Équilibre des outils lors de l'usinage à grande vitesse

L'usinage à grande vitesse (HSM) présente de nombreux avantages, mais afin de réduire les coûts de coupe et de maximiser les avantages de l'usinage à grande vitesse, de nombreuses difficultés doivent être surmontées lors de la production réelle. Lors de l'usinage à grande vitesse, lorsque la vitesse de coupe augmente, la force de coupe diminue. Grâce à cette fonctionnalité, des pièces présentant des tolérances dimensionnelles et une rugosité de surface plus petites peuvent être usinées en augmentant la vitesse de broche.

Bien qu'il n'y ait pas de définition claire de l'usinage à grande vitesse, la vitesse de broche peut atteindre 500 000 tr/min dans certains tests, et elle peut atteindre 100 000 tr/min en production réelle. Parce que lorsque la vitesse de broche dépasse 8 000 tr/min, les pièces en rotation doivent être équilibrées, donc l'usinage à grande vitesse peut être défini comme une vitesse d'au moins 8 000 tr/min. Lorsque la vitesse de broche est inférieure à 8 000 tr/min, et uniquement lorsque la répartition des masses de la barre d'outils est très déséquilibrée, la force centrifuge aura un effet néfaste sur le traitement.

À mesure que le nombre de machines-outils avec des vitesses de broche supérieures à 8 000 tr/min continue d'augmenter, l'équilibre des outils combinés devient extrêmement important, ce qui implique des outils et des porte-outils. Lorsque l’axe central théorique de la barre d’outils rotative n’est pas concentrique à l’axe de rotation réel, un déséquilibre se produit.

De nombreux problèmes doivent être pris en compte lors de la décision d’équilibrer l’outil et, dans des circonstances normales, de nombreux utilisateurs ont tendance à ignorer ces problèmes. L'un des problèmes les plus critiques est l'endommagement des roulements de broche de la machine-outil en raison du déséquilibre de l'outil lors de l'usinage à grande vitesse. Un outil déséquilibré ajoutera une charge supplémentaire à la broche, provoquant une usure prématurée et une défaillance du roulement de broche. Cela entraîne non seulement un gaspillage de réparations et de remplacement des roulements de broche, mais également une perte de temps de production due aux temps d'arrêt. Guide : (Les avantages du centre d'usinage CNC de moules de fraisage à grande vitesse commencent à se montrer)

Un outil déséquilibré réduira les performances et la durée de vie de l'outil, et provoquera également des vibrations, ce qui détériorera la qualité de la surface usinée.

Les outils de coupe et les mandrins d'outils (en particulier les queues coniques 7:24) présentent de nombreux facteurs de déséquilibre potentiels. Lorsque la vitesse de la broche augmente, la force centrifuge provoquera une légère expansion du trou de la broche et la tige conique de la barre à outils ne pourra pas se dilater avec la broche, ce qui réduira la zone de contact entre la barre à outils et la broche, réduisant ainsi la fermeté. de la connexion.

Certains facteurs de déséquilibre peuvent être corrigés en modifiant la conception et en sélectionnant soigneusement le porte-outil et l'outil. Cela signifie qu’une conception symétrique peut éviter dans une certaine mesure le déséquilibre. Cependant, pour les porte-outils réglables avec pièces mobiles et les porte-outils asymétriques, un système de réglage de l'équilibre des outils est nécessaire. Lorsque l'outil assemblé est utilisé pour un usinage à grande vitesse, une attention particulière doit être accordée aux facteurs de conception du porte-outil à queue conique, aux facteurs de réglage de l'équilibrage et à la sélection de la précision et de la symétrie de l'outil.

La tolérance de taille de cône du porte-outil à queue conique a une grande influence sur les performances des outils d'usinage à grande vitesse. Le degré de précision du cône peut généralement faire référence à la norme internationale ISO1947. La tolérance de conicité est utilisée pour vérifier la tolérance du trou de verrouillage de la broche et la conicité de la barre d'outils qui affecte l'équilibre et le faux-rond de la barre d'outils. Le niveau de tolérance du cône de broche de machine-outil est généralement AT2, mais AT3 est meilleur.

En plus de la tolérance de cône, d'autres facteurs doivent être pris en compte lors de l'assemblage de l'outil. Chaque tolérance s'additionnera pour provoquer l'excentricité de l'outil. Ces facteurs incluent le faux-rond de l'outil, la longueur du système de porte-outil et la symétrie des autres pièces (telles que les mandrins, les circlips, etc.).

Dans l'usinage à grande vitesse, nous devons être conscients des facteurs qui provoquent le déséquilibre et des mesures permettant de réduire le déséquilibre. Le plus influent est le porte-outil. Lors de l'usinage à grande vitesse, le porte-outil équilibré ou le porte-outil équilibré réglable doit être utilisé en premier. La conception équilibrée du porte-outil est conçue pour assurer l'équilibre du porte-outil, mais elle ne peut pas compenser le déséquilibre causé par d'autres pièces pendant le processus d'assemblage. À l'heure actuelle, on suppose seulement que le déséquilibre causé par d'autres pièces est négligeable, mais cela n'est souvent pas réalisable dans la production réelle. Nous recommandons donc de mesurer le balourd lors de l'utilisation de ce porte-outil, et dans la mesure du possible de s'assurer qu'il se situe dans la plage autorisée par la norme.

En plus de la garantie de conception, le porte-outil d'équilibrage réglable peut également compenser le déséquilibre causé par d'autres pièces pendant le processus d'assemblage. Les fabricants ont adopté de nombreuses méthodes pour équilibrer les porte-outils, telles que l'utilisation de vis, de billes d'acier, de bagues de réglage et de blocs de réglage.

La capacité du porte-outil à équilibre réglable à compenser le déséquilibre est limitée. Dans certains cas, la masse déséquilibrée est trop importante pour rétablir l'équilibre de l'outil, ce qui empêche la machine-outil de fonctionner à la vitesse définie. Nécessité de réduire la vitesse de la machine-outil et de remonter l'outil.

D'autres facteurs limitant l'usinage à grande vitesse incluent le matériau de la pièce, le porte-à-faux de la pièce, le montage, le profil de l'outil, la profondeur de coupe, etc.

Le processus d'équilibrage peut améliorer la répartition de la masse de l'outil et du porte-outil, de sorte que la plus petite force centrifuge déséquilibrée soit générée lorsque les deux tournent. Cependant, le processus d’équilibrage ne peut pas impliquer tous les facteurs déséquilibrés.

Tout degré de déséquilibre de masse provoquera des vibrations. Porte-outil et son installation, structure de la machine-outil, etc. affectera les caractéristiques de vibration.

ISO 1940/1 et ANSI 2.191989 sont les normes qui définissent le degré d'équilibre. Les deux normes reposent sur une base pratique et appliquent le système de niveau G pour stipuler les exigences d’équilibre. Par exemple, le degré d'équilibre G2,5 signifie que la vitesse de vibration circonférentielle ne dépasse pas 2,5 mm/s. Ces niveaux continuent d'augmenter avec l'avènement de machines-outils, d'outils et de porte-outils de haute qualité. Lorsque l'équilibre spécifié ne peut pas être atteint, la vitesse de broche doit être réduite.

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