Qualité dequilibrage

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
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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
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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
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•
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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
Corps en rotation
Côté A
Axe de rotation
Côté B
Surpoids
Oscillation
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.
Corps en rotation
Côté A
Axe du corps
Axe de rotation
Côté B
Oscillation
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
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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
Corps en rotation
Côté A
Surpoids
Axe de
de rotation
Côté B
Surpoids
Oscillation
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.
Corps en rotation
Axe du corps
Axe de rotation
Oscillation
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.
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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.
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Niveau 1
Côté A
Niveau 2
Corps en rotation
Correction
Axe de rotation
Côté B
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.
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