Taïwan, une machine pour la production d’engrenages cycloïdaux ou à développante conçue avec l’aide de NUM
L’entreprise taïwanaise de machines-outils Chien Wei Precise Technology développe des rectifieuses CNC innovantes pour la fabrication d’engrenages spéciaux utilisés dans des applications robotiques avec l’aide de NUM. Basées entièrement sur la dernière génération de la plate-forme Flexium+ 68, les nouvelles machines de Chien Wei sont conçues pour accélérer la production d’engrenages de précision à profils cycloïdaux ou à développante. Il s’agit vraisemblablement des premières rectifieuses d’engrenages sur le marché capables de traiter les deux types de profils d’engrenages. Il existe deux versions de rectifieuse, l’une pour les engrenages intérieurs et l’autre pour les engrenages extérieurs.
Fondée en 1981, Chien Wei Precise Technology Co. est basée dans le district de Fengshan dans le sud de Kaohsiung, Taïwan. La société s’est d’abord spécialisée dans les machines-outils de précision telles que les rectifieuses verticales, les rectifieuses à gabarit et les centres d’usinage, ainsi que les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT). Au fil du temps, elle s’est également diversifiée dans les systèmes d’automatisation robotique.
Les systèmes robotiques utilisent généralement soit des réducteurs planétaires équipés d’engrenages à développante, soit des réducteurs cycloïdaux basés sur la combinaison d’un rotor épitrochoïde réduit et d’un stator cycloïde. Alors que les réducteurs planétaires existent depuis longtemps et font l’objet d’une large utilisation, les réducteurs cycloïdaux ont beaucoup moins de pièces mobiles et permettent d’atteindre des taux de réduction extrêmement élevés. Un réducteur de vitesse avec un rapport de 200:1 aurait typiquement besoin d’une chaîne de trois réducteurs planétaires avec douze engrenages à développante. Le même rapport de réduction pourrait être obtenu avec un réducteur cycloïdal utilisant un stator et un rotor. Cependant, les engrenages cycloïdes sont notoirement difficiles et coûteux à fabriquer.
En 2015, Chien Wei a décidé de gérer la fabrication d’engrenages en interne, en développant sa propre machine à rectifier les engrenages. En produisant ses propres boîtes de vitesses, l’entreprise a pu contrôler la qualité, réduire les délais et les coûts. Cela lui permettrait également de vendre des boîtes de vitesses aux constructeurs de machines - et éventuellement les machines elles-mêmes aux fabricants d’engrenages.
Chien Wei a d’abord basé sa rectifieuse d’engrenages sur un système CNC qu’elle utilise pour d’autres machines-outils, avec le logiciel CFAO Mastercam et sa propre MMT. Mais il est rapidement apparu que la complexité du profil des engrenages cycloïdaux signifiait que les données sur les MMT étaient insuffisantes pour contrôler le processus de fabrication. Un autre inconvénient majeur était que les clients souhaitant acheter les machines devaient également investir dans un système CAO/FAO coûteux et du personnel supplémentaire.
Selon le président de Chien Wei, M. Lee, « Nous avons rapidement décidé que nous avions besoin d’un système CNC qui prenne en charge la totalité du processus de rectification, afin que nos clients n’aient plus qu’à saisir les paramètres de l’engrenage qu’ils souhaitent, la commande numérique gérant alors en temps réel tous les aspects depuis le formage de meule jusqu’au processus de rectification. NUM était un choix évident, en raison de son expertise éprouvée dans les applications de rectification d’engrenages. L’entreprise pouvait également collaborer au développement du système CNC, qui comprend une IHM (interface homme-machine) spécifique à l’application et diverses fonctions de contrôle dédiées. »
La nouvelle génération de rectifieuses d’engrenages Chien Wei et la nouvelle technologie de rectification de profil NUM permettent désormais de fabriquer des engrenages cycloïdaux et à développante sur la même machine.
M. Adrian Kiener, Directeur des ventes Asie et directeur général de NUM Taiwan, souligne que cette application démontre, s’il en était besoin, la stratégie de soutien de NUM. « En fournissant un accès direct aux experts CNC et aux équipes de développement que nous avons ici à Taiwan, ainsi que dans d’autres pays à travers le monde, nous sommes en mesure de répondre très rapidement à nos clients ce qui les aide à réduire considérablement leur délai de mise sur le marché. En combinaison avec les connaissances et l’expérience de notre équipe engrenages en Suisse, cela a conduit à une offre complète de la part de NUM. Cette offre comprend l’interface utilisateur, la technologie et les calculs, ainsi que tous les cycles CN. »
La rectifieuse à engrenages intérieurs de Chien Wei est une machine à 9 axes. La table de travail est montée sur un axe linéaire qui se déplace axialement vers la meule, laquelle est entraînée par une courroie (en raison de contraintes d’espace à l’intérieur de la couronne) et est montée sur un axe vertical entraîné par un moteur linéaire. Lorsque la meule tourne, elle se déplace de haut en bas, tandis que la table portant la pièce se déplace en continu. Les deux flancs de la couronne sont rectifiés simultanément. La machine traite également le formage des meules. Pendant ce cycle, toute la tête de l’outil se décale horizontalement vers la droite et un disque de diamantage symétrique se déplace le long de la forme extérieure de la meule décrite en trois parties : flanc droit, flanc gauche et pointe. Les cycloïdes ainsi que les formes à développante peuvent être traitées.
La rectifieuse extérieure est une machine à 8 axes. Très similaire à la rectifieuse intérieure en termes de fonctionnement, elle est équipée d’une meule à entraînement direct. Encore une fois, comme pour la rectifieuse intérieure, elle gère aussi le formage. Cependant, dans ce cas, la forme de l’espace entre les dents peut être réduite en épitrochoïdes ou en involutes.
La correction manuelle de la forme des dents de l’engrenage est possible sur n’importe quelle machine.
Les deux machines sont commandées par des systèmes CNC NUM Flexium+ 68, équipés de pupitres opérateur tactiles NUM FS153i. L’IHM spécifique à l’application, développée conjointement par NUM Taiwan et Chien Wei, contrôle à la fois les cycles de rectification et de formage et permet aux utilisateurs de spécifier complètement le profil d’engrenage requis en entrant les paramètres appropriés. Les fichiers graphiques DXF peuvent être importés et exportés de et vers des systèmes CAO, et l’ensemble dispose d’une base de données complète des meules et des pièces à usiner. Les programmes pièce sont générés de manière entièrement automatique, sans aucune intervention de l’opérateur.
Comme le souligne M. Johnny Wu, directeur commercial de NUM Taïwan, « l’architecture ouverte des plates-formes CNC de NUM, combinée à la volonté de l’entreprise de s’associer à des constructeurs de machines pour développer des solutions spécifiques aux applications, est un facteur clé de différenciation lorsqu’il s’agit de choisir un fournisseur CNC. »
Réducteurs pour applications robotiques
La plupart des systèmes robotiques exigent des mouvements fluides, précis et très fiables à basse vitesse. Dériver ce mouvement d’un moteur qui tourne de façon optimale à, disons, 1000 tr/min implique nécessairement une certaine forme de réducteur de vitesse. Les concepteurs ont généralement le choix entre deux types de réducteurs : les réducteurs planétaires et les réducteurs cycloïdaux.
Les réducteurs planétaires (ou boîtes d’engrenages) utilisent un planétaire au milieu et des engrenages planétaires autour, tous intégrés dans un anneau. Tous les engrenages, y compris la couronne, ont des profils à développante. Ces types de réducteurs sont omniprésents - ils sont utilisés dans une grande diversité d’applications, y compris les voitures et autres véhicules routiers, et sont produits par pratiquement tous les fabricants dans le monde.
L’autre type de réducteur de vitesse est le réducteur cycloïdal. Il n’a pas d’engrenages solaires et planétaires, ce n’est donc pas un engrenage planétaire. Au lieu de cela, un réducteur cycloïde a un ou deux rotors externes au milieu, et un stator interne comme anneau.
Les boîtes de vitesses qui utilisent des engrenages cycloïdes ont très peu de pièces mobiles et sont parmi les réducteurs de vitesse les plus efficaces et les plus fiables actuellement disponibles. Les combinaisons simples stator/rotor peuvent accommoder des rapports allant jusqu’à 300:1 et peuvent fournir des rendements de plus de 93 %.
Les rectifieuses pour engrenages de dernière génération de Chien Wei, intégrant la nouvelle technologie de rectification de profil NUM, permettent désormais aux fabricants d’engrenages de produire à la fois des engrenages cycloïdes et à développante sur la même machine. Cela augmente considérablement la flexibilité de fabrication - la production peut passer d’un type d’engrenage à l’autre sans avoir à changer de machine.
(Septembre 2019)