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Le guide ultime des roulements de broche de machine-outil CNC
À mesure que la technologie évolue, Machines-outils CNC doivent être précis, efficaces et fiables comme jamais auparavant. Pour rester compétitives, les fabricants de machines-outils CNC investissent dans des roulements de haute qualité pour garantir des performances optimales de leurs broches. Des roulements de haute qualité peuvent améliorer l'efficacité et la fiabilité des broches de machines-outils, augmentant ainsi la production et réduisant l'usure des machines. Par conséquent, les facteurs pris en compte lors de la sélection des roulements de broche de machine-outil sont très importants pour obtenir des résultats précis. La capacité de charge, les exigences de vitesse, la rigidité, la lubrification, les conditions environnementales et les niveaux de bruit sont les principales considérations qui guident les ingénieurs lors de la sélection des roulements de broche. Dans cet article, nous aborderons les types couramment trouvés dans les broches de machines-outils et comment évaluer, inspecter et surveiller le fonctionnement des roulements pour garantir des performances optimales.
A broche de machine-outil a deux fonctions principales. La première consiste à faire tourner l’outil pour tourner, fraiser, meuler ou percer ou tarauder la pièce. La seconde consiste à transmettre le couple et la vitesse à la zone de coupe. Le but des roulements de broche de machine-outil est de guider avec précision le mouvement de la broche pour garantir une vitesse et une précision optimales. Les roulements affectent la vitesse, la rotation, les vibrations, la précision et la température des machines-outils, ce qui à son tour affecte la qualité du produit final fabriqué. Les roulements peuvent être conçus pour faciliter le mouvement de la broche dans les axes transversal et radial et doivent être capables de résister à la pression de charge, à la température et à la vitesse de rotation élevée de la broche de la machine-outil.
Types de roulements de broche de machine-outil
Il existe cinq principaux types de roulements utilisés dans les broches de machines-outils. Chaque type a ses propres avantages et inconvénients. Il est important de comprendre leur fonctionnement et leurs différences afin de pouvoir choisir celui qui vous convient le mieux.
L'angle de contact entre les billes de roulements à contact oblique Leurs chemins de roulement intérieurs et extérieurs leur permettent de supporter simultanément des charges axiales unidirectionnelles et une certaine charge radiale. Ils sont donc largement utilisés dans les applications de précision à grande vitesse où la précision et la rigidité sont essentielles, comme les broches de machines-outils. Aubearing propose des roulements de broche à contact oblique de 6 à 360 mm, avec de multiples options de matériaux et de configurations, pour répondre aux besoins spécifiques de chaque application. Avantages des roulements à contact oblique :
Très approprié pour un fonctionnement à grande vitesse et un faible frottement ;
Structure compacte, idéale pour les machines avec un encombrement limité.
Aucun réglage requis pour obtenir un jeu interne ou une précharge correct.
L'épaulement inférieur permet de loger un grand nombre de billes dans le roulement, ce qui entraîne une capacité de charge relativement élevée
Excellente rigidité pour minimiser la déflexion pendant le traitement, améliorant ainsi la précision ;
Roulements à rouleaux cylindriques améliorez le mouvement en utilisant des cylindres au lieu de balles. Les roulements à rouleaux cylindriques sont principalement conçus pour supporter des charges radiales. Les roulements à rouleaux cylindriques sont constitués d'une bague intérieure et d'une bague extérieure, et les rouleaux cylindriques sont fixés par une cage. Ces roulements offrent une plus grande surface de contact pour une répartition efficace de la charge. Les roulements à rouleaux cylindriques conviennent aux applications à moyenne et haute vitesse. Les roulements à rouleaux cylindriques sont disponibles dans de nombreux modèles, différentes séries et différentes tailles. Caractéristiques et avantages de l'utilisation de roulements à rouleaux cylindriques pour les broches de machines-outils :
Capacité de charge radiale élevée : les roulements à rouleaux cylindriques excellent dans les applications nécessitant une capacité de charge radiale importante, ce qui les rend adaptés aux opérations d'usinage lourdes.
Faible friction : ces roulements présentent une faible friction pendant le fonctionnement, augmentant ainsi l'efficacité et réduisant la génération de chaleur.
Adaptés aux applications à grande vitesse : avec une conception et une lubrification appropriées, les roulements à rouleaux cylindriques peuvent atteindre des capacités à grande vitesse
Durée de vie plus longue que les roulements à billes de même taille
Roulements à rouleaux coniques sont conçus pour supporter des charges composées agissant simultanément. Les charges composites incluent les forces radiales et axiales. Les lignes projetées des chemins de roulement se croisent en un point commun sur l'axe du roulement, offrant ainsi une véritable action de roulement. Les roulements à rouleaux coniques sont conçus de manière à fournir un faible couple de friction pendant le fonctionnement. La capacité de charge axiale des roulements à rouleaux coniques augmente avec l'augmentation de l'angle de contact. L'angle de contact des roulements à rouleaux coniques varie généralement de 10° à 30°. Les roulements à rouleaux coniques à une rangée correspondent généralement à un deuxième roulement à rouleaux coniques. En appliquant une précharge, des applications de roulements rigides peuvent être réalisées. Avantages des roulements à rouleaux coniques :
Les roulements à rouleaux coniques sont capables de supporter des charges radiales et axiales, ce qui les rend adaptés à une variété d'applications de machines-outils.
Ces roulements offrent une excellente rigidité et stabilité, garantissant des performances d'usinage précises.
Les roulements à rouleaux coniques sont connus pour leurs excellentes performances dans les applications exigeantes
Roulements à billes hybrides en céramique constitué d'anneaux en acier AISI 52100 et de billes en nitrure de silicium (céramique). Les roulements hybrides en céramique sont un excellent isolant électrique, ont des capacités de vitesse extrêmement élevées et durent plus longtemps que les roulements à billes radiaux ou profonds standard. Les billes en céramique plus dures ont une rugosité de surface plus élevée sans enlever de matière du chemin de roulement. Les billes en céramique plus légères réduisent le risque de faux dommages Brinell. Étant donné que les billes en céramique sont 40 % moins denses que les billes en acier, elles produisent des charges centrifuges plus faibles et une friction interne moindre dans les roulements. Les roulements fonctionnent beaucoup plus froid pendant le fonctionnement en raison d'une densité et d'un frottement plus faibles. Le coût initial des roulements hybrides peut être plus élevé que celui des roulements en acier standard, mais la différence est rapidement compensée grâce aux économies de maintenance. En raison des propriétés de la céramique, les roulements hybrides peuvent durer jusqu'à 10 fois plus longtemps que les roulements en acier standard.
Les roulements hybrides offrent des performances supérieures à grande vitesse, réduisent la génération de chaleur pendant le fonctionnement et accélèrent les processus d'usinage.
Les matériaux céramiques améliorent la résistance du roulement à la corrosion et à l'usure, prolongeant ainsi sa durée de vie.
les roulements offrent une friction moindre, contribuant ainsi à améliorer l'efficacité et les performances globales de la machine
Leurs propriétés uniques les rendent particulièrement adaptés aux applications spécifiques nécessitant des performances à grande vitesse et une résistance à la corrosion.
Facteurs à prendre en compte lors de la sélection des roulements de broche
Pendant le processus d'usinage CNC, le roulement de broche sera affecté par de nombreux facteurs. Chaque travail d'usinage CNC est unique, mais la physique est constante. Avoir une compréhension claire de ces facteurs vous aidera à prendre de meilleures décisions qui propulseront vos compétences en usinage vers de nouveaux sommets.
Exigences des machines-outils CNC
La première étape du processus de sélection des roulements de broche consiste à clarifier les exigences de fonctionnement de la machine-outil CNC. Cela implique de comprendre des facteurs tels que le type de charge (radiale, axiale ou combinée), la vitesse de fonctionnement, la température et les conditions environnementales. La nature de l'application influencera le choix des différents types de roulements, notamment les roulements rigides à billes, les roulements à rouleaux cylindriques, les roulements à contact oblique, etc.
Exigences de capacité de charge et de vitesse
Capacité de chargement est la principale considération lors de la sélection d'un roulement, car elle détermine directement la capacité du roulement à supporter les charges appliquées sans défaillance prématurée. Les ingénieurs doivent évaluer les capacités de charge statique et dynamique du roulement pour déterminer la charge maximale que le roulement peut rencontrer pendant son fonctionnement.
La charge dynamique (C) est une spécification clé fournie par les fabricants de roulements et représente la charge à laquelle 90 % d'un ensemble de roulements identiques peuvent fonctionner sans rupture de fatigue après un million de tours. En calculant la charge dynamique équivalente du roulement (P), qui prend en compte diverses composantes de charge telles que les charges radiales et axiales, les ingénieurs peuvent évaluer les performances du roulement dans des conditions réelles.
La vitesse de fonctionnement est tout aussi importante, car un régime trop élevé peut entraîner de graves problèmes tels qu'une surchauffe et une usure accrue. La limite de vitesse du roulement (n_limit) définit la vitesse maximale que le roulement peut supporter sans effets indésirables. Les ingénieurs doivent s'assurer que la charge dynamique et la limite de vitesse du roulement répondent aux exigences spécifiques de l'application pour éviter une défaillance prématurée et garantir des performances optimales.
Rigidité et précision
La rigidité est essentielle pour les broches de machines-outils à grande vitesse, car un positionnement précis et une déviation minimale sont essentiels à la fabrication de pièces de précision. Les roulements très rigides garantissent que les arbres et les composants restent dans leur position prévue, garantissant ainsi précision et répétabilité.
Les deux mesures de base de la rigidité sont la rigidité axiale (K_a) et la rigidité radiale (K_r). La rigidité axiale reflète la résistance du roulement à la déflexion axiale lorsqu'il est soumis à une charge axiale, tandis que la rigidité radiale indique la résistance du roulement à la déflexion radiale lorsqu'il est soumis à une charge radiale. Les roulements avec des valeurs de rigidité plus élevées conviennent aux applications nécessitant un positionnement précis, telles que les machines CNC, les robots et les équipements d'inspection médicale.
En ingénierie de précision, un faible faux-rond et un faux-rond axial sont essentiels pour minimiser l'excentricité pendant la rotation. Les roulements avec des tolérances dimensionnelles serrées, tels que ceux répondant aux normes ABEC 7 ou supérieures, garantissent de faibles valeurs de faux-rond et de faux-rond axial, contribuant ainsi à améliorer la précision et le fonctionnement plus fluide des broches de machines-outils hautes performances.
Durée de vie des roulements de broche
La durée de vie des roulements de broche est essentielle pour prévoir les intervalles de maintenance et la fiabilité globale du système. La durée de vie nominale des roulements est définie comme le nombre de tours ou d'heures de fonctionnement avant qu'une défaillance ne se produise dans 90 % d'un groupe de roulements identiques et peut être calculée à l'aide de formules standard de l'industrie, notamment ISO 281 et ASTM F2812. Ces calculs prennent en compte des facteurs tels que la charge, la vitesse, le matériau, la lubrification et les conditions de fonctionnement pour estimer la durée de vie des roulements.
Conditions environnementales
Les facteurs environnementaux ont un impact significatif sur la sélection des roulements de broche, car des conditions difficiles peuvent entraîner une usure et une défaillance prématurées. Des facteurs tels que l'humidité, la poussière, les particules, les produits chimiques corrosifs, etc. peuvent affecter les performances et la durée de vie des roulements. Pour relever ces défis, les ingénieurs peuvent choisir des roulements dotés de fonctions de protection supplémentaires : les roulements scellés ou blindés offrent une défense efficace contre les contaminants, empêchant les particules externes de pénétrer dans le roulement et réduisant les possibilités de maintenance. Par exemple, dans des environnements corrosifs, il est préférable d'utiliser des roulements en acier inoxydable, en céramique ou en d'autres matériaux résistant à la corrosion pour atténuer les effets des produits chimiques.
Options de lubrification
Correct lubrification des roulements constitue la base d'une durée de vie prolongée des roulements et de performances optimales. La fonction des lubrifiants est de réduire la friction, de dissiper la chaleur et de prévenir l’usure et la corrosion. Le choix du type de lubrifiant (huile ou graisse) et de ses propriétés (viscosité, additifs, etc.) dépend de facteurs tels que la vitesse, la température, la charge et le mécanisme d'étanchéité. Les normes industrielles telles que la norme ISO 281:2007 fournissent des conseils pour déterminer les exigences de lubrification en fonction des conditions de fonctionnement.
Conclusion
Les broches de machines-outils ne peuvent utiliser que des roulements de précision de haute qualité pour produire des pièces de précision. Le choix des roulements de broche de machine-outil est crucial et doit être précis. Le manque de lubrification, de jeu, de degré de précision, d’angle de contact et d’autres détails peuvent entraîner une défaillance prématurée des roulements. Si vous êtes prêt à améliorer encore plus les performances des roulements de broche de votre machine-outil, ne cherchez pas plus loin que Aubearing. Chez Aubearing, nous nous engageons à fournir des roulements à billes, des roulements à contact oblique, des roulements à rouleaux cylindriques, des roulements à rouleaux coniques et des roulements en céramique hybrides de qualité. Au roulement est conçu pour offrir une précision et des performances supérieures, garantissant ainsi le fonctionnement optimal de votre machine.