Actualités - Analysez les trois éléments majeurs qui nécessitent une mesure de précision lors de la livraison d'un centre d'usinage CNC.

Analyse des éléments clés de l'acceptation de la précision des centres d'usinage CNC

Résumé : Cet article détaille les trois éléments clés à mesurer pour la précision lors de la livraison des centres d'usinage CNC : la précision géométrique, la précision de positionnement et la précision de coupe. Grâce à une analyse approfondie des connotations de chaque élément de précision, du contenu des contrôles, des outils d'inspection couramment utilisés et des précautions à prendre, il fournit des conseils complets et systématiques pour la réception des centres d'usinage CNC, contribuant ainsi à garantir que ces derniers présentent de bonnes performances et une bonne précision à la livraison, répondant ainsi aux exigences de haute précision de la production industrielle.

I. Introduction

En tant qu'équipements clés de l'industrie manufacturière moderne, la précision des centres d'usinage CNC influence directement la qualité des pièces usinées et l'efficacité de la production. Lors de la livraison, il est crucial de réaliser des mesures complètes et méticuleuses, ainsi que de valider la précision géométrique, la précision de positionnement et la précision de coupe. Ceci est non seulement essentiel à la fiabilité de l'équipement dès sa mise en service, mais aussi une garantie importante de son fonctionnement stable et durable et de son usinage de haute précision.

II. Contrôle de précision géométrique des centres d'usinage CNC

(I) Éléments d'inspection et connotations

Prenons l’exemple du centre d’usinage vertical ordinaire : son contrôle de précision géométrique couvre plusieurs aspects importants.

Planéité de la surface de la table de travail : En tant que référence de serrage des pièces, la planéité de la table de travail affecte directement la précision d'installation des pièces et la qualité de la planéité après usinage. Si la planéité dépasse la tolérance, des problèmes tels qu'une épaisseur irrégulière et une dégradation de la rugosité de surface peuvent survenir lors de l'usinage de pièces planes.
Perpendicularité mutuelle des mouvements dans chaque direction de coordonnées : L'écart de perpendicularité entre les axes de coordonnées X, Y et Z entraîne une déformation de la forme géométrique spatiale de la pièce usinée. Par exemple, lors du fraisage d'une pièce parallélépipédique, les bords initialement perpendiculaires présentent des déviations angulaires, ce qui affecte gravement les performances d'assemblage de la pièce.
Parallélisme de la surface de la table de travail lors des mouvements dans les directions des coordonnées X et Y : Ce parallélisme garantit que la relation de position relative entre l'outil de coupe et la surface de la table de travail reste constante lorsque l'outil se déplace dans les plans X et Y. Dans le cas contraire, lors du fraisage plan, des surépaisseurs d'usinage irrégulières se produiront, entraînant une baisse de la qualité de surface et même une usure excessive de l'outil de coupe.
Parallélisme du côté de la rainure en T sur la surface de la table de travail pendant le mouvement dans la direction des coordonnées X : pour les tâches d'usinage qui nécessitent le positionnement du dispositif à l'aide de la rainure en T, la précision de ce parallélisme est liée à la précision de l'installation du dispositif, qui à son tour affecte la précision de positionnement et la précision d'usinage de la pièce.
Faux-rond axial de la broche : Le faux-rond axial de la broche provoque un léger déplacement de l'outil de coupe dans le sens axial. Lors du perçage, de l'alésage et d'autres usinages, il entraîne des erreurs de diamètre du trou, une détérioration de sa cylindricité et une augmentation de la rugosité de surface.
Faux-rond de l'alésage de la broche : il affecte la précision de serrage de l'outil de coupe, rendant sa position radiale instable pendant la rotation. Lors du fraisage du cercle extérieur ou de l'alésage des trous, il augmente l'erreur de forme du contour de la pièce usinée, rendant difficile la garantie de la circularité et de la cylindricité.
Parallélisme de l'axe de broche lorsque le boîtier de broche se déplace selon la coordonnée Z : cet indice de précision est essentiel pour garantir la cohérence de la position relative entre l'outil de coupe et la pièce lors de l'usinage à différentes positions de l'axe Z. Un mauvais parallélisme peut entraîner des profondeurs d'usinage irrégulières lors du fraisage ou de l'alésage profond.
Perpendicularité de l'axe de rotation de la broche par rapport à la surface de la table : Pour les centres d'usinage verticaux, cette perpendicularité détermine directement la précision de l'usinage des surfaces verticales et inclinées. Tout écart peut entraîner des problèmes tels que des surfaces verticales non perpendiculaires et des angles de surface inclinés imprécis.
Rectitude du mouvement de la boîte à broches selon l'axe Z : l'erreur de rectitude entraîne une déviation de la trajectoire rectiligne idéale de l'outil de coupe lors du mouvement selon l'axe Z. Lors de l'usinage de trous profonds ou de surfaces à plusieurs niveaux, des erreurs de coaxialité entre les niveaux et de rectitude des trous peuvent survenir.

(II) Outils d'inspection couramment utilisés

Le contrôle de précision géométrique nécessite l'utilisation d'outils de contrôle de haute précision. Des niveaux de précision permettent de mesurer la planéité de la surface de la table de travail, ainsi que la rectitude et le parallélisme dans chaque direction de l'axe de coordonnées ; des équerres de précision, des équerres rectangles et des règles parallèles facilitent la détection de la perpendicularité et du parallélisme ; des tubes lumineux parallèles fournissent des lignes droites de référence de haute précision pour des mesures comparatives ; des comparateurs à cadran et des micromètres sont largement utilisés pour mesurer divers petits déplacements et faux-ronds, tels que le faux-rond axial et radial de la broche ; des barres d'essai de haute précision sont souvent utilisées pour vérifier la précision de l'alésage de la broche et la relation de position entre la broche et les axes de coordonnées.

(III) Précautions d'inspection

Le contrôle de la précision géométrique des centres d'usinage CNC doit être effectué en une seule fois, après leur réglage précis. En effet, les différents indicateurs de précision géométrique sont interdépendants et interactifs. Par exemple, la planéité de la surface de la table et le parallélisme du mouvement des axes de coordonnées peuvent se limiter mutuellement. Le réglage d'un élément peut avoir une réaction en chaîne sur les autres éléments connexes. Si un élément est réglé puis inspecté un par un, il est difficile de déterminer avec précision si la précision géométrique globale est réellement conforme aux exigences, et cela ne facilite pas non plus l'identification des causes des écarts de précision et la mise en œuvre d'ajustements et d'optimisations systématiques.

III. Contrôle de précision du positionnement des centres d'usinage CNC

(I) Définition et facteurs d'influence de la précision du positionnement

La précision de positionnement désigne la précision de positionnement que chaque axe de coordonnées d'un centre d'usinage CNC peut atteindre sous le contrôle de la commande numérique. Elle dépend principalement de la précision de contrôle de la commande numérique et des erreurs de la transmission mécanique. La résolution de la commande numérique, les algorithmes d'interpolation et la précision des dispositifs de détection de rétroaction ont tous un impact sur la précision de positionnement. Concernant la transmission mécanique, des facteurs tels que l'erreur de pas de la vis mère, le jeu entre la vis mère et l'écrou, la rectitude et le frottement du rail de guidage déterminent également en grande partie le niveau de précision de positionnement.

(II) Contenu de l'inspection

Précision de positionnement et précision de positionnement répétitive de chaque axe de mouvement linéaire : la précision de positionnement reflète l'écart entre la position commandée et la position réelle atteinte par l'axe de coordonnées, tandis que la précision de positionnement répétitive reflète le degré de dispersion de position lorsque l'axe de coordonnées se déplace de manière répétée vers la même position commandée. Par exemple, lors du fraisage de contours, une mauvaise précision de positionnement entraînera des écarts entre la forme du contour usiné et le contour conçu, et une mauvaise précision de positionnement répétitif entraînera des trajectoires d'usinage incohérentes lors de l'usinage répété du même contour, affectant la qualité de surface et la précision dimensionnelle.
Précision de retour de l'origine mécanique de chaque axe de mouvement linéaire : L'origine mécanique est le point de référence de l'axe de coordonnées. Sa précision de retour affecte directement la précision de la position initiale de l'axe de coordonnées après la mise sous tension de la machine-outil ou le retour à zéro. Une précision de retour insuffisante peut entraîner des écarts entre l'origine du système de coordonnées de la pièce lors de l'usinage ultérieur et l'origine prévue, ce qui entraîne des erreurs de position systématiques tout au long du processus d'usinage.
Jeu de chaque axe de mouvement linéaire : Lorsque l'axe de coordonnées alterne entre les mouvements avant et arrière, un jeu se produit en raison de facteurs tels que le jeu entre les composants de la transmission mécanique et les variations de frottement. Lors de tâches d'usinage impliquant des mouvements avant et arrière fréquents, comme le fraisage de filets ou l'usinage de contours alternatifs, le jeu provoque des erreurs de type « pas » dans la trajectoire d'usinage, affectant la précision et la qualité de surface.
Précision de positionnement et précision de positionnement répétitif de chaque axe de rotation (table rotative) : Pour les centres d'usinage équipés de tables rotatives, la précision de positionnement et la précision de positionnement répétitif des axes de rotation sont cruciales pour l'usinage de pièces à indexation circulaire ou multipostes. Par exemple, lors de l'usinage de pièces présentant des caractéristiques de distribution circulaire complexes, telles que des aubes de turbine, la précision de l'axe de rotation détermine directement la précision angulaire et l'uniformité de la distribution entre les aubes.
Précision de retour de l'origine de chaque axe de mouvement rotatif : Similaire à l'axe de mouvement linéaire, la précision de retour de l'origine de l'axe de mouvement rotatif affecte la précision de sa position angulaire initiale après l'opération de retour à zéro, et c'est une base importante pour garantir la précision du traitement multi-stations ou du traitement d'indexation circulaire.
Jeu de chaque axe de mouvement rotatif : le jeu généré lorsque l'axe rotatif bascule entre les rotations avant et arrière provoquera des écarts angulaires lors de l'usinage de contours circulaires ou de l'exécution d'une indexation angulaire, affectant la précision de la forme et la précision de la position de la pièce.

(III) Méthodes et équipements d'inspection

Le contrôle de la précision du positionnement fait généralement appel à des équipements de haute précision tels que des interféromètres laser et des échelles à réseau. L'interféromètre laser mesure avec précision le déplacement de l'axe de coordonnées en émettant un faisceau laser et en mesurant les variations de ses franges d'interférence, afin d'obtenir divers indicateurs tels que la précision du positionnement, la précision du positionnement répétitif et le jeu. L'échelle à réseau est installée directement sur l'axe de coordonnées et renvoie les informations de position de l'axe de coordonnées en lisant les variations des bandes du réseau, ce qui permet la surveillance et l'inspection en ligne des paramètres liés à la précision du positionnement.

IV. Contrôle de la précision de coupe des centres d'usinage CNC

(I) Nature et importance de la précision de coupe

La précision de coupe d'un centre d'usinage CNC est une précision globale. Elle reflète le niveau de précision d'usinage que la machine-outil peut atteindre lors du processus de coupe réel, en prenant en compte divers facteurs tels que la précision géométrique, la précision de positionnement, les performances de l'outil de coupe, les paramètres de coupe et la stabilité du système de traitement. Le contrôle de la précision de coupe constitue la vérification finale des performances globales de la machine-outil et est directement lié à la conformité de la pièce usinée aux exigences de conception.

(II) Classification et contenu de l'inspection

Inspection de précision d'usinage unique
- Précision de l'alésage – Circularité, Cylindricité : L'alésage est un procédé d'usinage courant sur les centres d'usinage. La circularité et la cylindricité du trou alésé reflètent directement le niveau de précision de la machine-outil lorsque les mouvements rotatifs et linéaires fonctionnent ensemble. Les erreurs de circularité entraînent des diamètres de trou irréguliers, tandis que les erreurs de cylindricité provoquent une flexion de l'axe du trou, affectant ainsi la précision d'ajustement avec d'autres pièces.
- Planéité et différence de pas lors du fraisage plan avec fraises : Lors du fraisage d'un plan avec une fraise, la planéité reflète le parallélisme entre la surface de la table et le plan de déplacement de l'outil, ainsi que l'usure uniforme de l'arête de coupe. La différence de pas reflète la régularité de la profondeur de coupe de l'outil à différentes positions pendant le fraisage plan. Une différence de pas indique un problème d'uniformité de mouvement de la machine-outil dans les plans X et Y.
- Perpendicularité et parallélisme du fraisage latéral avec des fraises en bout : Lors du fraisage de la surface latérale, la perpendicularité et le parallélisme testent respectivement la perpendicularité entre l'axe de rotation de la broche et l'axe de coordonnées et la relation de parallélisme entre l'outil et la surface de référence lors de la coupe sur la surface latérale, ce qui est d'une grande importance pour garantir la précision de la forme et la précision d'assemblage de la surface latérale de la pièce.
Contrôle de précision de l'usinage d'une pièce d'essai complète standard
- Contenu de l'inspection de la précision de coupe pour les centres d'usinage horizontaux
  - Précision de l'espacement des alésages — dans les axes X et Y, en diagonale et selon l'écart de diamètre : La précision de l'espacement des alésages teste de manière exhaustive la précision de positionnement de la machine-outil dans les plans X et Y, ainsi que la capacité à contrôler la précision dimensionnelle dans différentes directions. L'écart de diamètre du trou reflète également la stabilité de la précision du processus d'alésage.
  - Rectitude, parallélisme, différence d'épaisseur et perpendicularité lors du fraisage des surfaces environnantes avec des fraises : Le fraisage des surfaces environnantes avec des fraises permet de détecter la précision de positionnement de l'outil par rapport aux différentes surfaces de la pièce lors de l'usinage multiaxes. La rectitude, le parallélisme et la perpendicularité testent respectivement la précision géométrique des surfaces, tandis que la différence d'épaisseur reflète la précision du contrôle de la profondeur de coupe de l'outil selon l'axe Z.
  - Rectitude, parallélisme et perpendicularité du fraisage biaxial de lignes droites : Le fraisage biaxial de lignes droites est une opération de contournage de base. Ce contrôle de précision permet d'évaluer la précision de la trajectoire de la machine-outil lorsque les axes X et Y se déplacent en coordination, ce qui joue un rôle essentiel pour garantir la précision de l'usinage de pièces aux contours droits variés.
  - Circularité du fraisage en arc avec fraises : La précision du fraisage en arc teste principalement la précision de la machine-outil lors du mouvement d'interpolation en arc. Les erreurs de circularité affectent la précision de la forme des pièces présentant des contours en arc, comme les paliers et les engrenages.

(III) Conditions et exigences pour l'inspection de la précision de coupe

Le contrôle de la précision de coupe doit être effectué après que la précision géométrique et la précision de positionnement de la machine-outil ont été validées. Il convient de sélectionner les outils de coupe, les paramètres de coupe et les matériaux de la pièce appropriés. Les outils de coupe doivent présenter un bon tranchant et une bonne résistance à l'usure, et les paramètres de coupe doivent être choisis judicieusement en fonction des performances de la machine-outil, de son matériau et de celui de la pièce, afin de garantir une précision de coupe optimale dans des conditions de coupe normales. Lors du contrôle, la pièce usinée doit être mesurée avec précision et des équipements de mesure de haute précision, tels que des machines à mesurer tridimensionnelles et des profilomètres, doivent être utilisés pour évaluer de manière exhaustive et précise les différents indicateurs de précision de coupe.

V. Conclusion

Le contrôle de la précision géométrique, de positionnement et de coupe lors de la livraison des centres d'usinage CNC est essentiel pour garantir la qualité et les performances des machines-outils. La précision géométrique garantit la précision de base des machines-outils, la précision de positionnement détermine la précision du contrôle de mouvement des machines-outils, et la précision de coupe est un contrôle complet de la capacité d'usinage globale des machines-outils. Lors de la réception, il est nécessaire de respecter scrupuleusement les normes et spécifications en vigueur, d'adopter des outils et méthodes d'inspection appropriés, et de mesurer et d'évaluer minutieusement et de manière exhaustive les différents indicateurs de précision. Ce n'est que lorsque ces trois exigences de précision sont respectées que le centre d'usinage CNC peut être officiellement mis en production et utilisé, offrant ainsi des services d'usinage de haute précision et de haute efficacité à l'industrie manufacturière et favorisant le développement de la production industrielle vers une qualité et une précision accrues. Parallèlement, le contrôle et l'étalonnage réguliers de la précision du centre d'usinage sont également essentiels pour garantir son fonctionnement stable à long terme et la fiabilité continue de sa précision d'usinage.