Die Differentialindizierung ist eine wichtige Technik, die in Fräsmaschinen verwendet wird, um präzise Winkeldrehungen des Werkstücks zu ermöglichen. Diese Methode ist besonders nützlich auf CNC-Fräsmaschinen (Computer Numerical Control), um komplizierte Zahnradprofile und Lochkreise zu erzeugen.
Durch die Verwendung eines Stirnraddifferenzials können geringfügige Vorwärtsbewegungen der Indexierkurbel im Verhältnis zur Spindeldrehung erreicht werden. Dadurch sind präzisere Winkelbewegungen möglich, als dies mit einfacher Indexierung möglich wäre. CNC-Steuerungen können einfach so programmiert werden, dass sie die präzisen Zahnradeinstellungen und Kurbelbewegungen berechnen und auswählen, die zur Erzeugung jedes gewünschten Winkels erforderlich sind, was eine äußerst genaue Bearbeitung ermöglicht.
Die Differenzialschaltung kombiniert zwei Eingaben, die Drehung der Indexkurbel und die der Spindel, über einen Satz Wechselräder. Dies führt bei jeder Kurbelbewegung zu äußerst feinen Winkelbewegungen des Arbeitstisches. Für jeden CNC-Maschinenbauer, der seine Fähigkeiten erweitern und die Werkstückpräzision verbessern möchte, ist es wichtig zu verstehen, wie man die Differentialindizierung richtig einrichtet und nutzt.
In diesem Artikel werden die Mechanismen und Berechnungen hinter der Differentialindizierung erläutert CNC-Fräsmaschinen. Wir werden auch Beispiele und Techniken für den effektiven Einsatz in Bearbeitungsanwendungen bereitstellen.
Differentialindexierung ist eine Methode, die eine präzise Winkeldrehung des Werkstücks auf einer Fräsmaschine ermöglicht. Es kombiniert zwei Eingaben – die Drehung der Indexkurbel und die der Spindel – über ein Getriebe, um extrem feine Schritte der Arbeitstischbewegung zu erzeugen.
Es bietet einfach eine Möglichkeit, eine vollständige Umdrehung in feinere Bruchteile zu unterteilen, als dies mit der direkten Indexierung möglich ist. Dies geschieht über ein Zahnraddifferential, ähnlich dem Differenzial eines Autos, das zwei Winkelbewegungen mischt.
Eine manuelle Fräse ermöglicht es dem Bediener, Lochkreise, Keilwellen, Zahnräder und mehr präzise zu erzeugen, indem er die tischspezifischen kleinen Winkel mit jeder Kurbelumdrehung vorrückt. Die Zahnräder ändern das Verhältnis zwischen Indexkurbel und Spindel, sodass Sie ein Teilergetriebe wählen können.
Bei CNC-Fräsmaschinen ermöglicht die Differentialindizierung die Programmierung präziser Drehungen und ermöglicht so die Bearbeitung komplizierter Komponenten, die höchste Genauigkeit und Wiederholbarkeit erfordern. Die Steuerungen können so eingerichtet werden, dass sie sich genau im erforderlichen Winkel bewegen, wobei das Differential verwendet wird, um jede Drehung so detailliert aufzuteilen, wie es die Anwendung erfordert.
Es handelt sich um eine vielseitige manuelle und CNC-Technik, die ein getriebebasiertes Differential nutzt, um Drehungen in winzige Inkremente aufzuteilen und so eine hochpräzise Winkelindexierung zu ermöglichen, die bei anderen Ansätzen unerreicht ist. Dies eröffnet neue Genauigkeit und Flexibilität für Fräsanwendungen.
Die differenzielle Indexierung bietet dem CNC-Fräsen einzigartige Vorteile, die neue Maßstäbe bei Präzision und Leistungsfähigkeit setzen können. Es gibt mehrere überzeugende Gründe, warum CNC-Maschinenbauer diese Technik nutzen sollten:
Die Getriebedifferentiale, die das Herzstück der Differentialindizierung bilden, ermöglichen die Aufteilung einer einzelnen Umdrehung in winzige Fragmente – Inkremente bis hin zu Zehntel- oder Hundertstelgraden. Dies gewährleistet eine präzise Positionierung und glatte Konturen, die sonst nicht möglich wären. Es können Komponenten mit feinen Merkmalen wie winzigen Keilverzahnungen, detaillierten Zahnrädern und komplizierten Lappenprofilen hergestellt werden.
Ein grundsätzlich programmierbarer Teilapparat, komplizierte Lochmuster, nicht standardmäßige Lochkreise, mehrgängige Gewinde und andere einzigartige Geometrien können so flexibel wie nie zuvor bearbeitet werden. Die CNC-Steuerung kann den Tisch, die Spindel oder den Teilkopf in jeden präzisen Winkel bewegen, den die Funktionen benötigen – etwas, das mit manuellen Einstellungen nicht schnell und genau möglich ist.
Die programmierbaren Präzisionsdrehungen bedeuten, dass Sie weniger auf komplexe Vorrichtungen und Werkstückhalterungen angewiesen sind, um die erforderlichen Winkel und Merkmale zu erreichen. Ganz gleich, ob es sich um einen unregelmäßigen Teilkreis, ein Mehrpunkt-Polygon oder ein kompliziertes Schneckenrad handelt – alles lässt sich problemlos präzise bearbeiten, indem das Programm die präzise Indizierung übernimmt.
Das Umschalten zwischen unterschiedlichen Merkmalsabständen, Lochzahlen, Zahnradzähnen usw. wird softwarebasiert. Ein mechanischer Wechsel von Teilplatten und Zahnrädern zur Erzielung unterschiedlicher Teilungen ist nicht mehr erforderlich. Durch die Reduzierung der physischen Umrüstung wird erhebliche Rüstzeit eingespart.
Die fein kontrollierte und wiederholbare Rotationsindexierung minimiert den Ausschussverlust aufgrund falsch bearbeiteter Winkel und Positionen. Es wird programmiert, was geschnitten wird, wodurch die Qualität verbessert und Materialverschwendung reduziert wird.
Das Herzstück jeder Differenzial-Indizierungsanordnung ist ein robustes Planeten- oder Planetengetriebesystem, das die Kombination zweier Winkelbewegungen zur Ausgabe extrem feiner Inkremente ermöglicht. Dieses besteht typischerweise aus einem oder mehreren Sonnenrädern, Planetenrädern, Hohlrädern und einem Träger, die sorgfältig bearbeitet und zusammengebaut werden.
Der Hauptspindelmotortreibt das Sonnenrad an, während ein versetztes Kurbelgetriebe von der Indexkurbel angetrieben wird. Ihre Drehungen werden von gegenüberliegenden Seiten in das Planetengetriebe eingespeist. Der Hohlradausgang ist mit der Indexplatte und dem Werkstück verbunden.
Die Magie entsteht, wenn die beiden Eingänge dem Getriebe eine Winkelgeschwindigkeit verleihen. Aufgrund geringfügiger Unterschiede in den Zahnraddurchmessern und -verhältnissen wird eine sehr kleine Differentialbewegung summiert. Im Wesentlichen werden winzige Fragmente jeder Rotation kombiniert.
Dadurch ist es möglich, eine vollständige Drehung je nach Übersetzungsverhältnis in winzige Abschnitte aufzuteilen und so das Werkstück in winzigen Schritten von etwa 0,05 Grad oder weniger vorzuschieben. Ein Satz Wechselräder mit unterschiedlicher Zähnezahl bietet verschiedene Übersetzungsoptionen zur weiteren Unterteilung nach Bedarf.
Moderne CNC-Maschinen nutzen programmierbare Steuerungen, um diesen Prozess mit hoher Genauigkeit zu automatisieren. Durch die Verfolgung der Drehungen und Richtungen der Servomotoren an beiden Eingängen kann jede inkrementelle Bewegung zuverlässig wiederholt ausgegeben werden.
Manuell wäre dies nahezu unmöglich. Basierend auf den Programmbefehlen übernimmt die CNC jedoch alle präzisen Zeitabläufe und Bewegungen im Hintergrund. Dies ermöglicht die Bearbeitung komplizierter Indexierungen von Löchern, Formen, Schnecken, Zahnrädern und Ätzungen mit unglaublicher Präzision.
Das Differentialgetriebe fungiert als Teiler und ermöglicht die Kombination sehr kleiner Rotationsfragmente aus zwei Quellen. Dies ermöglicht eine präzise Winkelpositionierung, die mit einfachen Indexierköpfen nicht erreichbar ist. Der Prozess ist mit CNC-Steuerung automatisiert und wiederholbar und ermöglicht so Teilegeometrien der nächsten Ebene.
Wie bereits erwähnt, nutzt die Differenzialschaltung ein robustes Planetengetriebesystem, normalerweise mit Sonnenrad, Planetenrädern, Hohlrad und Träger. Die Anzahl und Durchmesser der Zahnradzähne erzeugen spezifische Verhältnisse, die es ermöglichen, die Spindeldrehung mit der Indexkurbeldrehung zu kombinieren, um Inkremente im Mikrogradbereich auszugeben.
Die Mechanik zerlegt eine Bewegung in viele kleine Fragmente, indem sie einen hochpräzisen Teilerkopf einschaltet. Die Übersetzungsverhältnisse können mit Wechselrädern individuell angepasst werden, um die gewünschten feinen Abstufungen zu erhalten. Das Verständnis dieser grundlegenden Mechanismen ermöglicht eine ordnungsgemäße Einrichtung und Berechnung.
Um die Differentialindizierung erfolgreich einzusetzen, muss der Maschinist das System sorgfältig auf der Grundlage mechanischer Einschränkungen und der gewünschten Leistung modellieren. Diese mathematische Modellierung legt die Anzahl der Zähne, Übersetzungsverhältnisse, Inkremente pro Umdrehung, die Anzahl der erforderlichen Merkmalsschnitte, die Gesamtdrehungen und weitere Spezifikationen fest, die programmiert werden.
Durch die mathematische Lösung dieser Variablen vor dem Schreiben des Codes wird sichergestellt, dass das CNC-Programm die vorgesehenen Lochabstände, Zahnradprofile, Nockenanzahlen usw. gemäß den Spezifikationen erzeugt. Wenn Sie sich im Voraus Zeit für die Positionsberechnung nehmen, vermeiden Sie Ausschussteile.
Die mathematisch validierten, bewährten CNC-Programmierverfahren kommen bei der Definition von Arbeitskoordinaten, Positionsbewegungen, Werkzeugkompensationen usw. ins Spiel. Die Planung von Schrupproutinen rund um die letzten Durchgänge trägt dazu bei, ein bestimmtes Finish und eine bestimmte Genauigkeit zu erzielen. Techniken wie das Belassen von Stielen in halbfertigen Zahnrädern ermöglichen den endgültigen Zugang zum Differenzialschnitt mit hoher Präzision.
Weitere Überlegungen sind die Schaffung von Abstandsbewegungen zur Vermeidung von Kollisionen, das Spanmanagement, die Verwendung von Kühlmittel usw., die den Bearbeitungsprozess unterstützen. Für den Erfolg vermischen sich die Feinheiten der Programmiermethodik mit den einzigartigen Anforderungen der differenziellen Indizierung.
Das genaue Durcharbeiten differenzieller Indexierungsrotationen beruht auf einer einfachen Formel, die diese Schlüsselvariablen berücksichtigt:
Für die ordnungsgemäße Implementierung der Differenzialindizierung ist ein Verständnis der Mechanik und Übersetzungsverhältnisse des Getriebes erforderlich. Dazu gehören die Anzahl der Planetenräder, die Anzahl der Sonnen-/Hohlradzähne, die Zahnradteilung und mehr. Die Modellierung des Systems ermöglicht die Berechnung der Bewegungsaufteilungsausgabe.
Um die Bewegungen wie vorgesehen aufzuteilen, ist die Auswahl der passenden Wechselräder von entscheidender Bedeutung. Wechselgetriebesätze ermöglichen die Änderung der Übersetzungsverhältnisse, um bestimmte Mikroinkrementgrade pro Spindelumdrehung zu programmieren. Die Verhältnisse können je nach Bedarf problemlos ausgetauscht werden.
Die Bewegung der Indexkurbel und ihrer Verzahnung im Getriebe bestimmt, wie viel sie pro Umdrehung zur Leistung beiträgt. Im Allgemeinen ist die Kurbel so ausgelegt, dass sie sich viel langsamer bewegt als die Spindel, um feine Bewegungsfragmente beizutragen. Das Verhältnis beeinflusst die Rotationsaufteilung.
Bei der Bearbeitung komplexer Muster kommt es auf die Anzahl der Schnitte pro Arbeitsumdrehung an. Dadurch wird im Wesentlichen festgelegt, wie oft die differenzielle Aufteilung pro Durchgang erfolgt. Durch die Kombination mit dem Gradinkrement werden die Gesamtumdrehungen festgelegt.
Am wichtigsten ist, dass die Anforderungen an das Enddesign die erforderliche Indexierungsgenauigkeit und Drehungen bestimmen. Komplexe Muster erfordern möglicherweise sehr feine Inkremente von nur wenigen Bogensekunden, sodass das System so modelliert werden muss, dass es solche Mikrobewegungen liefern kann. Die Anwendung erfordert Antriebsspezifikationen.
Buchhaltung für dieOben kann der Getriebezug mathematisch modelliert werden, um die Anzahl der Umdrehungen, die Gradzunahme pro Umdrehung und die Gesamtdrehung zu berechnen, um die Merkmale wie angegeben zu bearbeiten. Die Verhältnisse und Aufteilungen sind für die Ableitung auf Programmierebene von entscheidender Bedeutung.
Verständlicherweise ist eine umfassende Vorabanalyse von entscheidender Bedeutung für den erfolgreichen Einsatz der differenziellen Indizierung zum Erreichen der Anwendungsziele. Aufgrund der überlegenen Genauigkeit und Flexibilität lohnt es sich jedoch für erfahrene CNC-Maschinenbauer.
Um ein Gefühl dafür zu bekommen, wie die differenzielle Teilung funktioniert, braucht es Zeit und Erfahrung. Es ist ratsam, einige anfängliche Testkonfigurationen mit Indikatorprüfungen durchzuführen und etwaige Probleme langsam zu beheben. Entwickeln Sie ein Gespür dafür, wie sich das Ändern der Gänge und Übersetzungsverhältnisse auf die winzigen Schritte auswirkt, die aus den Teilungsbewegungen summiert werden.
Machen Sie gründliche Berechnungen, bevor Sie teure Materialien bearbeiten. Leiten Sie die Übersetzungsverhältnisse und Zähnezahlen ab, die für eine bestimmungsgemäße Teilung erforderlich sind. Berücksichtigen Sie Planetenräder, Hohlrad-Teilkreisdurchmesser, Indexkurbelbeitrag und andere Faktoren im Zug. Modellieren Sie das System zunächst sorgfältig auf Papier.
Planen Sie den vollständigen CNC-Code, der für die Aufgabe erforderlich ist, einschließlich Positionierung, Nullpunkte, Tiefendurchgänge usw.. Ordnen Sie die Rotationsbefehle zu, die für den Zugriff auf die gewünschten Lochkreise, Geometrieindizes, Gewindesteigungen usw. erforderlich sind. Berücksichtigen Sie die richtigen Abstände, Werkzeuge usw Zustellung, wie bei jedem CNC-Auftrag.
Probieren Sie Probeschnitte in kostengünstigen Metallen aus, um die Programmlogik und den Arbeitsablauf zu überprüfen, bevor Sie es mit dem endgültigen Material versuchen. Verfeinern Sie Geschwindigkeiten, Vorschübe und Durchgänge, um Endbearbeitungs- und Präzisionsanforderungen zu erfüllen. Beheben Sie eventuelle Probleme im Vorfeld, die bei Testläufen auftreten.
Verwenden Sie Indikatoren, Winkelmesser, Radienmessgeräte, Optiken und andere Messwerkzeuge, um die tatsächlich bearbeiteten Inkremente im Vergleich zu den programmierten zu überprüfen. Bestätigen Sie die Winkel, Lochabstände, Wandqualität usw., erfüllen Sie die Spezifikationen nach den ersten Durchgängen und nehmen Sie bei Bedarf Feinabstimmungen vor. Messung bestätigt Erfolg.
Die Beherrschung der präzisen Differentialteilung in der CNC ist ein iterativer Prozess der berechneten CNC-Programmierung, der mit praktischen Tests und Inspektionen zum Nachweis der Ergebnisse verbunden ist. Aber sobald man es verstanden hat, eröffnen die außergewöhnliche Flexibilität und Genauigkeit neue Bearbeitungsmöglichkeiten.
Die Differenzialschaltung glänzt für präzise Getriebearbeiten. Leitspindelantriebe können standardmäßige Stirn- oder Schrägverzahnungen schneiden, aber differenziell indexierte CNC-Maschinen zeichnen sich wirklich durch Keilverzahnungen, Cluster-Zahnradsätze, Schneckenantriebe und komplexe Profile mit komplizierten Toleranzen, Umschlingungen und Zahnformen aus. Die Flexibilität ermöglicht ein sehr präzises Verzahnen.
Von einfachen zentralen Bohrlochkreisen bis hin zu komplexen Polygonen und geformten Mustern ermöglicht der differenzielle Antrieb der Indexplatte oder des Drehtisches jeden beliebigen inkrementellen Abstand. Regelmäßige oder unregelmäßige Teilkreise für Schrauben, Präzisionskomponentenhalterungen, Flüssigkeitsverteilungslayouts und mehr werden zu unkomplizierten Programmieraufgaben.
Der Schraubstock kann eine differenzielle Indexierung nutzen, wenn er direkt am Frästisch montiert wird. Indem die Schraubstockbasis verriegelt wird, die bewegliche Backe jedoch rotiert werden kann, können sehr präzise Schnitttrennlinien und komplexe Profile indexiert und in die Backenflächen eingraviert werden. Handräder schränken die Komplexität nicht mehr ein.
Durch den Einsatz von Kugelkopf- und Eckenradiusfräsern können Freiformformen die unterschiedliche Indexierung nutzen, um Überstände zu minimieren. Durch das Streamen der Rotationsinkremente zur Anpassung an die Konturen des Werkzeugwegs werden die skalaren Überlappungen beim Schlichten minimiert. Kundenspezifische medizinische Komponenten, Spritzgussformen und (vedische) Turbinenschaufeln profitieren davon.
Das Schneiden von zwei- oder dreigängigen Befestigungsgewinden, Leitspindeln oder Schneckengetrieben wird durch die Programmierung der Differenzialübersetzungsverhältnisse vereinfacht, um die Anläufe richtig zu indexieren. Für die Einstellung spezifischer Steigungen mithilfe der CNC-gesteuerten Differentialdrehung sind keine mechanischen Wechselräder erforderlich.
Dank der intelligenten Verschmelzung von Berechnung, Programmierung und Mikrograd-Zahnradaufteilung, die durch differenzielle Indexierungssysteme ermöglicht wird, dringen die Anwendungen in traditionelle und neue Bereiche vor.
Die Differentialindizierung ist eine äußerst nützliche Technik für das Präzisions-CNC-Fräsen. Mit einem Differenzialgetriebe zur Aufteilung und Summierung der Mikrobewegungen von Spindel und Indexkurbel können winzige Gradschritte erreicht werden. Dies ermöglicht die Bearbeitung komplizierter Schraubenmuster, Zahnradformen, Konturen, Anfänge und Profile mit außergewöhnlicher Wiederholgenauigkeit und Genauigkeit. Das Verständnis, wie die Verhältnisse richtig berechnet und programmiert werden, eröffnet Maschinisten neue Möglichkeiten. Ganz gleich, ob Sie gemeinsame Merkmale schneiden oder komplexe Geometrien erneuern: Die Differentialindizierung bietet eine flexible, präzise Indexierungssteuerung, um Produkte auf die nächste Ebene zu bringen. Mit der Weiterentwicklung können noch mehr Anwendungen von dieser Technologie profitieren.
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