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Procédé d'usinage de broche de machine-outil : Analyse du cœur de contrôle de précision et développement de la fabrication intelligente

En tant que composant central des machines-outils, la broche de la machine-outil supporte des charges complexes et exige une précision extrêmement élevée. Son processus d'usinage détermine directement la précision et la stabilité d'usinage de la machine-outil. Basé sur l'exemple d'une broche de machine d'alésage CNC, cet article détaille systématiquement les points clés du processus d'usinage et la tendance de développement de l'industrie.

I. Fondements essentiels de l'usinage des broches

1. Sélection des matériaux

La broche doit avoir une résistance élevée, une résistance à l'usure élevée et une longue durée de vie à la fatigue. Les matériaux courants comprennent l'acier mi-carbone, l'acier allié mi-carbone à faible alliage, l'acier cémenté, etc. Prenant l'exemple de la broche de machine d'alésage CNC, l'acier cémenté 20Cr est adopté, et ses performances sont améliorées grâce à un traitement thermique ultérieur.

2. Exigences techniques clés

Tolérance géométrique : La tolérance de coaxialité des pièces centrales telles que le cercle extérieur ϕ128.57h5 et le trou conique 7∶24 par rapport à l'axe commun atteint ϕ0,005 mm, et la tolérance de faux-rond axial de l'extrémité gauche par rapport à l'axe est également de 0,005 mm.
Qualité de surface : La rugosité de surface clé doit atteindre Ra0,8μ;m, et les filetages de précision (tels que M85×2, M80×2) doivent garantir la précision d'usinage.
Indicateurs de traitement thermique : La profondeur de la couche cémentée est contrôlée à 0,6～1,2 mm, et la dureté après trempe et revenu atteint 58～63HRC.

II. Technologie complète du processus de la broche de machine d'alésage CNC

1. Logique de base du processus

Grâce à la coordination de l'ensemble du processus de "préparation de l'ébauche - usinage par enlèvement de matière - renforcement par traitement thermique - rectification de précision - inspection et entreposage", la tolérance géométrique, la qualité de surface et la stabilité structurelle sont contrôlées pour atteindre l'objectif de "haute précision, haute rigidité et haute fiabilité".

2. Étapes clés du processus

Ébauche et prétraitement : Des ébauches forgées sont utilisées, et un traitement de normalisation est effectué pour améliorer les performances organisationnelles, jetant les bases de l'usinage ultérieur.
Usinage par enlèvement de matière : Divisé en processus de tournage ébauche et de tournage finition. Le tournage ébauche élimine la surépaisseur, et le tournage finition réserve une surépaisseur de rectification de 0,3～0,6 mm pour garantir la précision dimensionnelle des pièces clés.
Renforcement par traitement thermique : Après le tournage finition, la cémentation et la trempe sont effectuées pour améliorer la dureté et la résistance à l'usure. Après la rectification semi-finition, un traitement de vieillissement est effectué pour éliminer les contraintes résiduelles et garantir la stabilité de l'usinage.
Rectification de précision : Le cercle extérieur, le cercle conique et le trou conique sont rectifiés étape par étape à l'aide de rectifieuses cylindriques CNC et de rectifieuses internes. La méthode de "rectification du cercle extérieur en premier pour l'alignement, puis rectification du trou intérieur" est adoptée pour garantir la coaxialité.
Usinage final et inspection : Effectuer les processus finaux tels que l'usinage des filetages et l'usinage des rainures. Effectuer une inspection complète à l'aide de jauges coniques, de micromètres, de rugosimètres et d'autres équipements, et huiler, emballer et entreposer après avoir réussi l'inspection.

III. Tendances technologiques avancées dans l'usinage des broches de machines-outils

1. Processus d'usinage ultra-précis

Le processus de mise en forme déterministe atteint une précision de circularité de 0,1 micron, se débarrassant de la dépendance à la rectification manuelle, soutenant la production de masse. L'équipement représentatif est la broche aérostat ultra-précise.

2. Technologie de broche motorisée à grande vitesse

Grâce à des technologies telles que les rotors composites à matrice céramique et le refroidissement par eau à trou central, les problèmes de vibrations et d'élévation de température à grande vitesse sont résolus. La vitesse peut atteindre 100 000 tr/min, et les produits typiques comprennent les broches de la série SycoTec 4015/4040.

3. Amélioration de l'intelligence et de la fiabilité

Intégrer plusieurs capteurs pour réaliser l'alerte précoce des défauts, la prédiction de la durée de vie et la compensation de la déformation thermique. Le temps moyen entre les pannes (MTBF) atteint 10 000 heures, favorisant la mise à niveau de l'usinage des broches vers le "diagnostic intelligent".

4. Optimisation de la technologie des paliers et de l'entraînement

La broche hydrostatique et hydrodynamique offre à la fois une haute précision et une capacité de charge élevée. La lubrification huile-gaz et la technologie de texture de surface réduisent le frottement, prolongent la durée de vie des paliers et améliorent les performances du système d'entraînement de la broche.

IV. Orientation du développement de l'industrie

Avec la mise à niveau de l'industrie manufacturière d'équipements haut de gamme, des technologies telles que l'optimisation des processus d'IA et la simulation de jumeaux numériques sont progressivement intégrées à l'usinage des broches. Cela permettra de réduire encore le cycle de processus, d'améliorer la cohérence de l'usinage, de promouvoir l'industrie pour passer de la "fabrication qualifiée" à la "fabrication d'excellence", et de fournir un soutien essentiel aux percées dans le domaine de la fabrication de précision.

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