Tournage par Échelons vs Tournage Conique : Différences Clés Expliquées

Le tournage est une opération d'usinage fondamentale qui soutient l'industrie manufacturière depuis des siècles. Il continue d'évoluer et reste une technique de fabrication de base aujourd'hui. Cet article discutera de deux types d'opérations de tournage : tournage par échelons vs tournage conique. Nous explorerons le processus d'échelons et le processus conique et expliquerons leurs différences.

Brève Introduction au Tournage

Le tournage est essentiellement une opération de coupe où un outil tranchant façonne une pièce tournante en enlevant de la matière de sa surface. L'outil se déplace le long de la surface de la pièce selon un motif spécifique pour obtenir la forme désirée.

Principalement, le tournage crée des formes cylindriques ou coniques du fait du mouvement rotatif de la pièce. Cependant, les technologies modernes de tournage CNC peuvent aussi créer des caractéristiques géométriques plus complexes.

Une machine tour effectue généralement les opérations de tournage. Ce peut être un tour à moteur standard, tour à tourelle, ou un tour CNC. De nos jours, centres d'usinage CNC avancés comme tours-fraiseuses peuvent aussi atteindre des géométries précises pour le tournage.

Le tournage par échelons et le tournage conique sont deux types courants d'opérations de tournage. Examinons maintenant ces sujets en profondeur.

Le processus de tournage par échelons est le plus fondamental et simple dans la comparaison tournage par échelons vs tournage conique. En tournage par échelons, une machine tour est utilisée pour créer plusieurs échelons (sections avec différents diamètres) le long de la longueur de la pièce cylindrique tournante.

Chaque échelon est une section à diamètre constant. Cela indique que la direction d'avance de l'outil de coupe du tour est toujours parallèle à l'axe de la pièce.

Puisque l'apparence de sections avec différents diamètres ressemble à des « marches » comme dans un escalier, le nom « tournage par échelons » est devenu courant. La figure ci-dessous montre un arbre multi-échelons typique avec les terminologies pertinentes.

La pièce finale peut avoir n'importe quel nombre d'échelons, selon le design. Ces échelons peuvent avoir de nombreuses applications comme fournir des sièges pour composants d'accouplement comme manchons, épaulements pour positionner roulements, ou pour des raisons esthétiques.

Comment Fonctionne le Processus de Tournage par Échelons ?

Le processus de tournage par échelons est assez simple mais requiert de la patience. Généralement, le tournage par échelons commence avec un brut rond uniforme monté dans la machine.

Ensuite, une coupe d'ébauche initiale est prise pour obtenir un diamètre uniforme sur la longueur du brut et enlever toute caractéristique inégale sur la surface.

Après, les machinistes effectuent le tournage par échelons de manière graduelle, diminuant le diamètre de chaque section en plusieurs échelons jusqu'à atteindre le diamètre correct. Pour chaque échelon subséquent, l'outil de coupe doit assurer alignement et dimensions corrects.

À la fin, c'est une bonne pratique d'ajouter une passe de finition. Cela aide à obtenir une finition de surface fine et un contrôle précis des dimensions.

Qu'est-ce que le Tournage Conique ?

Passons maintenant à la seconde partie de notre discussion sur tournage par échelons vs tournage conique. Le processus de tournage conique crée une surface avec un cône, ce qui signifie que le diamètre de la pièce change progressivement le long de sa longueur. La pièce finale a une forme conique, contrastant avec le tournage par échelons qui a des marches nettes et surfaces droites.

Le tournage conique peut avoir divers types. Résumé de chacun :

• Cône Externe : Cônes externes sur la surface extérieure de la pièce, comme montré dans la figure ci-dessus.
• Cône Interne : Cônes internes créés sur la surface intérieure de pièces creuses, typiquement avec un outil d'alésage.
• Cône Droit : La surface conique est droite et sans courbure. En d'autres termes, les cônes droits ont un angle de cône constant le long de la longueur de coupe.
• Cône Variable : Cônes variables ne sont pas droits. Ils présentent courbes et splines en utilisant un angle de cône variable.

Comment Fonctionne le Processus de Tournage Conique ?

Le processus de tournage conique est un peu plus complexe quand il s'agit de comparer tournage par échelons vs tournage conique. Les machinistes doivent considérer plus de facteurs quand ils planifient une coupe conique et pratiquer plus de soin.

Généralement, les points liés au montage de pièce, coupes d'ébauche et surépaisseurs de finition sont les mêmes qu'en tournage par échelons. Il y a cependant d'autres facteurs à considérer.

Premier et avant tout, l'angle de cône est calculé. Regardons la figure ci-dessus. Elle montre la forme finale de la pièce avec un cône. Les termes sont :

• α = Angle de cône
• L = Longueur de la portion conique de la pièce
• D = Diamètre maximum au gros bout du cône
• d = Diamètre minimum au petit bout du cône

La formule suivante calcule l'angle de cône :

tan(α) = (D - d) / (2 × L)

C'est l'angle que l'outil de coupe doit suivre par rapport à l'axe de la pièce tournante.

Après calcul de l'angle de cône, les machinistes choisissent une méthode de tournage conique adaptée. Il y a plusieurs techniques pour effectuer le tournage conique. Les méthodes les plus courantes sont :

• Dispositif de Tournage Conique : Les machinistes utilisent un dispositif spécial sur le tour qui permet à la direction d'avance d'être à un angle équivalent à l'angle de cône.
• Contre-pointe Décalée : La contre-pointe du tour est légèrement décalée sur le côté, inclinant la pièce à un angle. En ajustant finement le décalage, l'angle de cône correct peut être atteint.
• Chariot à Composé : L'angle du chariot à composé du tour est aussi ajustable. Généralement, il y a aussi une jauge d'angle gravée sur la base du chariot. Dans de nombreux cas, c'est la façon la plus commode et rapide de faire du tournage conique en usinage manuel.
• Outil de Forme : Cette méthode utilise des conceptions d'outils personnalisés (outils de forme) avec un tranchant incliné. L'angle d'inclinaison équivaut à l'angle de cône. Dans cette technique, la direction d'avance est perpendiculaire à l'axe de la pièce.

Différences Clés Entre Tournage par Échelons et Tournage Conique

Le processus de tournage par échelons et le processus de tournage conique sont tous deux des opérations de tour avec configuration machine et outil similaires. Cependant, comme nous venons de voir, il y a divers points de différenciation. Un ingénieur et technicien expert doit bien connaître ces différences pour comprendre pleinement quand et comment utiliser chaque type de processus de tournage.

Géométrie de la Pièce

La différence la plus significative entre tournage par échelons et tournage conique est en termes de géométrie. Les pièces tournées par échelons ont des profils plats, à marches tandis que le tournage conique crée des profils coniques.

Dans un processus de tournage conique variable, la pente du profil présente des courbes, le rendant plus polyvalent que le tournage par échelons.

Mouvement de l'Outil

La direction d'avance de l'outil de coupe diffère entre les deux processus. En tournage par échelons, l'outil se déplace parallèlement à l'axe de la pièce. La distance de la pointe de l'outil à l'axe de la pièce équivaut au diamètre de l'échelon de l'arbre.

En tournage conique, du fait de l'exigence de couper le long de l'angle de cône, l'outil de coupe se déplace à un angle par rapport à l'axe de la pièce. Dans ce cas, comme l'outil se déplace à un angle, la distance entre le tranchant et l'axe de la pièce varie constamment. Cependant, elle reste entre le diamètre max et min de la section conique.

Configuration de l'Outil

La configuration d'outillage et méthode d'exécution sont aussi assez différentes pour comparer tournage par échelons vs tournage conique. La configuration d'outil est très simple en tournage par échelons, l'outil étant juste fermement monté dans toute orientation convenable sur le dispositif de montage.

Pour le tournage conique, beaucoup plus de soin et prise de décision sont nécessaires. Pour commencer, il y a plusieurs méthodes pour usiner un cône. Dans les sections précédentes, nous avons discuté de certaines méthodes courantes.

De plus, comme l'angle de cône est un autre paramètre du processus d'usinage, il introduit une source additionnelle d'imprécision. Chaque méthode a sa propre plage de tolérance pour l'angle de cône. Généralement, méthodes nécessitant ajustements manuels comme décalage contre-pointe ou chariot à composé sont moins précises que d'autres comme outils de forme ou machines CNC.

Post-Traitement

Le post-traitement pour composants tournage par échelons et tournage conique est aussi différent. Le processus de tournage conique produit généralement une surface unique avec une action de coupe unique. Cela produit une finition de surface plus fine qui est commode à polir.

En tournage par échelons, il y a plusieurs surfaces. Chaque échelon ajoute deux surfaces orthogonales, une parallèle à l'axe de rotation et une perpendiculaire. Ce type de géométrie est typiquement sujet à incohérences en termes de finition de surface. Surtout, aux points de transition, c'est-à-dire le bord où un échelon commence ou finit, est parfois dur à produire comme un coin parfait du fait du rayon de nez de l'outil de coupe.

Applications Courantes du Tournage par Échelons et Tournage Conique

Quels que soient les divers points de comparaison entre tournage par échelons vs tournage conique, ce sont tous deux des processus d'usinage importants en fabrication.

Industrie	Tournage par Échelons	Tournage Conique
Automobile	Arbres droits : axes, goupilles, arbres boîte de vitesses	Composants moteur : tiges soupape, goujons
Machines CNC	Arbre broche, queues d'outil	Sièges coniques de précision pour porte-outils, pinces, tirettes
Médical	Construction dispositifs médicaux : outils chirurgicaux, cannes support	Forets dentaires, aiguilles, broches orthopédiques
Pétrole et Gaz	Arbres pompe, tuyaux multi-sections	Buses, forets coniques
Électronique	Arbres moteur, manchons montage, actionneurs	Goupilles connexion, pointes soudure

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Tournage par échelons vs tournage conique sont des processus de tournage de base avec large gamme d'applications industrielles. Ingénieurs ont plusieurs méthodes à disposition pour effectuer les deux opérations, avec plusieurs différences en géométrie, technique et configuration machine-outil.

Le tournage conique peut-il se faire sur un tour manuel ?

Oui, le tournage conique peut se faire sur un tour manuel. Les machinistes utilisent plusieurs techniques. Par exemple, en ajustant l'angle de la contre-pointe, déplaçant l'outil de coupe à un angle avec le chariot à composé, ou avec outils de forme.

Quels sont les défauts courants en tournage par échelons et conique ?

Défauts courants en tournage incluent imprécisions dimensionnelles, mauvaise finition surface, usure outil. En tournage par échelons, préoccupation majeure : échelons non uniformes. En tournage conique, angles de cône incohérents sont un problème courant.

Comment choisir quelle méthode de tournage conique utiliser ?

Le choix de méthode dépend de facteurs comme taille pièce, angle cône, exigences qualité, disponibilité outils. Typiquement, cônes plus longs et plus précis sont mieux avec chariot à composé ou machine CNC.