Analyse approfondie du niveau de précision et des exigences de précision d'usinage pour les pièces clés des machines-outils CNC
Dans l'industrie manufacturière moderne, les machines-outils CNC sont devenues des équipements essentiels pour la production de diverses pièces de précision, grâce à leur haute précision, leur rendement élevé et leur haut degré d'automatisation. Le niveau de précision des machines-outils CNC détermine directement la qualité et la complexité des pièces qu'elles peuvent usiner, et les exigences de précision d'usinage des pièces clés des pièces standard jouent un rôle déterminant dans le choix d'une machine-outil CNC.
Les machines-outils CNC peuvent être classées en différents types selon leur utilisation : simples, entièrement fonctionnelles, ultra-précises, etc. Chaque type permet d'atteindre différents niveaux de précision. Des machines-outils CNC simples sont encore utilisées sur certains tours et fraiseuses, avec une résolution de mouvement minimale de 0,01 mm, et une précision de mouvement et d'usinage généralement supérieure à 0,03-0,05 mm. Ce type de machine-outil convient à certaines tâches d'usinage nécessitant une précision relativement faible.
Les machines-outils CNC de très haute précision sont principalement utilisées dans les domaines de l'usinage spécialisé, et leur précision peut atteindre des niveaux étonnants, inférieurs à 0,001 mm. Ces machines-outils de très haute précision permettent de fabriquer des pièces d'une précision exceptionnelle, répondant aux exigences strictes des industries de pointe et de haute précision, telles que l'aéronautique et l'équipement médical.
Outre la classification par fonction, les machines-outils CNC peuvent également être classées en machines ordinaires et de précision. Les tests de précision des machines-outils CNC impliquent généralement 20 à 30 éléments. Cependant, les éléments les plus représentatifs et caractéristiques sont principalement la précision du positionnement sur un axe, la précision du positionnement répété sur un axe et la circularité de la pièce produite par deux ou plusieurs axes d'usinage couplés.
La précision de positionnement sur un axe fait référence à la marge d'erreur lors du positionnement d'un point quelconque sur la course de l'axe. Il s'agit d'un indicateur clé reflétant directement la précision d'usinage de la machine-outil. Actuellement, les réglementations, les définitions, les méthodes de mesure et de traitement des données de cet indicateur varient d'un pays à l'autre. Pour l'introduction de données d'échantillon pour différents types de machines-outils à commande numérique, les normes courantes incluent la norme américaine (NAS), 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).
Il convient de noter que parmi ces normes, la norme japonaise est celle qui spécifie la plus faible. La méthode de mesure repose sur un ensemble unique de données stables, puis la valeur d'erreur est divisée par deux en prenant une valeur ±. Par conséquent, la précision de positionnement mesurée selon les méthodes de mesure japonaises diffère souvent de plus du double de celle mesurée selon d'autres normes. Cependant, ces autres normes, bien que différentes dans le traitement des données, suivent toutes la loi des statistiques d'erreur pour analyser la précision de mesure et de positionnement. Cela signifie que pour une erreur de point de positionnement donnée dans la course d'un axe contrôlable d'une machine-outil à commande numérique, elle devrait refléter l'erreur de milliers de positionnements lors d'une utilisation prolongée de la machine-outil. Cependant, en pratique, en raison des contraintes liées aux conditions, seul un nombre limité de mesures peut être effectué (généralement 5 à 7).
La précision de positionnement répétée d'un axe reflète la précision globale de chaque composant mobile de l'axe, notamment pour refléter la stabilité de positionnement de l'axe en tout point de la course, ce qui est essentiel. C'est un indicateur fondamental pour mesurer la stabilité et la fiabilité du fonctionnement de l'axe. Dans les systèmes CNC modernes, les logiciels disposent généralement de fonctions de compensation d'erreurs complètes, capables de compenser de manière stable les erreurs système de chaque maillon de la chaîne de transmission d'avance.
Par exemple, le jeu, la déformation élastique et la rigidité de contact de chaque maillon de la chaîne de transmission présenteront des mouvements instantanés différents selon des facteurs tels que la charge de l'établi, la longueur de la distance de déplacement et la vitesse de positionnement. Dans certains systèmes d'asservissement d'alimentation en boucle ouverte et semi-fermée, les composants d'entraînement mécaniques, après mesure, seront affectés par divers facteurs accidentels, ce qui entraînera des erreurs aléatoires importantes. Par exemple, l'allongement thermique des vis à billes peut entraîner une dérive de la position réelle de l'établi.
Afin d'évaluer de manière exhaustive la précision des machines-outils CNC, outre les indicateurs de précision mono-axe mentionnés ci-dessus, il est également crucial d'évaluer la précision de l'usinage multi-axes. La précision du fraisage de surfaces cylindriques ou de rainures hélicoïdales spatiales (filetages) est un indicateur permettant d'évaluer de manière exhaustive les caractéristiques de servo-suivi des axes CNC (deux ou trois axes) et la fonction d'interpolation des systèmes CNC des machines-outils. La méthode d'évaluation habituelle consiste à mesurer la circularité de la surface cylindrique usinée.
Lors de l'usinage d'essai des machines-outils CNC, le fraisage selon la méthode d'usinage oblique à quatre faces est également un moyen efficace d'évaluation de la précision de deux axes contrôlables en mouvement d'interpolation linéaire. Lors de cet usinage d'essai, 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, les échantillons circulaires sont généralement sélectionnés dans une plage de ¥ 200 à ¥ 300. Une fois l'usinage terminé, l'échantillon est placé sur un appareil de contrôle de circularité et la circularité de sa surface usinée est mesurée.
L'observation et l'analyse des résultats d'usinage permettent d'obtenir de nombreuses informations importantes sur la précision et les performances des machines-outils. La présence de vibrations évidentes de la fraise sur la surface cylindrique fraisée témoigne de l'instabilité de la vitesse d'interpolation de la machine-outil. Une erreur elliptique significative dans la circularité produite par le fraisage indique une discordance des gains des deux systèmes d'axes contrôlables pour le mouvement d'interpolation. Sur une surface circulaire, la présence de marques d'arrêt aux points de changement de direction de chaque axe contrôlable (c'est-à-dire, en mouvement de coupe continu, si l'avance s'arrête à une certaine position, l'outil formera de petites marques de coupe sur la surface d'usinage), indique un mauvais réglage des jeux avant et arrière de l'axe.
L'évaluation de la précision des machines-outils CNC est un processus complexe et difficile, et certaines nécessitent même une évaluation précise après l'usinage. En effet, la précision des machines-outils dépend de plusieurs facteurs, notamment la conception structurelle de la machine, la précision de fabrication des composants, la qualité de l'assemblage, les performances des systèmes de contrôle et les conditions environnementales pendant l'usinage.
En termes de conception structurelle des machines-outils, une disposition structurelle judicieuse et une conception rigide permettent de réduire efficacement les vibrations et les déformations pendant l'usinage, améliorant ainsi la précision. Par exemple, l'utilisation de matériaux de banc à haute résistance et de structures de colonnes et de traverses optimisées peut contribuer à améliorer la stabilité globale de la machine-outil.
La précision de fabrication des composants joue également un rôle fondamental dans la précision des machines-outils. La précision des composants clés tels que les vis à billes, les guides linéaires et les broches détermine directement la précision de mouvement de chaque axe de la machine-outil. Des vis à billes de haute qualité garantissent un mouvement linéaire précis, tandis que des guides linéaires de haute précision assurent un guidage fluide.
La qualité de l'assemblage est également un facteur important affectant la précision des machines-outils. Lors de l'assemblage, il est nécessaire de contrôler rigoureusement des paramètres tels que la précision d'ajustement, le parallélisme et la verticalité entre les différents composants afin de garantir la précision des mouvements entre les pièces mobiles de la machine-outil pendant son fonctionnement.
La performance du système de contrôle est cruciale pour la précision du contrôle des machines-outils. Les systèmes CNC avancés permettent un contrôle de position, de vitesse et d'interpolation plus précis, améliorant ainsi la précision d'usinage des machines-outils. Parallèlement, la fonction de compensation d'erreurs du système CNC permet de compenser en temps réel diverses erreurs de la machine-outil, améliorant ainsi la précision d'usinage.
Les conditions environnementales pendant l'usinage peuvent également avoir un impact sur la précision de la machine-outil. Les variations de température et d'humidité peuvent provoquer une dilatation et une contraction thermiques des composants de la machine, affectant ainsi la précision de l'usinage. Par conséquent, dans les situations d'usinage de haute précision, il est généralement nécessaire de contrôler strictement l'environnement d'usinage et de maintenir une température et une humidité constantes.
En résumé, la précision des machines-outils CNC est un indicateur complet influencé par l'interaction de nombreux facteurs. Lors du choix d'une machine-outil CNC, il est nécessaire de prendre en compte des facteurs tels que le type de machine, le niveau de précision, les paramètres techniques, ainsi que la réputation et le service après-vente du fabricant, en fonction des exigences de précision d'usinage des pièces. Parallèlement, des tests de précision et une maintenance réguliers doivent être effectués pendant l'utilisation de la machine-outil afin d'identifier et de résoudre rapidement les problèmes, de garantir une précision optimale et de garantir la production de pièces de haute qualité.
Avec les progrès technologiques constants et le développement rapide de la fabrication, les exigences de précision des machines-outils CNC ne cessent de croître. Les fabricants de machines-outils CNC recherchent et innovent en permanence, adoptant des technologies et des procédés toujours plus avancés pour améliorer la précision et les performances de leurs machines-outils. Parallèlement, les normes et spécifications industrielles pertinentes sont constamment améliorées, offrant une base plus scientifique et unifiée pour l'évaluation de la précision et le contrôle qualité des machines-outils CNC.
À l'avenir, les machines-outils CNC évolueront vers une précision, une efficacité et une automatisation accrues, contribuant ainsi à la transformation et à la modernisation du secteur manufacturier. Pour les entreprises manufacturières, une compréhension approfondie des caractéristiques de précision des machines-outils CNC, ainsi qu'une sélection et une utilisation judicieuses de ces machines, seront essentielles pour améliorer la qualité des produits et renforcer la compétitivité sur le marché.