Machpro 752 30/11/01

Les composants vitesse

Comme on pouvait s’y attendre, la dernière EMO de Hanovre a permis de découvrir de nombreux composants et accessoires de MOCN. Ils sont maintenant indispensables à la bonne marche des installations de production de dernière génération.

Avec les machines agiles, les vitesses de rotation connaissent une certaine inflation. Plus de 60 000 t/mn sans vibration sur un tour classique avec des périodes d’accé-lération et de freinage très courtes (quelques secondes) afin de réduire les temps improductifs (sept secondes pour passer de zéro à 40 000 t/min ou pour s’arrêter).
Les roulements céramiques
Les roulements sont ici en première ligne et les fournisseurs font preuve d’imagination. Afin de répondre aux attentes des constructeurs, Saint Gobain-Advanced Ceramics (N.365) développe une gamme spécifique de billes céramiques dénommée Cerbec.
« L’évolution des roulements se caractérise par des bagues intérieures et extérieures fortement alliées en chrome plus minces, plus légères et plus résistantes. Les billes en Nitrure de Silicium (céramique) ayant une densité inférieure de 40% par rapport à l’acier, améliorent le comportement dynamique des roulements ».

Explique Heinrich Rehmann, Directeur de SNFA (N.366).
Autre point important : les bagues. Celles de SNFA sont fabriquées en acier 100 Cr6 de section asymétrique pour le passage régulier d’une lubrification air-huile dans la zone de contact entre billes et chemins de roulements. « Lors de sollicitations équivalentes, les roulements hybrides (avec bagues en acier et billes en céramiques) ont une durée de vie plus de deux fois supérieure à celle des roulements conventionnels pour un couple de frottement inférieur d’au moins 10 %. En outre, leur tenue en température et en rigidité radiale à haute vitesse est bien meilleure (entre 15 % et 30 % suivant les tests)» poursuit Heinrich Rehmann. Les cages monoblocs, sont prévues en textile-résine. Elles engendrent une faible force centrifuge et un bon équilibrage en rotation. Pour les broches à haute vitesse, SNFA préconise l’exécution d’un trou de lubrification sur la bague extérieure afin d’envoyer le flux de lubrifiant directement sur la zone où la vitesse et la pression de contact sont maximum.
Chez FAG (N.367), les bagues sont en acier Cronidur 30, un acier trempé à cœur martensitique augmentant la résistance mécanique et la résistance à la corrosion. Il possède une meilleure ductilité associée à plus de dureté même aux températures élevées. Les éléments roulants (billes) sont aussi en nitrure de silicium (céramique), très résistant, inerte et léger.
FAG intègre le monitoring au roulement afin de prévoir une éventuelle défaillance. Les défauts d’alignement entre bague intérieure et bague extérieure du roulement de tête sont ainsi surveillés en temps réel. Ce monitoring de broche est assuré par des capteurs sans contact associés avec un amplificateur des valeurs mesurées. Le signal est traité par une électronique qui reconnaît et analyse le spectre des vibrations ou du broutage de la broche.
Autre innovation, SKF (N.368) a mis au point les roulements isolants électriques Insocoat pour les protéger des détériorations dues au passage de courants électriques dans les roulements facteur de détérioration potentielle.
Guidages refroidis
Mieux encore, si les exigences en vitesse et précision sont fixées à un très haut niveau on aura recours aux paliers fluides ou magnétiques sans usure, mais beaucoup plus complexes et onéreux. Ce nouveau marché apparaît. Déjà, pour le tournage dur et la rectification cylindrique, Hyprostatik Schönfeld GmbH lance des broches hydrostatiques où 95 % de la puissance moteur sont directement transférés à l’outil ou à la pièce. Ces broches sur paliers fluides sont entraînées par courroies ou par entraînement direct dans des gammes de puissances depuis 35 KW, jusqu’à 60 kW pour des vitesses comprises entre 3000 et 10 000 t/min.
Forte évolution aussi du côté des entraînements des différents axes avec une démocratisation de la technologie des moteurs linéaires et circulaires.

Constituée d’un alignement d’aimants et de solénoïdes, leur chaîne cinématique est ultra-simple et quasiment inusable. Avec ces composants de nouvelle génération, les vitesses de déplacement linéaires sont compris entre 120 m/min et 200 m/min pour des accélérations et des freinages pouvant atteindre 3 g (suivant les masses à déplacer). Seule ombre au tableau, un échauffement certain qui demande nécessairement l’évacuation de la chaleur dégagée via des petites centrales de réfrigération.
Vu la démocratisation de l’UGV, la compétition entre moteurs linéaires et vis à billes est rude. Les premiers restent plus chers et les vis à billent atteignent maintenant des vitesses de déplacement de 120 m/min voire plus. Cependant, pour une rapidité de déplacement équivalente fixée à 60 m/min et une précision de positionnement de 10 µm, le Zentrum Fertigungstechnik de Stuttgart relève des accélérations de 15 m/s² pour les vis à billes et 20 m/s² pour les moteurs linéaires dans le cadre d’une étude sur un même hexapode utilisant les deux technologies.
La rédaction de Mach’Pro poursuivra cette étude dans son prochain numéro.