Équilibrage des outils : une qualité améliorée, des coûts faibles

Très peu d'ateliers s'intéressent à l'équilibrage des outils. Or, l'équilibrage est le point de départ d'une fabrication de précision. Le »toolBalancer« de ZOLLER est la solution idéale et fournit des résultats de mesure inférieurs à 0,4 gmm. 

Quiconque a déjà fait un tour de manège connaît cet effet : plus la vitesse est élevée, plus on est attiré vers l’extérieur. La force centrifuge s’exerce et éloigne le corps du centre. Ce qui n’est pour nous qu’un court frisson à la fête foraine fait partie du quotidien des outils rotatifs – mais avec un effet secondaire problématique : le déséquilibre. Si le centre de gravité d’un outil n’est pas situé exactement sur l’axe rotatif, les forces centrifuges se déséquilibrent. L'outil est dévié de son centre et la qualité de fabrication sort de la plage optimale.

Nelu Bilba, expert en fabrication chez ZOLLER Inc., la filiale américaine de ZOLLER, va droit au but : « Chaque outil devrait être équilibré. Les effets positifs sont impressionnants. » Il déblaye également une idée reçue très répandue : « La vitesse de rotation n’est pas le critère déterminant pour l’équilibrage. Dès que des masses sont faites pivoter, des déséquilibres apparaissent. C’est tout à fait normal, et cela est applicable à 500 ou à 15 000 tours par minute. »

Avant de rejoindre ZOLLER, Nelu Bilba a découvert de l’intérieur de nombreux processus de fabrication. Sa conclusion : « Les conséquences des outils non équilibrés sont massivement sous-estimées. Pourtant, les conséquences sont clairement identifiables : le déséquilibre génère des vibrations, et ces vibrations entraînent l’application de forces inégales – sur l’arête de coupe, la pièce usinée, le logement de la plaquette, la broche. L’ensemble de la chaîne de précision est soumis à des contraintes. »

La cause principale des déséquilibres est située dans la structure typique en plusieurs parties d'un outil complet. Les composants individuels, tels que les porte-outils et les dispositifs de serrage, sont généralement pré-équilibrés, voire finement équilibrés. Ensemble, ils forment un sous-système bien équilibré. Cependant, le montage de plaquettes amovibles entraîne une situation totalement nouvelle. 

Même de faibles différences de poids entre les plaquettes de coupe provoquent un déséquilibre dans l’ensemble du système et le rendent sensible aux vibrations. Le risque de problème augmente en supplément lorsque la qualité d’équilibrage du support et du logement n’est que moyenne. 

Dès que la broche de la machine se met en mouvement et reprend de la vitesse, l’outil commence à osciller. Plus la vitesse de rotation est élevée, plus le déséquilibre est important : une vitesse de rotation doublée entraîne une force centrifuge quadruplée. À mesure que la vitesse de rotation augmente progressivement, les contraintes exercées sur tous les composants augmentent de manière exponentielle.

L'équilibrage exact des outils est tout aussi important pour la qualité de l'usinage que leur réglage et leur mesure. C'est pourquoi ZOLLER s'est penché de manière approfondie sur la question de savoir comment saisir et corriger les déséquilibres rapidement, simplement et avec une grande précision. La réponse : »toolBalancer« – un équilibreur doté d’une technique de mesure de pointe, à la pointe de l’innovation et d’une précision exceptionnelle. « Je ne connais aucun équilibreur dont la structure soit aussi ergonomique et qui soit aussi simple à utiliser », explique Nelu Bilba. 

Pour le »toolBalancer«, les développeurs de ZOLLER ont innové afin d’obtenir des résultats de mesure de premier ordre. L’appareil fonctionne avec des adaptateurs d’équilibrage spéciaux qui génèrent de manière ciblée un déport des axes. Cela permet d’introduire un déséquilibre supplémentaire défini afin de mesurer avec précision le déséquilibre réel de l’outil. Ce principe ingénieux génère un signal de capteur puissant qui permet une analyse extrêmement précise, avec des résultats de mesure finaux inférieurs à 0,4 gmm.

« Les effets négatifs des déséquilibres sur les outils et les machines peuvent être considérables. Sans parler de la qualité des pièces. Rien que pour la sécurité des processus et la disponibilité des machines, l’équilibrage revêt une importance fondamentale », souligne Nelu Bilba. Au cours de ses nombreuses années d’expérience, il a constaté à plusieurs reprises à quel point les déséquilibres pouvaient causer des dommages considérables aux machines : « Je connais des cas où la broche d’une machine neuve est en panne au bout de six mois. Sur une autre machine, la broche a dû être révisée quatre ou cinq fois en 15 ans, pour un coût total de plusieurs centaines de milliers de dollars américains. La cause était toujours la même : des outils qui n’avaient jamais été équilibrés. » Conséquence : de longs temps d’arrêt, des coûts de réparation élevés, des outils en panne.

Un équilibrage régulier permet non seulement de réduire les risques, mais aussi les coûts. « L'un de nos clients du secteur aéronautique a ainsi doublé le temps de fonctionnement de ses outils », rapporte l'expert de ZOLLER. De plus, cela permet de réduire les rebuts, car l’équilibrage permet d’éviter les défauts de qualité liés aux vibrations sur la pièce usinée. Cela s’avère en particulier payant en matière de finition de surface : pour obtenir une qualité constante au plus haut niveau, il est indispensable d’équilibrer les meules, les alésoirs ou les outils de finition. « J’irai même encore plus loin », ajoute Nelu Bilba, « l’équilibrage est une condition préalable indispensable pour faire évoluer les standards internes de fabrication, qu’il s’agisse de fraisage, de perçage, d’ébauche, de finition ou de ponçage. »

Même dans le cas de procédés à haute performance tels que l'usinage à grande vitesse (HSC), l'équilibrage reste incontournable. Afin de respecter de manière fiable les classes d'équilibrage requises de G=2,5 ou mieux, un contrôle sur le »toolBalancer« est indispensable. Cette petite étape intermédiaire en vaut la peine. Elle garantit la sécurité que les opérations d'usinage puissent exploiter pleinement le potentiel du processus, de l'outil et de la machine CNC.

« Quiconque aligne systématiquement ses processus sur la qualité, de l’achat d’outils à Régler et mesurer, en passant par l’investissement dans une machine CNC haut de gamme, doit éviter de lésiner sur l’équilibrage. Sinon, la qualité de l'équilibrage reste le maillon faible de la chaîne. Elle peut considérablement nuire à la qualité, aux coûts et à la sécurité des processus. Pour moi, l'équilibrage est le point de départ de la qualité de fabrication », résume Nelu Bilba.