Comment l'équilibrage des outils augmente la durée de vie et la productivité des outils

Le faux-rond de l'outil de coupe et le déséquilibre du porte-outil rendent l'usinage difficile. Voici ce que vous devez savoir sur les techniques d'équilibrage des outils et sur la façon dont la bonne procédure peut minimiser les vibrations, améliorer les finitions de surface et la durée de vie de l'outil.

L'équilibrage des outils est indispensable pour l'usinage à grande vitesse, où les vitesses de broche atteignent 20 000 tr/min ou plus. Mais de nombreux experts vous diront que le besoin d'équilibrage commence à seulement 6 000 tr/min et que le fait de sauter cette étape critique réduit à la fois la durée de vie de l'outil et la productivité.

Brendt Holden, président de Haimer Inc., est l'une de ces personnes. Il aime raconter une histoire d'il y a 15 ans à propos d'un atelier d'usinage du Wisconsin aux prises avec une opération ennuyeuse. Après avoir installé l'un des équilibreurs d'outils de Haimer, l'atelier d'usinage a pu augmenter considérablement le débit de ce travail, ainsi que de nombreux autres.

"Cet atelier en particulier n'avait pas une seule machine plus rapide que 6 000 tr/min", se souvient Holden. "C'était un merveilleux témoignage de l'importance de l'équilibrage des outils, quelle que soit la vitesse de la broche."

Ils n'étaient pas seuls. Un grand fabricant de moteurs américain a économisé 250 000 $ par an sur les temps d'arrêt imprévus après avoir mis en œuvre une solution d'équilibrage des outils. K&G Manufacturing à Minneapolis a constaté que les assemblages de porte-outils préréglés hors ligne étaient coupés à la taille la première fois lorsqu'ils étaient équilibrés. Même l'industrie de la rectification connaît la valeur de l'équilibrage, comme peut en témoigner le fabricant d'outils de coupe OSG :après avoir équilibré les packs de meules, l'entreprise a constaté une augmentation de la production de 20 %, une augmentation de la durée de vie de la broche de 30 % et une baisse de la consommation d'énergie de 18 %.
 

Si ces anecdotes ne parviennent pas à convaincre les sceptiques, voici un exemple plus scientifique, qui aide à expliquer l'efficacité de l'équilibrage des outils.

Les ingénieurs de Haimer ont monté des fraises en bout dans deux porte-outils, l'un équilibré, l'autre non. Les deux ont été vérifiés sur l'une des unités de préréglage d'outils de l'entreprise et présentaient moins de 2 microns de faux-rond. Ensuite, ils ont fait tourner chaque assemblage de porte-outils à 18 000 tr/min tout en l'analysant avec un accéléromètre. Les résultats? Là où l'assemblage équilibré maintenait le même niveau de faux-rond proche de zéro, l'assemblage déséquilibré augmentait à 11 microns (0,0004"), soit une multiplication par cinq.

Si le faux-rond qui tue la vie de l'outil n'est pas suffisant pour vous convaincre, essayez ceci :demandez à n'importe quel reconstructeur de broche de machine-outil la cause principale d'une défaillance prématurée. La plupart diront qu'il s'agit soit a) de plantages, soit b) d'un déséquilibre du porte-outil. Pour de nombreux centres d'usinage, en particulier ceux équipés de broches à grande vitesse, un remplacement peut facilement coûter plus cher qu'une unité d'équilibrage d'outils, et cela sans tenir compte des temps d'arrêt de la machine et des retards de production qui en résultent.

Vous pensez peut-être :« J'ai compris. C'est pourquoi nous achetons des porte-outils équilibrés. Et tandis que Holden et d'autres vous diront que c'est un bon début, c'est l'équivalent d'acheter des pneus de haute qualité pour votre voiture - ils doivent encore être équilibrés, et comme pour les outils de coupe et les porte-outils, cela doit être fait comme un assemblage complet. .

Réglage des porte-outils

Ironiquement, le processus n'est pas si différent. Tout comme un mécanicien automobile ajoutera de petits poids sur un côté de la roue pour compenser le déséquilibre, un préposé à l'atelier d'outils peut également ajouter des vis métalliques lourdes ou des anneaux de forme étrange au porte-outil, en ajustant soigneusement chacun jusqu'à ce que la condition de déséquilibre ait disparu. été annulé. Il est également possible de percer ou de fraiser le porte-outil lui-même, en enlevant de petites quantités de métal jusqu'à ce que l'équilibre soit atteint, bien qu'il s'agisse évidemment d'une approche plus coûteuse (et permanente).

Pneus et porte-outils souffrent également des mêmes types de balourds, à savoir statiques et dynamiques. Retirez un écrou de roue de la roue de votre F-150 et vous créerez un déséquilibre statique, qui peut être simplement considéré comme trop de poids d'un côté. Frappez un rocher avec l'hélice de votre bateau de pêche et vous êtes probablement confronté à un déséquilibre dynamique ou à un déséquilibre dans deux plans de rotation. C'est cette dernière condition qui est la plus courante sur les centres d'usinage CNC, en particulier avec des outils et des porte-outils plus longs.

Ironiquement, les porte-outils de style CAT - un favori des constructeurs de machines-outils ici aux États-Unis - sont intrinsèquement déséquilibrés en raison des fentes non symétriques de la bride. Il en va de même pour les porte-outils de style Weldon avec leur vis de réglage d'un côté. Même l'outillage HSK, en particulier la forme A la plus courante, souffre d'un certain niveau de déséquilibre, bien qu'il soit loin de celui des porte-outils coniques raides. Les fabricants d'outillage tentent de compenser ces conditions malheureuses, mais attachez un bouton de rétention à une extrémité du porte-outil, une perceuse ou une fraise en bout à l'autre, et tous les paris sont ouverts. D'où le conseil de toujours équilibrer les porte-outils comme un ensemble complet.

Épreuves de Tool Balancing dans le pudding

Ce déséquilibre est quantifiable. C'est ce qu'on appelle la valeur G, et la plupart des experts de l'industrie suggèrent que les outils doivent être équilibrés à 2,5 G ou mieux (ce qui signifie une valeur inférieure à 2,5). Pour les mathématiciens, le site Web de Haimer propose ici des formules ahurissantes sur la science de l'équilibrage des outils, ainsi que des raisons supplémentaires pour lesquelles il est important pour quiconque souhaite améliorer ses opérations de fraisage, de perçage et d'alésage.

Alors que faire ? La réponse devrait maintenant être évidente :investissez dans une machine d'équilibrage d'outils, tout comme un autre client de Brendt Holden l'a fait il y a plusieurs années lorsqu'il a acheté son premier centre d'usinage à 20 000 tr/min. Les résultats ont été si bons qu'il a commencé à tout équilibrer dans l'atelier, même pour ses anciennes machines qui étaient limitées à 8 000 tr/min.

"L'amélioration de la durée de vie de l'outil et de la finition de surface était une note secondaire", déclare Holden. « Ce qu'il a le plus remarqué, ce sont les meilleurs taux d'enlèvement de métal. Alors qu'auparavant il aurait pu couper une pièce à 3 000 tr/min, il a constaté qu'il pouvait généralement doubler cela en équilibrant, avec une augmentation correspondante de la vitesse d'avance. Il était ravi."

Aller au-delà de l'équilibrage des outils

Matt Brothers, responsable du centre technique de l'industrie 4.0 chez Zoller Inc., peut partager des histoires de réussite similaires de clients qui ont mis en œuvre l'une des solutions d'équilibrage d'outils de l'entreprise. Pourtant, il s'empresse de souligner qu'une machine à équilibrer n'est qu'un élément d'une stratégie de coffre à outils beaucoup plus vaste. Tout aussi important est le besoin de prérégler les outils hors ligne, éliminant ainsi le risque d'erreur de l'opérateur lors du démarrage de la machine-outil et augmentant considérablement la disponibilité de la machine au démarrage.

En raison des capacités avancées d'imagerie optique de la plupart des préréglages, ils permettent également aux préposés aux bancs d'outils d'inspecter minutieusement les outils avant utilisation et de mesurer le faux-rond très important mentionné précédemment. Et pour les ateliers utilisant des outils de frettage, Zoller (et Haimer) proposent des machines combinées capables de faire les deux en une seule opération.

Brothers suggère que, lorsqu'ils sont mis en œuvre avec une solution de gestion d'outils (TMS), les préréglages d'outils hors ligne offrent une visibilité complète sur l'utilisation des outils, tout en améliorant l'ensemble du processus de programmation et de configuration.

« Le TMS de Zoller peut communiquer directement avec la machine-outil », dit-il. « Il peut s'interfacer avec le système FAO de l'atelier, son logiciel de simulation ou son système de surveillance de la durée de vie des outils. Le stockage des informations sur les outils de coupe et les porte-outils dans une seule base de données présente de nombreux avantages, notamment une meilleure précision des données, des inventaires d'outils réduits, moins de temps d'arrêt et des flux de processus plus efficaces. C'est pourquoi nous estimons que le TMS devrait faire partie intégrante de tout magasin axé sur l'industrie 4.0. »

Pour les ateliers intéressés par l'une ou l'autre de ces technologies d'amélioration de la productivité, il est maintenant temps d'enquêter. La déduction pour équipement en vertu de l'article 179 se termine en décembre. Contactez MSC ou l'une des sociétés répertoriées dans cet article pour en savoir plus.

Récoltez-vous les avantages de l'équilibrage des outils ?

L'équilibrage des outils est souvent considéré comme nécessaire uniquement pour l'usinage à grande vitesse, mais de nombreux ateliers peuvent en bénéficier.

Les experts vous diront que le besoin d'équilibrage commence à seulement 6 000 tr/min et que le fait de sauter cette étape critique réduit à la fois la durée de vie de l'outil et la productivité.

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