Centres d'usinage horizontaux grande vitesse : aperçu et impact industriel

Dès le début, les centres de machines horizontaux ont évolué du design des fraiseuses conventionnelles au milieu du 20e siècle ; depuis, la recherche et développement de ce type spécifique de machines-outils a connu un progrès continu en laboratoire comme dans l'industrie. Après cela, des modèles diversifiés de centres de machines sont largement appliqués dans toutes sortes d'industries pour des usages professionnels et de précision, contribuant à une large gamme de réalisations industrielles.

Centres d'usinage

Le terme « centre d'usinage horizontal » peut décrire une grande variété de machines de fraisage et perçage CNC qui incluent plusieurs accessoires critiques conçus et assemblés avec le châssis de la machine, tels que : magasin d'outils, changeur d'outils automatique (ATC), machine à mesurer tridimensionnelle (MMT), tourelle d'outils motorisée, tables de travail multi-axes, broche intégrée avancée, pour n'en nommer que quelques-uns. Les types de broches sont souvent motorisés et doivent être compacts. Avec la compilation de l'arrangement d'usinage horizontal, les centres d'usinage horizontaux avec broches motorisées sont ainsi réalisés. Il est à noter que le rôle des broches est plutôt important car il détermine beaucoup de choses liées comme les travaux lourds, et avec les processus d'usinage horizontaux surtout dans l'usinage de matériaux durs à couple élevé et service lourd. L'usinage grande vitesse repose fortement sur la vitesse de rotation de la broche et le contrôle de couple des broches pour que cette question de broche doive être prise en charge soigneusement.

Inventaire d'usinage : horizontal et vertical

La grande vitesse et l'usinage horizontal sont deux caractéristiques séparées qui peuvent faire un inventaire complet pour le traitement lourd dans la classification des centres d'usinage. La phase de coupe travaille avec la broche et la phase de mandrin pour opérer, il y a donc fondamentalement deux types de directions. L'une est verticale et l'autre horizontale. Les centres d'usinage verticaux sont l'arrangement de leur structure qui aligne les broches et mandrins verticalement, et les pièces sont ainsi usinées par des outils de coupe qui descendent et montent verticalement par les centres d'usinage verticaux avec broches motorisées. Pendant ce temps, contrairement aux centres d'usinage verticaux, les centres d'usinage horizontaux ont la broche arrangée horizontalement et le procédé d'usinage est traité horizontalement, ce qui diffère du processus d'usinage vertical.

Le centre de machines était un type de machines-outils avancé évolué des fraiseuses dans les années 1960 et depuis, le développement de ce type spécifique de machines-outils progresse bien dans l'industrie, et après cela les centres de machines étaient largement appliqués dans toutes sortes d'industries dans les années 1990, le marché est devenu très mature et la tendance continue jusqu'à maintenant. Similaire au tournage, le fraisage est l'une des méthodes d'usinage les plus habituellement adoptées qui rendent des tolérances précises. En plus des modèles vertical et horizontal, il y a encore d'autres catégories dans l'inventaire des centres d'usinage.

Hauts RPM et coupe lourde

La définition de la vitesse pouvant être qualifiée de centre d'usinage à hauts RPM diffère d'un endroit à l'autre. Pour la plupart du marché asiatique, une broche avec RPM dépassant 15 000 pourrait être considérée comme centre d'usinage à hauts RPM. Cependant, pour le marché japonais, la vitesse peut être plus haute de dix mille RPM ou deux de plus, et dans le cas de l'Europe de l'Ouest, environ 30 000 RPM peut être considéré comme un centre d'usinage à hauts RPM. Pour ces centres d'usinage horizontaux grande vitesse, il y aura souvent installation de tourelles motorisées pour les considérations lourdes. Avec l'aide d'une tourelle motorisée, le temps de cycle est ainsi raccourci significativement. Avec les outils vifs, les porte-outils et la connexion de la broche principale sont très compliqués donc la vitesse devra être bien coordonnée avec la force de couple qui travaille aussi important pour l'usinage.

Arrangement d'usinage par axes

Pour les modèles verticaux et horizontaux, l'un ou l'autre pourrait être équipé de 5 axes. Concernant les centres d'usinage 5 axes, il y a principalement trois types de méthodes de construction qui constituent le mouvement des cinq axes. Avec la tête orientable seule qui peut atteindre tous les angles de traitement, le modèle à tête orientable est considéré comme pratique ainsi que les autres centres 4+1 et 3+2, tandis que les deux derniers ont des avantages plus pratiques comme grande flexibilité et prix pratiques.

Normalement le modèle 3+2 est un centre d'usinage CNC trois axes conventionnel auquel on installe une autre table de travail dont le mécanisme contient les deux autres axes. Donc, avec les deux axes conçus sur la table rotative, les axes x, y et z peuvent bouger sur deux nouvelles dimensions de travail qui permettent de multiples angles de processus de coupe possibles. D'un autre côté, les centres d'usinage traditionnels sont conçus avec au moins trois axes : x, y et z. De nos jours, comme les processus industriels se compliquent à cause des demandes pour moins d'étapes de traitement, il y a des centres d'usinage conçus avec les 4e et même 5e axes pour compléter toutes les tâches de coupe en une seule fois. Concernant les centres d'usinage 5 axes, il y a principalement trois types de méthodes de construction qui constituent une machine 5 axes.

Avec la tête orientable seule qui peut atteindre la plupart des angles de traitement ; ce type de machine est considéré comme pratique ainsi que les autres centres 4+1 et 3+2, tandis que le second a des avantages plus pratiques. Il y a beaucoup de fabricants de centres de machines à Taïwan qui se dédient à la recherche et développement dans l'industrie et offrent des solutions optimales pour les utilisateurs du monde entier.

Autres structures de composition

Il en va de même pour la structure 4+1 et tous ces mécanismes sont sous le contrôle d'une unité de commande numérique par ordinateur qui fait des actions parfaitement synchronisées avec la précision ciblée. La valeur de précision du processus d'usinage 5 axes sera estimée par les dispositifs MMT et cela peut aussi être intégré dans l'un des travaux d'axes. Donc le processus d'usinage par axes est très large dans le spectre de travail.

Pendant l'opération sur site, si la taille de la pièce est trop grande, l'usinage causerait trop de vibrations au corps de la machine et détériorerait ainsi le cadre de précision des centres d'usinage, donc les fabricants pourraient ajouter d'autres designs structurels sur le corps pour le rendre plus rigide. Parmi les nombreuses options de design possibles, la double colonne est l'une des solutions très pratiques pour résoudre les problèmes de vibrations d'usinage tout en améliorant la précision en même temps.

Les centres d'usinage à double colonne sont normalement catégorisés en deux types : soit colonne fixe, soit colonne mobile. La version fixe est le design où les deux colonnes restent où elles sont sans possibilité de bouger, et la version mobile permet la naissance d'un autre axe, améliorant ainsi grandement la commodité d'usinage. Avec la structure à colonnes, la capacité de coupe globale peut être augmentée à un niveau supérieur et le problème de couple peut être même amélioré à une nouvelle étendue. Pour que les colonnes soient doublées dans la structure, une fois qu'il fait la coupe lourde, les problèmes de vibrations peuvent être réduits aux valeurs minimales car les deux colonnes peuvent bien absorber les vibrations. La capacité de coupe et la compétence d'absorption des centres d'usinage horizontaux à double colonne peuvent ainsi aider le corps de la machine à faire face à une série de conditions de travail pour des demandes haute tech comme l'usinage 5 axes de composants aérospatiaux.