Engrenages à vis sans fin pour machines-outils CNC — Guide de sélection de précision
La précision angulaire d'une table CNC à quatre axes dépend entièrement de la qualité de la vis sans fin qui l'entraîne. Ce guide explique la signification des termes DIN, erreur d'hélice et jeu au niveau de l'outil de coupe, et comment choisir la vis sans fin de précision adéquate avant que la pièce usinée ne révèle les problèmes.
Le coût réel d'une mauvaise roue dentée à vis sans fin au niveau de la broche
Considérons un centre d'usinage vertical effectuant des passes de contournage sur un quatrième axe rotatif. Le diamètre primitif de la roue à vis sans fin est de 120 mm. L'engrenage présente un jeu de 0,10 mm accumulé après deux ans d'utilisation. Lorsque l'axe inverse son sens de rotation en cours de contournage, la table reste immobile sur une distance égale à ce jeu, puis effectue un mouvement brusque pour rattraper son retard. En termes angulaires, 0,10 mm pour un rayon primitif de 60 mm équivaut à 0,0017 radian, soit environ 5,7 minutes d'arc de zone morte. Il en résulte sur la pièce une marque d'arrêt visible à chaque inversion de sens. La compensation par servocommande ne peut l'éliminer car le codeur ne détecte le mouvement qu'au réengrènement de l'engrenage.
Il ne s'agit pas d'un problème de réglage. C'est un problème de spécification des engrenages, et il peut être entièrement évité en comprenant trois chiffres avant de commander : classe DIN, erreur de plomb, et réactions négatives au cercle de lancer. La Corée Ever-Power fabrique engrenages à vis sans fin de précision pour les applications CNC où ces trois chiffres sont confirmés et documentés — et non estimés.
Où les entraînements à vis sans fin apparaissent-ils dans les équipements CNC ?
La disposition à 90 degrés de l'arbre et le verrouillage automatique inhérent pour des rapports supérieurs à environ 15:1 font des entraînements à vis sans fin et roue dentée un choix pratique pour toute fonction CNC nécessitant le maintien d'une position lorsque le moteur est arrêté. On les retrouve partout dans le monde des machines-outils, notamment dans des rôles que les engrenages hélicoïdaux à axes parallèles ne peuvent remplir sans un frein de maintien séparé.
Dans Tables rotatives à quatrième et cinquième axeLe réducteur à vis sans fin constitue l'étage de réduction final entre un servomoteur et l'arbre de sortie de l'axe A ou B. La résolution angulaire disponible pour la commande numérique dépend directement du nombre de dents de la roue dentée et de la résolution de l'encodeur ; cependant, la précision angulaire réelle appliquée à la pièce dépend de l'erreur d'hélice et de la tolérance de profil de la roue dentée elle-même. Un système de commande numérique avec une précision de 0,001 degré est inutile si la transmission mécanique présente une erreur périodique de 0,1 degré due à une vis sans fin usée ou mal fabriquée.
Têtes d'indexage et têtes de division Les machines à tailler les engrenages, à rectifier et à fraiser utilisent des entraînements à vis sans fin lors de l'indexage final, car leur erreur de pas détermine la précision géométrique de chaque pièce produite. Une erreur d'espacement des dents d'une dent, provenant de la roue dentée du diviseur, se répercute directement sur chaque engrenage taillé sur cette machine. Dans ce contexte, la roue dentée n'est pas un élément d'entraînement, mais un élément de référence géométrique, et doit être traitée comme tel lors de l'approvisionnement.
axes rotatifs de machine à mesurer tridimensionnelle Les platines de manipulation de plaquettes semi-conductrices représentent le summum des exigences de précision. Dans ces applications, la vis sans fin doit positionner la pointe d'une sonde ou la platine porte-plaquette à quelques microns de la position commandée, sans zone morte lors de l'inversion du sens de rotation. engrenage à vis sans fin duplex Les ensembles — où le jeu peut être ajusté à une valeur proche de zéro et maintenu pendant toute la durée de vie du variateur — conviennent à ces applications.
Gamme de spécifications — Engrenage à vis sans fin de précision CNC
| Paramètre | Gamme / Options | Notes d'application CNC |
|---|---|---|
| Module | M1.0 – M8.0 | M2–M5 pour la plupart des plateaux rotatifs et indexeurs CNC |
| Classe de précision | DIN5 – DIN9 | Norme DIN6–DIN7 pour le 4e axe ; DIN5 pour les machines à mesurer tridimensionnelles/semi-conducteurs |
| Plage de rapport à un seul étage | 10:1 – 100:1 | Nombre de dents personnalisé — ne se limite pas aux séries standard |
| matériau de la tige de vis sans fin | SCM415, 20CrMnTi, SS304, SS316 | L'acier SCM415 cémenté et rectifié est conforme aux spécifications CNC standard. |
| Matériau de la roue | Bronze à l'étain ZCuSn10Pb1, SS316 | Acier inoxydable 316 pour salles blanches et environnements CNC médicaux |
| Dureté de surface (ver) | 58 – 62 HRC (cassage cémenté) | Noyau 30 – 38 HRC — résistant aux cycles de démarrage/arrêt du servo. |
| Tolérance d'alésage (roue) | H7 standard ; H6 sur demande | Prêt à être monté — aucun alésage secondaire requis |
| Recul (standard) | 0,04 – 0,12 mm au niveau du cercle primitif | Varie selon le module et la classe DIN |
| Contrecoup (duplex) | Réglable à ± 0,045 mm | Réparable sans remplacement de composants pendant toute sa durée de vie |
| Modèle de contact (paire appariée) | Couverture de la face dentaire supérieure à 70% | Vérifié et documenté avant l'expédition |
Que signifie réellement la classe DIN sur votre axe CNC ?
La classe de précision DIN pour les engrenages à vis sans fin contrôle trois tolérances géométriques indépendantes : erreur sur un seul lancer (la variation de l'espacement angulaire entre les dents adjacentes), erreur totale de hauteur (l'écart de toute dent par rapport à sa position théoriquement parfaite sur toute sa circonférence), et déviation du profil dentaire (L'écart entre la forme réelle du flanc de la dent et la développante théorique). Chacun de ces facteurs influe différemment sur la qualité de la pièce usinée et doit être compris séparément, sans être regroupé sous l'appellation « la norme DIN 7 est suffisante ».
Un défaut de pas unique induit une variation de la vitesse angulaire de l'arbre de sortie à chaque engrènement, à une fréquence égale au produit du nombre de dents de la roue à vis sans fin par sa vitesse de rotation. Lors d'un usinage de contour sur le quatrième axe, ce défaut se traduit par une fine texture de surface répétitive, parfois visible uniquement sous un éclairage rasant, à l'angle révélant la périodicité de la surface. Pour une roue à 60 dents tournant à 0,5 tr/min, cette texture se répète 30 fois par minute sur la surface de la pièce. La norme DIN 7 à M3 limite le défaut de pas unique à environ 18 micromètres ; la norme DIN 6 le limite à 11 micromètres. La différence est mesurable sur la pièce par profilométrie de surface.
L'erreur totale de pas détermine la précision avec laquelle l'axe peut revenir à sa position angulaire initiale après une rotation complète. Pour une tête d'indexage qui effectue une rotation pour tailler 36 dents d'engrenage équidistantes, l'erreur totale de pas de la roue à vis sans fin d'indexage entraîne directement un espacement inégal des dents de chaque engrenage produit par cette machine. C'est pourquoi les rectifieuses et les machines à tailler les engrenages exigent des vis sans fin DIN 6 comme minimum : l'engrenage taillé hérite de l'erreur totale de pas de l'entraînement d'indexage de la machine, multipliée par son avantage mécanique.
Les défauts de profil affectent la régularité de la transmission. Une dent de vis sans fin présentant un défaut de profil excessif engendre un rapport de vitesse variable lors de chaque engrènement : la roue accélère et décélère légèrement lorsque le point de contact parcourt le flanc de la dent. Cette ondulation de vitesse provoque des vibrations à la fréquence d'engrènement, ce qui explique pourquoi certains entraînements de plateaux tournants émettent un sifflement à certains régimes, même avec des engrenages neufs.
Fabrication dans notre usine
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Le rectification du filetage est effectuée après la cémentation de toutes les vis sans fin DIN 6 et DIN 7. La cémentation déforme la géométrie du filetage : les vis sans fin mesurées avant et après le traitement thermique présentent des erreurs de pas 3 à 5 fois supérieures à la valeur initiale. La rectification corrige cette déformation. Les vis sans fin traitées thermiquement mais non rectifiées conservent l'intégralité de la déformation due au traitement thermique dès leur mise en service. C'est pourquoi de nombreuses spécifications DIN 7 annoncées par des fournisseurs à bas prix ne sont pas validées par un contrôle par machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) lors de l'inspection à réception.
Engrenages à vis sans fin duplex — Le problème du jeu résolu définitivement
Un engrenage à vis sans fin standard possède une épaisseur de dent fixe sur les deux flancs du filet. Le jeu est réglé lors de l'assemblage par l'entraxe entre l'arbre de la vis sans fin et celui de la roue dentée. Avec l'usure des dents de la roue en bronze, l'écartement entre les dents augmente et le jeu s'accroît ; seul le remplacement de l'engrenage permet de le corriger. Sur un centre d'usinage de production équipé d'une table rotative, le remplacement d'un engrenage implique l'arrêt de la machine, le démontage de la table, l'approvisionnement d'un engrenage de remplacement avec une précision d'alésage H7, le remontage et la vérification de la précision des axes. Cette opération prend généralement de deux à quatre jours et engendre des pertes de production supérieures au coût de l'engrenage lui-même.
UN ver duplex La vis sans fin à double pas (également appelée vis sans fin à double pas) est fabriquée avec un pas légèrement différent sur les flancs gauche et droit du filetage. Ceci permet une augmentation continue de l'épaisseur des dents d'une extrémité à l'autre de la vis sans fin : le filetage est plus épais à une extrémité et plus fin à l'autre. Sur la roue dentée correspondante, les différents profils des flancs induisent des géométries d'engrènement différentes sur les faces avant et arrière de chaque dent, mais la dimension critique – l'épaisseur de la dent sur la circonférence – reste constante. Ainsi, la vis sans fin peut être décalée axialement pour amener une section plus épaisse ou plus fine en prise avec la roue, réduisant ou augmentant le jeu sans modifier la géométrie de la zone de contact ni la capacité de charge.
En pratique, le réglage s'effectue à l'aide d'une vis de blocage axiale ou d'un empilement de cales sur le palier de l'arbre à vis sans fin. Cette opération, d'une durée de 15 minutes, ne nécessite pas le démontage de la table rotative de la machine et se fait sans démontage de celle-ci. Une rainure en V usinée dans la dent de référence de la vis sans fin indique la position axiale de jeu nul. À partir de cette position, la plage de réglage s'étend généralement sur ±0,8 mm de décalage axial, ce qui correspond à une plage de réglage du jeu d'environ 0 à 0,15 mm sur le cercle primitif, selon le pas spécifié. Un engrenage duplex bien entretenu, monté sur une table rotative de production, peut être réajusté 4 à 6 fois au cours de sa durée de vie avant que les dents des roues n'atteignent leur limite d'usure nominale, multipliant ainsi la durée de vie utile de l'engrenage par ce facteur.
Référence de remplacement pour les marques courantes de composants CNC
Les marques citées ci-dessous servent uniquement à l'identification des dimensions. Korea Ever-Power n'entretient aucune relation commerciale avec ces fabricants et n'est affiliée à aucun d'entre eux. Toutes les marques déposées appartiennent à leurs propriétaires respectifs.
| Marque | Gamme de produits | Comment associer |
|---|---|---|
| Engrenages KHK (Kohara) | ensembles de roues à vis sans fin des séries SW, SS et SWG | Correspondance du module, du nombre de dents et du diamètre d'alésage à partir de la référence KHK |
| Équipement de Boston | jeux de roues en bronze des séries L, HL et F | Module AGMA et entraxe d'après le catalogue |
| Ondrives Royaume-Uni | Ensembles d'engrenages à vis sans fin de précision métriques | Module DIN, nombre de dents, alésage d'après le catalogue Ondrives |
| Martin Sprocket | Catalogue standard d'engrenages à vis sans fin industriels | Série AGMA de pas et d'alésage |
| Güdel | Composants de la vis sans fin du module rotatif | Confirmation du dessin dimensionnel requise pour les brides sur mesure |
Références de projets clients
Fabricant d'équipement d'origine (OEM) de centres d'usinage — Daegu, Corée du Sud · 3e trimestre 2024
Conduire: Table rotative axe B, M4 DIN7, rapport 40:1, roue en bronze à l'étain de diamètre primitif 250 mm, vis sans fin à droite
Le fabricant d'origine s'approvisionnait en jeux KHK SS4-40R auprès d'un distributeur régional depuis trois ans. Une augmentation de prix du 35% et un délai de livraison de 12 semaines fin 2023 ont contraint le fabricant à revoir sa politique de fournisseurs. L'exigence portait sur l'équivalence dimensionnelle et le respect de la norme de documentation DIN 7, identique à celle du produit japonais d'origine. Trois jeux d'échantillons fournis par Korea Ever-Power ont été mesurés sur une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) à réception ; les trois diamètres d'alésage présentaient une précision de ±0,004 mm par rapport à la valeur nominale du H7. Test de répétabilité angulaire avec Renishaw AxiSet : ±11 secondes d'arc pour un objectif de ±15. Couverture du motif de contact 76% sur les trois échantillons. Une commande trimestrielle permanente a été passée dans les 30 jours suivant la réception des échantillons.
« La photo du motif de contact dans la documentation a permis à notre équipe qualité de prendre la décision d'approbation sans avoir à réaliser elle-même une qualification complète des axes. » — Responsable de l'ingénierie qualité
Constructeur de machines à tailler les engrenages par génération CNC — Incheon, Corée du Sud · 1er trimestre 2025
Conduire: Vis sans fin à indexage différentiel, M2.5 DIN6, rapport 60:1, spécifications duplex
Cette application exigeait une vis sans fin DIN 6 car chaque engrenage taillé sur la machine hérite de l'erreur de pas totale de l'entraînement d'indexage. L'ancien système de vis sans fin standard du client, en DIN 7, accumulait du jeu après environ 18 mois de production continue, entraînant des erreurs progressives d'espacement des dents des engrenages taillés. Le système de remplacement duplex a été réglé à un jeu de 0,030 mm lors de son installation. Après 14 mois de fonctionnement, le jeu mesuré lors de l'inspection de maintenance des 12 mois était de 0,061 mm, toujours inférieur au seuil de 0,080 mm, aucun réglage n'étant nécessaire. Le client a constaté une nette amélioration de la précision du pas de ses engrenages finis sur tous les modèles produits sur cette machine.
« Nous n’avions pas réalisé que le système d’indexation était à l’origine de nos problèmes de pas d’engrenage avant de constater l’amélioration après la mise à niveau duplex. »
Fabricant d'équipements d'inspection de semi-conducteurs — Gyeonggi-do, Corée du Sud · 2e trimestre 2024
Conduire: Rotation de l'étage de manipulation des plaquettes, M1.5 DIN6, vis sans fin et roue en acier inoxydable 316, finition électropolie Ra 0,4 µm
Une roue en bronze à l'étain standard générait des particules de cuivre submicroniques, dépassant les spécifications de comptage de particules de 0,3 µm requises par le client pour la salle blanche ISO classe 5. L'alliage de bronze a donc été entièrement abandonné au profit d'une paire de roues appariées en acier inoxydable 316 avec flancs de dents électropolis. La plupart des fournisseurs ne disposent pas en stock de trains d'engrenages à vis sans fin entièrement en acier inoxydable au pas M1,5 DIN6 ; Korea Ever-Power a annoncé un délai de 16 jours ouvrables pour la fourniture d'un échantillon, alors que le client devait respecter un délai de 20 jours pour la réalisation du projet. Deux lots de production successifs sur une période de 12 mois ont été réalisés : aucun contrôle à réception ni action corrective pour non-conformité des matériaux.
« Trouver des vis sans fin en acier inoxydable DIN6 de 1,5 pouce avec la documentation appropriée a été le défi. Korea Ever-Power l'a relevé dans les délais impartis. »
Modernisation de rectifieuses de précision — Busan, Corée du Sud · 4e trimestre 2024
Conduire: Déplacement du dresseur de meules sur une rectifieuse cylindrique modernisée, M2 duplex, DIN7
La modernisation consistait à remplacer un mécanisme de dressage à came vieillissant par un entraînement à vis sans fin servo-commandé. Les bagues de roulement existantes, rectifiées sur cette machine, présentaient une tolérance de profil de ±0,008 mm. Avec une vis sans fin M2 standard et un jeu de 0,08 mm, l'erreur d'inversion de dressage était de 0,015 mm, trop importante. L'utilisation d'une vis sans fin M2 duplex, réglée à un jeu de 0,018 mm lors de l'installation, a permis de réduire cette erreur à 0,006 mm. L'écart de profil des bagues de roulement rectifiées est ainsi passé de Rk 1,2 µm à 0,7 µm. Grâce à cette modernisation, le client a pu proposer à l'un de ses principaux clients des roulements de classe de tolérance supérieure.
« Un ensemble vis sans fin standard aurait convenu à la plupart des applications. Celle-ci nécessitait un ensemble duplex, et le gain géométrique était mesurable sur la pièce. »
Industrie standard vs précision CNC : huit facteurs de différenciation
| Facteur | Engrenage à vis sans fin industriel standard | Corée Ever-Power CNC de précision |
|---|---|---|
| Précision dentaire | DIN8 – DIN9 usiné | DIN5 – DIN7, rectifié après cémentation |
| Opération de post-durcissement | Aucun — durcissement par induction uniquement | Rectification de filetage CNC après cémentation. |
| Tolérance d'alésage (roue) | H8 – H9 | H7 standard ; H6 sur demande |
| Spécifications du jeu | Non spécifié — varie selon le lot | Mesuré et documenté ; option duplex à ±0,045 mm |
| Vérification du modèle de contact | Non exécuté | Largeur de face supérieure à 70% — photo incluse dans l'envoi |
| traçabilité des matériaux | Rapport dimensionnel uniquement | Certificat d'usine, rapport de traitement thermique, rapport dimensionnel CMM |
| Réglage du jeu duplex | Pas disponible | Disponible — guide de réglage et spécifications de différence de pas inclus |
| Délai d'échantillonnage | 4 à 8 semaines pour les articles du catalogue | 15 à 22 jours ouvrables à compter de la confirmation du dessin |
Pour les applications CNC nécessitant un groupe d'entraînement complet et fermé plutôt que des composants nus, des paires appariées avec précision sont disponibles dans des boîtiers étanches. Compact réducteurs à vis sans fin Des ensembles appariés de qualité CNC sont disponibles pour les applications d'entraînement d'axes rotatifs et d'indexage où une boîte de vitesses prête à monter est le choix pratique par rapport à un ensemble d'engrenages nus intégré dans un carter de machine sur mesure.
Foire aux questions
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Éditeur : Cxm
