Comment sélectionner un centre d’usinage vertical
Puissance, vitesse, précision
L’objectif de chaque opération de métallurgie est d’enlever le métal dans les tolérances le plus rapidement possible. Le problème pour chaque atelier est de définir la quantité d’enlèvement de métal, la vitesse et les tolérances requises pour une VMC. De nombreux facteurs interdépendants affectent la puissance, la vitesse et la précision d’une VMC, mais les trois éléments de base comprennent le système d’entraînement de la broche, le système d’exploitation de la machine (commande numérique par ordinateur) et le système d’entraînement des axes. Le système d’entraînement de la broche fournit de l’énergie à l’outil de coupe pour enlever le métal. Le système de commande ou « système d’exploitation de la machine » est le cerveau de la VMC et coordonne le mouvement de la machine. Le système d’entraînement de l’axe est « la conduite ». Dans quelle mesure le mouvement du VMC est-il fluide et comment cela se traduit-il par des pièces toujours précises avec une qualité de finition de surface acceptable ? La qualité du système d’entraînement « ride » ou axe est fonction de la construction du cadre et du système de voie X-Y-Z. Il s’agit du matériel de la machine qui détermine la rigidité, la capacité d’amortissement des vibrations et la résistance à la poussée latérale. C’est l’équilibre entre ces trois domaines critiques (puissance, vitesse, précision) que vous devez évaluer par rapport aux besoins de votre magasin pour obtenir le meilleur achat pour votre argent.Matériel
Les exigences de base de votre VMC, telles que le régime de broche, le couple à basse vitesse et la puissance à grande vitesse, sont établies par les matériaux que vous usinez. Par exemple, les matériaux souples nécessitent des vitesses de finition plus élevées, tandis que les matériaux durs nécessitent un couple à faible vitesse, ainsi qu’une rigidité pour réduire les effets de la poussée latérale.Vous trouverez ci-dessous une liste des matériaux couramment utilisés correspondant aux exigences de la machine correspondante et la ou les caractéristiques qui répondent à ce besoin.
Production Volume
Nous sommes tous d’accord pour dire que le débit est important. Mais le débit de prototypes et de petites séries nécessite des caractéristiques différentes de celles des longues séries de production. Si vous usinez des prototypes, tout ce qui rend les configurations plus rapides et plus faciles sera important : l’édition du programme, l’accès au contrôle depuis l’enveloppe de travail, la hauteur de la table et un système de refroidissement pour la stabilité thermique. Si le VMC est destiné à de longues séries de production ou à des séries de production dédiées, le chargement automatique et l’élimination des copeaux figureront en bonne place sur votre liste.
Qualité
La qualité est fonction du contrôle, de l’encodeur, du système de voies, de la construction et de la rigidité. Le contrôle doit être précis et doit être calibré périodiquement. Il existe plusieurs types d’encodeurs différents, notamment les encodeurs rotatifs, les échelles en verre et les échelles laser. Ils offrent une précision de plus en plus élevée à des vitesses plus élevées.Un autre problème est le système de voies, qui affecte la rigidité, l’amortissement des vibrations et la capacité à résister à la poussée latérale lors d’opérations d’usinage lourdes.
Opérations d’usinage
Les caractéristiques VMC nécessaires à l’usinage d’un moule en aluminium avec des contours 3D, telles que la vitesse d’exécution élevée du programme, la concentricité de la broche et la montée et la descente ne sont pas nécessairement les mêmes que celles nécessaires pour percer des trous dans le laiton. Si vous réalisez des pièces en 2D, des vitesses d’avance et de changement d’outil élevées seront importantes. Vous devez faire correspondre vos besoins avec le Centre d’usinage vertical.Système d’entraînement de broche
Généralement, la broche est considérée comme le cœur de la VMC. La broche maintient l’outil et effectue les opérations de coupe du métal. La broche doit avoir un faux-rond, une rigidité, un couple de roulement, une faible génération de chaleur et une stabilité thermique. Même si les constructeurs de machines-outils poussent la flexibilité, la plupart des broches sont meilleures dans certaines applications que d’autres. Par exemple, une broche qui usine l’aluminium à grande vitesse peut ne pas avoir la même capacité de coupe du métal à basse vitesse qu’une broche conçue pour des opérations de coupe à basse vitesse et à couple élevé.Les broches sont disponibles dans une variété de vitesses, de couples et de puissances. Dans la section précédente sur les matériaux, nous avons mentionné que le matériau de la pièce a une incidence sur les vitesses, le couple et la puissance. Étant donné qu’une VMC à une vitesse limite la vitesse, le couple et la plage de puissance, de nombreuses VMC utilisent des transmissions à engrenages ou à courroie à deux ou trois vitesses pour augmenter le couple à basse vitesse. Mais les transmissions provoquent des frottements à grande vitesse, les transmissions à engrenages causant plus de frottement que les transmissions à courroie. Ainsi, à grande vitesse, la puissance du moteur de la broche est volée pour compenser la friction. Le frottement généré par les transmissions à engrenages se traduit par de la chaleur et des vibrations qui doivent être dissipées par le refroidissement pour la stabilité thermique et des techniques de construction qui isolent les vibrations. Une alternative aux transmissions est une transmission électrique qui utilise deux enroulements de moteur différents pour créer deux plages de vitesse.
Une variété de roulements de broche sont disponibles, tels que les roulements à rouleaux conventionnels, à billes ou hybrides, les roulements en céramique, hydrostatiques, à air, magnétiques et combinés. Chacun des systèmes de roulement a ses propres forces et faiblesses. Les roulements à rouleaux sont rigides et durables, mais peuvent générer de la chaleur, ce qui nuit aux performances. En règle générale, les roulements à billes génèrent moins de chaleur et fonctionnent beaucoup plus vite que les roulements à rouleaux, mais ne sont pas aussi rigides. Les roulements hybrides avec des billes en céramique et des bagues en acier peuvent fonctionner plus vite que les roulements à billes conventionnels car ils ont moins de masse et plus de rigidité, mais sont plus susceptibles de tomber en panne en cas de collision car ils sont cassants.
Les paliers hydrostatiques et hydrodynamiques soutiennent l’élément rotatif avec un film fluide. Dans les applications à basse vitesse, les roulements hydrostatiques peuvent être très rigides et sans frottement, et dans les applications à grande vitesse, ils ne sont pas rigides ou nécessitent un refroidissement. La génération de chaleur n’est pas un problème avec les paliers à air ; Cependant, ils ne sont pas rigides et peuvent être instables. Les paliers magnétiques ont de meilleures caractéristiques de contrôle que les paliers pneumatiques, mais doivent être protégés contre les chocs.
Construction
La plupart des VMC utilisent des pièces moulées en raison de leur résistance globale supérieure, de leurs caractéristiques d’amortissement des vibrations et de leur faible coût. Les pièces moulées doivent avoir des parois uniformément épaisses, car la variation de l’épaisseur de la paroi peut entraîner des problèmes de refroidissement et de distorsion. Les sections minces peuvent devenir cassantes et provoquer une distorsion lorsqu’elles sont soumises à des contraintes.Certaines VMC utilisent des soudures, qui sont généralement en acier. En petites quantités, les soudures coûtent moins cher que les pièces moulées et sont plus rigides et plus résistantes que les pièces moulées de même taille et de même poids. Généralement, les soudures sont plus rigides que les pièces moulées et ont moins de caractéristiques d’amortissement. Ainsi, ils fonctionnent bien à basse vitesse, mais à grande vitesse, les soudures sont plus sensibles aux vibrations et aux vibrations qui peuvent provoquer des finitions de surface rugueuses.
De nouveaux matériaux plus légers, tels que les composites, l’aluminium et le titane, sont également utilisés dans la construction de machines-outils. Ces matériaux peuvent offrir des avantages significatifs dans les nouvelles machines plus performantes. Par exemple, une masse réduite facilite l’accélération et la décélération. L’utilisation de matériaux de type composite a augmenté en raison de la résistance et de la rigidité élevées du rapport poids, ainsi que de la stabilité thermique.
Systèmes de voies
Le système de passage de la machine-outil comprend les composants porteurs qui soutiennent la broche et la table, ainsi que guident leur mouvement. Les chemins de boîte et les guides linéaires sont les deux principaux types de systèmes de cheminement. Chaque système a ses caractéristiques positives et négatives. Malheureusement, un type de système de passage ne convient pas à toutes les applications. Ainsi, lorsque vous êtes à la recherche d’une machine-outil, vous devez adapter le système de manière à votre application spécifique.Nous pensons que les systèmes de chemin en boîte offrent une VMC avec une durée de vie plus longue et moins de vibrations, ce qui produit des pièces plus précises. Les caractéristiques d’amortissement des vibrations des caissons prolongent la durée de vie de l’outil et permettent des finitions de surface plus lisses. Si votre application nécessite une grande précision et la capacité d’usiner des matériaux difficiles avec des tolérances serrées, alors une VMC avec un système de chemin de boîte est plus susceptible de fournir la solution optimale.
Les VMC avec guides linéaires permettent un positionnement plus rapide ; Cependant, ils ont une capacité réduite à amortir les vibrations, à résister à la poussée latérale et à résister aux dommages causés par les accidents. Si le coût initial de la VMC est une préoccupation, que les matériaux à usiner ne sont pas difficiles, que les opérations d’ébauche/coupe lourdes ne sont pas nécessaires et que les tolérances/finition de surface ne sont pas aussi critiques, alors une machine-outil avec Centre d’usinage à guidage linéaire peut être une bonne solution.