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Une innovation Schaeffler : le système de surveillance des roulements de broche Le SpindleSense Schaeffler réduit le nombre d’arrêts machine et permet un meilleur taux d’utilisation

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Conception du SpindleSense, le système de surveillance Schaeffler : 1 Capteurs de distance ; 2 Unité d’analyse ; 3 Câble de raccordement

03/07/2019 | Haguenau

  • Protection électronique contre les surcharges permanentes et les dommages dus aux collisions
  • Une bague capteur surveille le déport du roulement de broche au micromètre près
  • La mesure du déport combiné au savoir-faire Schaeffler en matière de roulement permet d’évaluer les conditions de fonctionnement
  • Détection d’un état de fonctionnement potentiellement critique en 2 millisecondes

Toute la performance de la machine-outil dépend de la broche principale. Elle constitue le cœur de la machine et détermine largement la capacité maximale d’usinage, la qualité des surfaces et la précision. Quant au roulement de broche, il compte parmi les composants les plus sollicités étant donné qu’il doit transmettre les efforts d’usinage de façon précise, sur une longue durée et à vitesse de rotation très élevée, et qu’il n’est toujours pas possible d’exclure le risque de collisions. Il n’est donc pas surprenant que la plupart des défaillances des machines-outils soit dues à des broches défectueuses, notamment à la suite d’une collision ou d’une surcharge continue et non détectée. Ainsi, la conjugaison de fortes charges radiales, d’outils en porte à faux et de vitesses de rotation élevées comme c’est le cas dans les opérations de fraisage, génèrent des charges importantes et des rapports cinématiques défavorables, notamment au niveau du roulement de broche situé à proximité de l’outil. L’apparition de ces charges désavantageuses et parfois critiques est dû au fait que les exploitants, jusqu’à présent, ne disposaient pas de l’outil approprié pour surveiller les charges limites exercées sur le roulement de broche. Avec son nouveau système de surveillance SpindleSense, Schaeffler apporte la solution.

Prêt pour l’EMO 2019

À l’occasion de l’EMO 2019, les clients pourront tester les premières unités SRS intégrant bague de mesure radiale et axiale d’un diamètre intérieur de 70 mm. D’autres dimensions d’un diamètre intérieur de 80 et de 100 mm seront disponibles en fin d’année. Toutes les unités ont une largeur de 16 mm. Elles sont livrées avec un outil de configuration SST permettant le réglage et la mise en service du SpindleSense.

En cours de fonctionnement, les capteurs intégrés dans le roulement de broche mesurent avec une très haute résolution le déport de l’arbre de broche dans cinq directions – trois dans le sens de translation et deux dans le sens de rotation. Dès que la déformation des éléments roulants dépasse un seuil spécifique, la bague capteur transmet un signal d’alarme électrique à la commande de la machine. La définition de ce seuil, déterminé pour chaque type de broche et de machine, repose sur l’évaluation des caractéristiques opérationnelles des roulements comme la pression de Hertz, le rapport de giration ou le jeu des alvéoles de la cage et sur la grande expertise de roulement de Schaeffler.

Le logiciel né de l’expertise roulement de Schaeffler est intégré dans la bague capteur

Le logiciel et les algorithmes requis sont intégrés dans la bague capteur d’une largeur de 16 mm. Aucun autre composant n’est nécessaire pour la bonne marche du système. Il fonctionne localement et transmet des signaux d’alarme personnalisés à la commande de la machine. Il permet :

  • la détection des crashs (collisions) : les capteurs peuvent afficher une surcharge sur une sortie digitale en 2 ms. L’arrêt rapide de l’entraînement permet ainsi de minimiser les dommages subséquents, voire de les éviter
  • la protection à long terme de la broche de la machine-outil : dans la pratique, les surcharges mécaniques continues des roulements de broches sont souvent ignorées. C’est là qu’agit le SpindleSense : une fois correctement réglé, il déclenche immédiatement un signal d’alarme. Ainsi, dès l’usinage de la première pièce, l’exploitant peut modifier son programme de traitement et réduire la charge exercée sur la broche en modifiant les paramètres de coupe ou en remplaçant l’outil par un autre outil mieux adapté. Cela lui permet de diminuer le nombre et l’intensité des pics de charge et de profiter d’une plus longue durée d’utilisation de la broche et d’une plus grande fiabilité de sa machine-outil. Au bout du compte, l’exploitant bénéficie d’une prolongation de la disponibilité en production et d’une réduction des coûts de réparation.

Il existe deux options de sortie pour les valeurs mesurées. La variante C-A0 émet une alarme dès que les valeurs seuils de la charge exercée sur le roulement et la cinétique, individuellement définies, sont atteintes. La variante C-A1 transmet au CAN-Bus les déports radiaux et axiaux mesurés, y compris les basculements. A l’aide de ces valeurs de déport, les fabricants de machines-outils et de broches peuvent développer des outils d’analyse pour optimiser l’utilisation de la broche, par exemple en visualisant l’ensemble de déformation mesuré par la bague capteur comme ensemble de charges. L’exploitant de machine connaîtra ainsi pour la première fois le taux d’utilisation mécanique exact de sa broche. Cela lui permettra d’optimiser le processus d’usinage de la machine, notamment le taux et la durée de son utilisation. Malgré la charge maximale de la broche, les surcharges néfastes sont évitées. Cette exploitation maximale sécurisée permet à l’exploitant non seulement d’augmenter sa productivité mais aussi de profiter d’une durée d’utilisation plus longue de la broche, avec moins d’arrêts machine.

Autre application : les déports mesurés et transmis via CAN-Bus peuvent également servir pour la compensation point zéro. Il est ainsi possible d’obtenir avec des paramètres de coupe plus grands une qualité identique ou, avec des paramètres de coupe inchangés, une meilleure qualité. Il est également possible d’utiliser la surveillance du déport maximal à des fins d’assurance qualité.

Comparaison des systèmes de surcharge électronique et mécanique

Par rapport aux systèmes de surcharge mécaniques, autrement dit passifs, le SpindleSense de Schaeffler ne protège pas seulement la broche en cas de collisions, il permet d’en optimiser de manière révolutionnaire le taux d’utilisation sans risque de surcharge. Ainsi, pour la première fois, les fabricants de machines peuvent proposer à leur client un instrument très efficace pour augmenter la productivité, la disponibilité de la machine et la qualité.

Editeur : Schaeffler AG
Pays d’édition : France

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