Introduction à la C.F.A.O 1.1.
Définition
La C.F.A.O : peut être considérée comme l’ensemble des aides informatiques, apportées à l’entreprise jusqu'à la réalisation du produit, ou bien d’une autre manière apportées à l’ensemble du processus de conception et fabrication de l’entreprise. Le sigle C.F.A.O est formé de deux parties qui sont plus ou moins intimement liées (intégrée). C.A.O elle se préoccupe généralement de la création des données qui décrivent l’objet à concevoir. F.A.O elle est utilisée généralement pour planifier, gérer et contrôler les opérations de fabrication. 1.2.
Composantes: Un système de C.F.A.O est généralement constitué de trois composantes:
utilisateur: Il peut être soit des concepteurs, des dessinateurs... matériel: Il comprend les ordinateurs, moyens de dialogues, machines... logiciels: On peut citer les programmes de calcul, logiciels graphiques, interfaces...
1.3.
Schéma général Concepteur
E
s
e
Machine
e'
Modèles Connaissances Données....
S
s’ Liaison directe (CN, commande de robots...)
Fig.1.3 Schéma général d'un système de CFAO
Pour résoudre un problème, le concepteur fournit des données à la machine, qui à l’aide de connaissances (base de données) et de traitements enrichit un modèle et fournit au concepteur des sorties (s). A partir de ces sorties le concepteur fournit de nouvelles données et ainsi de suite. Lorsque la solution semble satisfaisante au concepteur, il peut l’exprimer par S. Il est évidement clair que certaines entrées et sorties peuvent être directement digérées ou éditées par la machine. 1.4.
Les modèles en CFAO
1.4.1.
Importance du modèle (descriptif)
Il est bien important de comprendre le rôle central que joue le modèle dans la conception d’un objet. En effet à partir du dialogue avec les différents intervenants, tout au long des phases conception et fabrication, le système de CFAO, enrichit un modèle, qui est donc une représentation de l’objet en cours de conception. Ce modèle peut être considéré comme une maquette virtuelle de l’objet sur
laquelle pourront être mises en œuvre toutes les opérations effectuées traditionnellement sur un prototype (essais, simulation...). C’est également à partir des informations contenues dans ce modèle que pourront être préparées les opérations de fabrication. 1.4.2.
Modélisation géométriques. (M.G)
La M.G est la représentation d’objets réels du point de vue de leurs propriétés géométriques (forme). La M.G est un aspect très important de la CFAO; puisque c’ est le point de départ de nombreuses autres fonctions. Par exemple le modèle géométrique pourra être utilisé pour une modélisation par éléments finis ou bien pour l’élaboration des programmes commande numérique CN pour la fabrication . 1.4.2.1. Classification Dans les Modèles géométriques on peut distinguer deux catégories : La première est les modèles géométriques bi-dimensionnels, ils ont une connaissance des objets limitée à des vues planes sans relation entre elles. Ils sont bien adaptés au dessin industriel . Remarque : Certains systèmes sont arrivés à faire la liaison entre vues . La deuxième catégorie et qui est la plus intéressante sont les modèles tridimensionnels dont les trois principales classes sont: Les modèles fils de fer (wire frame) : Un objet est défini par ses sommets et les arrêtes qui les joignent. Les modèles surfaciques : Les surfaces d’un objet sont connues mais pas la matière. Les modèles de solide : Les objets sont parfaitement connus (au moins en théorie) 1.4.2.2. Qualités d’une bonne modélisation géométriques Pour qu’une modélisation géométrique, soit de haut niveau, elle doit remplir les conditions suivantes : Validité : Elle assure que tout modèle constructible doit correspondre à un objet réel et un seul. Puissance: Elle permet de construire le modèle de tout objet. Ouverture: Elle peut être utilisée par différentes fonctions (CN...) 1.4.2.3. Principes des modèles utilisés Les Modèles géométriques utilisés plus ou moins couramment en CAO sont les suivants : Le modèle par les limites (boundry representation) Il était de type fil de fer et il est maintenant de type solide dans la plupart des systèmes. Dans ce type de représentation, le système conserve la peau de l'objet (le résultat final) et sait de quel côté est la matière dans le cas de la modélisation solide par simple artifice qui est l'orientation du sens de parcours des contours limitant les faces. Un tel modèle comprend en général des informations géométriques (cordonnées des sommets, équations des faces...), des informations topologiques (façon dont sont reliées les informations géométriques.) et des informations annexes (couleurs des faces...). Remarque : De nombreux modèle sont à base des faces planes et d'autres utilisent aussi les quadratiques (les opérations booléennes se révèlent plus complexe à mettre en œuvre.) Le modèle par arbre de construction (CSG Constructive Solid Geometry)
Le CSG est un modèle récent, sa structure peut être représentée par un arbre de construction dont les nœuds sont les opérations booléennes ou des transformations géométriques, et les feuilles sont soit des demi-espaces, soit des objets primitifs. Dans cette représentation, le système conserve pour un objet donné toutes les opérations qui ont été mises en œuvre pour le définir, donc on peut dire qu’il y a conservation de l’historique d’ou l’appellation parfois représentation par modèle par historique. Les modèles mathématiques Se sont des représentations très intéressantes qui présentent l’avantage de permettre de déduire directement les propriétés du modèle à partir de la représentation mathématique utilisée. Ils sont essentiellement appliqués aux courbes et surfaces. Les modèles les plus courants dans les systèmes sont les courbes et surfaces de Bézier et de B-spline. Les modèles paramétrés En général ils sont appliqués aux pièces présentant une évolution bien formalisable en fonction de certaines côtes géométriques (engrenages, roulement...). Les objets dans ce type de modèle sont définis par des paramètres et une méthode de construction qui est en général mise en œuvre soit par langage ou en interactif. 1.5.
Conclusion
L’ouverture est probablement l’une des qualités essentielles que devront posséder les systèmes de CFAO et ceci pour permettre aux utilisateurs d’ajouter des fonctionnalités, du savoir faire qui leur sont propres. Actuellement les systèmes ouverts offrent ces possibilités par l’intermédiaire de deux types de classe de langage de programmation :
Les langages généraux de programmations (fortran, C...) auxquels on a adjoint des primitives spécifiques au système. Les langages spécialisés entièrement définis pour un système donné.
La commande numérique des machines outils – Généralités 2-1.
Historique
Naissance de la machine outil classique en 1820 en Grande-Bretagne. Il s’agissait d’un ensemble mécanique qui par des mouvements combinés est capable de façonner une pièce. En 1836 création de la came. En 1870 recherche de l’interchangeabilité. En 1920 apparition des machines transfert. Vers 1940 utilisation de la commande numérique pour des petites séries de formes complexes (--> aviation militaire US). Il est difficile de connaître l’origine exacte de la commande numérique. Les tous premiers travaux furent menés par FALCON et JACQUARD et montèrent qu’il était possible de commander une machine à partir d’informations codées sur un carton perforé. Le métier à tisser de jacquard fut le premier à être doté de cette technique de commande. Il peut être considéré comme l’ancêtre de la commande numérique. Il ne faut toutefois pas perdre de vue que la véritable arrivée sur le marché des machines à commande numérique est directement liée au développement de l’électronique et de l’informatique. Cette technique de commande devait conduire à rendre les machines beaucoup plus performantes en qualité et en rapidité. En 1950-53 l’évolution dans les composants électroniques entraîne l’apparition des commandes numériques sur des machines plus simples et de moins grandes dimensions. 2.2.
C’est quoi la C.N
La commande numérique est une somme d’automatismes dans lesquels les ordres de mouvements ou de déplacements, la vitesse de ces déplacements et leur précision sont données à partir d’informations numériques. Ces informations sont codées sur des supports tels que: rubans perforés, cassettes. Il est possible avec certaines machines de mettre en mémoire les informations par transfert à partir d’un ordinateur. La structure des systèmes à CN est composée de circuits électroniques dont les temps de réponse sont de l’ordre de la microseconde. Cette rapidité de transmission des ordres confère à la CN une supériorité incontestable par rapport aux moyens traditionnels. Chaque déplacement est contrôlé par une boucle d’asservissement. On appelle AXE tout mouvement asservi en position et en vitesse. On appelle DEMI-AXE tout mouvement asservi en position ou en vitesse 2.3.
Définition générales relatives aux M.O.C.N
Machine-outil à commande numérique (MOCN) : Machine-outil programmable équipée d’une commande numérique par calculateur (CNC). Elle est dédiée à des fabrications variées de pièces différentes lancées en petits lots répétitifs. Centre d’usinage(CU) : C’est une MOCN complétée d’équipements périphériques qui assurent le changement automatique d’outils stockés dans des magasins d’outils, le changement automatique des pièces (palettisation) éventuellement le convoyage des copeaux ( convoyeur). Il est dédié à des fabrications variées de pièces différentes. Machine Autonome flexible : C’est un CU doté d’un carrousel de palettes pour le chargement et déchargement des pièces, de plusieurs magasins d’outils, de moyens d’autocontrôle d’un système de détection des bris et usures d’outils. Elle est dédiée à des opérations spécifiques sur plusieurs familles de pièces. Cellule flexible : Système formé de plusieurs CU (2 à 3) semblable ou non reliés entre eux par un dispositif de transfert de pièces. Les fonctions de stockage, chargement et déchargement des pièces brutes et finies sont aussi automatiques. Elle est dédiée à des opérations spécifiques sur plusieurs familles de pièces.
Ligne transfert flexible : Système formé de plusieurs MOCN, machines spéciales (à têtes interchangeables automatiquement) agencées linéairement conformément au flux des produits (gamme de fabrication). Elle est dédiée à une famille de pièces. Atelier flexible : Système formé de plusieurs MOCN, ou cellule flexibles (de 5 à 15) associé à des dispositifs de transfert de pièces (chargement, déchargement, stockage, contrôle) entièrement automatisés et gérés par un ordinateur central. Il est dédié à l’usinage des pièces d’une même famille. 2.4
Mode de fonctionnement des C.N
2.4.1
Le point à point
On ne peut pas usiner pendant le déplacement des tables. Le travail s’effectue lorsque la position est atteinte.
Fig.2.4.1 Mode point à point
2.4.2
Paraxial
Un seul déplacement parallèle à un axe (Ox, Oy, ou Oz) est possible.
Fig2.4.2 Mode paraxial On peut usiner pendant un déplacement parallèle à un axe. On peut effectuer du point à point Machines 2 à 3 axes. 2.4.3
Contournage
Il est possible d’obtenir un déplacement de la table sur plusieurs axes à la fois. 2.4.3.1 Contournage plan
2.4.3.1.1 Machine sans calculateur (CN) Il est nécessaire de décomposer la trajectoire outil en segments de droite successifs et parallèles aux axes.
Fig.2431 Contournage machine sans calculateur Inconvénients: - calcul d’un grand nombre de points et risques d’erreurs importants - programme très long (ruban perforé difficile à manipuler) 2.4.3.1.2 Machines avec calculateur (CN) Interpolateur linéaire
Fig23312 machine avec calculateur et Interpolateur linéaire Interpolation circulaire
(Xa ,Ya)
(Xd ,Yd) Droite quelconque Programmation du point de départ et d’arrivée
(Xa ,Ya)
(Xd ,Yd)
Cercle Programmation du point d’arrivée et du centre du cercle
Fig23312 machine avec calculateur et Interpolateur circulaire
Programmation 3.1
Format d'un programme
Un programme CN est formé d’un ensemble de blocs d’informations respectant une syntaxe donnée. Chaque bloc contient des mots ou instructions de pilotage de la machine. Chaque mot est formé de la même façon: une adresse un signe un nombre (le signe + peut être omis) Exemple: X2000, Y-500, M03.
Programme CN
Bloc
Instruction X100
Fig.3.1 Format d'un programme CN
3.1.1
Début de programme
Lorsqu’une CN possède un lecteur de bande à bobines le programme doit commencer par le code %. Celui-ci indique au lecteur de bande d’arrêter le rembobinage lorsque ce code est lu. Si la machine ne possède pas de lecteur ce code peut être omis. Ensuite 2 cas peuvent se produire: La CN peut admettre plusieurs programmes en mémoire (un seul est exécuté), il faut donc donner à chaque programme un numéro pour pouvoir les différentier. La CN ne peut admettre qu’un seul programme en mémoire, dans ce cas pas de numéro programme. Exemple: Pour la CN des ateliers de la F.S.T.S un programme commence toujours par un numéro programme. Le % est omis (pas de lecteur de bande). La syntaxe est la suivante: Adresse O puis nombre de 4 chiffres maximum O0001.
3.1.2
Corps du programme
Celui-ci est composé des différents blocs qui décrivent la forme de la pièce à usiner ainsi que tous les paramètres de coupe. Les mots X, Y et Z sont exprimés en millimètres, 1/100 de millimètres ou en micromètres suivant le constructeur de la CN. Pour la programmation sur une fraiseuse à CN on considère que c’est l’outil qui se déplace et non pas la table. 3.1.3
Fin du programme
Il faut indiquer à la machine que le programme est terminé; le code employé est M02. Remarque: Sur la machine des ateliers de la F.S.T.S on peut aussi employer M30. 3.2
Format d’un bloc
Dans tout programme CN l’ordre des adresses est fixe. L’écriture des instructions se fait dans l’ordre : N G X Y Z I J P Q F S T M N: numéro de séquence, de N0 à N9999. G: fonction préparatoires (interpolations linéaire, circulaire, cycles spéciaux…) X,Y,Z: coordonnées du point à atteindre I,J: paramètres pour l’interpolation circulaire P,Q: paramètres de cycles fixes machine F: vitesse de coupe S: vitesse de coupe T: numéro d’outil et de correcteur M: fonctions particulières (arrêts avance, rotation, arrosage, arrêt facultatif, fin de programme…) Il existe deux formats de bloc: Le format fixe Tous les blocs ont le même nombre de mots. On passe d’un bloc à un autre en modifiant les blocs qui changent et en répétant les blocs qui ne changent pas. Exemple: N001 G81 X2000 Y500 Z800 F620 S710 T01 M13 N002 G81 X2000 Y1500 Z800 F620 S710 T01 M13 Le format variable On passe d’un bloc à un autre en ne spécifiant que les mots qui ont changés, les autres ne sont pas réécrits. Exemple:
N001 G81 X2000 Y500 Z800 F620 S710 T01 M13 N002 Y1500 N003 X0 Y0 M6 3.3
Chargement des programmes
Il s’agit de stocker un programme au niveau de la mémoire “RAM” de l’ordinateur de la machineoutil à commande numérique. Plusieurs possibilités sont offertes.
Chargement d'un Programme
Par introduction manuelle des données
Directement au clavier de la machine C.N
Directement au clavier mais en utilisant la programmation conversationnelle
Par introduction automatique des données
A l'aide d'un ruban perforé par l'intermédiaire d'un lecteur de bande.
A l'aide d'un support magnétique par liaison avec un P.C de transfert
Par liaison directe câblée avec l'ordinateur central
Fonctions préparatoires G L’adresse G dans un programme CN identifie une fonction préparatoire, généralement appelé code G. Son unique objectif est de préparer le système de commande à un certain mode opératoire ou à un certain type d’état. Exemple : L’adresse G00 engage la machine sur le mode avance rapide. L’adresse G73 engage un cycle de perçage. Les codes G sont divisés en deux groupes: Codes non modaux: Le code n’a de valeur que dans le bloc où il apparaît. Codes modaux: Le code est valable à partir du bloc où il apparaît et dans tous les autres blocs suivants jusqu’à la spécification d’un autre code G du même groupe. Les tables de codes G suivantes, contiennent la plupart des fonctions préparatoires utilisées dans les machines CNC.
Fraisage
Tournage
Note : Certaines fonctions préparatoires ne peuvent pas être appliquées à un certains type de machine CN, pour cela il faut consulter toujours le manuel de référence de la machine. Quelques codes peuvent aussi faire l’objet d’options sur certaines machines. 3.5.
Fonctions Spéciales (code M)
L’adresse M dans un programme CNC identifie une fonction spéciale ou machine (miscellaneous function ). Quelques fonctions sont reliées aux opérations machines (M05, M03…), tandis que d’autres sont reliées au processus d’exécution du programme lui même (M00, M01…). Uniquement une seule fonction M est permise dans un bloc. Les tables suivantes présentent la plupart des fonctions spéciales se trouvant sur les machines CNC.
Fraisage
Tournage
3.6.
Points de référence
En CNC, on distingue trois environnements indépendants: l’environnement machine, l’environnement pièce et l’environnement outil. Ces trois environnements doivent interagir pour accomplir un usinage, leur dénominateur commun est basé sur la notion de points de référence. Dans ces trois environnements, trois points de références sont nécessaires : point de référence machine (zéro machine ou home) point de référence pièce (zéro programme, zéro pièce, origine pièce ) point de référence outil (point courant) Un point de référence est un point fixe ou arbitrairement sélectionné sur la machine, sur l’outil et sur la pièce. 3.6.1.
Point de référence machine
Position physique d’un point de l’élément mobile, butée détectée par un contact électrique lors de l’initialisation ou prise origine machine (POM). La distance origine machine/origine mesure est un paramètre mémorisé définitivement dans le calculateur par le constructeur. Lors de la procédure “POM” le zéro des déplacements est défini par rapport à la butée, cette procédure est rendue nécessaire, à chaque mise sous-tension. Généralement sur les machines CNC, le zéro machine est situé sur l’extrémité positive de chaque axe.
Fig.361
Note : Ne jamais mettre hors tension la machine, lorsque la position courante est trop proche du zéro machine, ceci rend les POM difficile par la suite.
3.6.2.
Point de référence pièce
Ce point de référence vital sera utilisé dans le programme CN pour établir une relation entre le point de référence machine, le point de référence outil et les cotes dessin pièce. C’est un point flexible, choisi par le programmeur. En théorie, le zéro pièce peut être choisi n’importe où, mais en pratique il y a des conditions à respecter en vue de bien mener à terme l’usinage. Précision et exactitude d’usinage (respect de cotes dessin, répétitivité …) Facilité d’accès Travail en sécurité Fraisage : Le processus de sélection du repère pièce commence sûrement par l’évaluation du dessin, mais deux étapes doivent être accomplies en premier lieu : 1. Etude et analyse des cotes du dessin (cotes critiques et cotes non critiques) 2. Etude de la mise et du maintien en position (isostatisme). Exemple
1.0 2.5 4.0 Exemple de dessin pour le choix du 0 programme
2.5
0.8
3 trous d0.75
Tournage : En tournage, la sélection du repère pièce est simple, deux axes sont à considérer (X, Z). En conséquence du design des tours, l’origine programme selon X est toujours sur l’axe de la broche. Pour l’axe Z trois cas de figures sont utilisés (voir dessin):
Fig.362 Point de référence pièce tournage
3.6.3.
Point de référence outil
Il diffère d’un outil à un autre selon la géométrie. La figure suivante montre les points de référence pour quelques outils de fraisage et de tournage.
Fig.363 Points de référence outil ou points pilotés
Systèmes de coordonnés (work offset) Les trois points de références cités auparavant, doivent être associés ensemble (harmonisés) pour accomplir un usinage. Il doit y avoir un moyen pour dire au système de commande exactement où se trouve physiquement chaque outil. Work offset (systèmes de coordonnés) est la nouvelle méthode (remplace les registres de positions), utilisée sur les CNC modernes, pour coordonner la relation entre l’origine machine, l’origine pièce et le point de référence outil. Six systèmes de coordonnées propres à la machine, sont préalablement définis et peuvent être choisis par les instructions G54 à G59. Ils sont déterminés par les distances de définition sur chaque axe, entre l’origine machine et leur origine respective.
Fig.371
Le système de coordonné par défaut est le G54. Exemple
G54 X= -12.5543 Y= -7.4462
Qu'est ce qui va se passer lorsque le bloc suivant sera exécuté? N30 G00 G90 G54 X5.5 Y3.1 S150 M03 Le système de commande, détermine les coordonnées réelles à atteindre par un simple calcul. Généralement, il ajoute la valeur programmée à la valeur enregistrée dans G54 pour chaque axe. Le déplacement réel sera : X= -12.5543 + 5.5 = -7.0543
Y= -7.4462 + 3.1 = -4.3462 Formule : A= M+ P A : déplacement réel M : distance mesurée à partir du 0 machine P : valeur programmée Un programme CN peut utiliser un ou plusieurs systèmes de coordonnés, pour cela il faut enregistrer dans le système de commande les décalages de chaque système de coordonné.
Fig.372
Exemple
Système G54
Système G55
(0,40,30) ° ° (0,50,15)
G55 ; G00 Y40 Z30; Y50 Z15; Pour l’axe Z on prend généralement un décalage égal à zéro et la gestion des longueurs outils est laissée aux fonctions de compensation de longueur. Mais dans le cas, où on a un ensemble de pièces qui n’ont pas la même hauteur, les différences sont introduites dans l’adresse Z des systèmes de coordonnés. Exemple (cas de figure372)
G54 X…. Y…. Z 0 G55 X… Y… Z –0.408 G56 X…Y… Z 0.356 Décalage externe Le décalage externe n’est pas programmable, toute valeur mise dans ce décalage affectera tous les systèmes de coordonnés. 3.8.
Système de coordonnées local G52
Il est parfois pratique d’avoir un système secondaire de coordonnée dans le système coordonnée pièce, un tel système secondaire est appelé système de coordonnée local.
de
G52: cette commande spécifie les systèmes de coordonnés locaux pour tous les systèmes de coordonnés pièce (G54 à G59). Le point zéro de chaque système local est égal à la position IP, de chaque système de coordonné pièce. G52 IP0: annule le système de coordonné local.
système local système local P
P
G54
G59
Fig.38 Système de coordonnée machine
Programmation absolue - relative G90. G91 Il y a deux façons de commander les déplacements des axes: la commande absolue et la commande relative G90: commande absolue G91: commande relative Y Pt d'arrivée 70 Exemple en absolue G90 X 40 Y70 en relative G91 X-60
Y40 30
Pt départ X 40
3.10.
Positionnement rapide
100
G 00 (modal)
Permet le positionnement en vitesse rapide de l’outil en un point quelconque de l’espace. Les vitesses d’avance pour chaque axe sont fixées par le constructeur. Le point à atteindre peut être donné dans le repère lié à la pièce ou par rapport au point précédent (coordonnées absolues G90, cordonnées relatives G91).
Y Pt initial 200
pt final 30
G00 G90 X300 Y30 OU G00 G91 X280 Y-170
X 20
3.11.
300
Interpolation linéaire
G01 (modal)
Permet le déplacement de l'outil en ligne droite à une vitesse d'avance spécifiée par le code F Exemple
Y 100
Pt départ G01 G90 X200 Y25 F200 Ou G01 G91 X150 Y-75 F200
3.12.
Interpolation circulaire G02 , G03 ( modales)
Permet le déplacement de l’outil selon un arc de cercle à une vitesse d’avance spécifiée par le code F. Lorsqu’on travaille sur une CN, il est possible selon le nombre d’axes de pouvoir travailler dans les trois plans de l’espace. Les codes G17 à G19 vont nous permettre de spécifier le plan de travail. Il est possible de décrire un arc de cercle selon deux sens, le sens trigonométrique (G03) et le sens rétrograde (G02). G17 : travail dans le plan (X, Y) G18 : travail dans le plan (X, Z) G19 : travail dans le plan (Y, Z) G02 : sens des aiguilles d’une montre G03 : sens trigonométrique
Fig.3121 Sens de l'interpolation circulaire dans les trois plans
Il est possible de programmer suivant deux méthodes. La première spécifie le centre de l’arc du cercle par rapport au point de départ (voir figure3122)
Fig.3122 Programmation centre I, J et K doivent être signés La deuxième méthode spécifie le rayon de l’outil. Dans ce cas 2 types d’arcs sont considérés (voir figure3123):
Arc < 180° => rayon >0
Arc > 180° => rayon <0
Fig.3123 Signe du rayon Exemple
Y 100
R50 R60
60
G01X200Y40 G03X140 Y100 I-60 F 300 G02 X120 Y60 I-50 Ou
Fonctions Interpolation linéaire
Interpolation circulaire
codes G00 G01 G17 G18 G19 G02
nature modal modal modal modal modal modal
G03
modal.
Commentaires déplacement linéaire en vitesse d’avance rapide déplacement linéaire en vitesse d’avance programmée interpolation dans le plan (X, Y) interpolation dans le plan (X, Z) interpolation dans le plan (Y, Z) déplacement circulaire en vitesse d’avance programmée sens rétrograde Déplacement circulaire en vitesse d’avance programmée sens trigonométrique
3.13
Usinage hélicoïdale
(G02-G03)
L’interpolation hélicoïdale s’effectue par la spécification d’un autre axe qui se déplace en synchronisme avec l’interpolation circulaire.
Z
Trajectoire outil
Y
X
Vitesse d'avance le long de la circonférence est la vitesse spécifiée
Format
Fig.3.13 Usinage hélicoïdal
G 02 R − J G17 X − Y G03 I −
− Z − F − i
La vitesse d’avance de l’axe linéaire est:
= Fx
longueur d' axe linéaire longueur d' axe de cercle
i: valeur approchée du pas
3.14.
Retour automatique au point de référence machine: (G28)
G28 IP. En général cette instruction est utilisée pour le changement d’outil automatique par conséquent et pour des raisons de sécurité, la compensation de rayon et de longueur doit être annulée en premier. IP: point intermédiaire 3.15.
Retour automatique du point de référence: (G29)
G29 IP. Cette instruction positionne l’outil à l’emplacement prescrit via le point intermédiaire d’un axe programmé.
Y R Exemple G28 X1300 Y700 (programme A à B) B
T1111 G29 X1800 Y300
(programme B à C) A
C X
3.15.
Fonctions d’avance
En CNC la vitesse d’avance, c’est la vitesse à la quelle l’outil enlève de la matière lors de l’opération de coupe. Deux types de vitesse sont utilisés en programmation CNC : Avance par minute Avance par tour En pratique, il est généralement conseillé d’utiliser l’avance par minute en fraisage, et l’avance par tour en tournage. Le tableau ci-dessous montre les fonctions préparatoires pour distinguer les deux modes. Avance Par mn Par tour
Fraisage G94 G95
Tournage G98 G99
L’appel de la fonction avance au sein d’un programme se fait par l’adresse F suivi d’un nombre. Exemple : F200
F0.1
3.15.1. Avance rapide Avec l’instruction de positionnement G00, il n’est pas nécessaire de programmer la vitesse d’avance rapide car elle est fixée par des paramètres par axe. Elle peut être corrigée au moyen d’un sélecteur de modulation situé sur le tableau de commande de la machine F0, 25%, 50%, 100% 3.15.2. Accélération et ralentissement Durant l’opération de contournage, la direction du mouvement de coupe change aux points de tangences et d’intersections, ce qui est tout à fait normale. La programmation d’un coin vif, implique que le mouvement outil le long d’un axe doit changer en un mouvement selon un autre axe dans le bloc suivant. Pour exécuter ce changement de direction, le système de commande doit terminer le mouvement selon le 1er axe en premier et commencer ensuite le mouvement selon le 2ième axe, et puisque il est impossible de lancer le mouvement à pleine vitesse instantanément sans accélération et
également impossible d ‘arrêter l’avance sans ralentissement, une erreur de coupe peut se présenter. Cette erreur peut causer se qu on appelle le overshoot (dépassement) aux coins, particulièrement lors de la programmation de grandes vitesses (voir figure). Généralement sur les CNC modernes, cette erreur est toujours incluse dans les intervalles de tolérance. Si cette erreur demande une correction, le système de commande fournit deux fonctions préparatoires pour corriger le problème. G09: Arrêt précis (non modale) G61: mode Arrêt précis (modale)
Fig.3152
Exemple : O1100 … N13 G00 X15 Y12 N14 G09 G01 X19 F90 N15 G09 Y16 N16 G09 X15 N17 Y12 … O1111 … N13 G00 X15 Y12 N14 G61 G01 X19 F90 N15 Y16 N16 X15 N17 Y12 N18 G64 … 3.15.3. Modulation automatique dans les angles (G62) Lorsque G62 est programmée au moment où la compensation rayon outil est active, l’avance de coupe est automatiquement modulée aux angles, jusqu'à ce que G61 ou bien G64 soit programmée.
Fig.3153
3.15.4. Mode taraudage G63 En programmant le mode taraudage, le système ignore toutes modulations de vitesses d’avance (toujours vue à 100%). G63 est annulée par G61, G62 ou G64. 3.15.5. Fonction de modulation d’avance Pour activer ou désactiver la modulation avance le système de commande fournit deux fonctions spéciales : M48 : modulation active (possibilité d’utiliser librement le bouton de modulation du pupitre) M49 : modulation inactive. 3.16.
Fonction de vitesse de Broche S
La commande programme reliée à la vitesse de broche est identifiée par l’adresse S . Exemple : S1 à S9999 le point décimal n’est pas permis. Contrôle de vitesse de coupe / fréquence de rotation En tournage le diamètre de la pièce est utilisé dans le calcul de la fréquence de rotation et puisque ce dernier change constamment lors de l’usinage, il serait alors plus pratique de programmer directement une vitesse de coupe constante Vc au lieu d’une fréquence de rotation. Pour distinguer les deux modes, deux fonctions préparatoires sont utilisées. G96 S.... vitesse de coupe ( m/mn) G97 S.... vitesse de broche (tours/mn) En G96, pour limiter la vitesse lorsque le rayon tend vers 0, on utilise la fonction préparatoire G50 Exemple : G50 2000 : la vitesse maximale a ne pas dépasser quelque soit le rayon est 2000
Pour le fraisage cette distinction normalement n’existe pas, et la vitesse de broche est généralement programmée en tour/mn . Remarque : La vitesse de broche S n’a d’effet que si M03 ou M04 est programmée.
3.17.
Compensation
3.17.1. Compensation du rayon outil Le programme CN décrit le contour de la pièce et non la trajectoire de l’outil. Il faut donc connaître le point de l’outil piloté pour pouvoir effectuer un décalage du contour de la pièce afin de générer la trajectoire outil (le décalage et la génération de la trajectoire sont pris en charge par le directeur de commande numérique). Les valeurs de décalage interviennent dans un paramètre de réglage machine lié à l’outil; L’ordre de décalage de la trajectoire est donné par les fonctions préparatoires G41- G42. La prise en compte de la valeur du rayon se fait par le code H suivi du numéro du correcteur correspondant à l’outil (H00 à H49).
G41 Décalage à gauche de la matière
G42 Décalage à droite de la matière
L’ordre G40 annule la compensation de rayon d’outil.
Fonctions Compensation de rayon outil
3.18.
Codes G40 G41 G42
nature modal modal modal
Commentaires annulation de la compensation de rayon d’outil compensation de rayon outil à gauche compensation de rayon outil à droite
Compensation de la longueur outil
Cette fonction permet de corriger la différence entre la longueur outil programmée et la longueur outil réelle. Comprendre le concept de la compensation de longueur outil, demande la compréhension du sens de la phrase longueur outil réelle. Cette longueur est parfois appelée longueur physique. 3.18.1. Ligne de mesure (gauge line) Lorsque l’outil et son support sont montés dans la broche de la machine, le cône du porte outil adhère avec celui de la broche. La précision de la fabrication des CNC, assure une position unique et constante pour chaque porte outil dans la broche. Cette position est utilisée comme référence de mesure le long de l’axe Z et elle est généralement appelée ligne de mesure (gauge line).
3.18.2. Face supérieure de la table La face supérieure d’une CNC forme un plan précis, est localisée à une distance fixe de la ligne de mesure. La surface de la table constitue alors un autre plan de référence, lié à la ligne de mesure et parallèle à elle.
De telles structures permettront par conséquent de programmer avec précision le déplacement outil le long de l’axe Z. L’intérêt significatif de la compensation de longueur outil réside dans le fait qu’elle permet au programmeur de développer entièrement son programme, utilisant un nombre quelconque d’outil sans connaître réellement leur vraie longueur. 3.18.3. Fonctions de compensation La plupart des systèmes de commande offre trois fonctions préparatoires pour gérer la compensation de longueur outil. G43
G44
G49
G43 ajoute la valeur de correction à la coordonnée du point à atteindre de l’axe correspondant (axe choisi par les fonctions G17, G18 et G19). G44: retranche la valeur de correction. G49 : annule le mode compensation. La valeur de correction est appelée par le code H plus numéro du correcteur
Longueur outil réelle
Remarque Il faut toujours terminer un programme par annulation des correcteurs. La valeur de correction correspondant à H00 est à zéro, il est impossible d'établir H00 à une autre valeur de correction. Elle sert aussi à l'annulation de la compensation de longueur outil. Exemple N70 G43 Z1 H04 Le déplacement résultant dans l’exemple sera d’une unité au dessus du zéro programme. Le système calculera la distance à parcourir, en fonction de la valeur enregistrée dans H04. Formule : Zd = Wz + Zt + H Où Zd : distance à parcourir le long de Z ( déplacement réel) Wz : valeur de Z dans le système de coordonné travail actif. Zt : position cible sur l’axe Z (coordonnée Z) H : valeur de compensation. Application Prenons Wz = 0.02 H04= -7.47 Zd = 0.02 + 1 + (-7.47) = -6.45 L’outil va parcourir le long de Z en direction de la pièce la distance de -6.45. 3.18.4. Mesure de la compensation de longueur Actuellement, trois méthodes sont considérées : 1. Préréglage outil c’est la méthode originale, elle utilise un appareil externe(banc de préréglage) pour effectuer les mesures. 2. Tangence outil (touch-off), c’est la méthode courante, elle se base sur la machine elle même pour effectuer les mesures. La procédure consiste à mesurer la distance que l’outil parcourt de la position zéro machine à la position zéro pièce Z0. Cette distance est généralement négative et elle est introduite dans l’adresse H correspondante. (la valeur de Z dans le Work offset est normalement mise à zéro) (voir figure B) 3. Outil de référence, c’est la méthode la plus efficace. C’est une amélioration de la 2 ième méthode. Les mesures sont prises relativement à un outil de référence, généralement le plus long. Lorsqu’un certain nombre d’outils sont utilisés dans plusieurs usinages, c’est juste la longueur de l’outil de référence qui doit être modifié (gain de temps)
Note Il n’est pas obligatoire que l’outil de référence soit le plus long, c’est juste une question de sécurité.
Fonction outil Chaque machine CNC disposant d’un ATC (Automatic Tools Change), doit avoir une fonction outil T à appeler dans le programme CN.
La sélection d’un outil s’ordonne par la présence du code T, suivi du numéro outil. La CN réagit en mettant l’outil sélectionné en position de changement outil. Il y a une différence notable entre la fonction T utilisée en fraisage et celle en tournage. En fraisage T commande juste le numéro outil (ex T01), en tournage elle contrôle l’indexation de la position outil et aussi le numéro de décalage outil (voir figure).
. 3.19.1
Changement d’outil
Le changement d’outil s’effectue par le code M06, mais il faut auparavant préparer l’outil (l’amener en poste de changement d’outil) par la commande T. Exemple( cas fraisage) Utilisation de l’outil 2 puis de l’outil 5 N10 T02 M06
changement outil -> mise en place dans la broche de la machine de l’outil 2
…. … N110 T05
préparation de l’outil suivant (mise en place de l’outil 5 au poste de changement outil)
Le changement d’outil ne peut s’effectuer en n’importe quel point de l’espace. Il existe une cote en Z de changement d’outil; Il faut donc avant le code M06 envoyer l’outil à l’emplacement de changement outil. Ceci s’effectue par le code G28. ATTENTION: il faut annuler la correction avant le G28. 3.20.
Sous-programmes
Lorsqu’un programme contient certaines séquences fixes ou des figures d’usinage souvent répétées, ces séquences ou figures d’usinage peuvent être introduites en mémoire comme sousprogramme afin de simplifier la programmation. Un sous-programme peut appeler un autre sous-programme. Format d’appel Le bloc d’appel d’un sous-programme a le format suivant: M98P....--....: nombre d’exécutions du sous-programme (s’il est omis, le sous-programme sera exécuté une fois seulement) ---: numéro du sous-programme Exemples M98 P00021000 le sous-programme 1000 sera exécuté 2 fois M98 P1000
le sous-programme 1000 ne sera exécuté qu’une fois
Programme principal Sous-prog
Bloc1
O1000 Bloc1
Bloc2
Bloc2 Appel de sous programme1000 Bloc n
Fin sous prog
Une instruction de déplacement et un appel de sous-programme peuvent se trouver dans le même bloc. Dans ce cas le déplacement s’effectue avant l’appel du sous-programme. 3.21.
Cycles pré-programmés (voir annexe)
3.22.
Travail préparatoire
Tout programme de commande numérique doit être préparé avant son écriture. La préparation consiste
A calculer tous les points du profil si ceux-ci ne sont pas cotés. A mettre au point la gamme d’usinage (trajectoires outil, outils...) A préparer la page outil (feuille regroupant tous les renseignements nécessaire au préparateur pour la programmation des paramètres et le contrôle du programme.) A choisir l’origine du programme.
La gamme d’usinage doit donner l’ordre chronologique des diverses opérations permettant l’usinage de la pièce. C’est la partie la plus importante du travail.
ROYAUME DU MAROC UNIVERSITE HASSAN 1ER FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES DE SETTAT
TD1 de C.F.A.O A. Question de cours 1- Définir qu’est ce que c’est que un système de CFAO ? 2- Donner la définition des origines suivantes : Origine mesure Origine machine Origine pièce Origine locale RQ : faites des schémas si nécessaire. B Usinage On désire usiner la pièce du dessin sur une machine à commande numérique 3axes. 1. Donner la gamme d’usinage complète 2. Donner le programme CN Note : La pièce a été préparée par découpage, la surépaisseur frontale est d’environ 4 mm.
Epaisseur =10mm
B.Danouj
Université Hassan I F.S.T.Settat
Département technique Génie mécanique
TD2 en commande numérique des machines outils Présentation du sujet: La pièce de la figure ci-dessous est provenues du moulage (matière XC38), on désire effectuer sur elle, à l’aide d’une machine à commande numérique verticale (3 axes), les opération suivantes : • Surfaçage de la pièce (S1 et S2) • Contournage de la poche Pour exécuter ce travail on dispose des outils (HSS) suivants * fraises deux tailles (diamètre): 100, 80 , 50 , 20 , 10 , 4 * fraises à deux lèvres (diamètre): 20 , 10, 4 fraises à bout hémisphérique (diamètre ) : 10 , 8 , 4 , 2 Dessin de définition de la pièce:
R2 R5 2
8 45 80
Questions: 1. Etablir la gamme d’usinage? 2. Etablir la page outil en spécifiant les correcteurs? 3. Etablir le programme CN?
Contrôle n° 2 en commande numérique des machines outils Exercice 1 On désire usiner à l’aide d’une machine à commande numérique verticale (3 axes), les deux empreintes de la pièce du dessin ci-joint (matière XC38) On vous demande de corriger si nécessaire le travail préparatif et le programme CN suivant, dédié pour une machine fanuc séries OM des ateliers de mécanique
Travail préparatif L’ébauche est effectue par une fraise deux lèvres de diamètre 40mm La surépaisseur de finition de 1mm sur les bords est enlevée par une fraise deux tailles de diamètre 10 La profondeur des empreintes est de 4mm
Page outil Outil T01 fraise deux lèvres de diamètre 30 T02 fraise deux tailles, outil de référence diamètre 20
Correcteurs DO1=14 H01=abs (L 2-L1) L2
Dessin de la pièce O1003
N240 GO1 Z-4 F MO3
N40 G90 G52 X60.86 Y89.14
N250 M98 1002
N50 G00 X0 Y0 Z2
N260 G00 Z100 M05
N60 S _ MO3
M99
N70 GO1 ZO F N80 M98 00021001
O1001
N90 G00 Z2
Z-2 M08
N100 G52 X89.14 Y60.86
G90 G41 Y40 D01
N110 XO YO Z0
GO3 I0 Y-40
N120 S_
G40 G01 X0 YO M09
N130 M98 00021001
M99
N140 G49 G28 Z100 M05 T02
Programme CN
N150 M06
O1002
O1000
N160 G52 X60.86 Y89.14
G01 Z-4
N10 G80 G17 G40 G49 T01
N170 G00 X0 Y0 S
G90 G41 Y40 D02
N20 G28 XO YO ZO
N180 Z2 MO3
GO3 I0 Y-40
N30 M06
N190 GO1 Z-4 F
G40 G01 X0 YO M09
N40 M98 1003
N200 M98 1002
M99
N50 G55 M98 1003
N210 G00 Z2
M30
N220 G52 X89.14 Y60.86
Année 09/10
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Contrôle en commande numérique des machines outils Présentation du sujet : La pièce de la figure ci-dessous est provenue du moulage (matière XC38), elle représente un porte poinçon d'un outil d'emboutissage. On désire effectuer sur elle, à l’aide d’une machine à commande numérique verticale (3 axes ), les opération suivantes : • Surfaçage de la pièce (S1 et S2) • Contournage extérieur (S3) Pour exécuter ce travail on dispose des outils (HSS) suivants • fraises deux tailles (diamètre) : 100, 80, 50, 20, 10, 4 • fraises à deux lèvres (diamètre) : 40, 20, 10, 4 • Fraises à bout hémisphérique (diamètre) : 10, 8, 4, 2 Dessin de définition de la pièce : Questions: 1. Etablir la gamme d’usinage ? 2. Etablir la page outil ? 3. Etablir le programme CN ?
2 ième année M.S.T /C.F.M
S3
S1
S2
2 ième année M.S.T /C.F.M
ROYAUME DU MAROC UNIVERSITE HASSAN 1ER FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES DE SETTAT
Examen de C.F.A.O A. Question de cours Donner la définition des origines suivantes : Origine machine Origine pièce Origine locale RQ : faites des schémas si nécessaire. B Usinage On désire usiner la pièce du dessin sur une machine à commande numérique 3axes. 1. Donner la gamme d’usinage complète 2. Donner le programme CN
30
Epaisseur = 10
Note : La pièce a été préparée par découpage, la sur-épaisseure frontale est d’environ 6 mm.
B.Danouj
