Le tournage est un procédé ancestral qui façonne des pièces en enlevant de la matière à l'aide d'outils coupants. Dans l'industrie manufacturière moderne, le tournage est réalisé sur des tours ou des machines à commande numérique (CNC) pour produire des pièces aux dimensions précises et aux surfaces lisses. Deux opérations de tournage courantes Il s'agit du tournage par étapes et du tournage conique. Dans cet article, nous comparons ces deux méthodes en détail et expliquons les différents aspects qui les distinguent.
Aperçu du tournage par étapes
Tournage pas à pas Le tournage est considéré comme l'une des opérations les plus fondamentales. Ce procédé consiste à usiner une pièce cylindrique en rotation pour produire des sections distinctes, ou « gradins », de diamètres variables. Chaque gradin est une section plate de diamètre constant, ce qui donne à la pièce un aspect en escalier.
Qu'est-ce qu'un pas à pas ?
Le tournage par paliers désigne l'opération au cours de laquelle l'outil de coupe usine plusieurs sections le long d'une pièce, chacune ayant un diamètre spécifique et constant. L'outil de coupe est aligné de manière à se déplacer parallèlement à l'axe de la pièce en rotation. La surface ainsi créée est composée de paliers distincts, semblables aux niveaux d'un escalier. Chaque palier est conçu pour répondre à un objectif précis, comme la fourniture de surfaces de montage, de logements pour roulements, ou même l'esthétique de certains composants mécaniques.
Comment fonctionne le processus de tournage par étapes ?
Le tournage par étapes commence généralement par le montage d'une pièce ronde uniforme sur le tour. L'opérateur effectue une première ébauche afin de garantir un diamètre de départ constant et d'éliminer les irrégularités de surface. L'outil se déplace ensuite parallèlement à l'axe de la pièce pour usiner une étape à la fois. À chaque étape, l'outil est soumis à un test de précision. Machiniste CNC ou le programme CNC diminue progressivement le diamètre, en respectant les spécifications de conception.
Une fois toutes les étapes réalisées, le processus se termine souvent par une coupe de finition.
Aperçu du tournage conique
Contrairement au tournage par paliers, le tournage conique permet de produire des pièces dont le diamètre varie progressivement sur toute leur longueur. Ce procédé produit des surfaces coniques ou effilées, différentes des surfaces planes obtenues par le tournage par paliers.
Qu'est-ce que le tournage conique ?
Tournage conique Procédé permettant de créer une surface continue et graduellement modifiée sur une pièce. Lors de cette opération, le diamètre de la pièce est modifié régulièrement, ce qui lui confère un profil conique ou effilé. Cette surface effilée peut être utilisée à diverses fins, comme l'assemblage de composants, la réalisation d'ajustements par frottement ou le bon alignement des assemblages mécaniques.
Comment fonctionne le processus de tournage conique ?
Le tournage conique comprend plusieurs étapes préparatoires, similaires au tournage par étapes. Une pièce ronde uniforme est d'abord fixée au tour, puis une ébauche est appliquée pour préparer la pièce. L'opérateur calcule ensuite l'angle de conicité nécessaire à l'aide de relations géométriques simples. L'angle de conicité (α) est déterminé par le rapport entre la longueur de la section conique (L), le diamètre maximal (D) et le diamètre minimal (d).
Une fois l'angle de cône déterminé, l'opérateur règle le tour selon la méthode appropriée pour obtenir l'angle requis. Les méthodes incluent :
- Accessoire de tournage conique : Un dispositif spécial qui ajuste l'angle d'avance de l'outil de coupe.
- Contre-pointe décalée : Une technique dans laquelle la contre-pointe est déplacée hors du centre pour incliner la pièce.
- Glissière composée : Réglage de l'angle du porte-outil ou du support composé.
- Outil de formulaire : En utilisant un outil conçu sur mesure dont le tranchant est déjà incliné pour correspondre à l'angle de conicité.
Après avoir réglé la machine selon la méthode choisie, l'outil enlève de la matière sur toute la longueur de la pièce, en suivant l'angle de conicité calculé, pour former la surface conique souhaitée. Une coupe de finition est généralement appliquée pour obtenir une surface lisse.
Analyse comparative du tournage par étapes et du tournage conique
Fabricants d'usinage CNC On choisit souvent entre le tournage par étapes et le tournage conique en fonction des exigences de conception et des applications spécifiques de la pièce. Les différences entre ces méthodes de tournage concernent la géométrie de la pièce, le mouvement de l'outil, les exigences de programmation CNC et l'efficacité de la production.
Géométrie et forme
| Aspect | Tournage pas à pas | Tournage conique |
|---|---|---|
| Forme finale | Segments cylindriques à gradins | Surface conique continue |
| Profil de surface | Épaules distinctes et zones plates | Changement de gradient de diamètre en douceur |
| Complexité de la géométrie | Simple et modulaire | Continu et peut varier sur la longueur |
Mouvement et configuration des outils
Tournage par étapes :
- Le outil de coupe se déplace parallèlement à l'axe de la pièce.
- Le mouvement est principalement linéaire, ce qui facilite la planification et l’exécution.
- La position de l'outil reste la même à chaque étape, ce qui simplifie la configuration.
Tournage conique :
- L'outil de coupe se déplace à un angle par rapport à l'axe de la pièce.
- Le mouvement de l'outil nécessite que la configuration d'usinage tienne compte à la fois du déplacement linéaire et angulaire.
- Des ajustements dans l'orientation de l'outil sont nécessaires, et ces ajustements peuvent être effectués en décalant la contre-pointe, en utilisant une glissière composée ou en installant un accessoire de tournage conique.
Complexité de la programmation
Les différences de programmation dans l’usinage CNC pour ces deux processus sont notables.
| Aspect programmation | Tournage pas à pas | Tournage conique |
|---|---|---|
| Type de commande | Commandes linéaires simples | Commandes linéaires et angulaires |
| Exigences de calcul | Dimensions de base par étape | Calculs d'angle de cône et de vitesse d'avance variable |
| Niveau de compétence de l'opérateur | Coût en adjuvantation plus élevé. | Meilleure performance du béton |
| Tolérance aux erreurs | Tolérance généralement élevée en raison d'un mouvement plus simple | Tolérance plus faible en raison de la complexité du mouvement |
Finition de surface et post-traitement
La qualité de surface est un facteur important dans le choix du procédé de tournage.
Tournage par étapes :
- Surfaces multiples créées par des coupes répétées.
- Chaque changement de diamètre implique une transition qui peut nécessiter une finition supplémentaire.
- La qualité de surface finale dépend de la précision de chaque étape.
Tournage conique :
- Une surface continue avec un changement progressif de diamètre.
- La finition est effectuée sur une seule surface, réduisant ainsi le risque de profils incompatibles.
- La douceur de la finition dépend en grande partie du maintien d'un angle de conicité stable.
Applications dans l'industrie et la fabrication
Le tournage étagé et le tournage conique ont des applications spécifiques dans plusieurs domaines. Les fabricants choisissent souvent la méthode la mieux adaptée aux exigences fonctionnelles et d'assemblage du composant.
| Industrie | Applications du tournage par étapes | Applications du tournage conique |
|---|---|---|
| Automobile | Essieux, engrenages, bielles | Composants de soupapes, goujons de moteur |
| CNC et précision | Arbres de broche, porte-outils, dispositifs de serrage | Sièges coniques pour pinces, broches |
| Médical | Tiges d'outils chirurgicaux, composants de support | Fraises dentaires, aiguilles coniques |
| PETROLE ET GAZ | Arbres de pompe, tuyaux sectionnels | Forets coniques, embouts de buse |
| Vitrines et Écrans Numériques | Manchons de montage, broches de connexion | Pointes à souder, contacts coniques |
Considérations sur la programmation CNC
Les machines CNC modernes ont simplifié de nombreuses opérations d'usinage ; cependant, les exigences de programmation diffèrent :
Programmation par étapes :
- Le code CNC pour le tournage par étapes est souvent simple.
- Les commandes de programmation impliquent généralement des mouvements linéaires et des ajustements de diamètre simples pour chaque étape.
- Le processus nécessite des calculs moins complexes.
Programmation du tournage conique :
- Programmation CNC pour le tournage conique, c'est plus complexe.
- Le programme doit calculer l'angle de conicité, la vitesse d'avance et synchroniser le mouvement de plusieurs axes.
- Une programmation précise est essentielle pour garantir que le cône est cohérent le long de la pièce.
Avantages et limites de chaque méthode
Les fabricants doivent être conscients des points forts et des contraintes du tournage par étapes et du tournage conique lorsqu'ils planifient leur stratégie de production.
Avantages du tournage par étapes
- L'outil se déplace de manière simple et parallèle, ce qui minimise le risque d'erreurs.
- Le processus est généralement plus rapide car il implique moins d’ajustements.
- Les étapes discrètes sont plus faciles à vérifier et à maintenir dans des tolérances strictes.
- Les codes CNC pour le tournage par étapes impliquent des commandes simples et linéaires.
- Les épaulements transparents produits par tournage par étapes créent des surfaces de contact fiables pour d'autres pièces.
Limites du tournage par étapes
- La présence de transitions brusques peut parfois entraîner des difficultés dans les processus de finition ultérieurs.
- Le tournage par étapes ne prend pas en charge les transitions progressives, ce qui peut limiter son utilisation pour les pièces de formes coniques.
- Des étapes supplémentaires peuvent être nécessaires pour lisser les bords entre les étapes.
Avantages du tournage conique
- La méthode produit une surface continue sans changements brusques, ce qui peut améliorer la finition de surface globale.
- Le tournage conique prend en charge les angles de cône constants et variables, permettant la création de pièces aux formes complexes.
- Un cône continu conduit souvent à un meilleur alignement et à un meilleur ajustement dans les assemblages.
- La nature monopasse du tournage conique peut produire une finition très raffinée qui nécessite moins d'opérations secondaires.
Limites du tournage conique
- La nécessité de synchroniser plusieurs axes et de calculer l’angle de conicité augmente la complexité de la programmation.
- La nécessité d'ajustements, tels que le décalage de la contre-pointe ou les modifications du chariot composé, nécessite un étalonnage minutieux.
- Les calculs supplémentaires et les mouvements d'outils peuvent ralentir le processus d'usinage par rapport au tournage par étapes.
- Un petit écart dans l’angle de coupe peut entraîner des imprécisions qui affectent les performances de la pièce.
Les fabricants et les ingénieurs doivent évaluer soigneusement ces avantages et ces limites lorsqu’ils décident de la technique à adopter.
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Conclusion
Chaque composant, des simples arbres aux outils coniques complexes, bénéficie d'une compréhension précise de ces procédés. Les fabricants peuvent choisir l'une ou l'autre méthode en fonction de leurs exigences de conception, de leur échelle de production et de leurs attentes en matière de qualité. En combinant les atouts des deux approches et en tirant parti de la technologie CNC avancée, les industries peuvent améliorer considérablement l'efficacité de leur production et la qualité de leurs composants.
QFP
Le tournage par étapes crée des sections discrètes avec des diamètres constants séparés par des épaulements distincts, tandis que le tournage conique forme une surface conique lisse et continue en modifiant progressivement le diamètre le long de la pièce.
Le tournage conique est choisi lorsqu'une transition douce et continue est requise. Ce procédé est courant dans des applications telles que les sièges de soupape, les cônes Morse et les composants de précision nécessitant un changement progressif de diamètre.
La programmation CNC automatise les trajectoires d'outils pour les deux procédés. Pour le tournage par étapes, elle gère les mouvements linéaires de base, tandis que pour le tournage conique, elle coordonne les mouvements angulaires et calcule les angles de conicité précis pour obtenir la géométrie souhaitée.
Cet article a été rédigé par les ingénieurs de BOYI TECHNOLOGY. Fuquan Chen est un ingénieur et expert technique fort de 20 ans d'expérience en prototypage rapide et en fabrication de pièces métalliques et plastiques.
