INFO CNC Mars 2012 Qualité d équilibrage Causes, effets du déséquilibre et équilibrage correct Par Thomas Oertli Les procédés modernes d usinage imposent des exigences particulières en matière d'équilibrage et de précision de concentricité des machines-outils. Une haute qualité d équilibrage assure une stabilité de fonctionnement maximale, même à des vitesses de rotation élevées, et garantit ainsi les meilleurs résultats d usinage possibles. En outre, des outils bien équilibrés réduisent les oscillations et préservent les arbres des machines. Sur le thème du «déséquilibre», la littérature spécialisée fait souvent référence aux rotors. Au figuré, l expression «rotor» peut être comparée à une tête de rabot cylindrique. Pour nos produits, cette expression peut également être remplacée par outil ou jeu d outils. Causes possibles du déséquilibre Construction asymétrique du porte-outils : par exemple, vis de serrage des porte-outils Weldon, soupape d admission d un manchon de serrage hydro Répartition asymétrique de la masse en raison des tolérances de fabrication/montage : par exemple, éléments coupants manquants ou défectueux, contre-fers de serrage de poids différents Erreur d alignement lors du montage d un corps d outil : par exemple, alésage de la fraise pas à angle droit par rapport au moyeu, moyeux pas parallèles Erreur de concentricité : par exemple, erreur de concentricité de l arbre de la fraise ou du porte-outils (arbre de moteur) Erreur de concentricité de l arbre du moteur par exemple, logement de l arbre du moteur ou intersection entre l arbre du moteur et l arbre de la fraise Pour les outils démontables, les tolérances du système de serrage par exemple, tolérance entre l alésage et l arbre de la fraise, erreur de concentricité de la pince de serrage, etc. Effets du déséquilibre Génération d oscillations / vibrations suite au déséquilibre Dégradation de la qualité de surface Limitation de la vitesse de rotation maximale Superposition d oscillations sur un autre arbre dans la machine CNC-INFO_032012_Qualité d équilibrage_f.doc 1
Dégâts de l arbre ou du moteur dus à l entreposage Augmentation de l usure des éléments coupants Formation de corrosion des surfaces de contact aux intersections Déséquilibre statique Niveau 1 Un déséquilibre statique intervient lorsque le centre de gravité du corps en rotation ne se situe pas sur la même ligne que l axe de rotation du corps. Une des causes est que le poids du corps n est pas réparti régulièrement autour de l axe de rotation, mais que, au contraire, le corps est plus lourd d un côté et d un niveau que de l autre. (Exemple 1 : surpoids côté B.) De ce fait, le corps ne pivote pas en cercle régulier, mais en ovale. Axe du corps Une autre cause est que l axe du corps en rotation ne correspond pas à l axe de rotation (voir l exemple : l axe du corps se situe au-dessus de l axe de rotation), en raison de la présence d un jeu entre le mandrin de serrage et la tige. Dans les deux cas, il est possible d éliminer les oscillations en procédant à l équilibrage sur un niveau. Exemple : En règle générale, une fraise longue logée dans un mandrin Weldon présente un déséquilibre statique, étant donné que l axe de la fraise ne correspond CNC-INFO_032012_Qualité d équilibrage_f.doc 2
pas à l axe de rotation du mandrin, mais est décalé parallèlement à l axe de rotation. Exemple : Si une masse d alourdissement est fixée à un pneu de vélo, la roue fait un bruit de grondement sourd à chaque rotation, puisque le centre de gravité ne se situe plus sur l'axe de la roue. Déséquilibre dynamique Niveau 1 Niveau 2 Les déséquilibres dynamiques interviennent lorsque le centre de gravité du corps en rotation reste au repos, alors que l axe du corps vacille. Cela est dû à la présence d un surpoids des deux côtés (côtés A et B) et sur les deux niveaux, provoquant ainsi des oscillations circulaires à l extrémité de l axe. On ne peut remédier à ce déséquilibre qu en procédant à un équilibrage dynamique sur deux niveaux. L équilibrage sur deux niveaux n a de sens que pour les longs outils asymétriques. Axe du corps Exemple : En règle générale, une fraise longue logée dans un mandrin de serrage à pince présente un déséquilibre dynamique, étant donné que l axe de la fraise ne correspond pas à l axe de rotation du mandrin. CNC-INFO_032012_Qualité d équilibrage_f.doc 3
Exemple : Sur une roue de voiture, cette forme de déséquilibre est souvent désignée par le terme «flottement». Raison pour laquelle les roues sont équilibrées dynamiquement, ce qui peut nécessiter la fixation de poids d équilibrage des deux côtés de la jante, à l intérieur et à l extérieur. L équilibrage Pour éliminer les forces produites par le déséquilibre et les oscillations perturbatrices, il faut équilibrer. En pratique, il est impossible d atteindre un équilibrage parfait. Il subsiste toujours un certain déséquilibre résiduel. Raison pour laquelle : Equilibrage = Réduction des effets du déséquilibre La qualité d équilibrage La précision d un équilibrage est déterminée par la qualité d équilibrage G. La qualité d équilibrage se rapporte toujours à une certaine vitesse de rotation de service de l outil. Le déséquilibre résiduel admissible se calcule sur la base de la qualité d équilibrage, de la vitesse de rotation de service et du poids de l outil. Une qualité d équilibrage pertinente est dépassée dès lors que l erreur de concentricité de l arbre de la machine ou que la précision de reproductibilité du changement d'outil réduit de nouveau à néant la propriété d'équilibrage. Exemple : L erreur de changement de l arbre HSK est de 0,002 mm. Pourquoi l équilibrage est-il tellement important? Longévité Les roulements, les suspensions, les boîtiers et les supports sont fortement sollicités par les oscillations dues au déséquilibre, ce qui en accélère l usure. La durée de vie des produits présentant des pièces non équilibrées est souvent plus courte. La longévité des éléments coupants est réduite par le déséquilibre. Sécurité Les oscillations peuvent réduire la force de friction des raccords boulonnés, au point de desserrer les sièges de couteaux. Les interrupteurs électriques des machines-outils sont perturbés par les vibrations, les conduites hydrauliques peuvent se briser aux raccords. Le déséquilibre peut diminuer considérablement la sécurité de service d une machine mettant en danger les hommes et la machine. Quelle est la méthode d'équilibrage utilisée par OERTLI? Dans un jeu d outils, toutes les fraises, à l exception de la fraise supérieure et de la fraise inférieure, sont équilibrées séparément. Dans un jeu à éléments amovibles, le déséquilibre résiduel minimum est corrigé au niveau de la fraise supérieure et de la fraise inférieure. C est pourquoi la fraise supérieure et la fraise inférieure ne peuvent en aucun cas être changées sans d abord équilibrer le jeu. Il convient dès lors de rééquilibrer le jeu complet ou de réduire la vitesse de rotation. CNC-INFO_032012_Qualité d équilibrage_f.doc 4
Niveau 1 Niveau 2 Correction Correction Nous recommandons de faire rééquilibrer régulièrement les outils. L usine de Höri propose un service rapide et professionnel de rééquilibrage des outils et des jeux d outils. Pour toutes questions supplémentaires, n hésitez pas à vous adresser à notre Product Manager, Thomas Oertli. CNC-INFO_032012_Qualité d équilibrage_f.doc 5