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Vues : 0 Auteur : Éditeur du site Heure de publication : 2016-04-20 Origine : Site
Les machines à commande numérique informatisée (CNC) ont été historiquement et principalement développées pour obtenir un positionnement précis et précis de l'outil et de la pièce à usiner les uns par rapport aux autres. L'ensemble de ce système de positionnement est simplement basé sur les coordonnées de l'espace de travail ou de l'enveloppe de la machine. Afin d'obtenir ces coordonnées pour le positionnement ou le mouvement de l'outil et/ou de la table de la machine (ou de la pièce à usiner), une machine CNC fournit des commandes aux différents entraînements électriques à travers divers codes CNC et données fournies par l'opérateur sous forme de programme pièce. Ainsi, l'exactitude et la précision de ces machines CNC et donc les performances des machines CNC dépendent principalement du mouvement précis et précis de l'outil et/ou de la table de la machine (ou de la pièce à usiner) généré par ces entraînements électriques et les mécanismes associés. Ces mouvements d'outil ou de pièce à usiner ont lieu le long d'un certain axe de la machine CNC et donc les différents entraînements électriques affectant ces mouvements sont appelés entraînements d'axes. Pour les entraînements d'axes, les machines CNC utilisent principalement deux types de moteurs, à savoir. Moteurs pas à pas et Servomoteurs . Chacune de ces classes de moteurs comporte plusieurs variantes et chacune présente ses avantages et ses inconvénients. Les servomoteurs ne constituent pas une classe spécifique de moteurs, bien que le terme servomoteur soit souvent utilisé pour désigner un moteur adapté à une utilisation dans des systèmes de contrôle en boucle fermée nécessitant des mécanismes de rétroaction. Un moteur pas à pas est un moteur à impulsions qui modifie la position angulaire du rotor par étapes et est largement utilisé dans les systèmes de contrôle de position en boucle ouverte à faible coût qui ne nécessitent aucun mécanisme de rétroaction. Cette étude permet de comprendre la technologie et les opérations de moteurs pas à pas qui aideront à leur sélection et éventuellement à leur avancement pour améliorer encore les performances des machines CNC.
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Les machines CNC (Computer Numerical Control) ont révolutionné l'industrie manufacturière en permettant des opérations d'usinage précises et automatisées. Au cœur de ces machines sophistiquées se trouvent différents types de moteurs qui jouent un rôle crucial dans l'entraînement du mouvement des axes de la machine et l'alimentation des outils de coupe. Comprendre les différents types de moteurs utilisés dans les machines CNC est essentiel à la fois pour les chercheurs cherchant à élargir leurs connaissances et pour les acheteurs potentiels qui prennent des décisions éclairées sur la machine dans laquelle investir. Dans cet article de blog, nous explorerons les types de moteurs les plus courants trouvés dans les machines CNC, leurs caractéristiques, avantages et applications.
Les moteurs de broche sont chargés d’entraîner l’outil de coupe dans une machine CNC. Ils sont conçus pour faire tourner l'outil à des vitesses élevées, fournissant ainsi la force de coupe nécessaire pour enlever la matière de la pièce. Les moteurs de broche peuvent être soit à entraînement direct, soit à entraînement par courroie, en fonction des exigences spécifiques de la machine.
Les moteurs de broche sont capables d'atteindre des vitesses de rotation extrêmement élevées, allant généralement de quelques milliers à des dizaines de milliers de tours par minute (RPM). Ceci est essentiel pour une coupe efficace de divers matériaux.
Ils doivent fournir un couple suffisant à des vitesses élevées pour garantir une coupe fluide et efficace. Les exigences de couple varient en fonction du type de matériau usiné et du processus de coupe.
Les moteurs de broche doivent fonctionner avec une précision et une stabilité élevées pour minimiser les vibrations et garantir un usinage précis. Ceci est crucial pour obtenir des finitions de surface de haute qualité et des tolérances serrées.
La rotation à grande vitesse des moteurs de broche permet un enlèvement de matière rapide, augmentant ainsi la productivité du Machine CNC.
Les moteurs de broche peuvent être utilisés avec une variété d’outils de coupe, ce qui les rend adaptés à différentes opérations d’usinage, telles que le fraisage, le perçage et le tournage.
En assurant une rotation stable et précise, les moteurs de broche contribuent à la production de pièces usinées de haute qualité avec d'excellentes finitions de surface.
Les moteurs de broche se trouvent dans tous les types de machines CNC nécessitant des opérations de coupe, notamment les centres d'usinage, les tours et les meuleuses. Ils sont utilisés dans des industries telles que l’automobile, l’aérospatiale et la fabrication générale pour la production de composants aux formes complexes et aux tolérances serrées.
Les servomoteurs sont l’un des types de moteurs les plus utilisés dans les machines CNC. Ils sont conçus pour fournir un contrôle précis de la position, de la vitesse et du couple des axes de la machine. Un système de servomoteur se compose généralement d'un moteur, d'un dispositif de rétroaction (tel qu'un encodeur) et d'un servomoteur. L'encodeur surveille en permanence la position de l'arbre du moteur et renvoie ces informations au servomoteur, qui ajuste ensuite la sortie du moteur pour maintenir la position ou la vitesse souhaitée.
Les servomoteurs peuvent atteindre des niveaux extrêmement élevés de précision de positionnement, souvent de l’ordre du micron. Cela les rend idéaux pour les applications nécessitant des tolérances strictes, telles que la fabrication de dispositifs aérospatiaux et médicaux.
Ils sont capables d'accélérer et de décélérer rapidement, permettant ainsi des changements rapides dans le mouvement de la machine. Ceci est crucial pour les opérations d'usinage à grande vitesse et réduit les temps de cycle.
Les servomoteurs peuvent fournir un couple constant sur une large plage de vitesses, garantissant un fonctionnement fluide et stable pendant les processus de coupe.
Le retour de l'encodeur permet un contrôle en boucle fermée, qui corrige toute erreur de position ou de vitesse du moteur. Il en résulte des opérations d’usinage très précises et reproductibles.
Les servomoteurs peuvent être programmés pour suivre des profils de mouvement complexes, ce qui les rend adaptés à une variété de tâches d'usinage, notamment le contourage, le perçage et le fraisage.
Ils offrent un rapport puissance/poids élevé, permettant des conceptions de machines compactes et efficaces.
Les moteurs pas à pas sont un autre type de moteur important utilisé dans les machines CNC, en particulier dans les applications moins coûteuses et de moindre précision. Un moteur pas à pas divise une rotation complète en un certain nombre d'étapes discrètes, et chaque étape correspond à un déplacement angulaire spécifique. Le moteur est contrôlé en envoyant une série d'impulsions électriques aux enroulements du moteur, chaque impulsion faisant tourner le moteur d'un pas.
Mouvement incrémental : les moteurs pas à pas se déplacent par étapes discrètes, ce qui les rend faciles à contrôler et à positionner avec précision pour des tâches simples.
Contrôle en boucle ouverte : dans de nombreux cas, les moteurs pas à pas peuvent fonctionner sans dispositif de rétroaction, en s'appuyant uniquement sur le nombre d'impulsions envoyées au moteur pour déterminer sa position. Cela simplifie le système de contrôle et réduit les coûts.
Faible coût : les moteurs pas à pas sont généralement moins chers que les servomoteurs, ce qui en fait une option attrayante pour les amateurs et les petits fabricants à petit budget.
Contrôle simple : le mécanisme de contrôle simple des moteurs pas à pas les rend accessibles aux utilisateurs ayant des connaissances techniques limitées. Ils peuvent être facilement intégrés dans les systèmes CNC de base.
Couple de maintien : les moteurs pas à pas peuvent maintenir leur position sans consommer de puissance supplémentaire, ce qui est utile pour les applications où la machine doit maintenir une position fixe pendant les opérations sans usinage.
Auto-verrouillage : lorsque le moteur est hors tension, il reste dans sa dernière position en raison des propriétés magnétiques du moteur, offrant une forme d'auto-verrouillage.
Les moteurs pas à pas sont souvent utilisés dans les routeurs CNC d'entrée de gamme, les imprimantes 3D et les fraiseuses de petit format. Ils conviennent aux tâches telles que la gravure, le simple fraisage de matériaux souples et les opérations de positionnement de base pour lesquelles une haute précision n'est pas la principale exigence.
Les moteurs linéaires sont un type de technologie de moteur relativement nouveau qui est de plus en plus utilisé dans les machines CNC hautes performances. Au lieu de convertir l’énergie électrique en mouvement de rotation comme les moteurs traditionnels, les moteurs linéaires produisent directement un mouvement linéaire. Cela élimine le besoin de composants de transmission mécaniques tels que les courroies, les poulies et les vis à billes, ce qui permet d'obtenir un système d'entraînement plus direct et plus efficace.
Les moteurs linéaires peuvent atteindre des vitesses et des accélérations extrêmement élevées, dépassant de loin celles des systèmes motorisés traditionnels. Cela permet un mouvement rapide des axes de la machine et réduit les temps de cycle.
Sans le jeu mécanique et la conformité associés aux composants de transmission traditionnels, les moteurs linéaires offrent une précision de positionnement et une répétabilité exceptionnelles.
Puisqu'il y a moins de pièces mobiles et qu'il n'y a pas besoin de lubrification des composants de transmission mécanique, les moteurs linéaires nécessitent moins d'entretien et ont une durée de vie plus longue.
La nature à entraînement direct des moteurs linéaires élimine les pertes d'énergie et les inefficacités mécaniques associées aux systèmes d'entraînement traditionnels, ce qui se traduit par un rendement global plus élevé.
Les moteurs linéaires offrent un mouvement fluide et sans vibrations, ce qui est bénéfique pour les applications nécessitant des finitions de surface de haute qualité et un usinage précis.
L'absence de composants de transmission mécanique permet une conception de machine plus compacte et plus légère, ce qui peut être avantageux dans certaines applications.
En conclusion, le choix du moteur dans une machine CNC dépend de divers facteurs, notamment la précision, la vitesse, le couple et le coût requis. Les servomoteurs offrent une précision et une flexibilité élevées, ce qui les rend adaptés aux applications haut de gamme. Les moteurs pas à pas sont une option plus rentable pour les tâches moins exigeantes. Les moteurs de broche sont essentiels pour entraîner l'outil de coupe, tandis que les moteurs linéaires offrent des performances à grande vitesse et de haute précision dans les machines CNC avancées.
Dans le domaine des machines CNC (Computer Numerical Control), le moteur de broche est un composant crucial qui impacte directement le processus d'usinage. Différents types de moteurs de broche sont utilisés, chacun présentant ses propres avantages et inconvénients.
Les moteurs de broche entraînés par courroie sont généralement plus abordables que les autres types. Le mécanisme à courroie est un composant relativement simple et peu coûteux, qui contribue à réduire le coût global de la machine CNC. Cela en fait un choix populaire pour les petits fabricants et les amateurs à petit budget.
La courroie agit comme un tampon entre le moteur et la broche. Il peut absorber et amortir les vibrations générées lors du processus d’usinage. En conséquence, l'outil et la pièce subissent moins de vibrations, ce qui conduit à de meilleurs états de surface sur les pièces usinées.
En modifiant les tailles des poulies du moteur et de la broche, il est possible d'obtenir une large gamme de vitesses de broche. Cette flexibilité permet d'effectuer différentes opérations d'usinage, telles que l'ébauche et la finition, sur la même machine avec une relative facilité.
Il y a une certaine perte de puissance dans le système entraîné par courroie en raison du frottement entre la courroie et les poulies. Cette perte de puissance réduit l'efficacité globale du moteur de broche, ce qui peut constituer un problème dans les applications d'usinage à haute puissance.
Les courroies doivent être régulièrement inspectées pour vérifier leur usure et leur tension. Au fil du temps, les courroies peuvent s’étirer ou s’user, ce qui peut nécessiter un remplacement. De plus, les poulies doivent également être entretenues pour garantir un bon alignement et un bon fonctionnement.
Les systèmes entraînés par courroie ont des limites en termes de quantité de couple qu'ils peuvent transmettre. Dans les applications où un couple élevé est requis, telles que l'usinage intensif de matériaux durs, entraîné par courroie les moteurs de broche ne sont peut-être pas le meilleur choix.
Puisqu'il n'y a pas de composants intermédiaires comme des courroies ou des engrenages, les moteurs de broche à entraînement direct ont un rendement de transmission de puissance plus élevé. Cela signifie qu'une plus grande partie de la puissance électrique fournie au moteur est convertie en puissance mécanique au niveau de la broche, ce qui entraîne une consommation d'énergie inférieure.
Les moteurs de broche à entraînement direct offrent une excellente précision et rigidité. La connexion directe entre le moteur et la broche élimine les problèmes de jeu et de conformité associés aux systèmes entraînés par courroie ou par engrenages. Cela conduit à un usinage plus précis et à une meilleure répétabilité.
Ces moteurs sont capables d'atteindre des vitesses de broche très élevées, ce qui est essentiel pour les opérations d'usinage à grande vitesse. L'usinage à grande vitesse peut réduire considérablement le temps d'usinage et améliorer la finition de surface des pièces.
Coût élevé : les moteurs de broche à entraînement direct sont plus coûteux à fabriquer et à acheter. La technologie avancée et l'ingénierie précise requises pour les systèmes à entraînement direct contribuent au coût plus élevé. Cela peut constituer un obstacle important pour certains petits fabricants.
Génération de chaleur : Le couplage direct du moteur à la broche signifie que la chaleur générée par le moteur est directement transférée à la broche. Cela peut provoquer une dilatation thermique, ce qui peut affecter la précision du processus d'usinage. Des systèmes de refroidissement spéciaux sont souvent nécessaires pour gérer la chaleur, ce qui ajoute à la complexité et au coût de la machine.
Couple limité à basse vitesse : les moteurs de broche à entraînement direct peuvent avoir un couple de sortie limité à basse vitesse. Cela peut poser un problème dans les applications où un couple élevé est nécessaire à de faibles vitesses de rotation, comme lors du démarrage d'une opération de coupe lourde.
Les moteurs de broche entraînés par engrenages sont capables de transmettre des niveaux de couple élevés. Cela les rend adaptés aux opérations d'usinage lourdes, telles que le fraisage de grandes pièces ou la découpe de matériaux durs comme l'acier.
Le système d'engrenage offre un avantage mécanique, permettant au moteur de fonctionner à une plage de vitesse plus efficace tout en fournissant la vitesse de broche requise. Cela peut améliorer les performances globales de la machine CNC.
Les engrenages peuvent générer une quantité importante de bruit et de vibrations pendant leur fonctionnement. Cela peut non seulement être gênant en atelier mais également nuire à la qualité des pièces usinées. Des mesures supplémentaires peuvent être nécessaires pour réduire les niveaux de bruit et de vibrations.
Les systèmes entraînés par engrenages sont plus complexes que les systèmes entraînés par courroie et nécessitent un entretien plus fréquent et plus détaillé. Les engrenages doivent être lubrifiés régulièrement et tout signe d'usure ou de dommage doit être traité rapidement pour éviter une panne du système.
Par rapport aux moteurs de broche à entraînement direct, les moteurs de broche à engrenages ont une plage de vitesse plus limitée. Changer le rapport de transmission pour atteindre différentes vitesses peut être un processus complexe et long.
