Les exigences de précision des pièces clés des centres d'usinage verticaux classiques déterminent le niveau de précision des machines-outils CNC. Les machines-outils CNC peuvent être classées en machines simples, entièrement fonctionnelles, ultra-précision, etc., selon leur utilisation. La précision qu'elles peuvent atteindre varie également. Le type simple est actuellement utilisé sur certains tours et fraiseuses, avec une résolution de mouvement minimale de 0,01 mm, et la précision de mouvement et d'usinage est supérieure à 0,03-0,05 mm. Le type ultra-précision est utilisé pour les usinages spéciaux, avec une précision inférieure à 0,001 mm. Cet article traite principalement des machines-outils CNC entièrement fonctionnelles les plus utilisées (principalement les centres d'usinage).
Les centres d'usinage verticaux peuvent être classés en deux catégories : standard et de précision. En général, les machines-outils CNC disposent de 20 à 30 éléments de contrôle de précision, mais leurs caractéristiques les plus distinctives sont : la précision du positionnement sur un axe, la précision du positionnement répété sur un axe et la circularité des pièces d'essai produites par deux axes d'usinage ou plus.
La précision de positionnement et la précision de positionnement répété reflètent la précision globale de chaque composant mobile de l'axe. En particulier, la précision de positionnement répété reflète la stabilité de positionnement de l'axe en tout point de sa course, ce qui constitue un indicateur fondamental pour mesurer la stabilité et la fiabilité de l'axe. Actuellement, les logiciels des systèmes CNC disposent de fonctions de compensation d'erreurs complètes, capables de compenser de manière stable les erreurs système à chaque maillon de la chaîne de transmission d'avance. Par exemple, des facteurs tels que les jeux, la déformation élastique et la rigidité de contact à chaque maillon de la chaîne de transmission reflètent souvent des mouvements instantanés différents selon la charge de l'établi, la distance de déplacement et la vitesse de positionnement. Dans certains systèmes d'asservissement d'avance en boucle ouverte et semi-fermée, les composants d'entraînement mécaniques, après mesure, sont affectés par divers facteurs accidentels et présentent également des erreurs aléatoires importantes, telles que la dérive de la position réelle de l'établi due à l'allongement thermique de la vis à billes. En bref, si vous avez le choix, optez pour l'appareil offrant la meilleure précision de positionnement répété !
La précision du centre d'usinage vertical pour le fraisage de surfaces cylindriques ou de rainures hélicoïdales spatiales (filetages) repose sur une évaluation complète des caractéristiques de mouvement asservi des axes CNC (deux ou trois axes) et de la fonction d'interpolation du système CNC de la machine-outil. La méthode d'évaluation consiste à mesurer la circularité de la surface cylindrique usinée. Sur les machines-outils CNC, il existe également une méthode d'usinage oblique à quatre faces pour la découpe de pièces d'essai, qui permet également de déterminer la précision de deux axes contrôlables en mouvement d'interpolation linéaire. Lors de cet essai de coupe, la fraise de précision est installée sur la broche de la machine-outil et l'échantillon circulaire placé sur l'établi est fraisé. Pour les machines-outils de petite et moyenne taille, l'échantillon circulaire est généralement prélevé à Ф 200~Ф 300, puis placé sur un appareil de mesure de circularité pour mesurer la circularité de la surface usinée. Les vibrations évidentes de la fraise sur la surface cylindrique indiquent l'instabilité de la vitesse d'interpolation de la machine-outil. La rondeur fraisée présente une erreur elliptique importante, reflétant une inadéquation dans le gain des deux systèmes d'axes contrôlables pour le mouvement d'interpolation ; lorsqu'il y a des marques d'arrêt sur chaque point de changement de direction de mouvement d'axe contrôlable sur une surface circulaire (dans un mouvement de coupe continu, l'arrêt du mouvement d'avance à une certaine position formera un petit segment de marques de coupe de métal sur la surface d'usinage), cela reflète que les jeux avant et arrière de l'axe n'ont pas été réglés correctement.
La précision de positionnement sur un axe fait référence à la marge d'erreur lors du positionnement en tout point de la course de l'axe. Elle reflète directement la précision d'usinage de la machine-outil, ce qui en fait l'indicateur technique le plus critique des machines-outils à commande numérique. Actuellement, les réglementations, les définitions, les méthodes de mesure et le traitement des données varient selon les pays du monde. Parmi les exemples de données de machines-outils à commande numérique, les normes couramment utilisées incluent la norme américaine (NAS) et les normes recommandées par l'American Machine Tool Manufacturers Association, la norme allemande (VDI), la norme japonaise (JIS), l'Organisation internationale de normalisation (ISO) et la norme nationale chinoise (GB). La norme japonaise est la plus basse de ces normes, car sa méthode de mesure repose sur un seul ensemble de données stables, puis la valeur d'erreur est divisée par deux avec une valeur ±. Par conséquent, la précision de positionnement mesurée par cette méthode est souvent plus de deux fois supérieure à celle mesurée par d'autres normes.
Bien qu'il existe des différences dans le traitement des données entre les différentes normes, elles reflètent toutes la nécessité d'analyser et de mesurer la précision du positionnement selon les statistiques d'erreur. Ainsi, pour une erreur de point de positionnement dans la course d'un axe contrôlable d'une machine-outil CNC (centre d'usinage vertical), elle devrait refléter l'erreur de localisation de ce point des milliers de fois lors de l'utilisation future de la machine-outil. Cependant, nous ne pouvons mesurer qu'un nombre limité de fois (généralement 5 à 7 fois).
La précision des centres d'usinage verticaux est difficile à déterminer, et certains nécessitent un usinage avant le jugement, cette étape est donc assez difficile.