Quel degré d'équilibrage est requis pour les broches à grande vitesse ?

La nuance G2.5 est la plus courante pour les broches de machines-outils jusqu'à environ 20 000 tr/min. Pour les broches fonctionnant à plus de 20 000 tr/min (usinage HSC), les nuances G1.0 ou G0.4 sont recommandées. Une granulométrie plus serrée réduit la force centrifuge et améliore l'état de surface.

Comment le déséquilibre de la broche affecte-t-il la finition de surface ?

Un balourd crée une force centrifuge qui déforme l'outil. Cette déformation se traduit par des ondulations à la surface de la pièce. À haute vitesse de broche, même un balourd de quelques g·mm peut provoquer une déformation de l'outil de l'ordre du micron, dégradant ainsi l'état de surface de plusieurs degrés Ra.

Dois-je équilibrer le porte-outil avec l'outil installé ?

Oui, pour un résultat optimal, l'ensemble complet (porte-outil + outil + bouton de serrage + pince + fraise) doit être équilibré. Chaque composant contribue au déséquilibre, et le total détermine les vibrations réelles pendant la coupe.

Quelle est la différence d'équilibrage entre les porte-outils HSK et BT ?

Les porte-outils HSK possèdent une queue conique creuse avec contact frontal, offrant une rigidité radiale et une répétabilité supérieures aux porte-outils BT (cône 7/24). Le HSK est privilégié pour les applications à grande vitesse car son double contact réduit le faux-rond et assure un équilibrage plus précis lors des changements d'outils.

Comment mesurer le déséquilibre de la broche ?

Le balourd de la broche est mesuré à l'aide de capteurs de vibrations montés près des paliers, pendant le fonctionnement de la broche. Un instrument d'équilibrage portable (comme le Vibromera Balanset) mesure l'amplitude et la phase de la vibration (1×), puis calcule la masse et l'angle de correction nécessaires.

Outil d'ingénierie gratuit

Calculateur de déséquilibre de broche de machine-outil

Calculer le déséquilibre admissible de la broche et du porte-outil, l'excentricité (nm), la force centrifuge et la déflexion équivalente de l'outil selon la norme ISO 21940.

ISO 21940-11 HSK / BT / CAT G0.4 – G2.5

Résultats

Déséquilibre admissible

—

Excentricité

—

Force centrifuge

—

Estimation de la déflexion équivalente de l'outil

—

Vitesse angulaire ω

—

Balourd admissible de la broche (ISO 21940)

G — qualité d'équilibrage (mm/s)
m — Masse de l'ensemble broche + porte-outil (kg)
ω = 2π·n/60 — vitesse angulaire (rad/s)

Excentricité (déséquilibre spécifique)

Pour les broches à grande vitesse, l'excentricité est souvent exprimée en nanomètres (1 μm = 1000 nm).

Force centrifuge et déformation de l'outil

La force centrifuge due au balourd agit sur les paliers de la broche, provoquant une déformation à l'extrémité de l'outil. L'estimation de cette déformation repose sur un modèle simplifié de la rigidité de la broche (≈ 20 N/μm, valeur typique pour l'acier HSK-63).

Classes d'équilibrage pour machines-outils

Grade	Application	Vitesse typique
G0.4	Rectification ultra-précise, optique	> 60 000 tr/min
G1.0	Machines à broyer, fraisage à grande vitesse	15 000 à 40 000 tr/min
G2.5	centres d'usinage généraux, tours	5 000 à 24 000 tr/min

Exemple pratique

Exemple — Porte-outil HSK-63 à 24 000 tr/min

Compte tenu de ce qui précède : Masse = 2 kg, Vitesse = 24 000 tr/min, Pente = G2,5

ω = 2π × 24 000 / 60 = 2 513,3 rad/s

U_par = 2,5 × 2 × 1000 / 2513,3 = 1,99 g·mm

e_par = 2,5 × 1000 / 2513,3 = 0,995 μm = 995 nm

F = 1,99 / 1e6 × 2513,3² = 12,6 N

⚠️ Remarque : L'estimation de la déformation de l'outil repose sur un modèle de rigidité simplifié. La déformation réelle dépend de la précharge des roulements, de la conception de la broche, du porte-à-faux de l'outil et du serrage. Cette estimation n'est qu'indicative.