Choix d’un servomoteur pour les applications de commande numérique et d’automatisation des machines – guide pratique d’ingénierie

Comment choisir un servomoteur dans les machines CNC modernes et l’automatisation industrielle ?

La sélection d’un servomoteur pour les applications de commande numérique et d’automatisation des machines est l’une des étapes clés de la conception d’un système de mouvement. Ce n’est pas seulement la précision du positionnement qui dépend d’un servomoteur correctement choisi, mais aussi la dynamique du fonctionnement, la durée de vie des composants mécaniques et la stabilité de l’ensemble du processus.

Dans la pratique industrielle, les erreurs commises lors de la sélection entraînent des vibrations de l’axe, une surchauffe des variateurs, le déclenchement des dispositifs de sécurité ou une réduction des performances de la machine. C’est pourquoi cet article aborde la sélection d’un variateur de vitesse d’un point de vue technique et pratique, sur la base d’une expérience réelle en matière de service et d’ingénierie.

Le servomoteur est un système d’entraînement complet composé de plusieurs éléments qui coopèrent étroitement :

• servomoteur comme actionneur,
• un servo-amplificateur (servo-contrôleur), qui contrôle le moteur en temps réel,
• un système de rétroaction tel qu’un codeur ou un résolveur.

Il convient de noter que le servomoteur ne comprend pas de système PLC ou CNC. Le système maître génère les tâches de mouvement, tandis que le servomoteur est responsable de leur exécution précise avec des temps de réponse très courts.

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Détermination des caractéristiques de mouvement de l’essieu

La première étape, absolument cruciale, consiste à analyser le mouvement de l’axe pour lequel le servomoteur CNC est conçu. À ce stade, il est important de définir clairement :

• le type de mouvement (positionnement point par point, interpolation, mouvement continu),
• la gamme des mouvements de l’essieu,
• la vitesse maximale requise,
• l’accélération et la décélération nécessaires.

À partir de ces données, le couple du servomoteur est déterminé – à la fois le couple continu et le couple de pointe. Il s’agit d’un paramètre critique, car il doit tenir compte de la masse des composants déplacés, de leur inertie et de toute la résistance mécanique du système.

Couple et inertie du système

Dans les applications CNC, la relation entre l’inertie de la charge et l’inertie du rotor du moteur est très importante. Une inertie de charge trop importante par rapport au moteur entraîne des problèmes de contrôle, des vibrations et une diminution de la précision du positionnement.

Dans la pratique, il est très fréquent de rencontrer des situations dans lesquelles un moteur nominalement “suffisant” ne fait pas face dynamiquement à l’essieu parce que les conditions réelles de fonctionnement n’ont pas été prises en compte. Il est donc toujours conseillé d’analyser l’ensemble du système mécanique et pas seulement les paramètres du catalogue.

Profil de fonctionnement et surcharges

Le choix du servomoteur doit tenir compte du profil de fonctionnement réel des axes. Les éléments à prendre en compte sont les suivants :

• la fréquence des démarrages et des arrêts,
• temps de fonctionnement à charge maximale,
• l’apparition de surcharges à court terme.

Le servomoteur doit être capable de gérer des surcharges momentanées sans surchauffe et sans déclencher de protection. Dans les applications CNC, les surcharges se produisent souvent lors de l’accélération de l’axe ou des changements de direction.

Retour d’information et précision du positionnement

La précision du contrôle de l’axe dépend directement du type et de la résolution du retour d’information. En fonction des exigences de l’application, les éléments suivants sont utilisés :

• les codeurs incrémentaux,
• les codeurs absolus,
• la résolution.

La haute résolution du retour d’information se traduit directement par la précision du positionnement, ce qui est particulièrement important dans les machines-outils à commande numérique et les machines de précision.

Communication et synchronisation des axes

Un servomoteur CNC moderne doit assurer une communication déterministe avec le système hôte. Les bus en temps réel tels que EtherCAT, PROFINET IRT ou SERCOS sont couramment utilisés dans l’automatisation des machines.

Une communication adéquate permet une synchronisation précise de plusieurs axes, ce qui est crucial dans les applications multi-axes, les lignes de production et les machines d’emballage.

Conditions environnementales et sécurité

La sélection du servomoteur doit également tenir compte des conditions environnementales. La température ambiante, la poussière, les vibrations ou l’humidité peuvent affecter de manière significative la durabilité et la fiabilité du système d’entraînement.

Des dispositifs de sécurité tels que le Safe Torque Off sont également standard dans les installations modernes pour répondre aux exigences de sécurité fonctionnelle sans nécessiter de composants supplémentaires.

Les servomoteurs en pratique – DC, CNC et solutions industrielles

Le servomoteur à courant continu est toujours présent dans l’automatisation industrielle, en particulier dans les machines plus anciennes et les applications de modernisation. Bien que les systèmes modernes à courant alternatif dominent le marché, les variateurs à courant continu sont toujours utilisés lorsqu’une dynamique élevée et une stabilité du couple sont nécessaires.

En pratique, il est très important de choisir une solution de remplacement ou de modernisation appropriée qui conserve les paramètres de mouvement de la machine d’origine.

Exemple : Servomoteur Mitsubishi dans l’automatisation des machines

Le servomoteur mitsubishi est souvent choisi pour les applications CNC et les machines spéciales en raison de sa grande précision de contrôle, de ses fonctions de diagnostic étendues et de sa large compatibilité avec les systèmes PLC.

Le choix correct d’un servovariateur Mitsubishi doit toujours tenir compte non seulement des paramètres du moteur, mais aussi de la nature de l’application, des exigences dynamiques et des capacités de communication de l’ensemble du système.

La sélection d’un servomoteur est un processus d’ingénierie qui nécessite une analyse de la mécanique, de la dynamique et des conditions de fonctionnement de la machine. Un servomoteur CNC correctement sélectionné garantit un fonctionnement stable, une grande précision et une longue durée de vie du système.

En cas de doute, il est conseillé de consulter un service d’automatisation industrielle expérimenté qui tient compte à la fois de la théorie et de la pratique opérationnelle.

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