Quelle est la consommation d’air comprimé par heure pour le changement d’outil, le refroidissement, etc., sur une centre d’usinage à portique ?

Introduction: Le rôle de l’air comprimé dans les centres d’usinage à portique

Au cours de son fonctionnement, le centre d’usinage à portique utilise l’air comprimé comme un fluide moteur et auxiliaire indispensable. Celui‑ci sert non seulement à entraîner le système de changement automatique d’outil, mais il est également largement employé pour le refroidissement de la broche, le soufflage des copeaux sur les pièces ainsi que dans les dispositifs de serrage pneumatiques. Une bonne connaissance des consommations d’air de chaque système revêt une importance capitale pour dimensionner de manière optimale les équipements d’alimentation en air et réduire les coûts d’exploitation de l’atelier.

Caractéristiques de la consommation d’air du système d’outil à changement automatique (ATC)

Le système de changement d’outil automatique est l’un des plus gourmands en air comprimé de la machine‑outil. Les opérations de changement d’outil reposent principalement sur des vérins pneumatiques pour faire pivoter le porte‑outil, ainsi que sur un manipulateur robotisé chargé d’extraire et d’insérer les outils, et sur le mandrin de la broche pour desserrer et serrer l’outil.

• Consommation d’air instantanée élevée: Lors d’un changement d’outil unique, une pression et un débit d’air élevés sont nécessaires pendant un bref instant afin d’assurer la rapidité et la douceur du mouvement.
• Durée d’une seule fois courteBien que le débit instantané soit élevé, chaque changement d’outil ne prend que quelques secondes à une dizaine de secondes.
• Sous l’influence du rythme de fabricationLa consommation horaire totale de gaz dépend directement de la fréquence des changements d’outils au cours du processus d’usinage. Lorsque l’usinage de pièces complexes exige des changements d’outils très fréquents, la consommation horaire de ce système augmente sensiblement.

Consommation continue du système de refroidissement et d’évacuation des copeaux

Le système de refroidissement et d’évacuation des copeaux représente la principale composante de la consommation d’air de base horaire de la machine‑outil, caractérisée par une demande d’air continue ou à fréquence élevée.

• Joint d’étanchéité à jet d’air pour l’arbre principalAfin d’empêcher l’entrée de liquide de coupe et de poussières dans le roulement de la broche, une étanchéité par rideau d’air est généralement installée à l’extrémité avant de la broche; cette partie nécessite un approvisionnement continu en air comprimé.
• Soufflage des copeaux entre la pièce et le rail de guidageAu cours du processus d’usinage, des pistolets à air comprimé haute pression ou des buses fixes sont utilisés pour éliminer les copeaux de fer présents sur la surface des pièces et sur le carénage des guides‑rails; la consommation d’air dépend du nombre de buses et de la durée d’activation.
• Pressurisation gaz-liquide à la sortie du centre: Dans certains machines‑outils, le système d’alimentation en eau par le centre de la broche fait appel à une pompe de surpression gaz‑liquide, ce qui nécessite une consommation importante d’air comprimé pour générer une haute pression.

Évaluation de la consommation d’air des autres systèmes pneumatiques auxiliaires

Outre le changement d’outil et le refroidissement par soufflage des copeaux, les centres d’usinage à portique nécessitent également de l’air comprimé pour de nombreuses opérations auxiliaires:

• Pince pneumatique: Plaques de pression pneumatiques ou pinces utilisées pour fixer les pièces, qui consomment en continu de l’air comprimé pendant le serrage.
• Extension du cache de protection: Sur certaines grandes machines-outils à portique, les protections des rails de guidage sont entraînées par un système pneumatique et nécessitent une consommation d’air lors de leur extension et de leur rétraction.
• Accumulateur hydraulique: Dans certains machines‑outils, le système hydraulique utilise l’air comprimé comme fluide de surpression dans les accumulateurs; il convient d’effectuer régulièrement des recharges d’air.

Méthode d’évaluation de la consommation horaire totale de gaz

En raison des importantes différences entre les centres d’usinage à portique de différentes spécifications, notamment en ce qui concerne l’amplitude de la course, la puissance de la broche et le nombre d’éléments pneumatiques, il est impossible d’établir une norme absolue et fixe de consommation d’air par heure. La méthode d’évaluation scientifique est la suivante:

• Référez-vous à la plaque signalétique de l’équipement: Sur la plaque signalétique de la machine‑outil ou dans le manuel technique, on indique généralement la « consommation d’air » (souvent exprimée en litres par minute ou en mètres cubes par minute). En multipliant la consommation d’air indiquée sur la plaque par minute par 60, on obtient la consommation théorique horaire.
• Prendre en compte les pertes du réseau de canalisationsLors de la configuration d’un compresseur d’air dans un atelier, il convient de tenir compte des fuites dans les canalisations et des pertes de charge; il est généralement recommandé d’ajouter une marge de 10 % à 20 % à la consommation théorique d’air.
• Évaluer la demande de pointe: Si l’atelier compte plusieurs équipements, il convient de prendre en compte le débit d’air maximal lors du changement d’outil ou du soufflage des copeaux effectué simultanément par plusieurs machines-outils, afin d’éviter une chute brutale de la pression dans le réseau.

Conseils pratiques pour optimiser l’utilisation de l’air comprimé

Afin de réduire la consommation d’air comprimé et d’assurer le fonctionnement stable des machines-outils, l’atelier peut mettre en œuvre les mesures d’optimisation suivantes:

• Contrôle régulier des fuitesLes fuites d’air comprimé constituent le plus important gaspillage invisible; il convient de procéder à des contrôles réguliers des tuyaux, des raccords et des électrovannes, et de réparer sans délai les points de fuite.
• Réglage raisonnable de la pression: Dans la mesure où les exigences de traitement sont satisfaites, il convient de réduire légèrement la pression d’air de soufflage des copeaux afin d’éviter un apport excessif d’air.
• Optimiser le programmeEn optimisant les programmes d’usinage à commande numérique, il est possible de réduire les mouvements à vide inutiles et de raccourcir les phases de soufflage des copeaux non consacrées à l’usinage, ce qui permet d’abaisser la consommation globale d’air comprimé.