pour un CAM lorsque celui-ci est capable de gérer tout type de déplacements linéaires ou pas alors que la fraise sur l’électro-broche peut prendre n’importe quelle inclinaison. Lorsqu’on fait de l’escalier par exemple, c’est intéressant. Par contre, pour un panneau, c’est assez rare.
En menuiserie, on ne peut pas imaginer travailler avec un seul outil (on entend ici une seule fraise). Comme on a plusieurs outils mais que l’électro-broche ne peut avoir qu’un seul outil dans son mandrin, il faut bien ranger les autres fraises quelque part : dans le magasin. Le magasin peut être soit de type revolver soit en peigne. Certains magasins de type revolver sont montés sur le bloc moteur de la CNC. C’est intéressant puisque le temps nécessaire pour changer d’outil est très court. N’oubliez pas qu’il faut réduire au maximum les changements d’outils car ceux-ci font perdre du temps et le patron ne sera pas content…. Cela me permet aussi de dire qu’il est important de regrouper si possible tous les usinages sur une seule face pour éviter les retournements de pièce qui eux aussi sont une perte de temps. Par exemple, dans Oikema, il faut essayer de regrouper tous les outils de l’intérieur du Cabinet vers l’extérieur de Cabinet. C’est une règle d’or.
Par onglet, on entend qu’un chant de la pièce a un biseau (pas un chanfrein qui est différent). Dans 99% des cas, un onglet est à 45°. Mais pas toujours, en particulier pour les meubles sous-pente.
La gestion des onglets est délicate et dépend de plusieurs facteurs : le nombre d’axe de la machine, le type de fraise dont je dispose etc. La meilleure méthode pour effectuer une coupe d’onglet c’est avec une lame inclinable (donc sur une machine 4 ou 5 axes).
Si on a une machine 3 axes, il est possible de faire l’onglet avec une fraise à 45°. Mais, c’est, en général pas parfait, et justement un onglet doit être parfait. C’est pas toujours parfait parce la force de dépression des ventouses peut varier. Du coup, vous devez comprendre que le point 0 de la pièce en Z peut légèrement varier.
Enfin, on peut tricher et faire en sorte que les pièces présentant un onglet seront allongées par exemple de 25 mm, puis passeront sur la panneauteuse horizontale équipée d’une lame inclinable et enfin, sera mise sur la CNC pour exécution des usinages s’il y en a.
Ci-dessous, une iste de documents toujours intéressants à lire
3frequence_coupe.pdf Assemblages_bois.pdf Usinages_bois.pdf Wikipedia_Fraisage.pdf