Qu’est-ce qu’une broche ?
Une broche est un arbre en rotation.
À l’origine, le terme “broche” désigne la broche qui enroule le fil sur un métier à filer, mais en ingénierie, il désigne principalement l’axe qui tourne sur une machine-outil. Les lames de l’outil sont fixées à cet axe pour l’usinage.
Si la lame est fixe et que la pièce tourne, comme sur un tour, il s’agit de l’arbre sur lequel la pièce est montée et tourne. La lame de l’outil et la pièce à usiner sont montées à l’extrémité de l’arbre, et elles sont parfois désignées collectivement comme l’arbre de broche. L’objet rotatif lui-même ou le dispositif rotatif lui-même est également appelé unité de broche, ou broche en abrégé.
Les broches sont utilisées comme centre de rotation des roues arrière des voitures à traction avant et des roues avant des voitures à propulsion, ainsi que pour les disques durs, les DVD et autres dispositifs de stockage dans les ordinateurs et autres équipements, et comme éléments des robinets d’eau.
Utilisations des broches
Les broches sont des dispositifs qui font tourner des objets avec une grande précision. Les lames d’outils et les pièces à usiner sont attachées et détachées de la broche, ce qui entraîne un désalignement entre l’axe de rotation et l’axe central de la pièce à usiner. Ce désalignement est appelé faux-rond et est directement lié aux erreurs de précision de l’usinage.
Si la précision de rotation de la broche est mauvaise, les propriétés de la surface après l’usinage se détérioreront également, ce qui affectera la qualité de l’aspect. En plus de l’erreur de rotation de la broche elle-même, une broche qui tourne de manière stable et avec un désalignement minimal lors de l’attachement et du détachement des lames d’outils et des pièces à usiner est indispensable pour un usinage de précision.
Les tours et les fraiseuses sont des exemples typiques de machines-outils. Les tours utilisent une broche pour faire tourner l’objet. Les fraiseuses, quant à elles, utilisent une broche pour faire tourner l’outil.
Principe des broches
Une broche étant un mécanisme ou un dispositif qui effectue un mouvement de rotation, elle nécessite une source d’énergie pour générer le mouvement de rotation. Les moteurs électriques sont principalement utilisés pour générer le mouvement rotatif, mais les moteurs pneumatiques sont également utilisés.
Dans la plupart des cas, la vitesse de rotation et le couple sont contrôlés par des engrenages ou des poulies, plutôt que par la transmission directe de la puissance du moteur, afin de garantir des conditions d’usinage optimales. Les broches utilisent aussi généralement des roulements pour maintenir une stabilité et une précision de rotation élevées.
Certaines broches utilisent des roulements sans contact, tels que des roulements à air ou des roulements hydrauliques, pour améliorer encore la précision. La broche étant structurée comme l’arbre rotatif d’une machine-outil, la détérioration est inévitable en raison des vibrations et de la pression causées par l’usinage. Par conséquent, une précision de rotation constante doit être maintenue à tout moment grâce à un entretien régulier et au remplacement des pièces.
La méthode de contrôle la plus courante consiste à fixer un outil de contrôle sur la broche, à faire un tour d’un objet cylindrique et à comparer la différence avec le tour de l’objet cylindrique.
Types de broches
Les broches peuvent être classées en plusieurs types en fonction de leur système d’entraînement, de leur structure et de leur précision.
1. Broche à entraînement externe
Ce système est utilisé en combinaison avec d’autres sources d’énergie, telles qu’un moteur externe, pour faire tourner la broche. Également appelée broche à poulie. La vitesse est augmentée ou réduite à une vitesse de rotation spécifique.
2. Broche à moteur intégré
Le moteur et la broche sont intégrés dans une seule unité, également appelée broche moteur. L’arbre du moteur fait office de broche, ce qui le rend compact et permet un usinage de haute précision. Elles sont utilisées dans diverses machines-outils et également dans les mains des robots.
3. Broche pneumatique
Les broches pneumatiques sont des broches supportées par des paliers à air hydrostatiques ou alimentées par de l’air comprimé. Les paliers à air hydrostatiques supportent les broches sans contact, ce qui se traduit par de faibles pertes de paliers, un fonctionnement silencieux et l’absence de contamination par l’huile. Ils conviennent aux applications pour lesquelles l’huile ne peut pas être utilisée.
Les broches pneumatiques utilisant de l’air comprimé présentent les avantages d’une grande précision de rotation et d’une faible déformation thermique de la broche. Une turbine à air ou un dispositif similaire est utilisé pour l’entraînement. L’inconvénient est que le couple est faible et que la vitesse de rotation peut facilement varier en fonction de la résistance de coupe. Également appelée broche à turbine à air.
Les broches à moteur pneumatique, entraînées par un moteur pneumatique, sont utilisées pour les applications à faible vitesse. Elles conviennent à l’usinage à couple élevé à des vitesses relativement faibles.
4. Broche à haute fréquence
Ces broches sont équipées d’un moteur à haute fréquence intégré à la broche. Elles sont utilisées pour augmenter la vitesse de rotation ou pour contrôler la vitesse de rotation et le couple.
Broche avec moteur à haute fréquence intégré à la broche. Elle permet d’augmenter la vitesse de rotation et de contrôler la vitesse de rotation et le couple.