Centre d'usinage à portique – Le guide ultime

Si vous envisagez d'acheter un centre d'usinage à portique, n'achetez pas l'équipement avant d'avoir lu ce guide.

Il vous aidera à comprendre ce qu'est la machine, sa structure, ses composants, ses avantages, les mouvements des axes et ses applications.

À la fin de ce guide, vous disposerez de toutes les informations qui vous permettront de choisir une machine à portique parfaite pour vos applications.

Qu'est-ce qu'un centre d'usinage à portique

Un centre d'usinage à portique est avant tout une CNC(Commande numérique par ordinateur) type de machine contrôlé. Il est conçu pour usiner des pièces volumineuses et lourdes avec précision et efficacité. Il comprend principalement un portique se déplaçant le long de l'axe X, une broche capable de se déplacer dans les Yand Zaxes et une table de travail.

Structure et composants du centre d'usinage à portique

Le centre d'usinage Gantry est conçu pour l'usinage précis de pièces grandes et complexes. Afin d'activer cette fonctionnalité, vous trouvez les composants critiques et éléments structurels suivants :

· Cadre de portique

Le cadre du portique se compose de la poutre/pont du portique et des colonnes. La poutre/pont du portique est horizontale et positionnée au centre sur toute la table de travail. Le pont peut être fixe ou capable de se déplacer sur l'axe X selon la conception.

Les colonnes offrent soutien et stabilité au portique. Ce sont des supports verticaux de chaque côté de la table de travail qui maintiennent la poutre du portique en place.

· Table de travail

La table de travail maintient la pièce pendant son travail. Généralement stationnaires, certaines conceptions permettent son mouvement le long de l'axe X.

· Broche

La broche comprend une tête et un moteur qui pilotent sa fonctionnalité. La tête de broche abrite la broche réelle qui fait tourner l'outil de coupe et est capable de se déplacer le long des axes Y et Z. Le moteur est la source d'énergie de la broche permettant les opérations de coupe en faisant varier le couple et la vitesse.

· Magasin d'outils

Le centre d'usinage à portique utilise différents outils de coupe pour obtenir la conception de pièce souhaitée. Ces outils sont stockés dans le magasin d'outils. À partir de là, la machine peut automatiquement lancer des changements d'outils lors de son fonctionnement, réduisant ainsi les temps d'arrêt et améliorant l'efficacité.

· Garde et enceintes

Le centre d'usinage à portique constitue des protections et des enceintes qui assurent un environnement de travail sûr offrant une protection à l'opérateur contre les débris volants. Ces caractéristiques protègent également la machine des éléments extérieurs comme la poussière et les corps étrangers qui pourraient l'endommager.

· Système de contrôle

Le centre d'usinage à portique contrôlé par CNC utilise un système de contrôle informatisé pour guider les opérations. Ce système de contrôle comprend plusieurs éléments tels qu'un contrôleur CNC, une interface homme-machine (IHM) et des systèmes de sondage.

Le contrôleur CNC guide le mouvement des composants et autres opérations de la machine en interprétant les données CAO/FAO. Grâce à l'interface homme-machine (IHM), les utilisateurs peuvent saisir des commandes, surveiller le processus d'usinage et effectuer les ajustements nécessaires. Les systèmes de palpage mesurent et alignent automatiquement la pièce, garantissant une précision et un temps de configuration réduit.

· Système de refroidissement et de lubrification

Le système de refroidissement et de lubrification est divisé en deux parties, le système de refroidissement et le système de lubrification. Le système de refroidissement refroidit la chaleur générée par l'interaction de l'outil de coupe et de la pièce, prolongeant ainsi la durée de vie de l'outil. Le système de lubrification réduit l’usure des composants et pièces mobiles de la machine.

· Système de gestion des puces

La complexité des conceptions dans le Gantry Machining Center entraîne une production importante de copeaux. Le système de gestion des copeaux élimine ces copeaux métalliques via un convoyeur à copeaux, qui pourraient autrement causer des dommages lors du rangement de la zone de travail.

Avantages des centres d'usinage à portique

En raison de plusieurs avantages significatifs, les centres d'usinage à portique sont idéaux dans les applications industrielles, en particulier lorsqu'il s'agit de pièces volumineuses et lourdes. Certains avantages clés sont décrits ci-dessous :

· Haute précision et exactitude

La structure du portique étant rigide, elle offre une excellente stabilité, essentielle au maintien d'une haute précision lors des opérations d'usinage. Cela garantit une réduction des vibrations et garantit que l'outil de coupe conserve sa précision lors des opérations à grande vitesse.

· Manutention de grandes pièces

Les centres d'usinage à portique peuvent traiter des pièces volumineuses et lourdes, ce qui s'avérerait difficile dans les machines CNC conventionnelles. En conséquence, l’utilisation d’un centre d’usinage à portique améliore l’efficacité en réduisant le besoin d’utiliser plusieurs machines et configurations.

· Polyvalence

Vous pouvez effectuer plusieurs opérations comme le taraudage, le fraisage, l'alésage et le perçage à l'aide d'un centre d'usinage à portique. De plus, disposer d'un magasin d'outils permet des changements d'outils automatiques permettant des changements rapides lors de la transition d'une opération à une autre.

· Sécurité améliorée

L'utilisation des centres d'usinage à portique est sûre compte tenu des nombreuses mesures de sécurité telles que les enceintes, les protections et les systèmes automatisés. Entourer la machine de boîtiers et de protections protège les opérateurs des débris volants et des pièces mobiles. En revanche, les systèmes automatisés réduisent le besoin d'interventions manuelles, minimisant ainsi le risque de blessures sur le lieu de travail.

· Efficacité et productivité

Étant donné que vous pouvez usiner de gros composants en une seule configuration, vous réduisez considérablement les temps de configuration et augmentez ainsi la productivité. De plus, le fait que les opérations soient guidées par CNC permet des opérations continues et améliore l'efficacité grâce à la réduction des interventions manuelles.

· Robustesse et durabilité

La construction robuste des centres d'usinage à portique permet de tolérer les rigueurs rencontrées lors de l'usinage de pièces volumineuses et lourdes. De plus, la capacité de ces machines à supporter de lourdes charges sans compromettre les performances les rend adaptées aux applications industrielles exigeantes.

· Intégration de technologies avancées

Cette machine intègre des systèmes de palpage qui effectuent une mesure et un alignement automatiques de la pièce avec une grande précision. De plus, des capteurs sont utilisés pour surveiller les paramètres opérationnels tels que la température et les vibrations en temps réel, permettant ainsi l'optimisation des processus.

Mouvements de l'Axe

Les mouvements d'axe dans ces centres d'usinagefont partie intégrante de leur fonctionnement réussi dans l’usinage de pièces de différentes conceptions. Il est essentiel de comprendre ces mouvements car ils garantissent une grande précision dans l’exécution des opérations.

• Axe X

Ce mouvement implique le mouvement latéral du portique ou de la table de travail et dépend de la conception de la machine. Travailler le long de l'axe x implique de positionner l'outil de coupe le long de la largeur de la pièce.

• Axe Y

Le mouvement dans le plan longitudinal définit l'axe Y généralement d'une manière vers l'avant et vers l'arrière. Généralement, la tête de broche exécute un mouvement le long de cet axe, généralement avec l'outil de coupe sur la longueur de la pièce. La structure du portique soutient ce mouvement assurant stabilité et précision sur de longues distances.

• Axe z

Le mouvement le long de l'axe Z implique un mouvement vertical de la tête de broche (de haut en bas) permettant d'obtenir des coupes et une finition de surface de qualité. Le mouvement le long de cet axe permet de positionner l'outil de coupe à différentes hauteurs par rapport à la pièce. Cela influence le contrôle de la profondeur pendant les opérations de coupe.

1. Axe rotatif

Il existe trois variantes d'axes rotatifs : axes A, B et C.

Le Axe A le mouvement définit la rotation autour de l’axe X. Cela vous permet d'incliner la pièce, facilitant les géométries et les contre-dépouilles complexes en donnant accès à différents angles.

Pour le Axe B, le mouvement est défini comme une rotation autour de l'axe Y. Cela permet d'incliner la tête de broche, ce qui améliore la capacité d'usinage de formes et d'angles complexes.

Le mouvement de rotation autour de l'axe Z définit le mouvement dans le Axe C. Cela permet à la broche ou à la table de travail de tourner pour s'adapter aux opérations d'usinage complexes comme le tournage ou le fraisage multi-axes.

Types de centres d'usinage à portique

Bien qu'il existe plusieurs variantes de conception dans les centres d'usinage à portique pour répondre à des besoins et à des applications d'usinage spécifiques, vous identifiez deux types principaux.

• Portique fixe

Avec ce type, la structure du portique est stationnaire, la table de travail étant capable de se déplacer le long de l'axe X. Avoir un portique fixe offre une rigidité et une stabilité élevées, essentielles pour l'usinage de précision de pièces particulièrement grandes et lourdes.

• Portique mobile

Ici, la table de travail est stationnaire tandis que le portique lui-même se déplace, généralement le long de l'axe X. Avoir un portique mobile permet d’usiner des pièces volumineuses et complexes sans déplacer la pièce. Ce type de centre d'usinage à portique est plus économe en espace.

Limites et défis des centres d'usinage à portique

Si fonctionnellement les centres d’usinage à portique sont impeccables, ils posent quelques limitations techniques comme suit :

• L'investissement initial requis pour les centres d'usinage à portique est nettement plus élevé que celui des machines CNC conventionnelles.
• De plus, les centres d’usinage à portique ont généralement un encombrement important, nécessitant un espace au sol important.
• Les caractéristiques et les composants des centres d'usinage à portique en font des machines complexes à exploiter nécessitant une maintenance et une formation spécialisées.
• De par leur taille et leurs capacités, les centres d'usinage à portique consomment une quantité d'énergie considérable.
• La mise en place de centres d'usinage à portique pour de nouveaux travaux peut prendre du temps en raison de la taille et de la complexité des pièces qu'ils manipulent.

Applications des centres d'usinage à portique

 

La polyvalence et la capacité des centres d'usinage à portique permettent leur application dans diverses industries. Ces machines peuvent traiter des pièces grandes et complexes avec une grande précision dans les domaines suivants :

• Industrie aérospaciale: Les centres d'usinage à portique sont utilisés dans l'usinage de composants d'avions tels que les cloisons, les sections de fuselage et les pièces de moteur, y compris les aubes de turbine.
• Industrie automobile: Les grands moules et matrices utilisés pour le moulage de pièces automobiles, de blocs moteurs et de composants de châssis sont tous fabriqués via des centres d'usinage à portique.
• Secteur énergétique: Les centres d'usinage à portique sont utilisés dans la production de turbines, de générateurs et d'équipements de forage pour les opérations pétrolières et gazières.
• Machinerie et équipement lourds : Machines de construction comme les grues et les excavatrices, les composants de machines industrielles et les équipements miniers.
• Industrie de la construction navale : Usinage de sections de navires telles que les coques, les systèmes de propulsion et équipement de pont de grande taille tels que des grues et des treuils.
• Fabrication d'outils et de matrices : Grands moules tels que ceux utilisés pour le moulage par injection de plastique, matrices utilisées dans les opérations d'emboutissage et de formage.

Conclusion

Un centre d'usinage à portique est une machine puissante et polyvalente offrant une efficacité exceptionnelle pour travailler sur des pièces volumineuses et lourdes. Il s'agit donc d'un investissement rentable lorsque l'on recherche un équipement de production lourd indispensable, quelle que soit l'industrie.

Davantage de ressources:

Fraiseuse CNC à portique – Source : TSINFA