Quels sont les trois principaux types de machines CNC à portique ?

Lors de l'achat d'une machine CNC à portique, de nombreux acheteurs comparent d'abord la course des axes, la taille de la table, la puissance de la broche et le contrôle CNC. Cependant, la conception structurelle de la machine est tout aussi importante car elle affecte la capacité de charge, l'espace au sol, la précision de l'usinage, les exigences d'installation et l'investissement total.

Les machines CNC à portique sont largement utilisées pour traiter de grands moules, des bases de machines, des pièces structurelles, des équipements énergétiques, des composants aérospatiaux et d'autres pièces trop grandes ou trop lourdes pour un centre d'usinage vertical standard.

Bien que les fabricants puissent utiliser des noms de modèles différents, la plupart des machines CNC à portique industriel peuvent être divisées en trois types structurels pratiques :

• Centres d'usinage à portique à poutres fixes-.
• Centres d'usinage à-portique mobile ou-colonne mobile.
• Machines à portique de type pont-de haute précision-.

Chaque structure a ses propres avantages et limites. La machine la plus chère n’est pas forcément la plus adaptée. Vous devez sélectionner la structure en fonction de la taille de votre pièce, de son poids, du matériau, de la précision requise, du processus d'usinage et de l'espace d'atelier disponible.

Qu'est-ce qu'une machine CNC à portique ?

Une machine CNC à portique est un grand centre d'usinage construit autour de deux colonnes verticales et d'une traverse horizontale. Ensemble, ces composants forment une structure en forme de portail-sur la zone de travail.

La broche se déplace le long de la traverse et effectue des opérations telles que le fraisage, le perçage, l'alésage, le taraudage, l'alésage et l'usinage de contours. Selon la configuration de la machine, elle peut également utiliser des têtes angulaires, des têtes d'extension ou des têtes de fraisage à cinq-axes pour usiner plusieurs côtés d'une pièce.

Par rapport à un centre d'usinage vertical classique, uncentre d'usinage à portiquefournit normalement :

• Une enveloppe d’usinage plus grande
• Distance plus grande entre les colonnes
• Rigidité structurelle plus élevée
• Plus grande capacité de charge de la table
• Meilleur support pour les grandes pièces
• Plus d'options pour l'usinage multiface-
• Capacité de coupe lourde-plus élevée

La principale différence structurelle entre les machines à portique réside dans la pièce qui bouge pendant l'usinage. La table, le cadre du portique, la traverse et le système de broches peuvent être disposés différemment, créant ainsi des caractéristiques de performances différentes.

Comparaison des trois types de machines CNC à portique

Centre d'usinage à portique à poutre fixe-

Un centre d'usinage à portique à poutre fixe-utilise deux colonnes fixes et une traverse fixe pour former le cadre du portique. La table de travail se déplace généralement longitudinalement le long de l'axe X-. La selle de broche se déplace sur la poutre le long de l'axe Y-, tandis que le vérin ou la tête de broche se déplace verticalement le long de l'axe Z-.

Il s’agit de l’une des structures à portique les plus utilisées car sa conception est aboutie, pratique et relativement économique.

Avantages d'une machine à portique à-poutre fixe

Le principal avantage d'un portique à poutres fixes-est son investissement initial réduit.

Étant donné que les colonnes et les traverses restent immobiles, la machine n'a pas besoin de déplacer et de synchroniser l'ensemble du portique. Sa conception mécanique, son système d'entraînement, son processus d'assemblage et ses exigences de contrôle sont généralement moins complexes que ceux d'une grande machine à portique mobile-.

La structure fixe peut également fournir une bonne rigidité pour les opérations générales de fraisage, de perçage, d'alésage et d'ébauche. Pour de nombreux fabricants de moules et usines d’usinage général, il offre un équilibre approprié entre prix, rigidité, précision et productivité.

Une machine à portique à poutre fixe-est couramment utilisée pour traiter :

• Moules à injection
• Moules de moulage sous pression-
• Bases de machines
• Carters de boîte de vitesses
• Grandes plaques d'acier
• Outillage automobile
• Pièces mécaniques générales
• Moulages-de taille moyenne
• Composants structurels soudés

Si la taille et le poids de votre pièce restent dans une plage relativement stable, cette structure constitue souvent le choix le plus rentable-.

Limites d'une machine à portique à poutre fixe-

Sa principale limitation est que la table de travail et la pièce se déplacent ensemble.

À mesure que la pièce à usiner devient plus lourde, le système d'entraînement de la machine doit déplacer une masse totale beaucoup plus importante. Le poids de la table, le poids des accessoires et le poids de la pièce affectent tous l'accélération, la décélération, la réponse au positionnement, le chargement du rail de guidage et les performances mécaniques à long terme.

Pour cette raison, la capacité de charge d'une machine à poutre fixe-ne peut pas être évaluée uniquement en examinant les dimensions de la table.

Vous devriez également vérifier :

• Charge de table maximale autorisée
• Exigences de répartition de la charge
• Structure du banc de machine
• Type et taille du guide
• Capacité de la vis à billes ou du lecteur
• Centre de gravité de la pièce
• Accélération sur l'axe X-
• Exigences de la fondation

La table mobile augmente également la longueur totale de la machine. Le lit doit offrir suffisamment de débattement pour que la table puisse se déplacer le long de l'axe X- complet.

Par exemple, une machine à portique avec environ quatre mètres de course sur l'axe X- peut nécessiter une longueur d'installation totale de plus de huit mètres, en fonction de la longueur de sa table, de ses protections, de son convoyeur à copeaux, de son armoire électrique et de son espace de maintenance.

Vous devez donc demander un plan complet de la machine avant de confirmer votre plan d'atelier.

Quand devriez-vous choisir un portique à poutre-fixe ?

Un centre d'usinage à portique à poutre fixe-est adapté dans les cas suivants :

• Le poids de votre pièce à usiner se situe dans la charge de table autorisée
• La longueur de la pièce n'est pas extrêmement grande.
• Vous disposez de suffisamment d’espace au sol pour déplacer la table.
• Vous avez besoin de capacités d’ébauche et de finition.
• Vous souhaitez maîtriser l’investissement initial en machine.
• Votre production consiste principalement en un usinage à trois-axes ou 3+2-axes.

Pour les moules standards, les composants de machines et les pièces industrielles-à-grandes, il s'agit généralement de la première structure de portique à considérer.

Déplacement-Centre d'usinage à portique à colonnes

Un centre d'usinage à portique à colonnes mobiles-utilise une table de travail fixe tandis que les colonnes du portique et la traverse se déplacent le long de l'axe X-. La selle de broche se déplace sur la traverse le long de l'axe Y-, tandis que le vérin de broche se déplace verticalement le long de l'axe Z-. La pièce restant immobile pendant l'usinage, cette structure est particulièrement adaptée aux composants longs, lourds ou de forme irrégulière.

Par rapport à une machine à table mobile-, un portique à colonne mobile-n'a pas besoin d'accélérer et de décélérer la pièce avec la table. Cependant, la capacité de charge réelle dépend toujours de la table de travail, des fondations, de la charge au sol, de la structure de la machine et de la méthode de support des pièces.

Avantages d'une machine à portique à colonnes-mobile

Le principal avantage d'une machine à portique à colonne mobile-est sa table de travail fixe. Puisque la pièce ne bouge pas pendant l'usinage, la machine peut accueillir des pièces plus lourdes et plus longues tout en réduisant l'influence du poids de la pièce sur le mouvement de l'axe.

Cette structure offre également un chargement et un déchargement flexibles. Les pièces longues peuvent être positionnées directement sur la table et certaines machines peuvent utiliser des zones de travail séparées pour l'usinage et la configuration des pièces. Pour les longs déplacements sur l'axe X-, la table fixe peut également réduire la longueur totale d'installation par rapport à une structure de table mobile-.

Un centre d'usinage à portique à colonne mobile-offre plusieurs avantages pratiques :

• Convient aux pièces longues et lourdes
• Aucun mouvement de la pièce pendant l'usinage
• Chargement et support de pièce flexibles
• Réponse de l'axe plus cohérente sous différentes charges
• Convient aux déplacements étendus sur l'axe X-
• Potentiel de zones de travail divisées

Pourquoi une machine à portique à colonnes-mobile est-elle plus chère ?

Une machine à portique à colonnes mobiles- coûte généralement plus cher, car ses colonnes et sa traverse forment un grand ensemble mobile. Les deux côtés doivent se déplacer avec précision et rester synchronisés tout au long de la course complète de l'axe X-.

De nombreux grands modèles utilisent des servomoteurs doubles, des systèmes d'entraînement doubles-, une transmission à crémaillère-et-pignon, des balances linéaires et une synchronisation électronique du portique. Si les deux côtés ne bougent pas de manière cohérente, la machine peut subir une erreur de lacet, une charge inégale du rail, un écart de positionnement ou des contraintes structurelles.

Des frais supplémentaires peuvent provenir de :

• Servomoteurs et systèmes d'entraînement plus grands
• Synchronisation électronique à deux-axes
• Transmission à crémaillère-et-pignon de haute-précision
• Rétroaction à échelle linéaire
• Installation de guidage plus exigeante
• Fonctions avancées de contrôle CNC
• Travaux complexes de fondation et d’alignement
• Étalonnage du laser sur de longues courses

Le prix plus élevé reflète donc non seulement la structure plus grande, mais également les exigences supplémentaires en matière de contrôle, de retour d'information, d'installation et d'étalonnage.

Applications typiques des-machines à portique à colonnes mobiles

Les centres d'usinage à portique à colonne mobile-sont principalement sélectionnés pour les grandes pièces trop lourdes, trop longues ou difficiles à déplacer efficacement sur une table mobile conventionnelle.

Les applications typiques incluent :

• Composants ferroviaires
• Équipement-énergétique éolien
• Structures de construction navale
• Grands bancs et cadres de machines
• Pièces détachées pour engins de chantier
• Équipement de production-d'électricité
• Structures longues soudées
• Composants structurels aérospatiaux
• Grands moules et matrices
• Pièces moulées industrielles lourdes

Vous devriez envisager un centre d'usinage à portique à colonne mobile lorsque le poids de la pièce, la course étendue de l'axe X-, la flexibilité de chargement ou l'utilisation de l'espace au sol de l'atelier -est plus important que d'obtenir le prix initial de la machine le plus bas.

Machine à portique de type pont-de haute précision-

Une machine de type pont-de haute précision-utilise une structure de pont ou de portail rigide autour de la zone de travail. Les mouvements de l'axe principal et de la broche sont disposés au-dessus de la pièce.

Selon la conception, le pont peut rester fixe ou se déplacer le long d'un axe. La selle de broche, le vérin, la tête rotative ou la traverse complètent les autres mouvements.

Ces machines sont souvent utilisées pour l'usinage à haute-vitesse, haute-précision et à cinq-axes. Ils sont particulièrement courants dans les applications de précision de petite et moyenne taille-, bien que de grandes machines de type pont-sont également disponibles.

Avantages d'un pont de précision-Structure de type

Le principal avantage est la possibilité de créer un chemin de force court et relativement symétrique entre le point de coupe et la structure de la machine.

Lorsque le pont, les colonnes, la base et le système d'axes sont correctement conçus, la machine peut offrir une bonne rigidité, un mouvement dynamique stable et une déformation contrôlée.

Les machines de type pont de précision-peuvent également utiliser :

• Structures de machines symétriques
• Motobroches-à grande vitesse
• Axes rotatifs à-entraînement direct
• Échelles linéaires
• Guides de haute-précision
• Systèmes de refroidissement des broches
• Refroidissement de la vis à billes
• Compensation thermique
• Compensation de précision volumétrique
• Commandes CNC avancées à cinq-axes

Ces configurations aident la machine à maintenir la précision des contours et la qualité de la surface lors de mouvements complexes sur plusieurs axes-.

Limites des machines de type Bridge-

La précision ne vient pas seulement de la forme de la machine.

Une structure de type pont-exige normalement des composants-de qualité supérieure, un assemblage plus soigné, un contrôle thermique plus strict et un étalonnage plus avancé. Son système CNC et ses axes rotatifs doivent également fournir les performances d'interpolation et de positionnement requises.

Par conséquent, une machine de type pont-de haute précision-peut coûter beaucoup plus cher qu'un portique à poutre fixe-standard à trois axes-.

Les fondations, la température de l'atelier, l'outillage, les conditions de coupe, la conception des fixations et la capacité de l'opérateur peuvent également affecter le résultat final de l'usinage.

Applications typiques

Les machines à portique de type pont-et de précision sont largement utilisées pour :

• Pièces de structure aérospatiale
• Roues
• Moules de précision
• Surfaces courbes complexes
• Prototypes automobiles
• Composants en aluminium
• Pièces médicales
• Composants énergétiques
• Usinage de matrices à grande-vitesse
• Usinage multi-faces à cinq-axes-

Les machines à portique de plus de six mètres sont-elles toujours de type mobile ?

Pas toujours. À mesure que le déplacement sur l'axe X-et le poids de la pièce augmentent, une structure de portique mobile-devient plus pratique car la machine n'a pas besoin de déplacer une pièce très longue et lourde. C'est pourquoi de nombreuses grandes machines avec une longue course sur l'axe X-utilisent une table fixe et un portique mobile.

Toutefois, six mètres ne constituent pas une limite technique universelle.

Certains fabricants proposent des machines à table mobile-avec une course supérieure à six mètres, tandis que d'autres utilisent des structures à portique-mobiles avec des longueurs de course plus courtes. La conception finale dépend de la charge de la pièce, de la largeur de la machine, de la précision souhaitée, de l'espace au sol, du processus de production et de la plate-forme d'ingénierie du fabricant.

Vous ne devez pas sélectionner la structure en fonction uniquement de la longueur de l'axe. Les exigences complètes de la pièce à usiner et de l’usinage doivent être évaluées ensemble.

Comment choisir la bonne machine CNC à portique

Pour sélectionner la bonne structure de portique, commencez par la pièce plutôt que par la fiche technique de la machine.

1. Dimensions de la pièce

Confirmez la longueur, la largeur et la hauteur maximales de la pièce. La course de la machine doit être suffisante, mais vous devez également vérifier la distance entre les colonnes, la distance entre la broche-et-la table, la longueur de l'outil, la hauteur du montage et l'espace de fixation de la tête.

2. Poids de la pièce

Le poids de la pièce à usiner a une influence directe sur la structure de la table, les guidages, les entraînements, les fondations et l'équipement de chargement.

Si votre pièce à usiner est extrêmement lourde, une conception à portique fixe-à table mobile-peut être plus adaptée qu'une machine à table mobile-.

3. Matériau de la pièce

L'acier, la fonte, l'aluminium, le titane et les matériaux composites nécessitent des caractéristiques de broche différentes.

L'ébauche de l'acier lourd et de la fonte-exige généralement un couple et une rigidité structurelle plus élevés. L'usinage de l'aluminium et de l'aérospatiale peut nécessiter une vitesse de broche plus élevée et un mouvement d'axe plus rapide.

4. Processus d'usinage

Précisez si la machine effectuera un usinage d'ébauche, de finition, de perçage, d'alésage, de taraudage, de contournage ou multi-faces.

Une machine optimisée pour les coupes lourdes peut ne pas offrir les mêmes performances dynamiques qu'une machine de précision à grande vitesse-.

5. Exigences de précision

Ne confondez pas la précision du positionnement de la machine avec la précision de la pièce finale.

La précision des pièces dépend également de l'outillage, des fixations, de la température, de l'état du matériau, des paramètres de coupe, de la programmation et des méthodes de mesure. Avant de commander, vous devez vous mettre d'accord sur la norme d'acceptation de la machine et les conditions de test.

Conclusion

Les machines CNC de type-poutre fixe,-portique mobile et pont de précision-sont conçues pour différentes conditions de fabrication. Un portique à poutre fixe-est généralement un choix rentable-pour les grands moules standard et les composants mécaniques dans une plage de poids contrôlée. Une machine à portique mobile-est plus adaptée aux pièces extrêmement lourdes, longues ou difficiles-à déplacer-car sa table reste stationnaire. Une machine de type pont de précision-se concentre davantage sur les performances dynamiques, la précision des contours, la qualité de surface et l'usinage complexe à cinq-axes. Avant de choisir un modèle, vous devez comparer les dimensions de la pièce, le poids, le matériau, la tolérance, le processus d'usinage et l'espace d'atelier disponible. Si vous fournissez vos exigences en matière de dessin de pièce et de production, GreatCNC peut vous aider à comparer les solutions de machines CNC à portique appropriées et à déterminer quelle structure correspond le mieux à votre application.