LES GRANDES FRAISEUSES A BANC
SONT AUSSI DE PLUS EN PLUS PRECISES

L’amortissement et la compensation Electroniques aident

Le titre ne ment pas, mais vous ne pouvez toujours pas attendre une précision de l’ordre du micron de ce genre de machines gigantesques. Du reste, les appli­cations ne le demandent pas non plus. Ceci dit, les grandes fraiseuses à banc sont effectivement plus précises. Les nouveaux types de guidage et de systèmes d’amor­tissement électroniques, notamment, y contribuent. Et si l’on songe aussi à investir un atelier adapté, l’influence indésirable des vibrations et des températures est en définitive supportable.

Kevin Vercauteren - 28 février 2018

FRAISEUSES A LONG BANC

Possibilités de configuration

L’allrounder reste un rêvePour un résultat optimal – en fonction du segment dans lequel vous êtes actif, ceci peut être une haute productivité, une grande précision ou une combinaison des deux – la fraiseuse doit être étroitement adaptée à l’application. D’autre part, il est rare, notamment en Europe occidentale, qu’une machine soit constamment occupée par le même produit. Lors du choix entre différentes configurations de machines, chacune ayant ses avantages et désavantages, on réfléchira dès lors en termes généraux, plutôt qu’en exigences très spécifiques.

Même s’il est tout aussi possible que la demande d’un client désireux d’usiner une très longue pièce vous ait convaincu d’investir dans une fraiseuse à banc dotée d’un banc plus long ou plus grand. Les pièces minces, mais grandes ou les rames automotrices qui doivent aussi être usinées sur le côté, demandent plutôt une construction à portique, mais la pièce ne peut pas non plus être trop haute, autrement le portique est un obstacle … En résumé, tant que le parfait allrounder reste un rêve, il s’agit de conclure les bons compromis sur la base d’une bonne compréhension des différents types de machine et de leurs possibilités respectives, l’application étant quand même déterminante au final.

Tant que la parfaite fraiseuse allround reste un reve, il s’agit de conclure les bons compromis sur la base d’une bonne comprehension des differents types de machine

DIFFERENTS TYPES

Pour la suite de cet article, nous nous limitons aux types de fraiseuse à banc, cela veut dire les fraiseuses dont le serrage des pièces se situe à une hauteur fixe, de telle sorte que les mouvements verticaux et transversaux sont effectués par l’outil (la tête de fraisage). Nous distinguons ici différents types.

Table mobile, colonne immobile

Dans cette configuration, le déplacement X est effectué par la table, l’outil effectue le déplacement sur les axes Y et Z. Ce type est fréquent, mais plutôt pour des pièces plus petites. Pour les applications dans lesquelles le déplacement X n’excède pas trois mètres, ceci est la méthode de construction la plus compacte. Pour des pièces plus grandes, la dynamique et l’accélération sont vite menacées par le poids plus lourd.

Table fixe, colonne mobile

Pour cette configuration, la règle est en fait l’inverse: pour les déplacements X de moins de trois mètres, la surface au sol requise sera plus grande que sur les types de machine avec une table mobile. Ici, l’outil achève le mouvement X, Y et Z. Comme la table ne doit pas bouger, des éléments bien plus lourds peuvent y reposer. Du reste, les pièces ne doivent pas rester dans la zone de la table. Dans le cas d’un bras de grue, par exemple, dont les points charnière doivent être alésés, seule la partie à usiner doit reposer dans la zone de table, le reste peut simplement rester en porte-à-faux. Sur une colonne mobile, le (long) banc peut, en outre, être scindé en zones de manière à pouvoir usiner un élément dans un cycle pendulaire, tandis que l’opérateur serre une autre pièce. Ceci ne pose plus de problème de programmation depuis longtemps.

Fraiseuse de type sol

Par ailleurs, il existe encore les fraiseuses du type sol. Ce genre de machines se caractérise par une colonne mobile et des hourdis au lieu d’un banc régulier, idéal pour de très grandes pièces. Par ailleurs, les machines de type sol se distinguent par leur flexibilité en termes de serrage. C’est ainsi qu’il est fréquent d’y ajouter des tables tournantes, avec ou sans axes supplémentaires (par exemple sur l’axe W). Mais cette table tournante se retire tout aussi facilement.

Multi-axial

Indépendamment de la configuration spécifique, on peut choisir des axes supplémentaires – songez par exemple à une tête pivotante – en raison des possibilités d’usinage supplémentaires, afin de pouvoir usiner sur les quatre faces dans le même serrage. Les grandes fraiseuses à banc disposent le plus souvent d’une ou plusieurs têtes de fraisage automatiques, et donc un axe A et C. A cela s’ajoute une table tournante déplaçable, en d’autres termes un axe B et W. A l’heure actuelle, le marché propose de nombreuses possibilités en termes de têtes de fraisage. Par exemple, vous avez la tête de fraisage orthogonale pour un usinage à cinq axes très stable. Vous ne devez pas toujours opter pour une tête de fraisage universelle.

POINTS D’ATTENTION SPECIFIQUES

Rien que par la taille des éléments et dès lors des machines d’usinage, des problèmes très spécifiques surgissent. Il va de soi que la précision de positionnement sur une distance de grosso modo huit mètres est moins évidente que dans un déplacement de colonne d’un mètre le long de l’axe X, et certainement quand de grands poids y sont associés. Nous citons quelques points d’attention importants.

Précision de positionnement

Vu les grandes distances le long de l’axe X, les vis à bille ne sont pas indiquées. A la place, on utilise pour les guidages des alter­natives qui ont moins tendance à balancer, comme des systèmes de pignon et crémaillère simples ou doubles qui préservent la stabilité de la précontrainte grâce à la compensation électronique et sont donc nettement moins sensibles à l’étirement. Ils agissent selon le principe maître-esclave, ce qui veut dire qu’un axe est entraîné par deux moteurs. Encore pour la précision, la position des axes sur certaines machines est mesurée par des règles optiques dans une boucle fermée (‘closed loop’). En effet, il faut savoir que l’acier a un coefficient de dilatation linéaire de 12.10-6 m/m.K. Cela signifie qu’un changement de longueur de 0,012 mm se produit sur une longueur d’un mètre par degré de température supplémentaire. Si l’importance du contrôle de la position réelle des axes est d’emblée une évidence, on comprend aussi que le ‘drift’ thermique justifie que les broches doivent être refroidies plus souvent.

Ecarts thermiques

Nous venons d’évoquer cet aspect: les fluctuations de température sont un obstacle pour la précision. Pour cette raison, des thermosondes ou des capteurs sont logés dans la tête de fraisage, le coulisseau, la colonne et le banc. Le moteur de fraisage et la tête de fraisage sont sensibles aux écarts thermiques. Le premier est maintenu à température par le réfrigérant, tandis que la fraise est refroidie par un brouillard d’huile conditionné. En se focalisant sur les composants, vous pourriez presque oublier que la température ambiante exerce peut-être une plus grande influence encore sur le résultat final, certainement sur des machines hautes. Si votre machine excède huit mètres de haut, vous pouvez partir de l’idée que la différence de température entre le haut et le bas peut vite atteindre 5° C! Dès lors, ce n’est pas un luxe inutile d’investir dans un système de ventilation dans le hall.

Vibrations

Les vibrations, pour terminer, sont l’ennemi classique de la précision dans le fraisage. Elles peuvent résulter d’un serrage insuffisant de la pièce, de l’usure de l’outil, d’une longueur saillante trop grande en raison d’une mauvaise accessibilité de la pièce ou simplement à cause des forces élevées libérées durant le processus de fraisage. Ce n’est pas pour rien si bon nombre des grandes fraiseuses à banc sont constituées de fonte gg30 et le coulisseau proprement dit de fonte nodulaire pour une rigidité encore accrue. Indépendamment des forces, vous devez tenir compte de la fréquence de la machine. Si le coulisseau se trouve dans le haut sur une fraiseuse à banc, il se crée un grand levier (certainement pour une grande longueur de saillie) qui renforce les vibrations. Sans un système d’amortissement, vous devrez céder en puissance en fonction de la hauteur et de la saillie du bras. Mais il existe donc des systèmes d’amortissement électroniques qui compensent ceci afin de ne pas perdre de la puissance. Ils agissent sur la base d’actionneurs intégrés dans le coulisseau qui créent une oscillation en contre-phase et neutralisent les vibrations. En outre, la vitesse de broche optimale est sélectionnée de façon automatique, littéralement une sorte de mise au point de la broche.

CONCLUSION

Les grands garçons sont aussi plus précis, c’est certain. Mais ne cherchez pas toujours dans le high-tech, vous pouvez souvent éviter bien des problèmes par l’expérience et le bon sens. Le serrage vertical associé à l’usinage horizontal n’est pas une mauvaise idée, p.ex., en raison de l’évacuation des copeaux. Vous ne voulez pas que les copeaux et le réfrigérant remplissent les chambres intérieures, de telle sorte que vous usinez constamment vos propres copeaux. Choisissez judicieusement dans l’offre large et appréciez les compétences de vos opérateurs, car rien que le serrage est parfois une prouesse qui n’a que faire des gadgets de haute technologie. 