Analyse des fonctions et des secteurs d'application des centres d'usinage
I. Introduction
Les centres d'usinage, équipements clés de l'industrie manufacturière moderne, sont réputés pour leur haute précision, leur rendement élevé et leur polyvalence. Ils intègrent divers procédés d'usinage et permettent l'usinage multi-processus de pièces complexes en un seul serrage, réduisant ainsi considérablement les délais de rotation des pièces entre les différentes machines-outils et les erreurs de serrage, et améliorant considérablement la précision d'usinage et l'efficacité de la production. Les différents types de centres d'usinage, tels que les centres d'usinage verticaux, les centres d'usinage horizontaux, les centres d'usinage multi-tables et les centres d'usinage composés, présentent chacun des caractéristiques structurelles et des avantages fonctionnels uniques, adaptés à l'usinage de différents types de pièces et aux exigences de différents scénarios de production. Une compréhension approfondie des caractéristiques fonctionnelles de ces centres d'usinage est essentielle pour une sélection et une utilisation rationnelles des centres d'usinage et ainsi améliorer le niveau de production et la qualité des produits de l'industrie manufacturière.
Les centres d'usinage, équipements clés de l'industrie manufacturière moderne, sont réputés pour leur haute précision, leur rendement élevé et leur polyvalence. Ils intègrent divers procédés d'usinage et permettent l'usinage multi-processus de pièces complexes en un seul serrage, réduisant ainsi considérablement les délais de rotation des pièces entre les différentes machines-outils et les erreurs de serrage, et améliorant considérablement la précision d'usinage et l'efficacité de la production. Les différents types de centres d'usinage, tels que les centres d'usinage verticaux, les centres d'usinage horizontaux, les centres d'usinage multi-tables et les centres d'usinage composés, présentent chacun des caractéristiques structurelles et des avantages fonctionnels uniques, adaptés à l'usinage de différents types de pièces et aux exigences de différents scénarios de production. Une compréhension approfondie des caractéristiques fonctionnelles de ces centres d'usinage est essentielle pour une sélection et une utilisation rationnelles des centres d'usinage et ainsi améliorer le niveau de production et la qualité des produits de l'industrie manufacturière.
II. Centres d'usinage verticaux
(A) Caractéristiques fonctionnelles
- Capacité d'usinage multi-processus
La broche est disposée verticalement et permet divers usinages tels que le fraisage, l'alésage, le perçage, le taraudage et le filetage. Elle est équipée d'au moins une liaison trois axes-deux axes, et peut généralement réaliser une liaison trois axes-trois axes. Certains modèles haut de gamme offrent même un contrôle cinq et six axes, répondant ainsi aux exigences d'usinage de surfaces courbes et de contours relativement complexes. Par exemple, dans la fabrication de moules, lors du fraisage de la cavité, un formage de surface courbe de haute précision peut être obtenu grâce à une liaison multiaxe. - Avantages du serrage et du débogage
- Serrage pratique : Les pièces peuvent être facilement serrées et positionnées, et des dispositifs courants tels que des pinces à mâchoires plates, des plaques de pression, des diviseurs et des tables rotatives peuvent être utilisés. Pour les petites pièces de formes régulières ou irrégulières, les pinces à mâchoires plates permettent de les fixer rapidement, facilitant ainsi le traitement par lots.
- Débogage intuitif : La trajectoire de l'outil de coupe est facilement observable. Lors du débogage du programme, les opérateurs peuvent visualiser intuitivement la trajectoire de l'outil, ce qui facilite les inspections et les mesures rapides. En cas de problème, la machine peut être immédiatement arrêtée pour usinage ou le programme peut être modifié. Par exemple, lors de l'usinage d'un nouveau contour de pièce, les erreurs peuvent être rapidement détectées en observant visuellement si la trajectoire de l'outil de coupe est conforme à la trajectoire prédéfinie.
- Bon refroidissement et évacuation des copeaux
- Refroidissement efficace : Les conditions de refroidissement sont faciles à établir et le liquide de refroidissement atteint directement l'outil de coupe et la surface d'usinage, réduisant ainsi efficacement l'usure de l'outil et la température d'usinage de la pièce, tout en améliorant la qualité de surface de l'usinage. Lors de la découpe de matériaux métalliques, un apport suffisant de liquide de refroidissement permet de réduire la déformation thermique de l'outil de coupe et de garantir la précision de l'usinage.
- Élimination des copeaux en douceur : Les copeaux sont faciles à éliminer et à tomber. Grâce à la gravité, ils tombent naturellement, évitant ainsi de rayer la surface usinée. Cette méthode est particulièrement adaptée à l'usinage de métaux tendres comme l'aluminium et le cuivre, car elle empêche les résidus de copeaux d'altérer la finition de surface.
(B) Industries concernées
- Industrie de l'usinage de machines de précision : comme la fabrication de petits composants de précision, notamment des pièces de montre, des pièces structurelles miniatures d'appareils électroniques, etc. Sa capacité d'usinage de haute précision et ses caractéristiques de serrage et de débogage pratiques peuvent répondre aux exigences d'usinage complexes de ces minuscules pièces et garantir la précision dimensionnelle et la qualité de surface.
- Industrie de la fabrication de moules : Pour l'usinage des cavités et des noyaux de petits moules, les centres d'usinage verticaux permettent d'effectuer avec souplesse des opérations telles que le fraisage et le perçage. Grâce à la fonction de liaison multiaxes, l'usinage de surfaces courbes complexes est possible, améliorant ainsi la précision et l'efficacité de fabrication des moules, tout en réduisant leurs coûts de fabrication.
- Domaine de l'éducation et de la recherche scientifique : Dans les laboratoires des filières de génie mécanique des collèges et universités ou des instituts de recherche scientifique, les centres d'usinage verticaux sont souvent utilisés pour des démonstrations pédagogiques et des expériences d'usinage de pièces dans des projets de recherche scientifique en raison de leur fonctionnement relativement intuitif et de leur structure relativement simple, aidant les étudiants et les chercheurs scientifiques à se familiariser avec le fonctionnement et les processus d'usinage des centres d'usinage.
III. Centres d'usinage horizontaux
(A) Caractéristiques fonctionnelles
- Usinage multi-axes et haute précision
La broche est réglée horizontalement et possède généralement trois à cinq axes de coordonnées, souvent équipés d'un axe rotatif ou d'une table rotative, permettant l'usinage multiface. Par exemple, pour l'usinage de pièces de type caisson, la table rotative permet d'effectuer séquentiellement le fraisage, l'alésage, le perçage et le taraudage sur les quatre faces latérales, garantissant ainsi une précision de positionnement optimale. Sa précision de positionnement peut atteindre 10 à 20 μm, sa vitesse de broche est comprise entre 10 et 10 000 tr/min et sa résolution minimale est généralement de 1 μm, ce qui permet de répondre aux exigences d'usinage de pièces de haute précision. - Magasin d'outils de grande capacité
La capacité du magasin d'outils est généralement importante, certains pouvant contenir des centaines d'outils coupants. Cela permet d'usiner des pièces complexes sans changements d'outils fréquents, réduisant ainsi le temps d'usinage auxiliaire et améliorant l'efficacité de la production. Par exemple, pour l'usinage de composants aéronautiques, différents types et spécifications d'outils coupants peuvent être nécessaires, et un magasin d'outils de grande capacité peut garantir la continuité du processus d'usinage. - Avantages de l'usinage par lots
Pour les pièces de type boîte produites en lots, il est possible d'usiner plusieurs faces à condition de les fixer une fois sur la table rotative. Dans les cas où les exigences de tolérance de positionnement, telles que le parallélisme entre les systèmes de perçage et la perpendicularité entre les trous et les faces d'extrémité, sont relativement élevées, la précision d'usinage est facilement garantie. Grâce à la complexité du programme, plus le nombre de pièces usinées est élevé, moins le temps d'usinage moyen de chaque pièce est important, ce qui le rend adapté à l'usinage en lots. Par exemple, pour la production de blocs moteurs automobiles, l'utilisation de centres d'usinage horizontaux peut améliorer considérablement l'efficacité de la production tout en garantissant la qualité.
(B) Industries concernées
- Industrie automobile : L'usinage de pièces de type caisson, telles que les blocs moteurs et les culasses, est une application courante des centres d'usinage horizontaux. Ces pièces présentent des structures complexes, avec de nombreux systèmes de perçage et plans à usiner, et des exigences de précision de positionnement extrêmement élevées. La capacité d'usinage multi-faces et la haute précision des centres d'usinage horizontaux permettent de répondre aux exigences de production et de garantir la performance et la fiabilité des moteurs automobiles.
- Industrie aérospatiale : Les composants tels que le carter et le train d'atterrissage des moteurs aéronautiques présentent des formes complexes et des exigences strictes en matière de taux d'enlèvement de matière, de précision d'usinage et de qualité de surface. Le magasin d'outils de grande capacité et la capacité d'usinage de haute précision des centres d'usinage horizontaux permettent de relever les défis d'usinage de différents matériaux (tels que les alliages de titane et d'aluminium), garantissant ainsi la qualité et les performances des composants aéronautiques à des niveaux élevés.
- Industrie de fabrication de machines lourdes : usinage de grandes pièces de type caisson, comme des réducteurs et des bancs de machines-outils. Ces pièces sont volumineuses et lourdes. La disposition horizontale de la broche et la puissante capacité de coupe des centres d'usinage horizontaux permettent un usinage stable, garantissant la précision dimensionnelle et la qualité de surface des pièces, répondant ainsi aux exigences d'assemblage et d'utilisation des machines lourdes.
IV. Centres d'usinage multi-tables
(A) Caractéristiques fonctionnelles
- Serrage et usinage en ligne multi-tables
Elle dispose de plus de deux tables de travail interchangeables, dont l'échange s'effectue via des rails de transport. Pendant l'usinage, le serrage en ligne est possible, ce qui signifie que l'usinage, le chargement et le déchargement des pièces sont effectués simultanément. Par exemple, lors de l'usinage d'un lot de pièces identiques ou différentes, lorsqu'une pièce est usinée sur une table, les autres tables peuvent effectuer le chargement et le déchargement des pièces ainsi que les travaux de préparation, améliorant ainsi considérablement le taux d'utilisation de la machine-outil et l'efficacité de la production. - Système de contrôle avancé et magasin d'outils de grande capacité
Elle adopte un système CNC avancé, doté d'une vitesse de calcul élevée et d'une grande capacité mémoire, capable de gérer des tâches d'usinage complexes et la logique de contrôle multi-tables. De plus, le magasin d'outils offre une grande capacité pour répondre aux divers besoins d'usinage de différentes pièces. Sa structure complexe lui confère une surface importante permettant d'accueillir plusieurs tables de travail et leurs mécanismes de transfert.
(B) Industries concernées
- Industrie de l'électronique et des appareils électriques : Pour la production en série de coques et de pièces structurelles de certains petits produits électroniques, les centres d'usinage multi-tables permettent de basculer rapidement entre différentes tâches d'usinage afin de répondre aux exigences de différents modèles de produits. Par exemple, pour l'usinage de coques de téléphones portables, de radiateurs d'ordinateurs et d'autres composants, la coordination des opérations multi-tables améliore l'efficacité de la production et répond à la demande du marché en matière de renouvellement rapide des produits électroniques.
- Industrie des dispositifs médicaux : Les composants de dispositifs médicaux présentent souvent une grande variété et des exigences de haute précision. Les centres d'usinage multi-tables peuvent usiner différents types de pièces sur un même appareil, comme les poignées et les articulations d'instruments chirurgicaux. Grâce au serrage en ligne et à un système de contrôle avancé, la précision et la régularité de l'usinage des pièces sont garanties, améliorant ainsi la qualité et l'efficacité de la production des dispositifs médicaux.
- Usinage de machines sur mesure : Pour la production de petites séries de certains produits personnalisés, les centres d'usinage multi-tables offrent une grande flexibilité. Par exemple, pour des pièces mécaniques personnalisées répondant aux exigences spécifiques des clients, chaque commande peut être de petite taille, mais variée. Les centres d'usinage multi-tables permettent d'ajuster rapidement le processus d'usinage et la méthode de serrage, réduisant ainsi les coûts de production et le cycle de production tout en garantissant la qualité.
V. Centres d'usinage composés
(A) Caractéristiques fonctionnelles
- Usinage multi-faces et garantie de haute précision
Après un seul serrage de la pièce, plusieurs faces peuvent être usinées. Un centre d'usinage cinq faces standard peut usiner cinq faces, à l'exception de la face inférieure de montage, après un seul serrage, et offre les mêmes fonctions qu'un centre d'usinage vertical ou horizontal. Pendant l'usinage, la tolérance de positionnement de la pièce est efficacement garantie, évitant ainsi l'accumulation d'erreurs due aux serrages multiples. Par exemple, pour l'usinage de composants aéronautiques aux formes complexes et aux multiples faces, le centre d'usinage composé peut réaliser plusieurs opérations d'usinage, telles que le fraisage, l'alésage et le perçage, sur plusieurs faces, en un seul serrage, garantissant ainsi la précision de positionnement relative entre chaque face. - Réalisation multifonction par rotation de broche ou de table
L'une des formes de fonctionnement est que la broche tourne à un angle correspondant pour former un centre d'usinage vertical ou horizontal ; l'autre est que la table tourne avec la pièce sans que la broche ne change de direction pour réaliser un usinage sur cinq faces. Cette conception multifonctionnelle permet à l'usinage composé chinois de s'adapter à des pièces de formes et d'exigences d'usinage variées, mais elle entraîne également une structure complexe et un coût élevé.
(B) Industries concernées
- Industrie de fabrication de moules haut de gamme : pour certains grands moules de panneaux automobiles complexes ou moules d'injection de précision, le centre d'usinage composé peut réaliser l'usinage de haute précision de plusieurs faces du moule en un seul serrage, y compris l'usinage de cavités, de noyaux et de diverses caractéristiques sur les côtés, améliorant la précision de fabrication et la qualité globale du moule, réduisant le travail de réglage pendant l'assemblage du moule et raccourcissant le cycle de fabrication du moule.
- Secteur de la fabrication de précision aérospatiale : Les composants clés tels que les aubes et les turbines des moteurs aérospatiaux présentent des formes complexes et des exigences de précision et de qualité de surface extrêmement élevées. L'usinage multifaces et la garantie de haute précision du centre d'usinage composite permettent de répondre aux exigences d'usinage de ces composants, garantissant ainsi leurs performances et leur fiabilité dans des conditions de travail extrêmes, telles que les températures et les pressions élevées.
- Industrie de fabrication d'équipements haut de gamme : Pour l'usinage de composants clés de machines-outils CNC de haute précision, tels que l'usinage de bancs et de colonnes de machines-outils, le centre d'usinage composé peut compléter l'usinage multi-faces de ces composants, garantissant la perpendicularité, le parallélisme et d'autres précisions de positionnement entre chaque face, améliorant la précision d'assemblage globale et les performances des machines-outils CNC et favorisant le progrès technologique de l'industrie de fabrication d'équipements haut de gamme.
VI. Conclusion
Les centres d'usinage verticaux jouent un rôle important dans des secteurs tels que la fabrication de petites pièces de précision et de moules, grâce à leurs avantages en termes de serrage pratique et de mise au point intuitive. Les centres d'usinage horizontaux sont largement utilisés dans des secteurs tels que l'automobile et l'aéronautique, grâce à leurs avantages en termes d'usinage multiaxes, de magasin d'outils de grande capacité et d'usinage par lots. Les centres d'usinage multi-tables sont adaptés à la production en lots ou sur mesure dans des secteurs tels que l'électronique, l'électroménager et les dispositifs médicaux, grâce à leurs capacités de serrage en ligne et de manutention multitâche. Les centres d'usinage composites occupent une place importante dans les secteurs de la fabrication haut de gamme, tels que la fabrication de moules haut de gamme et la fabrication de précision aéronautique, grâce à leur usinage multi-faces et à leur garantie de haute précision. Dans la fabrication moderne, en fonction des exigences d'usinage des pièces et des scénarios de production, le choix et l'utilisation rationnels de différents types de centres d'usinage permettent d'exploiter pleinement leurs avantages fonctionnels, d'améliorer l'efficacité de la production et la qualité des produits, et de promouvoir le développement de l'industrie manufacturière vers l'intelligence, la haute précision et le rendement élevé. Parallèlement, grâce aux progrès constants de la science et de la technologie, les fonctions des centres d'usinage continueront d'être améliorées et étendues, offrant un support technique plus performant à l'innovation et à la modernisation de l'industrie manufacturière.
Les centres d'usinage verticaux jouent un rôle important dans des secteurs tels que la fabrication de petites pièces de précision et de moules, grâce à leurs avantages en termes de serrage pratique et de mise au point intuitive. Les centres d'usinage horizontaux sont largement utilisés dans des secteurs tels que l'automobile et l'aéronautique, grâce à leurs avantages en termes d'usinage multiaxes, de magasin d'outils de grande capacité et d'usinage par lots. Les centres d'usinage multi-tables sont adaptés à la production en lots ou sur mesure dans des secteurs tels que l'électronique, l'électroménager et les dispositifs médicaux, grâce à leurs capacités de serrage en ligne et de manutention multitâche. Les centres d'usinage composites occupent une place importante dans les secteurs de la fabrication haut de gamme, tels que la fabrication de moules haut de gamme et la fabrication de précision aéronautique, grâce à leur usinage multi-faces et à leur garantie de haute précision. Dans la fabrication moderne, en fonction des exigences d'usinage des pièces et des scénarios de production, le choix et l'utilisation rationnels de différents types de centres d'usinage permettent d'exploiter pleinement leurs avantages fonctionnels, d'améliorer l'efficacité de la production et la qualité des produits, et de promouvoir le développement de l'industrie manufacturière vers l'intelligence, la haute précision et le rendement élevé. Parallèlement, grâce aux progrès constants de la science et de la technologie, les fonctions des centres d'usinage continueront d'être améliorées et étendues, offrant un support technique plus performant à l'innovation et à la modernisation de l'industrie manufacturière.