Dans l'industrie manufacturière actuelle, les machines-outils CNC sont devenues l'épine dorsale de la production grâce à leurs capacités d'usinage efficaces et précises. Les exigences de précision d'usinage des pièces clés des machines-outils CNC classiques sont sans aucun doute les éléments clés qui déterminent le choix d'une machine-outil CNC de haute précision.
Les machines-outils CNC sont classées en différentes catégories, telles que simples, entièrement fonctionnelles et ultra-précises, en raison de leurs utilisations variées et de leurs niveaux de précision très variables. Les machines-outils CNC simples occupent toujours une place importante dans le secteur actuel des tours et des fraiseuses, avec une résolution de mouvement minimale de 0,01 mm et une précision de mouvement et d'usinage généralement comprise entre 0,03 et 0,05 mm, voire plus. Bien que leur précision soit relativement limitée, dans certains scénarios d'usinage où les exigences de précision ne sont pas extrêmement strictes, les machines-outils CNC simples jouent un rôle irremplaçable grâce à leurs avantages économiques et à leur simplicité d'utilisation.
À l'inverse, les machines-outils CNC ultra-précises sont conçues spécifiquement pour des besoins d'usinage spécifiques, avec une précision étonnante de 0,001 mm ou moins. Elles sont souvent utilisées dans des secteurs de pointe et de haute précision, tels que l'aérospatiale et les équipements médicaux, offrant un support technique solide pour la fabrication de composants extrêmement complexes et exigeants en précision.
Du point de vue de la précision, les machines-outils CNC peuvent être divisées en deux catégories : les machines-outils ordinaires et les machines de précision. On compte généralement entre 20 et 30 points de contrôle de précision pour les machines-outils CNC, mais les plus critiques et représentatifs sont la précision du positionnement sur un axe, la précision du positionnement répété sur un axe et la circularité de la pièce produite par deux axes d'usinage ou plus.
La précision de positionnement et la précision de positionnement répété se complètent et définissent ensemble le profil de précision global des composants mobiles de l'axe de la machine-outil. En particulier, la précision de positionnement répété est comparable à un miroir, reflétant clairement la stabilité de positionnement de l'axe en tout point de sa course. Cette caractéristique est essentielle pour mesurer la stabilité et la fiabilité de l'arbre, et est cruciale pour garantir la stabilité à long terme de la machine-outil et la constance de la qualité d'usinage.
Les logiciels de systèmes CNC actuels sont comparables à des outils intelligents, dotés de fonctions de compensation d'erreur riches et variées, capables de compenser intelligemment et avec précision et stabilité les erreurs système générées par chaque maillon de la chaîne de transmission d'avance. Prenons l'exemple des différents maillons de la chaîne de transmission : les variations de facteurs tels que le jeu, la déformation élastique et la rigidité de contact ne sont pas constantes, mais présentent des variations dynamiques instantanées de l'impulsion, influencées par des variables telles que la charge de l'établi, la distance de déplacement et la vitesse de positionnement.
Dans certains systèmes d'asservissement d'alimentation en boucle ouverte et semi-fermée, les composants mécaniques d'entraînement situés après les composants de mesure sont comme des navires naviguant sous la pluie et le vent, soumis à divers facteurs accidentels. Par exemple, l'allongement thermique des vis à billes peut entraîner une dérive de la position réelle de l'établi, entraînant ainsi d'importantes erreurs aléatoires dans la précision d'usinage. En résumé, pour faire le bon choix, il est indispensable de privilégier les équipements offrant la meilleure précision de positionnement répété, gage d'une qualité d'usinage optimale.
La précision du fraisage de surfaces cylindriques ou de rainures hélicoïdales spatiales (filetages), telle une règle fine servant à mesurer les performances d'une machine-outil, est un indicateur clé pour évaluer de manière exhaustive les caractéristiques de servo-suivi de l'axe CNC (deux ou trois axes) et la fonction d'interpolation du système CNC de la machine-outil. La méthode efficace pour déterminer cet indicateur consiste à mesurer la circularité de la surface cylindrique usinée.
Lors de l'usinage de pièces d'essai sur machines-outils à commande numérique, la méthode d'usinage oblique à quatre faces carrées démontre également son intérêt unique, permettant d'évaluer avec précision la précision de deux axes contrôlables en mouvement d'interpolation linéaire. Lors de cet essai, il est nécessaire d'installer soigneusement la fraise de précision sur la broche de la machine, puis de fraiser minutieusement l'éprouvette circulaire placée sur l'établi. Pour les machines-outils de petite et moyenne taille, la taille de l'éprouvette circulaire est généralement choisie entre 200 et 300 ¥. Cette plage, testée en pratique, permet d'évaluer efficacement la précision d'usinage de la machine-outil.
Une fois le fraisage terminé, placez soigneusement l'échantillon sur un appareil de circularité et mesurez la circularité de sa surface usinée à l'aide d'un instrument de mesure de précision. Lors de cette opération, il est nécessaire d'observer et d'analyser les résultats de mesure avec précision. La présence de vibrations évidentes de la fraise sur la surface cylindrique fraisée indique une instabilité de la vitesse d'interpolation de la machine-outil. Si la circularité produite par le fraisage présente des erreurs elliptiques évidentes, cela indique souvent une mauvaise adéquation des gains des deux systèmes d'axes contrôlables en mouvement d'interpolation. La présence de marques d'arrêt à chaque point de changement de direction du mouvement de l'axe contrôlable sur une surface circulaire (par exemple, en mouvement de coupe continu, l'arrêt du mouvement d'avance à une certaine position formera de petites marques de coupe sur la surface d'usinage), cela signifie que le jeu avant et arrière de l'axe n'est pas réglé à l'état idéal.
La notion de précision de positionnement sur un axe unique désigne la marge d'erreur générée lors du positionnement d'un point sur la course de l'axe. Tel un phare, il illumine directement la précision d'usinage de la machine-outil et constitue sans conteste l'un des indicateurs techniques les plus critiques des machines-outils à commande numérique.
Actuellement, il existe certaines différences entre les réglementations, les définitions, les méthodes de mesure et les méthodes de traitement des données relatives à la précision du positionnement mono-axe d'un pays à l'autre. Parmi les exemples de données de machines-outils CNC, les normes courantes et largement citées 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).
Parmi ces normes prestigieuses, les normes japonaises sont relativement souples en termes de réglementation. La méthode de mesure repose sur un ensemble unique de données stables, puis utilise intelligemment des valeurs ± pour réduire de moitié la valeur d'erreur. Par conséquent, la précision de positionnement obtenue avec les méthodes de mesure japonaises standard est souvent plus de deux fois supérieure à celle des autres normes.
Bien que les autres normes diffèrent dans leur traitement des données, elles s'appuient sur les statistiques d'erreur pour analyser et mesurer la précision du positionnement. Plus précisément, pour une erreur de point de positionnement donnée dans la course d'un axe contrôlable d'une machine-outil à commande numérique, elle devrait pouvoir refléter les erreurs potentielles pouvant survenir lors de milliers de positionnements lors d'une utilisation à long terme de la machine-outil. Cependant, limités par les conditions réelles, nous ne pouvons souvent effectuer qu'un nombre limité d'opérations lors des mesures, généralement 5 à 7 fois.
L'évaluation de la précision des machines-outils CNC est un véritable casse-tête, qui ne se fait pas du jour au lendemain. Certains indicateurs de précision nécessitent une inspection et une analyse minutieuses des produits usinés après l'usinage, ce qui accroît indéniablement la difficulté et la complexité de l'évaluation de la précision.
Afin de sélectionner des machines-outils CNC adaptées aux besoins de production, nous devons analyser en profondeur leurs paramètres de précision et réaliser une analyse complète et détaillée avant toute décision d'achat. Parallèlement, il est crucial d'entretenir une communication et des échanges approfondis avec les fabricants de machines-outils CNC. Comprendre le niveau de production du fabricant, la rigueur de ses contrôles qualité et l'exhaustivité de son service après-vente peut constituer une base de référence précieuse pour nos décisions.
Dans les applications pratiques, le type et le niveau de précision des machines-outils CNC doivent être sélectionnés de manière scientifique et rationnelle, en fonction des tâches d'usinage spécifiques et des exigences de précision des pièces. Pour les pièces exigeant une précision extrêmement élevée, les machines-outils équipées de systèmes CNC avancés et de composants de haute précision doivent être privilégiées sans hésitation. Ce choix garantit non seulement une excellente qualité d'usinage, mais améliore également l'efficacité de la production, réduit les taux de rebut et génère des bénéfices économiques importants pour l'entreprise.
De plus, des tests de précision réguliers et un entretien méticuleux des machines-outils CNC sont essentiels pour garantir un fonctionnement stable à long terme et maintenir des capacités d'usinage de haute précision. En identifiant et en résolvant rapidement les problèmes de précision potentiels, la durée de vie des machines-outils peut être efficacement prolongée, garantissant ainsi la stabilité et la fiabilité de la qualité d'usinage. Tout comme l'entretien d'une précieuse voiture de course, seule une attention et un entretien continus permettent de garantir ses performances optimales sur circuit.
En résumé, la précision des machines-outils CNC est un critère de choix multidimensionnel et global, qui s'applique à l'ensemble du processus : conception et développement, fabrication et assemblage, installation et mise au point, ainsi qu'utilisation et maintenance quotidiennes. Seule une compréhension et une maîtrise approfondies des connaissances et des technologies pertinentes permettent de choisir judicieusement la machine-outil CNC la mieux adaptée aux activités de production, d'exploiter pleinement son potentiel d'efficacité et d'insuffler une dynamique et un soutien importants au développement dynamique de l'industrie manufacturière.