Le préréglage et la mesure d’outil sont des opérations qui consistent à définir les dimensions géométriques d’un outil de coupe par rapport à un point de référence fixe. Pour être plus précis, on mesure deux paramètres clés :
Ces mesures sont ensuite converties en décalages d’outil (appelés offsets) : des valeurs numériques que la commande numérique (CN) de la machine utilise pour positionner l’outil avec précision pendant l’usinage. Contrairement à une mesure de pièce, le préréglage ne s’intéresse pas à la qualité de la pièce finale, mais à la conformité de l’outil lui-même par rapport à sa spécification.
La précision du préréglage d’outil a un impact direct sur trois aspects clés de la production : la fonction des pièces, leur assemblage et les coûts.
Une erreur de 0,01 mm sur la longueur d’une fraise de finition peut entraîner une déviation de la cote finale de la pièce de la même valeur. Pour des pièces de haute précision, comme des composants aéronautiques ou des pièces médicales, cette déviation peut rendre la pièce non conforme. Par exemple, un trou percé avec un décalage de profondeur de 0,02 mm peut ne pas recevoir la vis de fixation prévue, ou un profil de fraise de 0,01 mm trop court peut laisser un excès de matière qui perturbe le fonctionnement d’un mécanisme.
Pour des séries de pièces qui s’assemblent entre elles, la répétabilité des décalages d’outil est essentielle. Si deux pièces usinées avec le même outil présentent des déviations de cote différentes à cause d’un préréglage imprécis, leur assemblage sera défectueux. Par exemple, dans l’industrie automobile, des composants de moteur usinés avec des décalages d’outil non maîtrisés peuvent entraîner des jeux excessifs entre les pièces, réduisant la durée de vie du moteur.
Un préréglage imprécis entraîne des coûts directs et indirects :
Pour les machines de haute précision comme le centre d’usinage vertical GA-DV750 (précision de positionnement de 0,003 mm), un préréglage imprécis peut même rendre inutile la performance de la machine : si le décalage d’outil est erroné de 0,01 mm, la précision de la machine ne permettra pas de compenser cette erreur.
Il existe deux méthodes principales de préréglage d’outil : le préréglage hors ligne et le préréglage sur machine. Chacune a ses propres limites de précision, adaptées à des usages spécifiques.
Le préréglage hors ligne consiste à mesurer l’outil sur un appareil dédié, appelé préréglageur d’outil, situé à l’extérieur de la machine. L’outil est monté sur le préréglageur, qui mesure sa longueur et son diamètre avec une précision élevée, puis les valeurs de décalage sont transférées à la commande de la machine, soit manuellement, soit automatiquement par un système de communication.
Le préréglageur d’outil utilise généralement un capteur optique ou tactile pour mesurer les dimensions de l’outil. Les préréglageurs optiques projettent une image de l’outil sur un écran, et l’opérateur mesure les dimensions à l’aide de repères ou de logiciels de traitement d’image. Les préréglageurs tactiles utilisent un palpeur qui entre en contact avec l’outil pour mesurer ses dimensions.
La précision des préréglageurs hors ligne varie selon leur technologie :
Cependant, la précision du préréglage hors ligne ne correspond pas à la précision du décalage d’outil sur la machine. En effet, l’outil est monté sur le préréglageur, puis sur la broche de la machine, et les interfaces de fixation (cônes HSK, BT, BBT) peuvent présenter des jeux ou des déformations qui modifient la longueur de l’outil. Par exemple, un cône BT40 (utilisé sur le centre d’usinage vertical GA-MV856) peut présenter un jeu axial de 0,002 à 0,005 mm, ce qui ajoute une erreur au décalage d’outil mesuré hors ligne.
Le préréglage sur machine consiste à mesurer l’outil directement sur la machine, après qu’il a été monté sur la broche. Il existe deux types de dispositifs de préréglage sur machine : les palpeurs d’outil et les systèmes de mesure par contact ou optiques intégrés.
Les palpeurs d’outil sont des dispositifs tactiles montés sur la table de la machine. Pour mesurer un outil, la commande de la machine déplace la broche pour amener l’outil en contact avec le palpeur. Le palpeur envoie un signal à la commande, qui calcule la longueur et le diamètre de l’outil en fonction de la position de la broche au moment du contact.
Les palpeurs d’outil sont compatibles avec la plupart des machines Gree CNC, y compris le centre d’usinage vertical GA-MVD2560 (double broche) et le centre d’usinage 5 axes GA-UHD500. Leur précision de mesure est généralement de l’ordre de 0,002 à 0,005 mm, ce qui est suffisant pour la plupart des usages.
Les systèmes de mesure optiques intégrés utilisent des capteurs optiques montés sur la machine pour mesurer l’outil sans contact. Ils sont plus rapides que les palpeurs tactiles et peuvent mesurer des outils fragiles (comme des fraises de petit diamètre) sans risque de déformation. Leur précision est comparable à celle des palpeurs tactiles, de l’ordre de 0,002 à 0,004 mm.
La précision du préréglage sur machine dépend de la précision de positionnement de la machine elle-même. Par exemple, le centre d’usinage vertical GA-DV750 a une précision de positionnement de 0,003 mm, ce qui signifie que la mesure de l’outil sur cette machine ne peut pas être plus précise que cette valeur.
Une autre limite du préréglage sur machine est le temps : mesurer chaque outil sur la machine avant l’usinage ajoute du temps au cycle de production. Pour des machines avec un grand nombre d’outils, comme le centre d’usinage 5 axes GA-UHD500 (60 outils), ce temps peut être significatif.
Les erreurs de préréglage d’outil proviennent de plusieurs sources, qui s’additionnent pour donner l’erreur totale du décalage d’outil.
Le préréglage et la mesure d’outil sont des opérations essentielles, mais ils ont des limites importantes qu’il faut connaître pour éviter une confiance excessive.
Beaucoup d’opérateurs et de responsables de production pensent que si le préréglage est précis, la cote de la pièce sera précise. C’est une erreur, car le préréglage n’est qu’un des facteurs qui influencent la précision de la pièce. D’autres facteurs, comme la déformation de la pièce pendant l’usinage, la précision de la machine et l’usure de l’outil, peuvent avoir un impact plus important sur la cote de la pièce que le préréglage.
Par exemple, une pièce en aluminium peut se déformer de 0,05 mm pendant l’usinage à cause de la chaleur, même si le préréglage d’outil est précis à 0,002 mm. Dans ce cas, la précision du préréglage n’a pas d’impact sur la précision de la pièce, car la déformation de la pièce est le facteur limitant.
| Méthode de préréglage | Précision typique | Effort (temps et ressources) | Usage typique |
|---|---|---|---|
| Préréglage hors ligne optique d’entrée de gamme | 0,005 à 0,01 mm | Faible : mesure rapide hors machine, pas d’arrêt machine pendant la mesure | Usinage de pièces de précision moyenne, séries moyennes |
| Préréglage hors ligne tactile de haute précision | 0,001 à 0,003 mm | Moyen : mesure plus précise, nécessite un appareil coûteux | Usinage de pièces de haute précision, petites séries |
| Préréglage sur machine par palpeur tactile | 0,002 à 0,005 mm | Moyen : mesure sur machine, ajoute du temps au cycle de production | Usinage de pièces de précision moyenne à haute, grandes séries |
| Préréglage sur machine par système optique intégré | 0,002 à 0,004 mm | Faible à moyen : mesure rapide sans contact, appareil coûteux | Usinage de pièces de haute précision, outils fragiles, grandes séries |
Pour maîtriser le préréglage et la mesure d’outil, suivez cette checklist :
Quelle méthode de préréglage est la plus précise ? Le préréglage hors ligne tactile de haute précision est la méthode la plus précise, avec une précision de mesure de 0,001 à 0,003 mm. Cependant, la précision du décalage d’outil sur la machine dépend également de la précision de la machine et de l’interface de fixation. Pour des machines de haute précision comme le GA-UHD500, le préréglage sur machine par palpeur tactile peut être aussi précis que le préréglage hors ligne, car il tient compte de l’interface de fixation.
Combien de temps faut-il pour prérégler un outil ? Le temps de préréglage dépend de la méthode :
Faut-il prérégler l’outil après chaque changement d’outil ? Oui, il est recommandé de prérégler l’outil après chaque changement d’outil, car l’interface de fixation peut présenter des jeux ou des déformations qui modifient la position de l’outil. Pour des séries de production importantes, vous pouvez également vérifier le décalage d’outil après chaque changement d’outil sur la machine.
Le préréglage d’outil est-il nécessaire pour l’usinage 5 axes ? Oui, le préréglage d’outil est encore plus important pour l’usinage 5 axes que pour l’usinage 3 axes. En effet, l’usinage 5 axes implique des mouvements complexes de la broche et de la table, qui amplifient les erreurs de décalage d’outil. Pour des machines 5 axes comme le GA-FA500, un préréglage imprécis peut entraîner des erreurs de cote importantes.
Comment compenser l’usure de l’outil sur les décalages d’outil ? Vous pouvez compenser l’usure de l’outil de deux manières :
Pour des séries de production importantes, il est recommandé de combiner les deux méthodes pour garantir la précision des pièces.
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