La conception de machines-outils implique la conception, la construction et la construction de machines-outils utilisées à diverses fins industrielles. Les types de machines-outils couramment utilisés dans les industries d’aujourd’hui comprennent les tours, les perceuses et les fraiseuses, ainsi que les machines de transfert, de meulage et de rodage. Chaque conception de machine-outil doit prendre en compte la charge que la machine devra supporter, qui utilisera la machine-outil et les contraintes sur les composants clés, ainsi que ses besoins en énergie et dans quelle mesure sa fonction sera automatisée.
Plusieurs aspects clés des différents types de machines-outils doivent être pris en compte par le concepteur de la machine-outil. Le premier d’entre eux est le cadre, ou châssis, sur lequel l’outil est construit. Il peut s’agir d’un cadre moulé, fabriqué ou construit qui abritera tous les moteurs, tables et commandes dont l’outil a besoin. Souvent, ces cadres sont construits en acier ou en fonte, mais une conception de machine-outil moderne peut également utiliser un cadre en plastique composite. La fonction clé du cadre est qu’il doit être capable de résister et d’amortir les effets des vibrations à long terme, de la chaleur et du son pour rendre l’outil plus efficace et fiable.
D’autres composants souvent inclus dans la conception d’une machine-outil sont les glissières et les rails, qui sont des guides qui permettent le mouvement des tables et des broches. Il existe deux formes principales pour ceux-ci. La glissière en caisson, ou rail, est la norme et la plus facile à construire, avec une bonne capacité d’amortissement et une bonne résistance aux chocs, bien qu’elle soit souvent difficile à réparer et à remplacer. La conception du chemin à rouleaux intègre un roulement entre la glissière et le rail, ce qui le rend plus polyvalent et plus facile à positionner. Cependant, les conceptions à rouleaux occupent plus d’espace au sol et, en raison de leur complexité accrue, sont généralement plus coûteuses à construire.
Les moteurs électriques dans la conception de machines-outils sont disponibles dans l’une des trois variétés. Les moteurs de broche sont les plus courants et sont entraînés par arbre. Les moteurs d’alimentation alimentent les glissières qui déplacent les tables de travail et sont souvent appelés servomoteurs. Les moteurs linéaires assurent un mouvement dans une direction linéaire via un rotor connecté à la glissière, et sont généralement petits et légers.
Une conception de machine-outil doit également avoir des commandes, qui peuvent être manuelles ou basées sur divers microprocesseurs, tels que le contrôleur logique programmable (PLC). Le logiciel qui fonctionne avec l’API génère une pièce de machine-outil à l’aide de programmes de fabrication assistée par ordinateur (FAO) et d’un logiciel de commande numérique par ordinateur (CNC) pour exécuter la FAO et exécuter l’outil. Ce logiciel contrôle les outils amovibles et les embouts en carbure de tungstène durci qui sont le point central de la conception de la machine-outil.
Le marché des machines-outils devrait continuer de croître, alimentant un besoin toujours présent de diplômés en conception de machines-outils. Les estimations indiquent qu’en 2015, ce sera une industrie mondiale de 80.7 milliards de dollars américains (USD), approvisionnant des pays d’Europe et d’Asie dans des secteurs tels que l’aérospatiale, la production éolienne et les secteurs de l’automobile. Le marché nord-américain est considéré comme mature, tandis que les équipements vieillissants des machines-outils pour la coupe, le meulage, le rodage, ainsi que les tours, les fraiseuses, etc. seront remplacés par des modèles plus récents qui sont très demandés ailleurs.