Comment améliorer la précision des machines-outils CNC

L'une des tâches les plus importantes de l'usinage est de s'assurer que votre nouvelle machine-outil CNC est exacte et précise. Mais comment choisir le bon outil pour votre usine, étant donné le nombre ahurissant d'options, de configurations et de prix disponibles ?

Dans cet article, nous vous expliquerons étape par étape le processus nécessaire pour optimiser la précision, la répétabilité et les tolérances de votre machine CNC lorsque vous achetez une nouvelle machine-outil.

Il est temps d'investir dans une nouvelle machine-outil CNC

Imaginez que vous ayez une nouvelle opportunité ou une nouvelle tâche de fabrication à votre disposition. Vous vérifiez le dessin de l'ingénieur pour comprendre ce qui doit être fait et commencez à planifier la séquence et le processus pour usiner une pièce spécifique.

Vous parcourez vos machines existantes et vérifiez les compétences de vos opérateurs de machines pour voir s'ils peuvent fabriquer cette pièce.

Malheureusement, vos machines-outils CNC actuelles n'ont pas les tolérances requises pour réaliser la pièce. Ils peuvent être de spécifications inférieures ou sont trop vieux pour répondre à ce nouveau besoin.

Lorsque cela se produit, vous souhaiterez peut-être commencer à investir dans une technologie plus récente et plus moderne.

Une histoire de fournisseurs de machines-outils CNC

À ce stade, vous devez peser le coût de fabrication de chaque pièce par rapport au coût d'acquisition de nouvelles machines CNC.

Vous vous souvenez de ce que vous dépensiez auparavant pour vos machines actuelles et vous définissez un budget le plus bas possible afin de maximiser vos profits.

Il y a 10 ans, vous auriez dépensé 80 000 à 100 000 USD pour votre centre d'usinage vertical. OK, vous décidez de fixer votre budget pour une nouvelle machine CNC à 75 000 USD. Voyons ce qui est disponible sur le marché.

Au fil des semaines, vous contactez différents vendeurs de machines-outils. Ils s'occupent de vous avec impatience, offrant une gamme de machines CNC adaptées à votre budget.

Certains sont moins chers. D'autres un peu plus haut. D'autres encore peuvent être plus coûteux.

Toutes les promesses faites par ces vendeurs reposent sur le fait que leurs machines sont plus récentes et meilleures que vos machines actuelles. Cependant, aucun de ces fournisseurs ne considère les détails et tolérances strictes de la pièce usinée.

Un jour cependant, un vendeur particulier vous rend visite. Après que vous l'ayez informé de votre besoin spécifique, tout en lui montrant le dessin de votre nouveau travail, il l'examine de près et l'étudie pendant un moment.

Commentant qu'une telle pièce usinée peut être "difficile à tenir", il a ensuite suggéré que vous auriez besoin de machines avec de bons porte-outils et outils de coupe .

Il a également souligné que le contrôle de la température est la clé - en particulier, la température de votre atelier et de l'ensemble des machines. Il ajoute en outre que votre nouvelle machine CNC aura besoin de échelles de verre linéaires, d'outils de mesure laser et une sonde tactile pour mesurer la pièce usinée et faire des décalages automatiques .

Le vendeur explique que sa machine CNC est meilleure que vos unités actuelles et ses concurrents. Après que vous lui ayez demandé le prix estimé, il vous cite - 150 000 à 200 000 USD - sous réserve de vos spécifications finales.

C'est scandaleusement plus élevé que votre budget fixé ! Vous pouvez même imaginer que le vendeur essayait de vous voler.

Cependant, vous commencez également à réfléchir à ce qu'il a expliqué et vous vous rendez compte que cela avait du sens. Après tout, les autres fournisseurs n'ont jamais parlé de ces facteurs. Ils ne se préoccupaient que de votre axe XYZ, du prix et des stocks disponibles de leurs machines, proposant des remises supplémentaires si besoin.

Vous contactez un autre fournisseur d'une marque réputée et bien connue sur le marché.

Lors de sa visite, il a mentionné et répété la plupart des points du 2e représentant des ventes. Il a en outre expliqué que sa machine-outil utilise le système d'entraînement linéaire qui est considéré comme le meilleur du marché.
Le prix de sa machine CNC ? Un prix choquant de 280 000 à 310 000 USD - c'est encore plus que le deuxième fournisseur, même si la taille de la machine, la vitesse de la broche et les commandes CNC sont similaires.

Maintenant, qui devriez-vous croire ?

Comprendre les normes et la précision d'usinage CNC

Ce que nous venons de décrire se produit chaque jour dans le monde entier. Il existe de nombreuses catégories, normes de qualité et niveaux de machines-outils CNC. Vous devez connaître les différences pour faire le bon choix.

Alors que les fournisseurs de machines-outils peuvent promettre des tolérances de +/- 1,5 micron ou moins, notez que les fournisseurs de différents endroits ou pays peuvent adopter des normes différentes.

Par exemple, il existe une grande différence entre une norme JIS (utilisée principalement par les machines CNC produites au Japon) et une norme VDI (utilisée par des fabricants européens réputés ainsi que par Hwacheon Machine Tool en Corée du Sud).

Ces normes sont déjà utilisées depuis plus de 30 ans pour mesurer et comparer les niveaux de précision des machines-outils, en particulier en Asie-Pacifique.

Pour comprendre les différences - et l'importance de ces différences - il est nécessaire d'apprendre et de comprendre le processus utilisé par les fabricants de machines-outils CNC lors de la mesure de leurs machines CNC après l'assemblage final.

Le rôle des « machines mères » dans les machines-outils à commande numérique

Tous les fabricants de machines-outils réputés qui proposent des machines CNC de haute qualité utilisent une « machine mère » pour fabriquer leurs propres pièces critiques. Ce sont des machines qui peuvent atteindre les tolérances les plus élevées – souvent à quelques microns près. Les coûts de telles machines sont souvent très élevés et peuvent atteindre des millions de dollars.

Si un utilisateur final reçoit un devis/une offre pour un centre d'usinage vertical standard de base à 70 000 à 100 000 USD (X =1 000 avec une broche de 10 à 12 000 tr/min), et une promesse du fournisseur que cette machine peut atteindre le même niveau ou même « sur papier" d'une meilleure précision qu'une chère "Machine Mère", il doit être extrêmement sceptique !

De telles affirmations sont trop belles pour être vraies.

Comment les systèmes d'entraînement, les guidages et les vis à billes affectent la précision

Qu'en est-il des systèmes d'entraînement linéaire ? Sont-ils vraiment nécessaires ?

De tels systèmes ont été conçus il y a longtemps pour aider les machines-outils à atteindre des vitesses plus rapides. Hwacheon Machine Tools a eu sa propre expérience lorsque nous avons conçu et construit un centre d'usinage horizontal il y a plus de 18 ans.

Aujourd'hui, la demande pour les systèmes d'entraînement linéaire est toujours présente. Cependant, les machines CNC standard omettent souvent de tels systèmes en raison de leurs coûts plus élevés et de leur plus grande complexité.

Un système d'entraînement linéaire peut vous aider à obtenir de bonnes tolérances et une bonne précision. Cependant, les machines modernes avec des vis à billes et des guides à rouleaux linéaires de bonne qualité - ou des guidages à boîte solide (durcis, rectifiés et grattés à la main à la perfection) - peuvent offrir de meilleurs résultats en termes de précision et de stabilité à long terme.

Ainsi, un centre d'usinage CNC avec des vis à billes de haute qualité dans tous les axes ainsi que des guides solides raclés à la main peuvent atteindre une précision identique ou similaire à une version à entraînement linéaire.

Facteurs qui affectent les tolérances de votre machine CNC

Atteindre des tolérances sur une pièce dans une plage de moins de dix (10) microns est en effet un défi. Pour ce faire, tenez compte des facteurs suivants qui influencent les tolérances de votre machine-outil :

• Température de la pièce/atelier
• Pièce/atelier températures fluctuantes et changeantes
• Les courants d'air créés par les portes, les portails et les systèmes de climatisation qui peuvent perturber la température par ailleurs stable dans votre atelier
• Notez que la température de votre machine changera du petit matin (lorsque votre opérateur démarre pour la première fois) à l'heure du déjeuner et de la pause au soir
• La broche tourne à une vitesse plus élevée pendant une durée prolongée (prenez note du système de refroidissement du boîtier de la broche, du nez et des roulements)
• Matériau utilisé pour construire votre machine (qualité du matériau de moulage)
• Conception de votre machine (la chaleur est-elle répartie également sur le corps et les pièces de votre machine ?)
• Calibrage de votre machine avant de commencer le travail
• Entretien régulier
• Et bien d'autres points

Pour garantir que les performances de votre machine-outil ne soient pas compromises, Hwacheon utilise des guides à rouleaux linéaires fabriqués par une entreprise réputée en Allemagne sur toutes nos machines CNC. Il s'agit notamment de la gamme de centres d'usinage Hwacheon VESTA. La taille et le nombre de blocs / patins utilisés sur chaque rail varient, en fonction de la taille et du but de la machine individuelle.

Les prix des chemins de guidage à rouleaux linéaires peuvent varier considérablement, selon la marque, le type, la taille, la qualité et le pays d'origine.

Remarque :Ces facteurs peuvent souvent être directement manipulés ou gérés par les utilisateurs de la machine

Facteurs qui affectent les tolérances des pièces de votre machine CNC

Au-delà de votre machine, tenez également compte de ces facteurs qui affectent les tolérances de votre pièce usinée :

• Le matériau de votre pièce
• Serrage de la pièce (les travaux de tolérance au micron nécessitent un serrage au micron)
• Usinage en 2-3 axes ou même jusqu'à 5 axes (avec plus d'axes utilisés, votre machine peut autoriser plus de tolérances)
• Forme de la pièce - forme ronde, carrée, rectangulaire ou autre
• Chaleur pendant l'usinage - assurez-vous d'utiliser suffisamment de liquide de refroidissement pendant la coupe
• Un enlèvement excessif de matière d'un seul coup mettra du stress de votre part. Par conséquent, vous devez relâcher ce stress avant de continuer votre beau travail de finition.
• Résolution du système de mesure de vos machines CNC)
  • a) Encodeur
  • b) Système de mesure directe (le plus fin - le mieux pour obtenir une plus grande précision)
• Vos outils (des outils de qualité fournissent un travail de qualité)
• Qualité et norme du porte-outil
• Approche et méthode de coupe ainsi que programme CNC
• Et bien d'autres points

Remarque :Ces facteurs peuvent souvent être directement manipulés ou gérés par les utilisateurs de la machine

Construction de la machine, moulage et autres facteurs affectant la précision de la machine CNC

Au-delà de ce qui précède, vous devez également prendre en compte d'autres facteurs relatifs à votre machine-outil CNC elle-même. Pour une entreprise comme Hwacheon Machine Tools, nous veillerons à ce que les facteurs suivants soient pris en compte :

• Fabriqué avec la meilleure qualité de moulage (moulé dans sa propre fonderie)
• Conçu dans une structure de type pont pour obtenir la plus haute précision dès les bases
• Manière de guidage à rouleaux de qualité allemande - les meilleures vis à billes en qualité, standard et graduation offrant un pas plus serré et un diamètre plus grand que la normale (en option également refroidies par liquide).
• Échelles linéaires en verre avec la résolution la plus élevée dans tous les axes
• Corps entier de la machine enveloppé dans une mousse de température spéciale pour répartir uniformément les variations de température
• Capteurs de température sur le bâti de la machine, le châssis et le boîtier de la broche pour réagir et compenser rapidement et avec précision tout changement de température
• Convoyeur à deux puces fonctionnant dans des couvercles isolés et détachables séparés - ceux-ci sont montés sur des coussinets absorbant les vibrations pour éviter le transfert de chaleur et de vibrations vers le corps de la machine
• Câbles et tuyaux montés et ajustés avec un soin particulier dans la structure mécanique des machines pour éviter les vibrations
• Réservoir de liquide de refroidissement positionné à l'arrière de la machine pour éviter que la chaleur du liquide de refroidissement n'affecte le bâti de la machine (plus facile à nettoyer et à entretenir)
• Motobroche intégrée directe disponible de 20 à 32 à 45 000 tr/min, avec BBT 40 / HSK-A63 à HSK-E40 et HSK-E32
• Système de refroidissement de la broche avec système de refroidissement et de filtration de haute qualité
• Boîtier de broche et nez sectionnés en petite partie pour un refroidissement efficace et égal. Cela empêche l'écoulement de l'huile de haut en bas sur la plupart des autres machines.
• Roulements injectés directement avec de l'huile fraîche à température contrôlée :cela garantit que les roulements ne fonctionnent pas en continu dans de l'huile chaude.
• Logiciel d'automatisation standard chargé sur la machine. Pour Hwacheon, il comprend les éléments suivants :
  • a) HSDC - Système de contrôle du déplacement de la broche Hwacheon
  • b) HTDC - Système de contrôle de déplacement thermique Hwacheon
  • c) HFDC - Système de contrôle du déplacement du cadre Hwacheon
• Système de commande CNC et ensemble moteur/amplificateur éprouvés sur tous les marchés et industries du monde entier

Remarque :Ces facteurs doivent être gérés par vos fabricants de machines-outils.

Retour à notre client de machines-outils…

Revenons maintenant à notre client. Il a une nouvelle commande d'usinage à saisir mais se rend compte avec ses machines actuellement disponibles qu'il ne peut pas répondre aux exigences.

Doit-il dépenser le moins possible ou investir dans la machine-outil CNC haut de gamme disponible sur le marché ?

La réponse est certainement quelque part entre les deux.

La vérité est que l'obtention d'une précision d'usinage et de normes plus élevées nécessite un investissement plus important dans votre machine-outil CNC.

Cependant, même la machine-outil CNC la meilleure et la plus sophistiquée ne peut pas fournir les résultats souhaités si les circonstances environnantes ne correspondent pas à son déploiement - ou si une telle machine-outil haut de gamme est utilisée comme une machine standard de base !

Environ et environnement de l'atelier

L'environnement et l'environnement de votre atelier doivent être adaptés à la machine en question.

Assurez-vous qu'il est propre, qu'il n'y a pas de vibrations dans votre atelier et qu'il est à température contrôlée.

Votre opérateur de machine CNC devra comprendre les exigences de base et les soins nécessaires pour atteindre des tolérances serrées lors de la fabrication de votre pièce. Si vous ne le faites pas, votre nouvel investissement ne fournira pas ce qui est requis. Vous pouvez utiliser la liste de contrôle que nous avons fournie comme guide.

Porte-outils de qualité

Vous devez également comprendre que la réutilisation des anciens porte-outils utilisés dans d'autres machines peut être peu coûteuse mais stupide. Cela pourrait ruiner vos nouvelles machines et raccourcir leur longévité, tout comme vous n'achèterez pas une nouvelle voiture et n'utiliserez pas les pneus de votre ancien véhicule !

Ainsi, votre équipement de serrage doit être sélectionné en conséquence pour fournir le serrage et la répétabilité les meilleurs et les plus précis.

Conclusion

Une machine CNC produite en série donnera toujours des résultats moyens. C'est pour cela qu'ils sont faits.

Une machine-outil conçue en interne et fabriquée avec soin s'adaptera même aux exigences les plus élevées - naturellement, cela aura un certain coût.

En ingénierie, il n'y a pas de raccourcis. Alors que tout le monde aimerait investir à bas prix pour réaliser les bénéfices les plus élevés, le faire sans les bons outils et équipements est non seulement difficile, mais souvent impossible.

Si tous les points sont pris en compte et pris en compte, un centre d'usinage vertical CNC à 3 axes avec une course X de 1 m et une course Y de 600 mm qui est bien équipé et spécifié pour atteindre des tolérances aussi serrées ainsi que de bonnes performances (et votre besoins) peut se situer dans une fourchette de prix allant de 180 000 USD à 200 000 USD.

Un tel outil fournira certainement la qualité et les tolérances nécessaires dans les dix (10) microns et moins.

Machines-outils Hwacheon—Votre choix pour une haute précision de machine CNC

Hwacheon en Corée du Sud est connu depuis plus de 74 ans comme le premier fabricant de machines-outils. Notre entreprise est particulièrement forte dans les industries de moulage et de matrice de qualité ainsi que dans les industries de fabrication de pièces de précision.

Pour répondre à vos besoins de fabrication d'une nouvelle pièce, comme la situation que nous avons décrite ci-dessus, vous devriez envisager le SIRIUS UM+ ou SIRIUS UL+ de Hwacheon. Ces nouvelles machines-outils CNC améliorées s'appuient sur la gamme SIRIUS de haute qualité et sont considérées comme les meilleures du marché à des prix très compétitifs.