Broche principale dans les machines CNC : Définition, fonction, types et guide d'achat

Saviez-vous que chaque Machine CNC possède-t-elle une broche à commande numérique ? La broche est un élément essentiel de la machine, mais la plupart des gens n'y prêtent pas attention. A Toupie CNC, graveur, ou tour pourrait en avoir un.

La broche de la CNC a un impact significatif sur les performances de la machine-outil. Il est essentiel de comprendre le mécanisme de la broche pour choisir la broche à utiliser.

Dans cet article, nous verrons ce qu'est une broche CNC et comment elle fonctionne sur les machines-outils, quels sont les types de broches principales CNC et un petit guide pour choisir la broche appropriée.

Qu'est-ce que la broche principale d'une machine à commande numérique ?

Dans une machine à commande numérique, la broche primaire est généralement l'arbre au centre de l'axe de rotation de la machine-outil ; cependant, elle peut également désigner l'ensemble de l'unité rotative, comprenant non seulement l'arbre mais aussi ses roulements et tout ce qui y est attaché.

Les broches sont entraînées par un axe qui reçoit des commandes de mouvement du contrôleur CNC. La broche d'un Usinage CNC Le centre est un élément important. La forme détermine la vitesse et la force de coupe.

A machine-outil peut avoir plusieurs broches, la plus grande étant la broche principale. Sans autre précision, le fuseau désigne généralement le fuseau principal.

Des configurations et des modifications de broches sont disponibles pour répondre aux besoins de diverses industries. Les exemples les plus courants sont les broches de tour, les broches de fraiseuse, les broches de rectification, les broches électriques, les broches à basse vitesse, les broches à haute vitesse, etc.

Fonctionnement de la broche principale :

Le moteur d'une broche CNC est le composant le plus important de l'appareil. L'application déterminera le type de moteur à utiliser. Par exemple, les machines bas de gamme peuvent utiliser des moteurs à courant continu sans balais, tandis que les machines haut de gamme peuvent avoir des moteurs refroidis par air ou par liquide.

Les deux types de refroidissement sont courants pour les moteurs. Les moteurs utilisent un système d'entraînement, qui peut être soit une boucle ouverte, soit une boucle fermée.

Bien que les systèmes en boucle ouverte soient plus faciles à entretenir et moins coûteux à exploiter, les systèmes en boucle fermée tendent à produire des résultats plus précis. D'autre part, les systèmes à boucle fermée ont un coût initial plus élevé mais offrent un niveau de précision et de contrôle plus élevé. Le contrôle en boucle fermée est utilisé dans la majorité des machines CNC actuelles.

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Pour que la machine fonctionne correctement, la broche principale doit être alignée sur l'axe de la machine. Vous pouvez utiliser différentes méthodes, notamment des capteurs optiques, des LVDT et même des interféromètres laser.

Types de broches principales dans les machines à commande numérique :

Il existe de nombreux types de classification pour les broches de centres d'usinage CNC. Bien que les normes varient d'un pays à l'autre, il existe une classification commune basée sur le cône de la broche. Par exemple, BT60, BT50, BT40 et BT30. Le chiffre qui suit BT correspond au diamètre de l'interface conique du porte-outil.

Les nombreux types de centres d'usinage compatibles avec chacune de ces configurations de broches sont distincts. La vitesse de rotation varie pour chaque broche car les diamètres des broches sont variables, ce qui entraîne directement des capacités d'usinage différentes pour chaque broche.

Découvrez chacun de ces principaux types de broches :

• Le diamètre de la broche du BT30 est relativement faible, ce qui signifie que la vitesse maximale pouvant être obtenue est supérieure au diamètre de la broche. Il est le plus souvent utilisé dans les centres de perçage et de taraudage ainsi que dans d'autres types de petits centres d'usinage, et sa fonction première est de fabriquer des moules et d'effectuer des opérations de perçage et de taraudage.
• Le diamètre de la broche du BT40 est à peu près moyen et la vitesse maximale est limitée. La majorité des centres d'usinage utilisent la BT40. Cette catégorie de broche permet d'effectuer des travaux de finition et d'ébauche. Elle s'applique également aux moules à grand diamètre de perçage et, parmi ces nombreux types de broches, son champ d'application est le plus large.
• Les BT50 et BT60 sont généralement utilisées pour l'usinage grossier. Leur vitesse maximale n'est que de 8000 tr/min ; le centre d'usinage CNC n'utilise généralement pas cette broche.

Outre ces possibilités, les broches à grande vitesse sont les plus populaires dans les ateliers d'usinage CNC. Cette broche principale convient à la découpe de matériaux tels que l'aluminium, le bois et les matériaux composites.

Cependant, il est essentiel de savoir qu'une vitesse élevée n'est pas nécessaire pour l'usinage de l'acier, de l'acier inoxydable et des thermoplastiques (voir fabrication de thermoplastiques). Par conséquent, il est essentiel de choisir une broche à faible vitesse de rotation pour le traitement de l'acier, mais si vous voulez percer l'acier, vous devez utiliser une broche plus puissante.

Il existe deux types de broches, les broches à moteur intégré et les broches à courroie.

• Moteur intégré Broche : Sa vitesse maximale est de 60 000 tours/minute, ce qui lui permet de réaliser un large éventail de tâches de fraisage, mais limite sa durée de vie.
• Broche entraînée par courroie : Avec une vitesse maximale de 15 000 tr/min, la broche à courroie peut générer des niveaux de puissance et de couple plus élevés tout en étant moins coûteuse.

Importance de la broche principale dans une machine CNC :

Par rapport aux machines conventionnelles, l'utilisation d'une broche CNC et d'une machine CNC offre une grande valeur ajoutée dans le processus d'usinage CNC, notamment en ce qui concerne les points suivants :

• Tout d'abord, la broche principale offre un niveau de précision supérieur à celui des activités manuelles. Un ordinateur contrôle le moteur, ce qui lui permet d'effectuer des tâches précises.
• En outre, les broches CNC permettent d'augmenter la vitesse et d'améliorer l'efficacité. En effet, ce type de broche principale peut exécuter rapidement les tâches les plus difficiles, grâce à sa capacité à tourner à grande vitesse.
• Un autre avantage des broches CNC est qu'elles peuvent être utilisées dans différents processus. Le fraisage, le perçage, le taraudage et même le tournage sont autant d'exemples de ces processus. En raison de leur adaptabilité, elles sont un composant indispensable de toute machine CNC.

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Comment trouver la bonne broche CNC ?

Il est en effet essentiel de prendre une décision éclairée lors du choix d'une broche CNC ou d'une tête de fraisage. Néanmoins, si vous vous donnez beaucoup de mal, vous pouvez le terminer en quelques heures, et si vous travaillez efficacement, cela peut suffire pour une demi-année.

Les fuseaux utilisés dans les milieux professionnels sont souvent dotés d'une commande par onduleur inductif sans balais, de roulements en céramique et d'un compartiment moteur hermétiquement fermé. Leur boîtier est entièrement en métal. Les rotations et la puissance des broches sont deux options qui nous sont proposées.

Comprendre la vitesse de la broche principale

La vitesse de rotation de la broche est indiquée par le chiffre national figurant sur la plaque d'identification (12 000, 15 000, 18 000, 24 000 ou 40 000 tours par minute). Cependant, cela ne signifie pas toujours que la broche tourne constamment à ces vitesses.

Même si le variateur peut contrôler le nombre de tours, il est essentiel de se rappeler que la puissance de la broche est calculée en multipliant le couple par la vitesse de rotation. En maintenant le couple constant et en réduisant le nombre de tours de moitié, la puissance diminue de près de moitié.

Ainsi, toutes les tâches ne peuvent pas être accomplies avec une broche. Principalement en raison de la limitation de la vitesse de rotation de la broche, qui est due aux roulements dont le diamètre est de plus en plus grand au fur et à mesure que la puissance de la broche augmente. Ainsi, plus le diamètre du roulement est grand, plus la force centrifuge exercée sur les pistes de roulement situées sur la bague extérieure du roulement est importante.

Compte tenu de ces critères de vitesse, l'aluminium, le bois, les matériaux composites, les stratifiés et les matériaux similaires sont tous d'excellents candidats à l'utilisation d'une broche à grande vitesse. En fait, elle ne fonctionne pas à grande vitesse lorsqu'elle coupe de l'acier, en particulier de l'acier inoxydable, des thermoplastiques ou lorsqu'elle perce avec des mèches HSS.

Choisir la broche principale qui offre la puissance idéale :

En ce qui concerne la puissance, il utilise les critères essentiels que sont les fraises de diamètre maximal, et il travaille les matériaux avec ces fraises.

Pour l'acier, on choisira en priorité une broche à vitesse réduite (15 000 à 18 000 tr/min) et, en conséquence, des fraises jusqu'à 10 mm nécessitant 3,3 kW, des fraises jusqu'à 12 mm nécessitant 5,6 kW, des fraises jusqu'à 16 mm nécessitant 7 kW, et des fraises jusqu'à 20 mm nécessitant 10 kW.

Matériau de la broche principale :

 Si vous souhaitez percer l'acier, vous devez toujours choisir une broche plus puissante car, par exemple, si vous souhaitez percer l'acier avec un foret de 6 mm à 2 000 tr/min avec la broche de 5,6 kW à 18 000 tr/min, nous n'avons que 0,6 kW à notre disposition. Par conséquent, si vous voulez percer de l'acier, vous devez toujours choisir une broche plus puissante.

Toutefois, il est important de noter qu'on ne peut pas comparer les capacités des broches aux capacités des fraiseuses classiques. Ces machines utilisent des engrenages. Il n'est donc pas nécessaire de disposer d'une réserve de couple. Compte tenu de tous ces éléments, le choix de la broche principale en conséquence peut se traduire par une utilisation d'une dizaine d'années.

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