Centre d'usinage vertical CNC 4 axes : comment choisir la bonne machine pour votre atelier

Ce que le quatrième axe ajoute réellement

Sur un centre d'usinage vertical, le quatrième axe est presque toujours une table rotative montée sur la table standard, faisant tourner la pièce autour de l'axe X, qui est l'axe A. La broche se déplace toujours en X, Y et Z. Ce qui change, c'est que la pièce peut être présentée à l'outil sous un angle au lieu d'être desserrée et tournée à la main.

Indexé (3 1) versus mouvement simultané

En mode indexé, la table rotative positionne la pièce selon un angle fixe, la serre et la coupe reprend ; la commande le traite comme un axe de positionnement supplémentaire. La sortie CAM standard couvre généralement cela, et l'unité rotative n'a besoin que d'une solide précision de positionnement.

En mode simultané, l'axe A se déplace pendant que l'outil est dans la coupe, c'est ainsi que les profils enroulés, les ports en spirale et les formes de came sont générés en un seul passage continu. Cela nécessite un post-processeur qui comprend la cinématique rotative, une commande avec l'entraînement rotatif intégré plutôt que ajouté ultérieurement, et un programmeur qui a déjà exécuté un travail sur quatre axes.

Disposition verticale ou horizontale

Un quatrième axe sur une machine verticale maintient la pièce sur un axe rotatif horizontal sous une broche verticale : le montage reste visible, les copeaux tombent clairement et l'outillage est standard. Une machine horizontale avec une palette rotative atteint plus de faces par passage et élimine mieux les copeaux des alésages profonds, mais elle coûte plus cher et nécessite généralement un support de pierre tombale. En dessous d'un cube d'environ 500 mm, la verticale est normalement le point de départ le moins cher.

Où une VMC 4 axes mérite sa place

L’œuvre qui justifie un quatrième axe est rarement exotique. Cela se répète et la relation angulaire entre les faces doit perdurer d'une pièce à l'autre. Quatre familles reviennent sans cesse :

• Pièces cylindriques avec méplats fraisés, fentes et trous cruciformes
• Boîtiers et collecteurs avec ports sur trois ou quatre faces
• Arbres et manchons avec rainures de clavette et motifs percés à angles définis
• Pièces en lots qui transitent actuellement par deux ou trois luminaires dédiés

Le quatrième axe raccourcit rarement la coupe. Il supprime la configuration, et c'est dans cette configuration que la majeure partie de la tolérance disparaît.

L'automobile, les nouvelles énergies, la fabrication de moules et la transformation du saphir sont les secteurs où cette tendance apparaît le plus souvent. C'est le volume qui change le calcul : à quelques centaines de pièces par mois, le temps gagné par pièce dépasse la flexibilité du montage manuel.

Dimensionnement de la machine : table, unité rotative et dégagement des outils

L'erreur de spécification la plus courante consiste à dimensionner la machine en fonction de la longueur de la pièce et à oublier son élan. Une pièce de 300 mm de long et 220 mm de diamètre a besoin d'une unité rotative capable de la saisir, d'une enveloppe pivotante qui dégage la colonne et d'une course Z suffisante vers la gauche pour atteindre la face supérieure. Une unité rotative de 250 mm peut consommer 200 à 250 mm de course Z avant même qu'une pièce ne soit chargée.

Cinq chiffres à confirmer avant de commander

1. Diamètre d'oscillation de la plus grande pièce, y compris toute plaque de fixation qui tourne avec elle
2. Longueur de table utilisable restante une fois l'unité rotative et la contre-pointe montées
3. Course Z restante avec l'unité rotative installée, mesurée jusqu'au sommet de la partie la plus haute
4. Interférence entre le magasin d'outils, le boîtier et le pivotement des pièces, vérifié avec une pleine charge d'outil
5. Chemins du liquide de refroidissement et des copeaux autour du corps rotatif, où les fines s'accumulent et où commence la dérive thermique

Une machine de la classe 1 270 mm équipée d'un changeur d'outils automatique constitue un juste milieu : suffisamment de course X pour une table rotative et une contre-pointe côte à côte, suffisamment de Z pour dégager le corps rotatif et un magasin suffisamment profond pour terminer un programme mixte de perçage et de fraisage sans s'arrêter.

Montage, tolérance et coûts pour lesquels personne ne prévoit de budget

Un axe rotatif est aussi précis que la manière dont la pièce est maintenue. Entre les centres convient aux arbres ; un mandrin à trois mors ou un étau à centrage automatique convient aux cylindres courts ; une façade avec des nids personnalisés convient aux moulages difficiles. Chaque choix modifie la quantité de pièce suspendue sans support, et la longueur non supportée apparaît comme un broutage.

La précision de rotation est indiquée en secondes d'arc, et cette conversion vaut la peine d'être effectuée à la main. Un axe rotatif précis à 15 secondes d'arc, mesuré à un rayon de 300 mm, contribue à environ 0,02 mm d'erreur tangentielle avant l'erreur de broche, la croissance thermique ou l'usure de l'outil. Sur une légende de position réelle de 0,05 mm, cela représente déjà une part importante du budget.

La rotation continue réchauffe également l'unité rotative. Une table qui indexe plusieurs fois par cycle reste proche de la température ambiante ; celui qui interpole pendant vingt minutes dérive, et la dérive atterrit dans la relation angulaire entre les éléments. Les machines construites pour ce travail transportent plus de masse dans la base et la colonne, et l'histoire de la précision commence sous le tableau, comme indiqué dans structures de base rigides et précision d'usinage .

Que vérifier auprès d'un constructeur de machines

Étant donné qu’un centre d’usinage vertical à quatre axes est une configuration plutôt qu’un élément de catalogue, la profondeur de l’ingénierie compte autant que la fiche technique.

• D'où viennent les pièces moulées et si la fonderie est en interne
• Comment l'alignement des bases, des colonnes et des tables est usiné, mesuré et documenté
• Si l'interface rotative, les paramètres de câblage et de contrôle sont définis en usine
• Qui prend en charge le post-processeur lors de l'exécution du premier travail simultané sur quatre axes ?
• Contre quoi la machine est testée avant expédition et quels enregistrements l'accompagnent

Jiangsu Chuangjia Machinery est l'un des constructeurs dotés de ce type d'intégration verticale. Fondée en 2000 en tant que fabricant de rectifieuses planes et faisant désormais partie du groupe Nantong Zhongnan Intelligent Technology, elle gère un parc de production d'environ 100 000 mètres carrés avec plus de 380 employés, dont 30 ingénieurs seniors et 20 ingénieurs R&D, et exploite sa propre fonderie, atelier de tôlerie et atelier de peinture ainsi que l'usinage et l'assemblage.

C'est gamme de centres d'usinage verticaux couvre les modèles ZNL1160, ZNL1270, ZNL1580 et ZNL1890 ainsi que les modèles ZNV1160, ZNV850 et ZNV855, avec des changeurs d'outils automatiques spécifiés sur les ZNL1270 et ZNV855. Le même groupe construit également des centres d'usinage à portique et horizontaux, des centres de taraudage et des rectifieuses planes de précision.