Augmenter la durée de vie des outils et la productivité avec l'équilibrage d'outils expert

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 d'outils et comment faire cette procédure correctement peut minimiser les vibrations, améliorant les finitions de surface et la durée de vie des outils.

L'équilibrage d'outils est un must 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 sauter cette étape critique réduit à la fois la durée de vie des outils et la productivité.

Brendt Holden, président de Haimer Inc., est l'un de ces gens. Il aime raconter une histoire de 15 ans sur un atelier de machines au Wisconsin luttant avec une opération d'alésage. Après l'installation d'un des équilibreurs d'outils de Haimer, l'atelier de machines a pu augmenter significativement le débit sur ce travail, ainsi que sur beaucoup d'autres.

« Cet atelier particulier n'avait pas une seule machine plus rapide que 6 000 tr/min », se rappelle Holden. « C'était un merveilleux témoignage de l'importance de l'équilibrage d'outils, indépendamment de la vitesse de broche. »

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

Si ces anecdotes n'arrivent pas à convaincre les sceptiques, voici un exemple plus scientifique — un qui aide à expliquer l'efficacité de l'équilibrage d'outils.

Les ingénieurs de Haimer ont monté des fraises en bout dans deux porte-outils, un équilibré, l'autre non. Les deux ont été vérifiés sur l'une des unités de préréglage d'outils de l'entreprise et avaient moins de 2 microns de faux-rond. Puis ils ont fait tourner chaque assemblage porte-outil 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, le non-équilibré augmentait à 11 microns (0,0004") — une augmentation de cinq fois.

Si le faux-rond qui tue la durée de 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 de défaillance prématurée. La plupart suggéreront que c'est soit a) les crashs, soit b) le déséquilibre du porte-outil. Pour de nombreux centres d'usinage — surtout ceux avec des broches à grande vitesse — un remplacement peut facilement coûter plus qu'une unité d'équilibrage d'outils, et cela sans compter les temps d'arrêt machine et les retards de production qui en résultent.

Vous pourriez penser : « Je comprends. C'est pourquoi nous achetons des porte-outils équilibrés. » Et bien 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 ont encore besoin d'être équilibrés, et comme avec les outils de coupe et porte-outils, cela doit être fait comme un assemblage complet.

Rectifier les porte-outils

Assez ironiquement, le processus n'est pas si différent. Tout comme un mécanicien auto ajoutera de petits poids d'un côté de la roue pour compenser le déséquilibre, un préposé au magasin d'outils pourrait ajouter des vis en métal lourd ou des anneaux de forme étrange au porte-outil, ajustant soigneusement chacun jusqu'à ce que la condition de déséquilibre ait été annulée. Il est aussi possible de percer ou fraiser le porte-outil lui-même, en enlevant de petites quantités de métal jusqu'à ce que l'équilibre ait été atteint, bien que ce soit évidemment une approche plus coûteuse (et permanente).

Les pneus et les porte-outils souffrent aussi des mêmes types de déséquilibre, à savoir statique et dynamique. Enlevez un écrou de roue de la roue de votre F-150 et vous créerez un déséquilibre statique, qui peut être pensé simplement comme trop de poids d'un côté. Frappez un rocher avec l'hélice de votre bateau de pêche et vous faites probablement face à un déséquilibre dynamique, ou déséquilibre dans deux plans de rotation. C'est cette dernière condition qui est la plus courante sur les centres d'usinage CNC, surtout avec des outils et porte-outils plus longs.

Ironicement, 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. Les porte-outils de style Weldon avec leur vis de pression d'un côté le sont aussi. Même l'outillage HSK, surtout la forme A plus courante, souffre de certains niveaux de déséquilibre, bien que ce ne soit nulle part près de celui des porte-outils à cône raide. Les fabricants d'outillage tentent de compenser ces conditions malheureuses, mais attachez une bague de retenue à une extrémité du porte-outil, un foret ou une fraise en bout dans l'autre, et tous les paris sont ouverts. D'où le conseil d'équilibrer toujours les porte-outils comme un assemblage complet.

Les preuves de l'équilibrage d'outils sont dans le pudding

Ce déséquilibre est quantifiable. On l'appelle la valeur G, et la plupart des experts de l'industrie suggèrent que les outils devraient être équilibrés à 2,5 G ou mieux (signifiant une valeur inférieure à 2,5). Pour les mathématiquement inclinés, le site web de Haimer offre des formules alourdissantes sur la science de l'équilibrage d'outils ici, avec des raisons supplémentaires pourquoi c'est important pour quiconque s'intéresse à améliorer leurs opérations de fraisage, forage et alésage.

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

« La durée de vie d'outil améliorée et la finition de surface étaient une note de bas de page », dit Holden. « Ce qu'il a remarqué le plus étaient les taux d'enlèvement de matière améliorés. Là où avant il pouvait couper une pièce à 3 000 tr/min, il a trouvé qu'il pouvait généralement doubler ça en équilibrant, avec une augmentation correspondante de l'avance. Il était ravi. »

Aller au-delà de l'équilibrage d'outils

Matt Brothers, gestionnaire du Centre Tech Industrie 4.0 chez Zoller Inc., peut partager des histoires de succès similaires de clients qui ont mis en œuvre une des solutions d'équilibrage d'outils de l'entreprise. Pourtant, il est rapide à souligner qu'une machine d'équilibrage n'est qu'une pièce d'une stratégie de magasin d'outils beaucoup plus large. Également important est le besoin de prérégler les outils hors ligne, éliminant la chance d'erreur d'opérateur lors du toucher dans la machine-outil et augmentant grandement la disponibilité de la machine pour démarrer.

Grâce aux capacités d'imagerie optique avancée de la plupart des prérégleurs, ils permettent aussi aux préposés au magasin d'outils d'inspecter minutieusement les outils avant utilisation, et de mesurer le faux-rond si important mentionné plus tôt. Et pour ces ateliers utilisant l'outillage à retrait par chaleur, Zoller (et Haimer) offrent des machines combinées capables de faire les deux en une seule opération.

Brothers suggère que, quand mis en œuvre avec une solution de gestion d'outils (TMS), les prérégleurs hors ligne fournissent une visibilité du berceau à la tombe de l'utilisation des outils, tout en améliorant tout le flux de 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 durée de vie d'outil. Il y a de nombreux avantages à stocker les informations d'outil de coupe et de porte-outil dans une base de données unique, y compris une précision de données améliorée, des inventaires d'outils réduits, moins de temps d'arrêt, et des flux de processus plus efficaces. C'est pourquoi nous pensons que le TMS devrait être une partie intégrale de tout atelier axé sur l'Industrie 4.0. »

Pour les ateliers intéressés par l'une ou l'autre de ces technologies d'amélioration de productivité, c'est le moment d'enquêter. La Déduction d'Équipement Section 179 se termine en décembre. Contactez MSC — ou l'une des entreprises listées dans cet article — pour en savoir plus.

Récoltez-vous les bénéfices de l'équilibrage d'outils ?

L'équilibrage d'outils est souvent pensé comme nécessaire seulement 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 sauter cette étape critique réduit à la fois la durée de vie des outils et la productivité.

Participez à notre sondage ci-dessous pour partager vos vues sur l'équilibrage d'outils et voir ce que les autres pensent.

Équilibrez-vous déjà vos outils ?

Quels bénéfices avez-vous vus de l'équilibrage d'outils ? Quels défis avez-vous rencontrés ? Partagez vos réflexions dans les commentaires ci-dessous.