Adieu les erreurs d’angle

Pour que les installations au jet d’eau puissent également fonctionner à des vitesses élevées, on utilise des systèmes logiciels spéciaux qui compensent les erreurs d’angle qui se produisent – effets secondaires de la découpe au jet d’eau.

La conicité (forme conique) de l’arête de coupe – également appelée erreur angulaire – est connue comme un effet secondaire de la découpe au jet d’eau. Cependant, personne n’a réussi pendant longtemps à maîtriser les exigences mécaniques et mathématiques du logiciel liées aux mouvements complexes de la commande de conicité.
Les installations à jet d’eau conventionnelles génèrent une erreur angulaire significative sur l’arête de coupe à des vitesses de séparation élevées. La fente de coupe se rétrécit de haut en bas, car à des vitesses de coupe élevées, l’intensité du jet et donc l’effet abrasif diminuent nettement dans la fente de coupe pendant le processus de coupe. Ce faisceau affaibli vers le bas a une capacité de coupe moindre.

Les différents systèmes de compensation d’erreur angulaire sur le marché, tels que DWJ (Dynamic Waterjet) de Flow, TAJ (Tilt-A-Jet) d’Omax ou IKC (Intelligent Kerf Compensation) de Tecnocut, contrecarrent cette conicité naissante en réglant en permanence l’angle de coupe de la tête de coupe. Cette compensation angulaire empêche efficacement un défaut d’angle sur l’arête de coupe de la pièce en faisant pivoter deux fois le défaut d’angle d’une arête de coupe dans la chute.

Les fabricants Flow et Omax, par exemple, ont d’abord développé un mécanisme propre à l’entreprise permettant de déplacer la tête de coupe dans les trois dimensions, dans le but de limiter la conicité de coupe. Le support de la tête de coupe lors de l’utilisation de la technologie de pivotement dispose d’un système de mouvement spécialement développé (cinématique A-B) qui permet un pivotement à partir de sa verticale dans n’importe quelle direction (jusqu’à 10 degrés maximum). Lorsque l’angle de la tête de coupe est modifié pour compenser des conicités, le jet d’eau ne se trouve plus dans l’alignement du trajet de coupe souhaité. Les axes X, Y et Z doivent être réajustés pour réaligner le jet d’eau. C’est pourquoi, lorsque l’angle de la tête de coupe est modifié, trois mouvements distincts doivent être effectués pour obtenir une bonne coupe.

Les systèmes ont été conçus de manière à ce que chaque contour puisse être découpé en douceur et sans transition. D’un point de vue mécanique, il est facile d’obtenir des mouvements doux. Le véritable défi lors du développement a été de déterminer quelles combinaisons de mouvements devaient être utilisées et à quel moment, afin de préserver la géométrie des bords droits, des courbes et des angles intérieurs et extérieurs. Les ingénieurs ont travaillé pendant des années pour développer les modèles mathématiques complexes qui contrôlent les mouvements du jet d’eau dynamique.

Les données sources comprenaient par exemple les temps de coupe pour des matériaux de dureté et d’épaisseur différentes, l’effet de la taille des particules abrasives, la taille de l’ouverture du jet à différentes vitesses de coupe et l’effet de l’inclinaison de la tête de coupe sur la conicité. La combinaison de ces facteurs détermine le comportement du Dynamic Waterjet et du Tilt-A-Jet. Ensuite, les propriétés mécaniques ont été prises en compte et enfin, à l’aide de la cinématique avant et inverse, les mouvements précis des cinq axes nécessaires pour tenir compte de la modification de l’angle et/ou du mouvement de rotation de la tête de coupe ont été calculés.

Pour chaque changement d’angle et de mouvement de rotation, la position des axes X, Y et Z doit être modifiée en conséquence afin que le jet d’eau soit correctement orienté vers la trajectoire de coupe souhaitée. Ces mouvements doivent être contrôlés et commandés en permanence à la milliseconde, car selon le tracé du contour, même sur une ligne de coupe droite, la commande doit anticiper et modifier la vitesse et donc l’angle à appliquer. Cette adaptation permanente de l’angle de coupe s’effectue par le biais de la commande respective qui, selon le procédé dit “Look-Ahead”, regarde les prochains jeux de données nécessaires du parcours d’outil et commande en conséquence la vitesse et la position angulaire de la tête de coupe à l’avance.

Détermination de l’angle d’inclinaison et du mouvement de pivotement

Jusqu’à présent, les constructeurs de machines utilisaient principalement des commandes CNC complexes pour faire fonctionner des machines à cinq axes. À l’inverse, Omax et Flow utilisent des commandes intelligentes basées sur PC. Avec ce logiciel, la conduite de la machine peut être apprise rapidement et sans formation approfondie. Tout le calcul mathématique se fait de manière cachée et déclenche les commandes de mouvement appropriées pour les cinq axes à une fréquence de cycle élevée.

L’utilisateur ne fait qu’entrer les données de découpe de base telles que le type et l’épaisseur du matériau ainsi que la qualité de surface souhaitée. La commande calcule alors par anticipation l’angle d’inclinaison et le mouvement d’inclinaison nécessaire pour tous les points nécessaires et successifs le long d’une trajectoire de coupe. Par exemple, lors de la coupe d’angles extérieurs, la tête de coupe doit être inclinée à une vitesse de coupe élevée pour obtenir une arête de coupe verticale.

Ces commandes PC connaissent également la vitesse de coupe optimale afin d’obtenir la précision souhaitée et d’éviter une coupe conique. Plus la vitesse est élevée, plus la tête de coupe doit être inclinée. Au final, l’ensemble du système produit une qualité de pièce nettement améliorée avec des temps de coupe par pièce nettement plus courts que ceux possibles avec le procédé conventionnel.