Centres d'usinage verticals : guide professionnel CNC complet

Le centre d'usinage vertical existe depuis de nombreuses années et reste un élément clé de la technologie CNC moderne. Les centres d'usinage verticaux CNC sont efficaces pour usiner différentes pièces industrielles. Ces machines sont polyvalentes et performantes. Elles enlèvent des couches de matière d'un substrat pour produire la pièce souhaitée avec diverses caractéristiques.

Cet article aborde le centre d'usinage vertical, ses principes de fonctionnement, ses composants, ses applications et tout ce qu'il faut savoir pour choisir la bonne machine pour votre projet. Plongeons dans le sujet !

La technologie d'usinage vertical est l'un des outils les plus productifs dans un atelier CNC. Elle dispose de divers outils dans le changeur et d'autres options qui améliorent et personnalisent la productivité. Les centres d'usinage verticaux CNC sont des outils multifonctionnels flexibles qui aident à usiner des trous et d'autres propriétés dans des composants à surface plane. Ils fonctionnent dans une direction verticale à l'aide d'une broche travaillant à un angle prononcé.

Les commandes informatisées des fraiseuses verticales permettent l'automatisation, la sélection/rotation d'outils, la répétabilité et le contrôle de contour. Ces machines CNC modernes ont porté la productivité des fraiseuses au plus haut niveau, donnant naissance aux centres de fraisage verticaux CNC. Ces centres varient selon leurs axes, leurs fonctions et les autres options disponibles.

On peut qualifier le centre d'usinage vertical de cheval de bataille industriel car il livre des pièces avec une précision exceptionnelle et des délais courts. Ses composants ont des conceptions robustes pour fournir un couple, une puissance et une vitesse d'usinage supérieurs. Le niveau d'automatisation des centres de fraisage verticaux permet aussi d'usiner divers matériaux et de réduire les coûts de fabrication globaux.

Principe de fonctionnement des centres d'usinage verticaux

Les centres d'usinage verticaux fonctionnent sur le modèle de conception des composants. Les nombreux outils et paramètres nécessaires pour les pièces sont transformés en codes d'information généralement acceptés et lisibles par le dispositif de commande numérique de la machine.

Le programme de traitement aide à traiter automatiquement le programme CNC du composant. Ces codes d'instruction sont généralement stockés sur des supports d'information comme des disques ou des bandes perforées, puis envoyés au dispositif d'entrée. On peut lire cette information et la transférer au dispositif de commande numérique. On peut aussi utiliser l'ordinateur et le centre d'usinage pour envoyer l'information directement et réaliser l'entrée et la sortie du programme du composant.

Le centre d'usinage vertical a généralement trois coordonnées de mouvement linéaire. Une table rotative horizontale est également fixée à sa table de travail, ce qui facilite la fabrication de pièces circulaires.

Composants d'un centre d'usinage vertical

Le centre d'usinage vertical comprend de nombreux composants importants qui s'assemblent pour fabriquer des pièces selon les normes de fabrication ISO. Les composants incluent :

Broche rotative

La broche de fraisage est généralement perpendiculaire/verticale à la table de travail. C'est un arbre rotatif avec une unité pour maintenir un outil ou une pièce. Généralement, l'arbre de broche agit comme support, positionnement et entraînement rotatif pour les pièces.

Table de travail

La table est plane pour y poser la pièce directement ou via divers dispositifs comme des étaux de serrage dur ou des pièces en aluminium fraisé. La table a un axe X (mouvements gauche/droite), un axe Y (mouvements avant/arrière) et un axe Z qui permettent d'ajouter des caractéristiques illimitées aux pièces sur les plans de mouvement.

Changeur d'outils

Le changeur d'outils augmente la productivité du centre vertical en permettant la sélection automatique d'outils pour différentes tâches, de l'ébauche au perçage de précision.

Tables rotatives

L'ajout d'axes supplémentaires aux fraiseuses verticales peut améliorer significativement la productivité en transformant une simple fraiseuse 3 axes en machine 4 ou 5 axes capable de produire des composants complexes aux surfaces variées comme des pales de turbine.

Système de refroidissement

La plupart des centres de fraisage verticaux CNC utilisent des systèmes de liquide de refroidissement à recirculation pour assurer la lubrification des pièces et des outils. Ce système utilise souvent de l'eau et de l'huile soluble parmi divers liquides.

Enveloppes/Couvertures complètes

Ces couvertures réduisent les projections causées par les opérations de fraisage. Elles protègent également les opérateurs et l'environnement de l'opération d'usinage.

Chargeurs rapides

Les tables navettes ou autres systèmes automatisés de chargement de pièces augmentent la productivité du centre d'usinage vertical CNC tout en réduisant les temps d'arrêt.

Convoyeur à vis/copeaux

Les convoyeurs à copeaux ou les vis sans fin aident à évacuer les copeaux de la zone de travail pour faciliter la productivité et éliminer les temps d'arrêt dus à l'évacuation manuelle des déchets.

Applications et utilisations des centres d'usinage verticaux

Les centres d'usinage verticaux CNC peuvent usiner plusieurs pièces et produits pour différentes industries. Les secteurs comme l'aérospatiale, l'industrie manufacturière, la construction mécanique et le médical utilisent cette technologie CNC pour sa haute précision et ses applications de production en volume.

Voici quelques pièces usinées :

Pièces aux formes inhabituelles

Des structures comme un panier ou une base ont des formes irrégulières. La plupart de ces pièces nécessitent un traitement multi-points mixte de point, ligne et face. Les centres de fraisage verticaux à capacité d'usinage automatique permettent d'usiner ces composants complexes souvent difficiles à créer avec des techniques traditionnelles.

Pièces de type boîte

Les pièces CNC de type boîte sont celles avec un système de trous unique et plusieurs cavités internes. Ces pièces sont courantes dans l'automobile et l'aéronautique : bloc moteur, boîte de broche, carter de pompe à engrenages, bloc moteur diesel. Avec un centre d'usinage vertical, on peut exécuter 60 à 95 % des opérations d'une machine-outil standard en un seul serrage.

De plus, les centres verticaux offrent haute précision, efficacité, rigidité et changeur d'outils automatique. Si la séquence de processus est bien programmée et qu'on utilise des fixations et outils appropriés, les problèmes difficiles d'usinage de pièces boîte peuvent être résolus.

Pièces complexes avec de nombreuses courbes

Des composants comme les hélices, cames et turbines avec des courbes complexes sont standards dans l'aviation et le transport. Les machines-outils traditionnelles rendent ces composants aux pièces courbes, contours de surface et boîtes/cavités fermées difficiles à créer avec la précision souhaitée.

Cependant, les centres verticaux multi-intégrés à la technologie CNC permettent de produire des pièces courbes avec la plus haute précision efficacement et en moins de temps.

Nouvelles pièces en production d'essai

Le centre d'usinage vertical offre une grande flexibilité et adaptabilité. Quand on change l'objet usiné, on peut créer et saisir de nouveaux programmes, modifier des segments ou utiliser des instructions spéciales.

Par exemple, on peut utiliser la fonction zoom pour produire des pièces de même forme mais de tailles différentes. Cela offre une grande commodité pour la petite série, l'essai de nouveau produit ou la production multi-variétés. Cela réduit aussi le cycle de préparation et d'essai de fabrication.

Différences entre centres d'usinage verticaux et horizontaux

Les centres d'usinage CNC sont des machines-outils sophistiquées avec automatisation intégrée, usinage composé, polyvalence et haute vitesse. Les centres horizontaux et verticaux sont les fraiseuses CNC standards. Cette section aborde les différences entre les capacités structurelles et les performances techniques de ces machines.

Orientation de la broche

Les deux machines ont des orientations variables permettant de profiter de la profondeur des centres horizontaux ou de la précision des centres verticaux. C'est une différence primaire. L'orientation ou la structure de la broche détermine comment l'outil interagit avec la pièce.

Géométrie de l'outil

La géométrie de l'outil influence souvent les spécifications et résultats de coupe. Les centres horizontaux sont plus courts et plus épais, offrant la stabilité nécessaire pour soutenir la résistance lors de coupes plus profondes.

En revanche, l'usinage vertical est plus précis et idéal pour les petites pièces. Cependant, cela a ses inconvénients : il ne permet pas l'usinage de coupes profondes en raison des vibrations, entraînant des écarts par rapport aux conceptions.

Spécifications de coupe et précision

Les centres horizontaux performent mieux que les verticaux concernant les taux d'enlèvement de matière. Ils ont une très haute stabilité et peuvent produire des coupes plus profondes. Généralement, les machines verticales sont utilisées pour des opérations limitées comme le rainurage et le surfacage. Mais elles peuvent être très précises dans les coupes et la finition de surface. Cette capacité de coupe limitée entraîne un taux d'enlèvement plus faible.

Nombre de faces usinables

Les centres d'usinage verticaux, surtout les fraiseuses 5 axes, sont mieux adaptés pour travailler sur plusieurs faces des pièces. Ils intègrent souvent des palettes avec fixations ou colonnes. L'utilisation de la broche dans les centres verticaux est aussi grandement améliorée. L'accès aux faces avant et latérales est plus facile, améliorant la productivité et réduisant les erreurs humaines. Ces capacités sont limitées aux centres horizontaux.

Coût de chaque machine

Les machines horizontales sont bien plus chères à l'achat et à l'entretien. Elles nécessitent aussi des machinistes professionnels, augmentant le coût global de fabrication.

Les machines verticales coûtent moins cher. Leurs opérations et maintenance sont beaucoup plus simples. Elles conviennent donc à toutes les productions à petite échelle.

Comment choisir le bon centre d'usinage pour votre projet ?

Le centre d'usinage vertical est sans doute un outil largement adopté dans les ateliers professionnels. Néanmoins, il est essentiel de considérer ses vastes capacités lors du choix pour votre projet.

Plusieurs centres verticaux peuvent effectuer différentes opérations, tandis que d'autres conviennent à des tâches spécialisées. Les VMC offrent de multiples capacités de réglage, de polyvalence et sont durables. Plus important encore, faites une évaluation critique de vos spécifications projet et des capacités du centre vertical pour déterminer s'il est le meilleur choix.

Centre d'usinage tout-en-un de WayKen

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Conclusion

Le centre d'usinage vertical est une machine polyvalente et robuste qui gère des opérations complexes. Les modèles avancés intègrent une technologie sophistiquée permettant d'usiner des pièces aux tolérances les plus serrées. Il améliore le temps de fonctionnement et est généralement personnalisable selon les spécifications de votre pièce. Les centres verticaux ont une haute vitesse et livrent une excellente qualité.

FAQ

Quelles sont les limites des fraiseuses CNC ?

Les fraiseuses CNC ont généralement de nombreuses limites dues aux mouvements d'axes, à la taille, aux capacités d'outils et au degré de liberté. Le coût global de maintenance est une autre limite majeure.

Qu'est-ce que le débit d'avance dans un centre d'usinage vertical ?

Le débit d'avance désigne la vitesse à laquelle l'outil de coupe travaille le long de la pièce pendant sa rotation unique.

À quoi servent les centres d'usinage verticaux ?

Ils sont souvent utilisés pour des projets de haute précision et production de masse dans plusieurs industries. Ils sont plus largement utilisés dans l'automobile et l'aérospatiale pour leur efficacité et leur capacité à fabriquer des composants complexes et de haute précision.