L'indexation différentielle est une technique importante utilisée dans les fraiseuses pour permettre des rotations angulaires précises de la pièce. Cette méthode est particulièrement utile sur les fraiseuses à commande numérique par ordinateur (CNC) pour générer des profils d'engrenages complexes et des cercles de trous de boulons.
En utilisant un différentiel à engrenage droit, des avances fractionnaires de la manivelle d'indexation peuvent être obtenues par rapport à la rotation de la broche. Cela permet des mouvements angulaires plus précis que ce qui serait possible avec une simple indexation. Les commandes CNC peuvent facilement être programmées pour calculer et sélectionner les réglages précis des engrenages et les mouvements de manivelle nécessaires pour générer n'importe quel angle souhaité, permettant un usinage extrêmement précis.
L'indexation différentielle combine deux entrées, la rotation de la manivelle d'indexation et celle de la broche, via un ensemble de pignons de changement. Cela produit des avancées angulaires extrêmement fines de la table de travail à chaque mouvement de manivelle. Comprendre comment configurer et utiliser correctement l'indexation différentielle est essentiel pour tout machiniste CNC cherchant à étendre ses capacités et à améliorer la précision des pièces.
Cet article passera en revue les mécanismes et les calculs derrière l'indexation différentielle sur Fraiseuses CNC. Nous fournirons également des exemples et des techniques pour son utilisation efficace dans les applications d'usinage.
L'indexation différentielle est une méthode qui permet une rotation angulaire précise de la pièce sur une fraiseuse. Il combine deux entrées - la rotation de la manivelle d'indexation et celle de la broche - via un train d'engrenages pour produire des incréments extrêmement fins de mouvement de la table de travail.
Simplement, il fournit un moyen de diviser une rotation complète en fractions plus fines que ne peut le faire l’indexation directe. Cela se fait grâce à un différentiel à engrenages, similaire au différentiel d'une voiture, qui mélange deux mouvements angulaires.
Une fraiseuse manuelle permet à un opérateur de générer avec précision des cercles de boulons, des arbres cannelés, des engrenages et bien plus encore en faisant avancer les petits angles spécifiques à la table à chaque rotation de manivelle. Les engrenages modifient le rapport entre la manivelle d'indexation et la broche, vous permettant de composer une boîte de vitesses diviseuse.
Pour les fraiseuses CNC, l'indexation différentielle permet de programmer des rotations précises, permettant l'usinage de composants complexes nécessitant une précision et une répétabilité de haut niveau. Les contrôleurs peuvent être configurés pour déplacer l'angle précis nécessaire, en utilisant le différentiel pour diviser chaque rotation aussi granulairement que nécessaire par l'application.
Il s'agit d'une technique manuelle et CNC polyvalente qui utilise un différentiel à engrenages pour diviser les rotations en minuscules incréments, permettant une indexation angulaire très précise inégalée par d'autres approches. Cela ouvre une nouvelle précision et flexibilité pour les applications de fraisage.
L'indexation différentielle apporte des avantages uniques au fraisage CNC qui peuvent ouvrir de nouveaux niveaux de précision et de capacités. Il existe plusieurs raisons impérieuses pour lesquelles les machinistes CNC devraient utiliser cette technique :
Les différentiels d'engrenages au cœur de l'indexation différentielle permettent de diviser une seule rotation en minuscules fragments - des incréments allant jusqu'aux dixièmes ou centièmes de degré. Cela garantit un positionnement précis et des contours lisses qui ne seraient pas possibles autrement. Des composants présentant des caractéristiques délicates telles que de minuscules cannelures, des engrenages détaillés et des profils lobés complexes peuvent être produits.
Une tête de division essentiellement programmable, des modèles de trous complexes, des cercles de boulons non standard, des filetages à plusieurs départs et d'autres géométries uniques peuvent être usinés de manière flexible comme jamais auparavant. Le contrôleur CNC peut déplacer la table, la broche ou la tête de division selon n'importe quel angle précis dont les fonctionnalités ont besoin - ce qui est impossible à faire rapidement et précisément via des configurations manuelles.
Les rotations de précision programmables signifient moins de recours à des montages complexes et au maintien du travail pour obtenir les angles et les caractéristiques nécessaires. Qu'il s'agisse d'un cercle primitif irrégulier, d'un polygone multipoint ou d'un engrenage à vis sans fin complexe, il peut être usiné avec précision et facilité en laissant le programme gérer l'indexation de précision.
La commutation entre différents espacements de fonctionnalités, nombre de trous, dents d'engrenage, etc., devient basée sur un logiciel. Il n'est plus nécessaire de changer mécaniquement les plaques d'indexation et les engrenages pour obtenir différents incréments. La réduction du changement physique permet de gagner un temps de configuration important.
L'indexation de rotation finement contrôlée et répétable minimise la perte de déchets due à des angles et des positions mal usinés. Ce qui est programmé, c'est ce qui sera coupé, améliorant ainsi la qualité et réduisant le gaspillage de matériaux.
Au cœur de toute configuration d'indexation différentielle se trouve un système d'engrenage planétaire ou épicycloïdal robuste qui permet de combiner deux mouvements angulaires pour produire des incréments extrêmement fins. Il s'agit généralement d'un ou plusieurs engrenages solaires, d'engrenages planétaires, de couronnes dentées et d'un support, méticuleusement usinés et assemblés.
Le moteur de broche principaleentraîne le planétaire, tandis qu'un pédalier décalé est alimenté par la manivelle d'indexation. Leurs rotations alimentent le train épicycloïdal depuis des côtés opposés. La sortie de la couronne dentée est reliée à la plaque d'indexation et à la pièce à usiner.
La magie opère lorsque les deux entrées fournissent une vitesse angulaire au train d’engrenages. En raison de légères différences dans les diamètres et les rapports des engrenages, un très petit mouvement différentiel est additionné. Essentiellement, de minuscules fragments de chaque rotation sont combinés.
Cela permet de diviser un tour complet en petites tranches en fonction du rapport de transmission, en faisant avancer la pièce par incréments infimes, comme 0,05 degrés ou moins. Un ensemble de pignons de changement avec un nombre variable de dents offre différentes options de rapport pour diviser davantage selon les besoins.
La CNC moderne utilise des contrôleurs programmables pour automatiser ce processus avec une grande précision. En suivant les rotations et les directions des servomoteurs sur les deux entrées, tout mouvement incrémentiel peut être émis de manière fiable et répétée.
Le faire manuellement serait presque impossible. Cependant, sur la base des commandes du programme, la CNC gère toute la synchronisation et les mouvements de précision en arrière-plan. Cela permet d'usiner une indexation complexe de trous, de formes, de vis sans fin, d'engrenages et de gravures avec une précision incroyable.
Le train d'engrenages différentiel agit comme un diviseur, permettant de combiner de très petits fragments de rotation provenant de deux sources. Cela permet un positionnement angulaire précis inaccessible avec de simples têtes d’indexation. Le processus est automatisé et reproductible grâce au contrôle CNC, permettant des géométries de pièces de niveau supérieur.
Comme indiqué précédemment, l'indexation différentielle utilise un système d'engrenage planétaire robuste, généralement composé d'un engrenage solaire, d'engrenages planétaires, d'une couronne dentée et d'un support. Les dents d'engrenage comptent et les diamètres créent des rapports spécifiques qui permettent de combiner la rotation de la broche avec la rotation de la manivelle d'indexation pour produire des incréments de micro-degrés.
La mécanique divise un mouvement en de nombreux petits fragments, composant une tête de division très précise. Les rapports peuvent être personnalisés en changeant de vitesse pour obtenir les incréments fins souhaités. Ainsi, comprendre ces mécanismes fondamentaux permet une configuration et des calculs appropriés.
Pour utiliser avec succès l'indexation différentielle, le machiniste doit soigneusement modéliser le système en fonction des contraintes mécaniques et du rendement souhaité. Cette modélisation mathématique définit le nombre de dents, les rapports d'engrenage, les incréments par tour, le nombre de coupes caractéristiques nécessaires, les rotations totales et d'autres spécifications programmées.
La résolution mathématique de ces variables avant d'écrire le code garantit que le programme CNC produira l'espacement des trous, les profils d'engrenages, le nombre de lobes, etc. prévus, conformément aux spécifications. Prendre le temps de calculer les positions au préalable évite de mettre au rebut des pièces.
Les procédures de programmation CNC éprouvées et validées par les mathématiques entrent en jeu pour définir les coordonnées de travail, les mouvements de position, les compensations d'outils, etc. La planification des routines d'ébauche autour des passes finales permet d'obtenir une finition et une précision spécifiées. Des techniques telles que le fait de laisser les tiges dans des engrenages semi-finis permettent d'accéder à une haute précision lors de la coupe différentielle finale.
D'autres considérations concernent les mouvements de dégagement pour éviter les collisions, la gestion des copeaux, l'utilisation de liquide de refroidissement, etc., qui facilitent le processus d'usinage. Les subtilités de la méthodologie de programmation se mélangent aux exigences uniques de l’indexation différentielle pour réussir.
Travailler avec précision sur les rotations d’indexation différentielle repose sur une formule simple tenant compte de ces variables clés :
La mise en œuvre correcte de l’indexation différentielle nécessite de comprendre la mécanique et les rapports du train d’engrenages. Cela inclut le nombre d'engrenages planétaires, le nombre de dents de l'engrenage solaire/couronne, le pas des engrenages, etc. La modélisation du système permet de calculer la sortie de division du mouvement.
La sélection des vitesses de changement appropriées est cruciale pour diviser les mouvements comme prévu. Changer les jeux d'engrenages permet de modifier les rapports d'engrenage pour programmer des degrés de micro-incréments spécifiques par tour de broche. Les ratios peuvent être facilement échangés pour différents besoins.
Le mouvement de la manivelle d'indexation et son engrenage dans le train déterminent dans quelle mesure elle contribue au rendement par tour. Généralement, la manivelle est conçue pour se déplacer beaucoup plus lentement que la broche afin de contribuer à de fins fragments de mouvement. Le rapport a un impact sur le fractionnement de la rotation.
Lors de l'usinage de motifs complexes, le nombre de coupes par tour de travail entre en jeu. Cela définit essentiellement le nombre de fois où la division différentielle se produit par passe. La combinaison avec l'incrément de degré définit le nombre total de tours.
Plus important encore, les exigences de conception finale déterminent la précision d'indexation et les rotations nécessaires. Des motifs complexes peuvent nécessiter des incréments très fins de quelques secondes d'arc seulement, ce qui nécessite de modéliser le système pour produire de tels micro-mouvements. L'application exige des spécifications de lecteur.
Comptabilisation duci-dessus, le train d'engrenages peut être modélisé mathématiquement pour calculer le nombre de tours, l'incrément de degré par tour et la rotation totale pour usiner les caractéristiques comme spécifié. Les ratios et les répartitions sont essentiels au calcul au niveau de la programmation.
Il est donc compréhensible qu’un certain nombre d’analyses préalables soient cruciales pour déployer avec succès l’indexation différentielle afin d’atteindre les objectifs de l’application. Cependant, sa précision et sa flexibilité supérieures en valent la peine pour les machinistes CNC qualifiés.
Avoir une idée du fonctionnement de la division différentielle demande du temps et de l'expérience. Il est judicieux d'exécuter des configurations de test initiales avec des vérifications d'indicateurs et de déboguer lentement tout problème. Développez une intuition de l'impact du changement de vitesse et de rapport sur les minuscules incréments résumés à partir des mouvements divisés.
Faites le calcul minutieusement avant d’usiner des matériaux coûteux. Dérivez les rapports de démultiplication et le nombre de dents nécessaires pour diviser comme prévu. Tenez compte des engrenages planétaires, du diamètre primitif de la couronne, de la contribution de la manivelle d'indexation et d'autres facteurs du train. Modélisez d’abord soigneusement le système sur papier.
Planifiez le code CNC complet requis pour le travail, y compris le positionnement, les points zéro, les passes de profondeur, etc. Cartographiez les commandes de rotation nécessaires pour accéder aux cercles de trous, aux index géométriques, aux pas de filetage, etc. pas à pas, comme pour tout travail CNC.
Essayez des coupes tests dans des métaux bon marché pour prouver la logique du programme et le flux de travail avant d'essayer le stock final. Affinez les vitesses, les avances et les passes pour atteindre les exigences de finition et de précision. Résolvez dès le départ tout problème qui survient lors des tentatives de tests.
Utilisez des indicateurs, des rapporteurs, des jauges de rayon, des optiques et d'autres outils de métrologie pour vérifier les incréments usinés réels par rapport à ceux programmés. Confirmez les angles, l'espacement des trous, la qualité du mur, etc., respectez les spécifications après les essais initiaux et ajustez si nécessaire. La mesure confirme le succès.
La maîtrise de la division différentielle précise en CNC est un processus itératif de programmation CNC calculée intégré à des tests et des inspections pratiques pour prouver les résultats. Mais une fois comprises, la flexibilité et la précision exceptionnelles ouvrent de nouvelles possibilités d'usinage.
L'indexation différentielle brille pour le travail de précision des engrenages. Les entraînements à vis mère peuvent couper des engrenages droits ou hélicoïdaux standard, mais la CNC à indexation différentielle excelle vraiment dans les cannelures, les jeux d'engrenages en grappe, les entraînements à vis sans fin et les profils complexes avec des tolérances, des enveloppes et des formes de dents complexes. La flexibilité permet une taille d'engrenage très précise.
Depuis les simples cercles de perçage central jusqu'aux polygones complexes et aux motifs façonnés, l'entraînement différentiel de la plaque d'indexation ou de la table rotative permet tout espacement incrémentiel. Les cercles primitifs réguliers ou irréguliers pour les boulons, les supports de composants de précision, les dispositions de dispersion de fluide et bien plus encore deviennent des tâches de programmation simples.
L'étau peut tirer parti de l'indexation différentielle lorsqu'il est monté directement sur la table de la fraiseuse. En verrouillant la base de l'étau tout en laissant la mâchoire mobile capable de tourner, des lignes de coupe très précises et des profils complexes peuvent être indexés et sculptés dans les faces de la mâchoire. Les volants ne limitent plus la complexité.
En utilisant des fraises à bout sphérique et à rayon d'angle, les formes libres peuvent tirer parti de l'indexation différentielle pour minimiser les enjambements. La diffusion des incréments de rotation pour correspondre aux contours du parcours d'outil minimise les chevauchements scalaires pour la finition. Les composants médicaux personnalisés, les moules d’injection et les aubes de turbine (ved) en bénéficient.
La coupe de filetages de fixation à double ou triple démarrage, de vis sans fin ou d'entraînements à vis sans fin est simplifiée en programmant les rapports d'engrenage différentiels pour indexer correctement les démarrages. Aucun échange de changement de vitesse mécanique n'est nécessaire pour définir des câbles spécifiques à l'aide d'une rotation différentielle contrôlée par CNC.
Les applications pénètrent dans les domaines traditionnels et émergents grâce à la fusion intelligente du calcul, de la programmation et de la répartition des engrenages au micro-degré, renforcée par des systèmes d'indexation différentielle.
L'indexation différentielle est une technique extrêmement utile pour le fraisage CNC de précision. De minuscules incréments de degrés peuvent être obtenus à l'aide d'un engrenage différentiel pour diviser et additionner les micro-mouvements de la broche et de la manivelle d'indexation. Cela permet d'usiner des modèles de boulons, des formes d'engrenages, des contours, des départs et des profils complexes avec une répétabilité et une précision exceptionnelles. Comprendre comment calculer et programmer correctement les ratios donne aux machinistes de nouvelles possibilités. Qu'il s'agisse de découper des caractéristiques communes ou d'innover des géométries complexes, l'indexation différentielle offre un contrôle d'indexation flexible et précis pour faire passer les produits au niveau supérieur. Avec un développement continu, encore plus d’applications peuvent bénéficier de cette technologie.
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