Comment fonctionne un centre d’usinage vertical?
Un centre d’usinage vertical permet de fabriquer des pièces mécaniques mais comment ça marche?
Un centre d’usinage vertical permet de fabriquer des pièces mécaniques. Le centre d’usinage vertical est un combiné de mécanique, pneumatique, hydraulique contrôlé par la commande numérique
La commande numérique, cerveau d’une machine outil
Globalement, la commande numérique gère complètement la machine de manière automatique. Elle exécute des programmes qui permettent de réaliser les pièces sans action de l’opérateur de la machine.
Ceci permet de produire des pièces en plus grande quantité, et qui sont quasiment identiques.
Elle est constituée de plusieurs éléments :
- L’automate qui gère les signaux électriques de la machine afin de lui permettre de fonctionner correctement. Par exemple c’est lui qui gère les voyants de la machine, les actions résultant de l’appui sur les boutons, l’activation des périphériques de la machine, et une partie des sécurités de l’opérateur
- La commande des axes, afin de positionner ceux-ci au bon endroit et faire en sorte que la machine effectue les travaux demandés par l’opérateur. Elle gère également la bonne synchronisation des axes pour des mouvements combinés de ceux-ci, de manière à bien suivre les trajectoires des outils par rapport à la matière.
- L’interface homme machine, afin de pouvoir piloter la machine et exécuter des programmes. Ces programmes sont chargés dans la machine et exécutés sur demande de l’opérateur. L’interface homme-machine permet également de gérer les outils de la machine (dimensions de l’outil, état de l’usure de ceux-ci etc..) afin de prendre en compte leurs caractéristiques lors de l’exécution du programme. Par exemple, la machine a besoin de connaître la longueur d’un outil afin de positionner celui-ci au bon endroit sur la pièce.
Comment fonctionnent les éléments clés d’une machine outil ?
FONCTIONNEMENT DE LA BROCHE
La broche est l’un des éléments les plus important d’un centre d’usinage vertical puisque c’est elle qui permet à l’outil d’usiner les pièces.
Elle est constituée d’un arbre, guidé par des roulements et mis en rotation par un moteur par l’intermédiaire d’un accouplement. La rotation du moteur fait tourner l’arbre de la broche.
L’outil est fixé à la broche sur une forme conique avec une pince qui maintient l’outil dans celle-ci. La forme conique est utilisée car elle est très stable.
Il existe plusieurs types d’entraînement des broches :
- Le moteur entraine l’arbre de la broche par une courroie
- Le moteur entraine l’arbre directement (accouplement direct)
- Le moteur est intégré dans la broche, l’arbre du moteur est également celui de la broche elle-même.
Selon la matière à usiner, il existe différentes caractéristiques de broches autour de :
- La vitesse maximum de rotation (en général de 8000 tr/min jusqu’à 25 ou 30000 tr/min)
- La puissance de la broche
- Le couple disponible
Par exemple :
- L’acier nécessite peu de vitesse mais beaucoup de couple
- L’aluminium nécessite beaucoup de vitesse et assez peu de couple, mais de la puissance
Le choix d’une machine nécessite donc de savoir quelle en sera son utilisation en terme de matière à usiner. Cela dit, certaines broches sont des caractéristiques moyennes permettant d’usiner à peu près toutes les matières.
FONCTIONNEMENT DES AXES
Le centre d’usinage vertical est généralement doté de 3 axes linéaires et d’une broche. La machine positionne l’outil, qui, mis en rotation, permet d’usiner la pièce.
Par convention :
- L’axe Z est celui qui est parallèle à celui de la broche d’usinage. Son mouvement est donc vertical de haut en bas.
- L’axe X est perpendiculaire à l’axe Z et génère un mouvement de droite à gauche.
- L’axe Y est perpendiculaire aux axes X et Z, et génère un mouvement d’avant en arrière
Les axes sont généralement déplacés par une vis à bille, et fonctionnent comme le montre le schéma ci-contre.
Une noix est fixée sous le chariot. C’est une pièce mécanique dans laquelle tourne la vis à bille (comme un écrou dans une vis). La vis à bille étant fixe (elle ne peut que tourner sur elle-même), lors de la rotation de la vis, c’est la noix qui se déplace de manière linéaire.
La vis est mise en rotation par un moteur qui est activé par la commande numérique.
Sur le moteur est fixé un codeur, permettant de connaître la position de l’axe à tout moment.
FONCTIONNEMENT D’UN CHANGEUR D’OUTILS
Le changeur d’outils est constitué :
- D’un magasin d’outils où tous les outils sont répertoriés avec leur numéro
- D’un bras changeur qui permet de prendre un outil dans le magasin et de le placer automatiquement dans la broche.
Lorsque le programme pièce appelle un outil, celui-ci vient se positionner dans le bras.
Le bras pivote sur lui-même et vient insérer l’outil dans la broche, dans le même mouvement ; l’ancien outil est retiré de la broche et est remis dans la magasin d’outils
Qu’est qu’un programme pièce ?
Afin d’usiner des pièces, il est impératif de programmer la commande numérique car la 1e étape lors de la fabrication d’une pièce est de définir comment usiner cette pièce. Toutes ces informations sont renseignées dans le programme pièce. La machine va exécuter les opérations et ainsi réaliser des pièces en série.
Le programme est défini par l’opérateur ou les ingénieurs du bureau d’étude.
Un standard de programmation a été créé : le code ISO. Celui-ci a permis d’avoir une base commune à la plupart des constructeurs de commandes numérique à l’instar des langages de programmation des ordinateurs.
Il est possible de programmer directement sur la commande numérique de la machine ou encore d’utiliser les logiciels de CFAO (Conception Fabrication Assistées par Ordinateur) qui, à partir du plan de la pièce, permettent de créer le programme en fonction de la machine utilisée.
Le programme doit établir toutes les étapes pour usiner la pièce à savoir :
- Les caractéristiques du brut
- Les outils à utiliser
- La trajectoire de l’outil
- Le type d’opération à effectuer
- L’arrosage
- Le soufflage
Dans le programme, il faut également définir les caractéristiques d’usinage.
Par exemple, la vitesse de rotation de la broche ou encore les avances.
Exemple de programme avec codes M:
O100 Numéro de programme
M6 T1 Mise en place de l’outil N° 1 dans la broche
G90 G17 G80 G40 G54 G0 X0 Y-5 Données en absolu (G90), travail suivant plan X, Y(G17), Annulation des cycles perçage-taraudage (G80), annulation tout correcteur en mémoire dans la machine(G40), origine pièce Offset (G54)
G0 X0 Y-5 Déplacement rapide (G0) à un point (X0 Y-5)
M3 S2500 M8 Mise en rotation de l’outil dans le sens horaire à 2500 tr/min (S2500) et mise en fonction de l’arrosage (M8)
G0 G43 H1 Z-4 Déplacement rapide à Z-4 (profondeur de coupe) en prenant en compte la longueur d’outil (G43) du correcteur n°1 (H1)
G1 Y20. F150 Les déplacements seront en vitesse de travail (G1) à 150 m /min
X40 Déplacement à X=40
Y0 Déplacement à Y=0
G0 Z200 Déplacement rapide à Z=200
M9 Arrêt de l’arrosage
M5 Arrêt de la broche
G28 G91 G0 Y0 Z0 Retour des axes à l’origine de la machine
M30 Fin du programme
Que propose TTGroup France?
TTGroup France , filiale française de TTGroup, vous propose une gamme complète de machine outils des 3 marques principales du groupe.
Tongtai , leader du groupe mais également leader taiwanais de machine outils créé en 1969, a développé une large sélection de centre d’usinage vertical.
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