Tour CNC et centre d'usinage
Les tours à commande numérique (CNC) figurent parmi les équipements les plus utilisés dans les entreprises industrielles. Ils se caractérisent par leur grande polyvalence, leur structure simple, leur facilité d'utilisation et d'entretien. Ces machines servent aux opérations de tournage sur des pièces rotatives telles que des arbres, des disques et autres composants, notamment le tournage du diamètre extérieur, des faces d'extrémité, des alésages centraux et des filetages. Du point de vue structurel, les tours à commande numérique les plus courants dans les entreprises industrielles sont les tours horizontaux et les tours verticaux, les tours horizontaux étant les plus répandus.
Tours CNC de type populaire
En Chine, les tours CNC de type populaire sont des versions simplifiées des tours conventionnels. Leurs principaux composants, leur structure, leur aspect et leurs caractéristiques techniques clés sont similaires à ceux des tours conventionnels. La figure 1 présente des tours CNC horizontaux de type populaire de petite et moyenne taille. Ce type de machine-outil ne représente qu'une amélioration partielle par rapport au tour conventionnel pour répondre aux exigences du CNC ; le banc, la poupée fixe, la poupée mobile, le chariot et les systèmes auxiliaires (hydraulique, refroidissement, éclairage et lubrification) sont en effet très similaires à ceux d'un tour conventionnel.
Les tours CNC courants utilisent généralement des moteurs à fréquence variable. Le couple de sortie à basse fréquence du convertisseur de fréquence étant faible, des engrenages mécaniques sont nécessaires pour améliorer le couple de la broche à basse vitesse. De plus, le nombre de plages de vitesse est souvent inférieur à celui des tours conventionnels. La structure de la poupée fixe est relativement simple. La machine est généralement équipée d'une tourelle électrique, contrairement à la tourelle manuelle des tours conventionnels, ce qui améliore l'automatisation et facilite le changement d'outils. Ces tours sont simples, abordables et faciles à entretenir. Ils conviennent à l'usinage automatique de pièces simples. Cependant, la plupart des systèmes CNC utilisés étant de fabrication locale et dotés de fonctions de base, ces machines ne disposent pas d'une commande de position en boucle fermée, ce qui entraîne une précision et une efficacité d'usinage inférieures à celles des tours CNC complets. Ces machines ne sont pas adaptées à l'usinage à grande vitesse ou de haute précision.
Tours CNC à fonctions complètes
Un tour CNC à fonctions complètes est un véritable tour CNC nécessitant un système CNC importé complet et doté d'une commande de position en boucle fermée. Il permet un usinage de contours de haute précision. Les tours CNC horizontaux à fonctions complètes de petite et moyenne taille sont illustrés sur la figure 2. La structure et l'agencement de ces tours sont généralement conçus selon les exigences des machines-outils à commande numérique. Ces machines adoptent typiquement une conception à banc incliné, avec la tourelle automatique positionnée à l'arrière du banc et la poupée fixe sur celui-ci.
L'entraînement de broche des tours CNC multifonctions utilise un système d'entraînement à courant alternatif fourni par le fabricant, offrant une large plage de vitesses, un couple élevé à basse vitesse et une vitesse maximale élevée. De plus, la broche assure des fonctions d'orientation et de positionnement. Les tours CNC haute vitesse et haute précision utilisent souvent des composants avancés tels que des unités de broche à grande vitesse et des broches électriques, atteignant ainsi une vitesse et une précision de broche nettement supérieures à celles des tours CNC classiques.
Les tours CNC multifonctions utilisent généralement des tourelles hydrauliques pour le changement d'outils automatique. La rigidité, la capacité d'outillage, la précision d'indexage et la vitesse de changement d'outils de ces tourelles sont nettement supérieures à celles des tourelles électriques. Les tours CNC multifonctions possèdent les caractéristiques techniques fondamentales des machines-outils CNC haute vitesse, haute efficacité et haute précision. Leurs systèmes auxiliaires sont plus avancés et complets que ceux des tours CNC classiques. Le mandrin, la contre-pointe et d'autres composants sont souvent à commande hydraulique automatique. De plus, la machine-outil est équipée d'un système de refroidissement automatique haute pression et grande capacité, d'un système de lubrification automatique et d'un système d'évacuation des copeaux. Par conséquent, ces tours nécessitent généralement un carter de sécurité entièrement fermé.
Introduction aux centres de tournage CNC
Un centre de tournage est développé à partir d'un tour CNC entièrement fonctionnel et sert à réaliser des opérations de tournage, de fraisage et d'alésage sur des pièces rotatives. Le centre de tournage est l'un des premiers types de machines CNC à combiner les fonctions de tournage et de fraisage, la version horizontale étant la plus courante. Un centre de tournage typique, comme illustré sur la figure 3, présente une apparence similaire à celle d'un tour CNC entièrement fonctionnel, mais s'en distingue nettement par sa structure interne et ses performances. La broche est à commande selon l'axe C et la tourelle peut être équipée d'outils motorisés pour les opérations de perçage, d'alésage et de fraisage. La possibilité pour les outils de se déplacer le long de l'axe vertical Y constitue la principale différence entre un centre de tournage et un tour CNC entièrement fonctionnel.
Commande de l'axe C
La commande de l'axe C, également appelée interpolation de broche ou interpolation de l'axe C, est une fonction qui permet à la broche de pivoter autour de l'axe Z. Cet axe de mouvement est désigné comme l'axe C. Par conséquent, cette fonction est appelée commande de contournage de l'axe C.
Lors des opérations de tournage, la broche entraîne la rotation de la pièce, tandis que l'outil se déplace selon l'axe d'avance (axes X et Z). En revanche, lors des opérations de perçage, d'alésage et de fraisage, la broche entraîne la rotation de l'outil, tandis que soit la pièce, soit l'outil se déplace selon l'axe d'avance. Ces deux procédés présentent des caractéristiques d'usinage totalement différentes. Par conséquent, la broche du centre de tournage doit non seulement assurer la rotation de la pièce, mais aussi pouvoir la fixer et la positionner en tout point pour le perçage, l'alésage et le fraisage. De plus, la broche intervient dans les calculs d'interpolation, notamment pour les axes X, Y et Z, afin de réaliser le mouvement d'avance et l'usinage de la surface cylindrique.
Outils en direct
Les outils motorisés sont des outils rotatifs spéciaux utilisés pour l'usinage. Sur les tours CNC conventionnels, le tournage est réalisé par la rotation de la pièce, comme illustré sur la figure 4. Les outils montés sur la tourelle ne tournent pas (et n'ont pas besoin de tourner). En revanche, sur un centre de tournage, pour effectuer des opérations de tournage sur les faces latérales et les faces d'extrémité d'une pièce en rotation, ou pour fraiser, percer ou aléser, la tourelle doit être équipée d'outils motorisés capables de réaliser ces opérations. Ces outils sont entraînés en rotation par la contre-broche (seconde broche).
Mouvement sur l'axe Y
Pour les opérations de tournage sur les diamètres intérieur et extérieur ainsi que sur les faces d'extrémité d'une pièce en rotation, seuls les mouvements d'avance axiale (axe Z) et radiale (axe X) sont nécessaires. Cependant, pour les opérations de surfaçage, d'alésage et de fraisage, outre les avances axiale et radiale, un mouvement vertical de l'outil est également requis. Par conséquent, un centre de tournage nécessite au minimum trois axes d'avance : X, Y et Z. La tourelle d'un centre de tournage est visuellement similaire à celle d'un tour CNC complet, mais sa structure interne et ses exigences de commande diffèrent sensiblement. La tourelle d'un tour CNC assure uniquement les fonctions d'indexage et de positionnement, tandis que celle d'un centre de tournage doit non seulement remplir ces fonctions, mais également intégrer un système d'entraînement pour les outils motorisés, ce qui complexifie sa structure.