Cnc Introduction

Projet CNCIntroduction

Introdu ction la comm ande num riq ue

Thme

: Commande numrique

Sujet

: Prsentation

Ralis par

: David Matre, tudiant : M. Etienne

DateLe cours CNC (introduction)

: 17 mars 2000Page 1 sur 15 DMA - 05/05/03


Rf ren ces

Personne(s) de rfrence

Maison Siemens Lieu :Renan Personne :M. Salvador Tl. : 021/631.81.11

Documentation(s) de rfrence

Catalogue Siemens Rubrique : Systmes dautomatisation pour machines-outils Rfrence : NC60.1 Validit : 1999/2000

Site Web Siemens Adresse : www.siemens.ch Autre : www3.ad.siemens.de

Le cours CNC (introduction)

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Projet CNCIntroductionLa Commande Numrique GREME ISBN : 2-606-00788-3

Initiation la commande numrique des machines-outils ACIERA dition : troisime

Documentation lectrique MIKRON Rfrence : 152.47.80.121


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Table d es mati re s

INTRODUCTION A LA COMMANDE NUMERIQUE............................................................................................. 1 REFERENCES ........................................................................................................................................................................ 2 PERSONNE(S) DE REFERENCE ................................................................................................................................................2 DOCUMENTATION(S) DE REFERENCE ...................................................................................................................................2 TABLE DES MATIERES .................................................................................................................................................... 4 1.0 INTRODUCTION..................................................................................................................................................... 5

.1.1 FONCTION DUNE MACHINE CNC...........................................................................................................................5 .1.2 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT ..............................................................................................................................6 .1.3 COMPOSANTS DUNE CNC.......................................................................................................................................7 .1.3.1 La commande numrique (CN).................................................................................................................... 7 .1.3.2 Amplificateur moteur..................................................................................................................................... 8 .1.3.3 Les retours dinformation de vitesse........................................................................................................... 9 .1.3.4 Les codeurs de position ...............................................................................................................................10 .1.3.5 Les moteurs daxe.........................................................................................................................................13 .1.3.6 Automate programmable (AP) ...................................................................................................................14 .1.4 REMARQUES.............................................................................................................................................................15


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1.0 Introdu ction

.1.1 Fonction dune machine CNC

Le premier rle dune machine CNC (Computorized Numerical Control), est de gnrer des mouvements. Elle recevra des valeurs de positionnement, de vitesse et dacclration et gnrera, suite un traitement, des consignes numriques en sortie. Elle dispose dune grande puissance de calcul et dune plus grande souplesse dutilisation quun automate programmable. Ce dernier est nanmoins un complment de la commande CNC pour ce qui est de la gestion des entres telles que : interrupteur, bouton darrt durgence, bute hard , etc. et lactivation de sorties binaires telles que : alimentation de groupe hydraulique, colonne lumineuse, etc. .

En rsum, la commande CNC va gnrer des mouvements selon des consignes numriques et rguler ces derniers par des systmes en boucle ferme, alors que lautomate va acqurir des signaux binaires et mettre jour les sorties concernes. noter que les donnes reues en entres par lautomate sont galement exploitable par la commande numrique et inversement.


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.1.2 Principe de fonctionnement

La machine CNC travaille avec des systmes de contrles en boucle ferme. Des ordres vont tre gnrs vers la commande par le biais dun programme pice ou par action manuelle de loprateur. La commande va traiter ces informations et gnrer des consignes afin dobtenir les dplacements voulus par le biais des moteurs daxes. Des contrles de vitesse et de position seront alors effectus de manire continue par la machine. La position sera rgule par la commande numrique alors que la vitesse sera le plus souvent rgule par le systme dasservissement moteur (cf. .1.3.2 Amplificateur moteur ). On se trouve donc en face dun systme deux boucles et lon parle de systme asservi. Le schma ci-dessous (figure 1), nous montre le flux dinformations avec ses directions, ainsi que les deux boucles de contrles (position et vitesse).

Figure 1

Cet asservissement se retrouve dans toutes les commandes numriques actuelles.


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.1.3 Composants dune CNC

Ce chapitre a pour but de dcrire de manire plus dtaille, les lments prsents dans lasservissement de la figure 1 (cf. .1.2 Principe de fonctionnement ).

.1.3.1 La commande numrique (CN)Comme expliqu au chapitre 1.0 Introduction , la commande numrique a pour tche de gnrer des mouvements daxes. Ses instructions viendront du programme pice ou de loprateur machine. Ces instructions consisteront en une position et une vitesse de dplacement. Le processeur de la CN va alors gnrer une consigne auprs du groupe dasservissement (cf. .1.3.2 Amplificateur moteur ) afin que ce dernier puisse commander les moteurs daxes. Elle aura galement pour tche, lors du dplacement des axes, de vrifier la position de ces derniers et dans certain cas, la vitesse de dplacement (cette dernire tche incombe gnralement au groupe dasservissement daxe). Les CN actuelles sont capables deffectuer des mouvements en combinant simultanment les position sur les axes X, Y et Z. Elles sappellent commande numrique par contournage. De plus, elles sont capables de grer plusieurs axes simultanment. On parle alors dinterpolation.

Figure 2


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Projet CNCIntroduction .1.3.2 Amplificateur moteurIl sagit dun des lments de ce quon appelle lasservissement daxe. Ce dernier sous-ensemble comporte : Amplificateur et variateur moteur (dcrit dans ce sous-chapitre) Servomoteur ou moteur pas pas Gnratrice tachymtrique ou resolver Codeur de position

Les autres lments seront dcrit dans les sous-chapitres suivants.

Lamplificateur la fonction suivante : Commander le moteur daxe selon la consigne de la commande numrique. Il gnre la rampe dacclration et de dclration destination du moteur et contrle sa vitesse de rotation. Le retour de linformation se fait par une gnrat rice tachymtrique ou le resolver (cf. .1.3.3 Les retours dinformation de vitesse ).

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Amplificateur et variateur moteur


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Projet CNCIntroduction .1.3.3 Les retours dinformation de vitesseLeur rle est de retourner une information de vitesse aprs de lamplificateur moteur variateur et/ou de la commande numrique. Comme indiqu au chapitre .1.3.1 La commande numrique (CN) , ce traitement peut tre fait au niveau du groupe damplification (dportation dune puissance de calcul sur le composant) ou au niveau de la commande numrique. On trouve deux lments capables de retourner une information de vitesse : La gnratrice tachymtrique Le resolver

La gnratrice tachymtrique fournit une tension en fonction de sa vitesse de rotation. Il sagit dune sorte de gnratrice courant continue. Elle nest plus beaucoup utilise de nos jours. Le resolver quant lui est largement utilis. Son principe de fonctionnement est de gnrer un certain nombre dimpulsions par rvolution moteur. La vitesse peut ainsi tre dtermine. Il est parfois utilis pour des contrles de position ; cependant, le nombre limit dimpulsions par tour ne permet pas un positionnement prcis. Ces lments sont partie intgrante du moteur.

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Projet CNCIntroduction .1.3.4 Les codeurs de position

Ils ont pour fonction de renvoyer la position dun axe dune machine CN en valeur absolue ou relative. Cet information permettra la CN de corriger sa consigne jusqu ce que la position demande soit atteinte. Ils font donc partie dune boucle ferme de rgulation appele boucle de positionnement . Au niveau de leur forme, deux types de codeurs sont utiliss. Il sagit des codeurs rotatif et des codeurs linaires. Du point de vue fonctionnement, ce sont principalement des codeurs optiques qui sont mis en place. Le codeur rotatif se prsente selon la figure 5 ci-dessous. Son fonctionnement (figure 6) est le suivant : Un faisceau lumineux est mis en direction du disque quip dlments photovoltaque travers un rticule de balayage. La lumire est ainsi dirig de manire contrle sur les lments photolectriques du disque. De part sa rotation, ce dernier va recevoir une quantit de lumire dabord croisante, pour atteindre un maximum et ensuite diminuer. On obtiendra alors pour chaque cellule photovoltaque, une tension de forme sinusodale. Cette dernire sera ensuite dcompose lectroniquement afin de gnrer des signaux proportionnels la valeur de la sinusode en fonction du temps.

Figure 5

Figure 6


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Projet CNCIntroductionLe codeur linaire se prsente sous la forme dun rgle. Son principe de fonctionnement est gnralement opt ique, soit le mme que celui du codeur rotatif. Les figures 7, 8 et 9 renseignent sur laspect extrieur et intrieur dun tel codeur.

Figure 7 rgle linaire

Figure 8 rgle linaire ouverte

Figure 9

Les codeurs rotatifs ont lavantage dtre moins coteux que les codeurs linaires. Par contre, ces derniers confrrent une prcision suprieure. tant gnralement fixs directement sur la coulisse, il ne sont pas perturbs par le jeu, la dilatation ou les dfauts des lments dentranement. Les capteurs rotatifs sont le plus souvent fixs sur la vis daxe ou directement sur le moteur daxe.


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Projet CNCIntroductionLa figure 10 ci-dessous, reprsente un systme daxe avec lutilisation dun codeur linaire (rgle de positionnement).

Figure 10

Dans lexemple du schma du chapitre .1.2 Principe de fonctionnement , un capteur linaire est reprsent.

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Projet CNCIntroduction .1.3.5 Les moteurs daxeTrois sortes de moteurs sont utiliss pour le dplacement daxes CNC : Moteur pas pas Moteur courant continu Moteur courant alternatif (incluant moteurs synchrone et asynchrone)

Les moteurs pas pas ne sont plus utiliss de nos jours pour les mouvements daxes CNC. Leur faible dynamisme et faible couple ne permettent plus de rpondre aux conditions actuelles des machines-outils. Les moteurs courant continu deviennent galement obsolte de part les conception mcanique peu fiable. En effet, une maintenance est ncessaire sur les lments contact (collecteurs ou balais). De plus, leur frquence de rotation se limite aux environ de 4000 tr min 1 . Les moteurs dactualit sont donc les moteurs courant alternatif. Ils sont plus coteux, mais ne ncessite quasiment aucun entretien. De plus, leur couple est trs grand et ils peuvent atteindre des vitesses de rotation de lordre de 10'000 tr min 1 . Les moteurs synchrones sont encore beaucoup utiliss. Il permettent un dplacement prcis mais sont sujet une plus grande limitation de couple que les moteurs asynchrone. Ces derniers par contre, ncessitent un systme dasservissement efficace pour combler le glissement entre rotor et stator.

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Projet CNCIntroduction .1.3.6 Automate programmable (AP)Lautomate programmable est lis la commande numrique et a pour rle lactivation de sorties gnralement binaires ; telles que arrosage, fermeture des portes, enclenchement de groupes hydraulique, etc. Il permet galement de recevoir des informations en entre tels que boutons poussoir, bouton darrt durgence, dtection de fin de course, etc. Il fonctionne selon un programme autonome. Cependant, ces entressorties peuvent interagir avec le programme CN et inversement.

Figure 13 automate programmable Siemens

Souvent, leur forme plus compacte, leur permet de faire un seul bloc avec la commande numrique.

Figure 14 module I/O dun automate Siemens

Cest sur ce type de module dentres-sorties que viendront connect les priphriques dentr (poussoirs, arrt urgence, capteurs, dtecteurs de portes, etc.) et les priphriques de sortie (moteur de groupe, vrin de portes de protection, colonne lumineuse, etc.)


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Projet CNCIntroduction .1.4 Remarques

Dans un futur trs proche, la partie commande des machines-outils (CN), va cder sa place aux PC Industriels . Le principe de fonctionnement de la machine restera identique. La puissance de calcul, alors fourni par le PC industriel, permettra une meilleure compatibilit entre les plates-formes et fournira de meilleures performances.


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