Comprendre la précision et la répétabilité des machines CNC

Je définis la précision d'une machine-outil CNC comme la précision avec laquelle ses axes peuvent suivre les chemins prévus vers les points finaux commandés sous charge. Je définis sa répétabilité comme la précision avec laquelle il peut dupliquer les mouvements commandés (encore une fois, sous charge) pendant plusieurs cycles tout au long de la journée.

Ce sont des définitions de la précision dynamique et de la répétabilité. Elles diffèrent probablement des spécifications du constructeur de votre machine. Les spécifications du constructeur indiquent généralement la précision et la répétabilité statiques ; c'est-à-dire que la machine n'est pas en cycle effectuant des opérations d'usinage lorsque les mesures correspondantes sont prises.

En toute justice pour les constructeurs de machines, la précision dynamique et la répétabilité varient en fonction de la quantité de contraintes exercées sur les composants de la machine. Plus la contrainte est élevée, plus il est difficile de maintenir la précision et la répétabilité. Cela rend impossible pour les constructeurs de machines de fournir, et encore moins de garantir, des spécifications de précision dynamique et de répétabilité. Il y a tout simplement trop de variables.

Cela dit, les constructeurs de machines doivent être en mesure d'établir si leur machine peut répondre aux exigences de précision/répétabilité pour votre application particulière. Ils doivent être prêts à garantir autant si vous leur demandez de le faire avant d'acheter une nouvelle machine-outil.

Certains facteurs liés à la précision échappent au contrôle de l'utilisateur de la CNC une fois qu'une machine est installée. Ceux-ci incluent :

Construction de la machine

• Il doit être capable d'effectuer les opérations d'usinage les plus puissantes de votre application sans déviation excessive de ses composants de support.

Le système de commentaires

• Les échelles linéaires surveillent directement la position du composant mobile pour un axe. Contrairement aux encodeurs rotatifs, ils ne dépendent pas fortement de l'intégrité des composants du système d'axes (systèmes de voies, vis à billes et coupleurs).

Les autres facteurs liés à la précision relèvent de la responsabilité de l'utilisateur de la machine. Ceux-ci incluent :

Étalonnage de la machine-outil

• Les constructeurs de machines calibrent initialement les compensations d'erreur de pas et de jeu, mais si la précision doit être maintenue, les utilisateurs finaux doivent répéter ces calibrages à intervalles réguliers pendant la durée de vie d'une machine.

Environnement

• Les machines-outils doivent être placées dans un environnement de travail stable qui minimise les variations de température et d'humidité ambiantes.

S'assurer qu'une installation de machine peut fournir une précision dynamique adéquate pour votre application, et la maintenir correctement entretenue, n'est que la moitié du problème de la production de composants cohérents et acceptables. Vous devez également confirmer que la machine peut répéter avec précision de la première pièce à la dernière, heure après heure, jour après jour, même lorsque les composants de la machine se réchauffent après des périodes d'inactivité.

Un problème important lié à la répétabilité lié à la conception de la machine est la variation thermique des composants mobiles. Les principales préoccupations sont les systèmes de broche et de voie de la machine, car ils ont le plus grand impact sur les surfaces usinées. Au fur et à mesure que ces composants se réchauffent, ils se développent. En refroidissant, ils rétrécissent. Cela rend difficile, voire impossible, le maintien de la taille sur les surfaces critiques à tolérance serrée pendant la période de préchauffage de la machine.

Les constructeurs de machines font de grands efforts pour minimiser les changements thermiques dans les composants de la machine (refroidissement de la broche et/ou des systèmes de voie, par exemple). De plus, ils intègrent des méthodes de conception qui minimisent l'impact des variations thermiques sur la répétabilité. Avec les centres de tournage CNC, par exemple, la poupée peut être perpendiculaire au lit. Au fur et à mesure qu'il se réchauffe, seule la hauteur du bord de l'outil de coupe change. Cela minimise la quantité de variation de diamètre usiné d'une pièce à l'autre au fur et à mesure que la machine se réchauffe.

Lors de l'achat d'une nouvelle machine CNC, vous devez comprendre comment le constructeur gère les variations thermiques. Plus important encore, vous devez confirmer que les variations de la surface usinée causées par la croissance thermique pendant le préchauffage ne dépasseront pas les tolérances. Sinon, vous pourriez être surpris par une perte de productivité lorsque vous découvrirez que votre nouvelle machine doit fonctionner pendant une période de préchauffage avant de pouvoir être utilisée en production.

Certains des problèmes de répétabilité les plus graves n'ont rien à voir avec la conception de la machine. Au lieu de cela, ils sont influencés par l'application de la machine. Des variations de toutes sortes, au cours d'un cycle de production ou d'une tâche à l'autre, peuvent avoir un impact sur la répétabilité. Les choses qui changent d'un cycle à l'autre entraîneront la nécessité d'un ajustement qui prend du temps. Si la variation est suffisamment importante, cela peut entraîner un rebut.

Quels sont les exemples de variantes ?

Voici des exemples de variations au cours d'un cycle de production :

• Usure de l'outil. Au fur et à mesure que les arêtes de coupe s'usent, les surfaces usinées varient. Les surfaces externes grandissent tandis que les surfaces internes rétrécissent.

• Remplacement d'outil émoussé. Lorsque des outils de coupe émoussés sont remplacés, une extrême prudence est requise pour s'assurer que les arêtes de coupe ne s'écartent pas de leurs positions prédéterminées.

D'une fois qu'une tâche est exécutée jusqu'à la suivante, incluez :

• Configuration de serrage. De nombreux facteurs affectent la stabilité de la pièce (placement/alignement du dispositif de serrage, emplacement de la pince et force appliquée, et affectation du zéro du programme, par exemple).

• Assemblage d'outils de coupe, mesure et entrée de décalage. Les variations de composants et d'assemblages entraînent des variations de rigidité pouvant entraîner des problèmes d'usinage.

• État de la machine. Les variations causées par des accidents et la négligence de la maintenance préventive peuvent entraîner des problèmes de dimensionnement avec des travaux qui ont été exécutés avec succès dans le passé.