Les machines CNC utilisent des roulements pour minimiser la friction entre les différentes pièces afin d'améliorer l'efficacité. Étant donné que les roulements peuvent supporter des charges radiales et axiales, ils réduisent les problèmes d’usure, de vibration et de fonctionnalité. Le choix du roulement en fonction de la charge, de la vitesse et des conditions de fonctionnement est l'un des facteurs les plus importants pour améliorer les performances et la durée de vie d'une machine. En d’autres termes, les roulements aident à faire tourner en douceur les pièces d’une machine CNC.
Les roulements supportent les charges tout en minimisant les frottements, garantissant ainsi un fonctionnement fluide et continu. Ils jouent un rôle clé dans la réduction des pertes d'énergie et dans l'amélioration de la fiabilité et de la précision des Machines CNC. En fin de compte, les roulements contribuent à la grande fiabilité des équipements en réduisant le bruit et les vibrations.
Réduction du frottement et de l'usure : les roulements minimisent le frottement et les contraintes sur les pièces et augmentent ainsi la durée de vie des pièces et la productivité.
Mouvement fluide : ils facilitent le mouvement efficace des pièces dans la machine CNC.
Support de charge : les roulements supportent des charges qui sont normalement très massives et contiennent des chocs et la tâche de maintenir la stabilité du système leur incombe.
Réduction du bruit et des vibrations : les roulements minimisent le bruit et les vibrations dans les machines CNC, permettant un fonctionnement plus silencieux.
Les types de roulements à billes les plus courants comprennent :
Les broches CNC intègrent des roulements à billes car elles peuvent supporter des charges radiales et des charges axiales avec peu ou pas de problème. Ces roulements peuvent atteindre et même dépasser 20 000 tr/min, ce qui les rend idéaux pour des opérations telles que le fraisage et le perçage. En raison de leur faible friction et de leur grande précision, ils conviennent pour donner des finitions de surface lisses et maintenir des tolérances serrées dans la pièce.
Les roulements à billes à alignement automatique sont essentiels dans les machines CNC en raison de leur précision. Leur chemin de roulement de bague extérieure est sphérique, ce qui leur permet de gérer le désalignement entre l'arbre et le boîtier, ce qui les rend adaptés aux charges radiales. Cette fonctionnalité permet aux broches CNC de conserver la précision même en cas de léger désalignement en fonctionnement.
Les roulements à billes à contact oblique sont cruciaux dans les machines CNC qui subissent des charges combinées de forces axiales et radiales. Leur angle de contact permet le transfert des forces entre les chemins de roulement pour des tâches de haute précision. Ces roulements sont utilisés dans les broches CNC et autres pièces haute performance où une gestion précise de la charge et une stabilité sont nécessaires.
Les machines CNC utilisent des roulements à billes à gorge profonde car ils sont polyvalents et peuvent supporter des charges radiales et axiales élevées. Ils sont conçus pour fonctionner à des vitesses élevées avec un minimum de friction. Ces roulements sont essentiels aux performances des moteurs et des broches CNC. De plus, ils ont de faibles caractéristiques de couple qui leur permettent de fonctionner sans problème et d'avoir une longue durée de vie dans différentes opérations CNC.
Les roulements à rouleaux sont utilisés dans les guides linéaires et les portiques des machines CNC incorporés à l'équipement. La fonction principale de ces roulements est d'offrir un mouvement régulier le long des axes de la machine et de supporter de lourdes charges. Les roulements à rouleaux sont particulièrement importants dans les applications à charges élevées où la précision sur de grandes distances est importante lors de l'usinage. Ces roulements peuvent supporter des charges allant jusqu'à 10 000 lb. de charge et conviennent pour une utilisation dans des applications où le matériau à couper est très dur ou où de grandes pièces de stock sont utilisées.
Le roulement à rouleaux coniques est utilisé lorsque de lourdes charges radiales et axiales doivent être supportées. Ces roulements sont couramment utilisés dans les broches CNC pour les applications impliquant un couple élevé. Ils peuvent soulever des charges de plus de 20 000 livres et travailler à une vitesse de 7 000 tr/min. Cela les rend idéaux pour une utilisation dans les zones qui impliqueront beaucoup de fraisage et de tournage, car la stabilité et la portance sont essentielles.
Les roulements à rouleaux cylindriques conviennent parfaitement aux charges radiales lourdes puisque la charge s'effectue le long de la ligne passant par les rouleaux et les bagues de roulement. Ils peuvent également supporter une force axiale modérée et conviennent donc aux machines CNC impliquées dans des opérations lourdes. Les roulements peuvent être des roulements à rouleaux à une ou plusieurs rangées et chaque type augmente la capacité de charge du roulement. Une grande surface de contact des rouleaux avec la bague extérieure améliore la capacité du roulement à supporter des charges, mais entraîne un frottement élevé.
Les roulements à aiguilles sont une sous-catégorie de roulements à rouleaux cylindriques et sont définis par des rouleaux petits et fins d'un diamètre maximum de 6 mm. Les roulements à aiguilles sont généralement des roulements minces qui sont utilisés là où l'espace est très limité et où des charges radiales élevées sont rencontrées. Grâce à leur conception, ils peuvent fonctionner à des vitesses élevées et sont idéaux pour les applications CNC avec des charges et des vitesses variables. Cependant, en raison de la petite taille des rouleaux, une charge sur les bords est attendue et le frottement est relativement élevé par rapport aux autres roulements.
Les roulements à rouleaux croisés sont des rouleaux cylindriques et sont disposés de telle manière qu'un rouleau sur deux est disposé dans la direction opposée à l'autre. Cette conception augmente également la rigidité et la précision du roulement lors de la gestion des charges axiales et radiales. Ces caractéristiques les rendent optimaux pour une utilisation dans des applications nécessitant des opérations délicates. Bien que ces roulements offrent d'assez bonnes performances dans des conditions de charge élevée, ils sont relativement difficiles à installer et peuvent se désaligner.
Les rotules sont des unités à usage général utilisées dans les machines CNC pour gérer les mouvements angulaires et les charges multiaxiales. Ils sont particulièrement utiles dans les machines CNC multi-axes où ils peuvent modifier la direction du mouvement tout en étant fluide. Ces roulements peuvent supporter jusqu'à 30 000 livres, ce qui permet à la machine de fonctionner sans problème tout le temps où elle travaille sur une tâche donnée.
Les roulements à aiguilles sont petits mais très robustes et sont utilisés dans des endroits où l'espace est un problème majeur. Bien qu'ils soient compacts, ils sont capables de fonctionner à des vitesses très élevées allant jusqu'à 10 000 tr/min et peuvent également supporter des charges radiales allant jusqu'à 2 000 livres. Les machines CNC utilisent des roulements à aiguilles dans les pièces mobiles des machines comme le changeur d'outils et le mécanisme d'alimentation en raison de la vitesse élevée et du mouvement précis des machines.
Les paliers lisses sont très utiles dans la mesure où ils fournissent des surfaces de glissement à faible friction dans les machines CNC sans trop de complexité. Il est principalement appliqué aux guides linéaires et aux dispositifs coulissants et peut supporter des charges statiques de plus de 50 000 livres. Les paliers lisses sont très solides et autolubrifiants et conviennent donc à une utilisation dans des conditions extrêmes pendant de longues durées.
Les butées sont essentielles à la gestion des charges axiales dans les machines CNC et en particulier dans les applications à haute pression comme le perçage profond. Ces roulements maintiennent la position des composants sous haute pression et peuvent supporter des charges axiales allant jusqu'à 30 000 livres. Par conséquent, les butées contribuent à la réduction des frottements et au positionnement précis des machines CNC ; ces machines fonctionnent de manière optimale même dans des environnements difficiles.
Les roulements magnétiques sont relativement récents dans l'usinage CNC et n'ont pas de contact avec les arbres ou d'autres pièces en rotation ; ils utilisent plutôt des électro-aimants pour suspendre ces pièces. Cela permet aux broches CNC d'atteindre des vitesses élevées tout en étant très précises, ce qui est très crucial dans un travail de précision. Ils conviennent particulièrement aux situations où une rotation à grande vitesse est requise et où le taux d'usure est faible afin que la précision de l'engrenage puisse être conservée. Les roulements magnétiques peuvent tourner à plus de cinquante mille tr/min et avec très peu de friction.
Les roulements en céramique utilisant du nitrure de silicium sont idéaux pour le tournage CNC à grande vitesse et à haute température. Ils sont très résistants à l'usure et anticorrosion, offrant ainsi un service long et efficace aux broches CNC. Leur faible coefficient de dilatation thermique permet un usinage précis des pièces même en cas de températures élevées. Les roulements en céramique sont à haute vitesse et température jusqu'à 1 800 °F et autolubrifiés.
Utilisez un fluide sous pression pour réduire le contact entre les surfaces, améliorant ainsi la précision dans les applications CNC à charge élevée. Ils sont utiles dans les cas où les machines CNC doivent être positionnées avec précision, en particulier dans les applications nécessitant des charges élevées. Ces roulements offrent support et précision aux pièces usinées améliorant ainsi leur standard. Les roulements hydrostatiques peuvent supporter des charges allant jusqu'à 1 000 tonnes avec des variations d'un micromètre.
1. Manutention de charge
Charges radiales et axiales : les machines CNC subissent une force radiale qui correspond à des forces dans une direction perpendiculaire à l'arbre et une force axiale qui correspond à des forces dans la direction de l'arbre. Les broches CNC sont l'une des applications dans lesquelles les roulements à billes à gorge profonde peuvent être utilisés pour supporter principalement des charges radiales. Par exemple, si le système est soumis à des charges axiales comme dans certaines conceptions de broches, les roulements axiaux ou de butée sont préférés.
Taille de la charge : Pour les charges plus légères, des roulements à billes sont utilisés car ils sont précis et le fonctionnement est fluide. D'un autre côté, pour les applications CNC à charges élevées telles que les grandes fraiseuses ou les tours, les roulements à rouleaux sont plus adaptés au traitement de charges importantes.
Charges mixtes : si les charges sont modérées, des roulements à billes à gorge profonde ou des roulements à contact oblique peuvent être utilisés dans les machines CNC soumises à des charges radiales et axiales. Lorsque les charges sont élevées, la résistance et la fiabilité requises de l'application sont obtenues grâce aux roulements à rouleaux coniques.
Charges lourdes et faibles vitesses : les paliers lisses conviennent aux applications où les machines CNC sont utilisées à des charges élevées mais à de faibles vitesses car les paliers lisses n'ont pas les restrictions de vitesses élevées.
2. Vitesse de rotation
Applications à grande vitesse : les machines à vitesse élevée, telles que celles équipées de broches de précision, nécessitent des roulements à billes à gorge profonde, des roulements à contact oblique ou des roulements à rouleaux cylindriques. De tels roulements peuvent offrir des vitesses de rotation élevées tout en étant très précis.
Applications à basse vitesse : Pour les machines CNC à basse vitesse, il convient d'utiliser des roulements à rouleaux coniques car ils peuvent supporter beaucoup de charge à basse vitesse.
Limitations de vitesse des butées : les butées à billes ne conviennent pas aux opérations CNC à grande vitesse en raison de leur plage de vitesse limitée. Ils sont plus adaptés à la découpe à basse vitesse dans les machines CNC qu'à celles à grande vitesse.
Relation taille et vitesse : En général, on observe que les roulements plus petits utilisés dans les machines CNC ont la capacité de fonctionner à des vitesses plus élevées. Les roulements à utiliser doivent être sélectionnés pour fonctionner aux vitesses requises sans dépasser les vitesses limites.
3. Exigences de précision
Besoins de haute précision : par exemple, l'usinage fin, qui fait partie des machines CNC nécessitant une haute précision, peut nécessiter des roulements de haute qualité. Pour garantir la rotation précise de la broche et un faible faux-rond, les roulements à billes à gorge profonde, les roulements à billes à contact oblique et les roulements à rouleaux cylindriques sont idéaux.
Machines standard : dans la plupart des machines CNC qui ont des exigences de tolérance normales, les roulements normaux ISO P0 (Grade 0) sont suffisants et suffisamment précis pour la plupart des applications.
4. Considérations de rigidité
Rigidité des roulements : dans les machines CNC, en particulier celles équipées de broches à grande vitesse, la rigidité est très critique. Les roulements à rouleaux cylindriques et coniques sont privilégiés dans les applications à charges élevées en raison de leur rigidité et de leur résistance à la distorsion.
Précharge pour la stabilité : pour améliorer la rigidité et minimiser les vibrations des broches CNC, les roulements tels que les roulements à billes à contact oblique et les roulements à rouleaux coniques peuvent être préchargés. Ce processus implique l'utilisation d'une force axiale lors de l'installation pour garantir la bonne fixation du support.
5. Facteurs supplémentaires
Contraintes d'espace : lorsque l'espace radial est limité dans les machines CNC, des roulements à aiguilles ou des ensembles de rouleaux à aiguilles et de cage peuvent être utilisés. Cela les rend aptes à supporter des charges élevées dans de petites zones en raison de leur petite taille.
Contrôle du bruit et des vibrations : Si le contrôle du bruit et des vibrations est important pour votre machine CNC, vous devez utiliser des roulements à billes à gorge profonde à faible bruit. Ils contribuent à rendre les opérations moins bruyantes et plus fluides.
Besoins de vitesse et de précision élevées : dans les applications CNC où la vitesse et la précision sont importantes, comme dans le cas des centres d'usinage, il est conseillé d'opter pour des roulements avec des classes de précision plus élevées.
Lors de la sélection d'un roulement pour l'usinage CNC, il est essentiel d'aligner ses caractéristiques sur vos exigences spécifiques. Les facteurs clés à prendre en compte incluent le type de charge que la machine CNC gérera, la vitesse de fonctionnement et le degré de précision requis. En évaluant soigneusement ces facteurs et en comparant les différents types de roulements, vous pouvez garantir un fonctionnement fluide, efficace et précis de la machine. CNCYangsen propose des solutions expertes en matière de roulements et de fixations pour vos besoins d'usinage CNC. Contactez-nous dès aujourd'hui pour recevoir un devis instantané et garantir des performances optimales pour votre équipement !
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