9/2/2010

MEC3530 Fabrication assiste par ordinateur et machines outilsAutomne 2010 Cours 1 Structures mcaniques des Machines outils commande numrique Victor Calatoru

Feuille de routePlace et rle de la commande numrique dans lusinage moderne Critres de slection pour lachat des MOCN Tendances dans le dveloppement des d d l d l d machines outils commande numrique Structures cinmatiques typiques des MOCN (pour les centres dusinage en fraisage) Les systmes de coordonnes des MOCNs Exemples dautres types de machines commande numrique

Machines traditionnellesLoprateur doit contrler le fonctionnement en tout moment; Loprateur change loutil, le brut et commande g tous les rglages des paramtres; Machines spcialises, capables de suivre des trajectoires matrialises; Limitations assez svres des paramtres de travail de la machine.

1

9/2/2010

volution des MOCNMachines trs couteuses, pour applications spciales Machines qui forment la base de la production industrielle actuelle Machines pour des bricoleurs, accessibles et peu dispendieuses

volutiondelusinagecommandenumrique

John T. Parson (1913-2007) US Air Force, MIT, Cambridge, MA, USA; NC usinage CN des pales dhlicoptreUsinage U i conventionnel

1980

1952Introduction de lusinage CN

1960concept de lusinage CN

1972

Cette MOCN datant des annes 1980 prsente la combinaison technologique entre une machine-outil et un ordinateur (Collections de Henry Ford Museum & Greenfield Village.)

Les machines CN sont arrives !

2

9/2/2010

Fraiseuses conventionnelles

Fraise horizontale universelle

Fraise verticale

Fraise verticale tte de blier

Fraisage conventionnel3 axes linaires Trajectoires linaires Disposition horizontale ou verticale de larbre principal Usinage avec le bout ou le flanc de loutil Surfaces gnrs planes ou cylindriques, occasionnellement coniques

Types de base de MOCN

Tour

Fraiseuse

Centre dusinage

3

9/2/2010

Transformation dune machine conventionnelle en MOCNBridgeport EZ Trak CNC vertical milling machine

Structure des MOCNs

quoi sert la commande numrique ?La commande numrique procd automatis positionnement. est un de

A partir dinformations numriques fournies laide dun programme, un organe mobile peut se dplacer suivant une trajectoire donne une position dfinie par les coordonnes.

4

9/2/2010

Domaine dapplication des MOCN

Comparaison entre une MOCN conventionnelle et un centre dusinage CN moderne

Utilisation des ordinateurs pour la commande numriqueLe contrleur (lordinateur) est utilis pour: Le pilotage de loutil et des axes motrices principales et secondaires; Pilotage dautres systmes auxiliaires (lubrification, magasins doutils, vacuation des copeaux, etc.); En tant quaide la programmation et opration directe par loprateur; Compensation des erreurs et des variations gomtriques des outils; Contrle intgr; Autodiagnostic et manutention automatiss; Connexion en rseau pour transfert de donnes;

5

9/2/2010

Avantages des MOCN en productionLa possibilit de raliser des pices complexes, autrement irralisables sur des machines classiques; Universalit et flexibilit suprieure par rapport aux machines classiques; La diminution des temps d arrt pour contrle dimensionnel et darrt rglages; diminution des temps morts; diminution du temps de fixation et dgagement des pices et outils, surtout avec des systmes automatises de changement des outils et pices palettises; Meilleur rapport temps de coupe/temps darrt; Moins de surveillance et moins de manuvres manuelles de la part des oprateurs; Rendement et qualit constantes; Rduction du nombre des machines ncessaires pour une production donne;

Avantages au niveau organisationnelPossibilit dembaucher des oprateurs ayant des comptences plus cibls; Contrle plus facile des pices et des temps dutilisation des machines et des outils; Possibilit d excuter sur demande des programmes pour des dexcuter sries rduites; rduction des stocks; Les oprations communes peuvent tre dcales pour le deuxime ou troisime quart de travail; Migration plus facile dune MOCN une autre, pour les oprateurs ainsi que pour les pices usines; moins dexprience sur une certaine machine demande; Changement de production plus facile; La sparation des phases de prparation et de production des pices;

DsavantagesPrix dacquisition toujours plus lev que pour les machines conventionnelles; Frais dentretien plus leves cause de la F i d i l l d l complexit accrue; moins des possibilits de rparations linterne; Moins de tolrance aux erreurs; Environnement plus contrl cause des systmes lectroniques et de la prcision suprieure (temprature, vibrations, poussires, humidit, etc.) Qualifications assez pousses pour les techniciens;

6

9/2/2010

Fonctions dun oprateur pour MOCNAssurer la fixation de la pice et des outils; Slectionner ou choisir les vitesses et les profondeurs de coupe et les avances; Compenser les variations des outils; Vrifier ltat de fonctionnement de la machine; Effectuer les procdures de mise en marche et arrt de la machine; Contrler les mouvements dapproche, dusinage et de retrait des outils; Vrifier la qualit de lusinage;

Taches la fois plus faciles mais plus techniques que pour lusinage conventionnel

Progression des cots pour la programmation des MOCN

5X(ADV) 5X 3D 2D 0 10000 20000 30000 40000 SOFTWARE TRAINING POST SIMULATOR

Structure typique dune MOCN1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Armoire (cabinet) de commande adaptateur amplificateur lectrique moteur dynamo tachymtrique capteur de position (indirecte) capteur d position (directe) de (d ) vis billes

7

9/2/2010

Structure typique dune MOCN1. 2. 3. 4. 5. 6. 6 7. 8.

Armoire (cabinet) de commande adaptateur amplificateur lectrique moteur dynamo tachymtrique capteur de position (indirecte) capteur de position (directe) vis billes

Rpartition des axes pour des diffrentes configurations de MOCN

Diffrentes types de cinmatiques des MOCN

8

9/2/2010

Types de structures MOCN

Types de structures MOCN

Types de structures MOCN

9

9/2/2010

Systme de coordonnes complexe (axes secondaires)Axe X : mouvement principal (portail) Axe Y : traverse Axe Z : mouvement axial de la broche Axes A, B, C : rotations Axes secondaires : U, V, W (linaires) & D, E (rotatifs) Axes tertiaires (P, Q, R)

Cinmatique XY/Z Matsuura MC-760VX

Cinmatique XY/Z (Beaver VC55)

Au zro machine, coin droit arrire de la table sous la broche

10

9/2/2010

Cinmatique BAX/ZY Mazatech H6305X

Cinmatique CXY/ZB (DMG DMC-60T)

Centre dusinage commande numrique avec arbre verticalLa plus commune des structures. Prsente 3 a es de se te axes dplacement linaire, avec la possibilit dajout dune structure fournissant 1 ou 2 axes de rotation (plateau rotatif et optionnel inclinable.

11

9/2/2010

Schmas des centres de fraisage CNReprsentation dun centre CN horizontal 5 axes

Reprsentation dun centre CN vertical 3 axes

Systme daxes de coordonnesCoordonnes des points

Axes, origine et quadrants

Systeme daxes pour un tour

Z+

X+

loignement

12

9/2/2010

Axes, plans et vues

Les origines des systmes de coordonnesOrigine machine : OM Position physique dun point de llment mobile, bute dtecte par un contact lectrique lors de linitialisation en POM. Origine mesure : Om Cest un point dfini (sur chaque axe) par le constructeur de la machine. Il permet de dfinir lorigine absolue de la mesure. La distance Origine Machine / Origine Mesure est un paramtre mmoris permanent dans le contrleur par le constructeur.

Les origines des systmes de coordonnesOrigine pice : Op Indpendante du systme de mesure, lOp est dfinie par un point de la pice sur lequel il est possible de se positionner. iti Origine programme : OP Indpendante du systme de mesure, lOP est lorigine du tridre rfrence qui sert au programmeur pour tablir son programme. Il faut indiquer au contrleur quelle est cette position.

13

9/2/2010

Positionnement de lorigine pice : PREFLe positionnement de lorigine pice (Op) peut tre introduit : Automatiquement, en faisant correspondre lOp et la position courante de la machine En mode PREF on introduit au machine. PREF, clavier : *X Y Z. Laffichage correspondra la valeur absolue des positions atteintes par les axes X Y Z, la suite des dplacements ralises aprs la prise dorigine (POM). Tangenter la pice Manuellement; en mode PREF, on introduit pour chaque axe les valeurs en X Y Z, que lon dsire affecter chaque coordonne.

Les dcalagesDcalage dorigine Il est possible au cours dun programme de changer dorigine pour faciliter la programmation (simplicit du code). On fait alors un d l l dcalage dorigine par une i t ti code. d i i instruction d DEC1 : cest le dcalage qui dfinit lcart entre lorigine pice Op et lorigine programme OP. Il est connu du programmeur et introduit au clavier. Dcalage programm (G59 X Y Z) : il peut tre utilis pour dterminer les origines de plusieurs parties en usinage.

Les dcalagesEn programmation absolue (G90), G59 X dfinit la valeur du dcalage par rapport lorigine programme, appliqu aux cotes suivantes. Lintroduction dun autre G59 X annule et remplace le prcdent. l l l d En programmation relative (G91), G59 X dfinit la valeur du dcalage appliqu la premire cote suivant le G59. Un autre G59 modifiera la premire cote le suivant mais la position en valeur absolue se trouvera dcale de la somme de tous les G59 programms

14

9/2/2010

Les origines

Reprsentation graphique du PREF et du DEC

fraisage vertical ( gauche) et fraisage horizontal ( droite)

Machines rectifier commande numriqueBridgeport- Harig CNC surface grinder Supertec Surface Grinder

15

9/2/2010

Sandretto Injection molding machine

Machines pour usinage par dcharge lectriqueCharmilles CNC Wire EDM Mitsubishi CNC EDM

Perceuses commande numriqueFanuc Robodrill EDM Drillmate

16

9/2/2010

Ajout des axes de rotation supplmentairesStructure Kitamura Mytrunnion 1 2 axes de rotation placs 90Donnes techniques Diamtre de la surface de travail Dplacements linaires (X,Y,Z) Axe dinclinaison (A) Prcision dindexage Axe de rotation (C) Mytrunnion-1 120 mm 356 x 510 x 460 mm -110 ~ 30 0.001 360

Machine Haas VF6-TR40 avec trunnion

Axes de rotation non-perpendiculaires

17

9/2/2010

Les machines pieds les hexapodes et les nanopodesLacet Plateforme Membre compos / capteur linaire Roulis Tangage Outil Pice usine

Machine VOH 1000 (hexapode broche verticale) Espace de travail 600 X 600 X 800 mm Avance : max 30 m/min Acclration maximale : 0,5 g Prcision volumique : 20 m Puissance maximale 37,5 kW Couple maximal : 49 Nm

Questions ?

18