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Version pour apprenants, n° d’art. 2109f Version pour instructeurs et maîtres d’apprentissage n° d’art. 2609f Index Les sujets de formation Les techniques de production à commande numérique . . . . 3 Introduction / historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 CNC, Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Qu’est-ce que le NC, CNC et le DNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Le tournage CNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 La structure d’un tour CNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Les magasins d’outils / tourelles revolver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Les systèmes de coordonnées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Les axes de coordonnées sur un tour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Des règles de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 La préparation du travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 L’équipement et le référencement des outils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 La position du point du tranchant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Les dispositifs de réglage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Les travaux de préparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 La liste de contrôle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 La documentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 La liste des outils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Le plan d’opération . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Les points de référence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Le point d’origine de la machine M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Le point zéro de la pièce W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 La position initiale de référence de la machine R . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Le point de référence de l’outil T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Les bases de la programmation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 La structure des programmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Un exemple de programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 La structure d’une phrase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Un exemple de structure de phrase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Les fonctions G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Les fonctions M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Les programmes principaux et les sous-programmes . . . . . . . . . . . . . . 17 La programmation absolue G90 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 La programmation incrémentale G91 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 L’interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4e édition – juin 2009 © by SWISSMECHANIC 1 Module Production à commande numérique - Tournage
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Version pour apprenants, n° d’art. 2109f Version pour instructeurs et maîtres d’apprentissage n° d’art. 2609f
Index
Les sujets de formation
Les techniques de production à commande numérique . . . . 3Introduction / historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
CNC, Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4Qu’est-ce que le NC, CNC et le DNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Le tournage CNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5La structure d’un tour CNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5Les magasins d’outils / tourelles revolver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Les systèmes de coordonnées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7Les axes de coordonnées sur un tour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7Des règles de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
La préparation du travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8L’équipement et le référencement des outils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8La position du point du tranchant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8Les dispositifs de réglage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9Les travaux de préparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10La liste de contrôle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10La documentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10La liste des outils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11Le plan d’opération . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Les points de référence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Le point d’origine de la machine M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Le point zéro de la pièce W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13La position initiale de référence de la machine R . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Le point de référence de l’outil T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Les bases de la programmation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14La structure des programmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Un exemple de programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14La structure d’une phrase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Un exemple de structure de phrase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Les fonctions G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Les fonctions M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Les programmes principaux et les sous-programmes . . . . . . . . . . . . . . 17La programmation absolue G90 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18La programmation incrémentale G91 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18L’interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
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Les sujets de formation
Les coordonnées cartésiennes du point cible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Les coordonnées polaires du point cible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19L’interpolation circulaire / G02 G03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Les paramètres d’interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20La compensation du rayon du tranchant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21G41 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21G42 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21G40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Les cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Les termes de base de la préparation du travail . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Questions d’examen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
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Les techniques de production à commande numérique
Introduction / historique
L’introduction des techniques NC en Europe ne date que de quelques 50 années. A l’époque, per-sonne ne soupçonnait la révolution que cela allait entraîner dans la construction des machines-outils et dans la production. C’était le début d’une histoire fascinante dans la technique. Mais lesdébuts furent très difficiles.
Les facteurs suivants freinaient d’abord le développement :
– des commandes et une programmation des machines trop compliquées,– nécessitant de grands investissements (achat de machines, formation des collaborateurs, développement, mise en service et entretien),
– futur incertain concernant le développement des techniques.
Le pas décisif dans le développement est venu en 1972. C’était le passage des techniques NC versle CNC. La puissance des nouveaux processeurs était de 32 Ko et la fréquence d’horloge de 16kHz. Mais, à côté de leurs dérangements fréquents, le manque de puissance de ces ordinateursrestait le problème principal.
Les développements suivants ont apporté des améliorations :
– les moniteurs en couleur– les mémoires RAM– les systèmes de mesure de chemin– les moteurs linéaires– les systèmes de production flexibles– les systèmes de programmation– les systèmes de FAO– la mise en réseau des données– le développement des ordinateurs
Aujourd’hui, les machines CNC permettent une production économique et rentable. Le contrôledes coûts reste une préoccupation importante. La diminution des quantités des séries et le rac-courcissement de la longévité des produits finaux demandent des déroulements de production deplus en plus flexibles.
Les dates clés dans le développement NC :
1954 première machine NC produite industriellement.1958 développement du premier langage de programmation symbolique.1965 premier changement d’outils automatique.1969 première installation DNC.1972 première machine CNC avec microprocesseur intégré.1984 première machine CNC avec aide à la programmation graphique.1994 bouclement de la chaîne de processus entre CAO, FAO et CNC.2000 des interfaces par Internet permettent un échange de données au niveau mondial et un
diagnostique de défauts intelligent.
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CNC, Généralités
Qu’est-ce que le NC, le CNC et le DNC?
Les commandes NC :
Le terme NC a été repris du vocabulaire technique américain et est l’abréviation de Nume r icalControl, en français Contrôle numérique. Cela signifie que la commande se fait par des chiffres.Une machine NC est librement programmable. Les déplacements dans les différents axes sont ini-tiés par un programme qui contient des informations sur la géométrie de la pièce ainsi que les don-nées techniques pour la production (fréquences de rotation, avance, etc.).Les machines NC sont composées d’une combinaison d’axes linéaires et rotatifs. Chaque axe estéquipé d’un système de mesure électronique et d’un entraînement réglable. Les commandes NCpures ne disposent en général d’aucune ou de très peu de possibilités pour mémoriser des donnéesde programmation. Les données sont le plus souvent lues par un lecteur de bande perforée.
Aujourd’hui, les commandes de machines NC ne sont quasiment plus utilisées. Le termeCommande NC est encore largement répandu, mais représente plutôt l’idée générique pourtoute la famille des techniques NC, CNC et DNC.
Les commandes CNC :
Les techniques CNC se sont développées à partir des commandes NC. L’abréviation signifieComputerized Numerical Control. Ces commandes sont basées sur l’utilisation de microproces-seurs, ce qui offre des avantages décisifs par rapport aux machines NC. Elles offrent entre autresune mémoire beaucoup plus grande. Grâce à un système opératoire et des logiciels correspon-dants, il est possible d’adapter les programmes de manière flexible et rapide. D’autre part, il estpossible de traiter des grandes quantités de données, ce qui permet de commander plusieurs axessimultanément. Grâce à une approche conviviale, l’établissement de programmes et leur gestionsont plus rapides et plus flexibles.
Les systèmes DNC :
DNC (Direct Numerical Control ou Distributed Numerical Control) signifie que l’alimentation desmachines NC avec des données (programmes) se fait directement par un câble ou par le WiFi à par-tir d’un ordinateur central. Les installations DNC modernes sont surtout des systèmes de distributionet de gestion de données qui peuvent mettre des programmes à disposition des machines CNC enun temps record. Ces systèmes permettent aussi de renvoyer des données de la machine au systè-me central de gestion. Cela permet de sauvegarder d’éventuels changements du programme faitssur la machine.
Les avantages et les désavantages de la production CNC :
Grâce à son fonctionnement économique, on préfère dans de nombreux cas la production CNC àla production conventionnelle, ceci surtout pour des séries petites ou moyennes. Aux avantagescités s’ajoute celui d’un coût réduit. La décision de produire une pièce sur une machine manuelleou CNC est prise par le planificateur dans la préparation du travail. A ce moment, les avantages etles désavantages doivent être évalués soigneusement.
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54e édition – juin 2009 © by SWISSMECHANIC
Le tournage CNC
La structure d’un tour CNC
Mise à disposition des images par EMCO Hallein/A.
Exécution à double broche :
Exécution avec contre-poupée :
brocheprincipale
moteur dela broche
contre-poupéeavec broche
banc de machineincliné avec guides
entraînement par vis à billes (voir chap. fraisageCNC p.10)
entraînement pour l’axe X
entraînementpour l’axe Z
tourelle avec entraîne-ment d’outils
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axes principaux
axes supplémentairespour indications d’in-crément
axes de rotation
outil derrière la facede la pièce
Les outils peuventaussi être fixés à l’en-vers ! Attention au sens derotation.
sens du regard
X
outil devant laface de la pièce
Z
M04
X
M03
X Z
I K
A C
Des règles de base
Les systèmes de coordonnées
Les axes de coordonnées sur un tour
Sur un tour, l’axe X est perpendiculaire à l’axe de la broche. Son déroulement positif va de l’axe dela pièce vers le porte-outils principal.
Sur les tours, les outils peuvent être positionnés dans, devant ou derrière la face de la pièce.Comme montré dans l’image, pour l’usinage avec le burin devant la face, la broche principale tour-ne vers l’avant (M03). De ce fait, pour les burins derrière la face, le sens de rotation doit être inver-sé (M04), ou l’outil doit être fixé à l’envers. Cette deuxième solution évite une inversion du sens derotation de la broche.
• Lors du tournage, l’axe X correspond toujours au diamètre !• La pièce reste en place et c’est l’outil qui fait la trajectoire !
Dans le tournage CNC avec des outils entraînés, on tient compte d’un axe supplémentaire appe-lé C.C tourne autour de l’axe Z. La broche principale peut ainsi être positionnée et la pièce peut êtreusinée avec des outils entraînés.
Attribution des axes supplémentaires de tournage :
Exemple pour un tour avec une broche principale, une contre-broche et 2 tourelles revolver, dontune avec un axe Y, ce qui permet en tout 8 axes NC.
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La préparation du travail
L’équipement et le référencement des outils
Pendant la production, la commande calcule les dimensions des outils et de la pièce afin de pou-voir programmer les contours de la pièce indépendamment des outils mis en oeuvre. Avant cela,chaque outil doit être référencé.
La position du point du tranchant
Lors du référencement, on détermine aussi la position du point du tranchant et il est enregistrédans la mémoire offset (de correction X et Z).
longueur Z
largeur X
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Les points de référence
Les types de points de référence sur un tour CNC :
M = point d’originede la broche (machine)
W = point zéro de la pièce
R = point de référencede la machine
T = point de référence de l’outil
Le point d’origine de la machine M
Le point d’origine de la machine représente la référence générale commune des coordonnées dela machine. Il est déterminé par le fabricant de la machine et ne peut pas être modifié. C’est surce point que se réfèrent les cotes du système de mesure de chemin. Sur les tours, la position dupoint zéro de la machine varie selon le fabriquant.
Le point zéro de la pièce W
Lors de la programmation de la géométrie de la pièce, toutes les cotes doivent se référer au pointd’origine de la machine. Etant donné que cela est compliqué, le programmateur définit un pointzéro pour chaque pièce. Celui-ci est choisi de manière à pouvoir reprendre directement du dessinautant de coordonnées que possible et que sa position dans la zone d’usinage puisse être repé-rée facilement.
La position initiale de référence de la machine R
Le point de référence « R » est un point fixe défini dans la machine par rapport au point d’originede la machine. Il peut aussi être approché avec la machine lorsqu’elle est équipée. Il sert à norma-liser le système de mesure de chemin. Il est en général approché avant le début des travaux ouaprès des pannes.
Le point de référence de l’outil T
Le point de référence dans le magasin d’outils est un point fixe préétabli. Il sert de point de réfé-rence pour le référencement des outils.
M
W
R
T
ZMR (déplacement max. Z)XMR (déplacement max. X)
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Les bases de la programmation
Le contenu des programmes est composé d’un nombre libre de phrases qui décrivent le déroule-ment complet de la machine pas à pas. Chaque phrase du programme représente une séquencede l’opération géométrique et / ou une fonction de machine précise. Les phrases individuelles sontnumérotées en continu. Chaque phrase consiste à son tour d’un ou plusieurs mots qui, dans le lan-gage d’adresses usuel actuel, sont composés de lettres et de chiffres.
La structure des programmes
Par principe, un programme est composé de trois parties :
Un exemple de programme
(%) 1245 (%): numéro de programme
N1 G00 G90 N1: mouvement rapide / programmation absolue
N2 G54 – G59 N2: décalage du point zéro
N3 G53 X.. Z.. N3: X Z en position de changement d’outil
N4 T1 D1 N4: appel de l’outil avec référencement
N5 G95 S1450 F0.4 M3 N5: fréquence de rotation, avance, broche à droite MARCHE
N6 G00 X.. Z.. M8 N6: positionnement / liquide de refroidissement MARCHE
N7 G01 X.. N7: avance
N8 G01 Z-.. N8: interpolation des droites
N9 G01 X.. N9: recul
N10 G53 X.. Z.. N10: X Z sur position de changement d’outil
N9 M30 N9: fin de programme, retour au début
Tête de programmenuméro de programmepoint zéro de la pièce
programmation G90/G91
Opérationsdonnées techniques
fonctions Gfonctions Mcycles
Fin de programmeM30
L’interpolation
Lorsque l’outil doit faire un déplacement à partird’un point de départ en ligne droite vers un pointcible donné, cela s’appelle une in ter polation enligne droite (calcul de la valeur intermédiaire). Celasignifie que la commande des avances de l’outildans tous les axes coordonne le déplacement demanière à atteindre le point cible en ligne droite.
Les coordonnées cartésiennes du point cible
Par un système de coordonnées à 2 axes, tous les points du dessin d’une pièce peuvent être défi-nis dans leur position avec précision. En indiquant une paire de coordonnées (X et Z) la positiond’un point est clairement définie.
P1 X 12 Z 0P2 X 16 Z -8P3 X 16 Z -28P4 X 12 Z -44P5 X 12 Z -56P6 X 24 Z -56P7 X 24 Z -68P8 X 32 Z -76
Les coordonnées polaires du point cible
Dans un système de coordonnées, il est aussi possible de définir avec précision la position d’unpoint à l’aide d’angles et de distances.
• L’angle 0 se situe toujours sur l’axe X dans le sens positif.
L’indication de l’angle se fait toujours dans le sens contraire aux aiguilles d’une montre et envaleurs positives. L’indication de l’angle dans le sens des aiguilles d’une montre se fait en valeursnégatives.
angle de 50° = 90° + 50° = 140°angle de 76° = 90° + 76° = 166°angle de 15° = 180° - 15° = -165°
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(trame de 4 mm)
calcul de la valeur inter-médiaire (interpolation enligne droite)
axe Z
axe Z
axe X
axe X
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L’interpolation circulaire / G02 G03
G02 L’interpolation circulaire dans le sens des aiguilles d’une montre :
Méthode de travail :1. sens de la rotation dans le sens de l’avance du point de départ (SP) G02, G032. point de fin de coordonnées X et Z (EP)3. définir le point médian incrémental à partir du point de départ (SP) avec les axes supplémen-taires I et K (voir attribution des axes supplémentaires page 7)
G03 L’interpolation circulaire dans le sens contraire des aiguilles d’une montre :
Le point de départ de l’arc est programmé dans la phrase précédente. Dans la phrase G02 ou G03,le point final de l’arc est programmé et défini par les paramètres d’interpolation I et K du pointmédian de l’arc.
Les paramètres d’interpolation
• Selon les systèmes, les paramètres d’interpolation I (X) et K (Z) sont indiqués de manièreincrémentale depuis le point de départ de l’arc au point médian ou absolu du point zérode la pièce.
Satznummer Wegbedingung Koordinatenangabe
N30 G90
N40 G01 X10
N50 G01 Z-11
N60 G02 X26 Z-19 I8 K0
N70 G01 Z-25
Satznummer Wegbedingung Koordinatenangabe
N60 G91 G02 X8 Z-8 I8 K0
S
I0 K-
Satznummer Wegbedingung Koordinatenangabe
N30 G90
N40 G01 X10
N50 G01 Z-11
N60 G03 X26 Z-19 I0 K-8
N70 G01 Z-25
Satznummer Wegbedingung Koordinatenangabe
N60 G91 G03 X8 Z-8 I0 K-8
numéro de phrase condition de chemin indication des coordonnées
indication des coordonnées
indication des coordonnées
indication des coordonnées
condition de chemin
condition de chemin
condition de chemin
numéro de phrase
numéro de phrase
numéro de phrase
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• Les machines proposent de nombreux cycles d’opération spécifiques à la commande.• Des indications détaillées se trouvent dans les manuels des fabricants.
Z
sens de rotation
temps mort
avance
retrait accéléré
plan de référence R
profondeur duperçage
Les cycles
Qu’est-ce qu’un cycle ? – dans les dictionnaires on trouve cycle = cercle, circuit– quelque chose qui se répète– simplifications essentielles de la programmation
Mise en oeuvre générale :
La définition du cycle (selon la commande) définit l’usinage. Par l’appel du cycle (selon la com-mande) on définit les coordonnées où le cycle se déroule.
Quelques exemples : – cycle de perçage et de centrage– cycle de filetage– cycle de rainures– cycle d’opérations d’ébauche et de finition
Exemple de cycle de perçage selon les supports d’enseignement européen : profondeur du perçage de 20 mm
Grâce à des paramètres modifiables, le cycle peut être défini avec précision.
ParamètresY distance de sécuritéZ profondeur du perçageX temporisation (temps mort-s)B distance de retrait accéléré
G81 X 0.2 Y2 Z-20 M3
temporisation distance de profondeur sens de la rotationsécurité du perçage
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254e édition – juin 2009 © by SWISSMECHANIC
corrections
1. Quel est le nom du point qui doit être approché sur une machine NC lors de la mise enmarche pour la normalisation du système de mesure du chemin ?
le point de référence
2. Quel principe s’applique à la programmation concernant l’outil ?
Le programmateur part toujours du principe que c’est l’outil qui se
déplace .
3. Quel est le nom du point qui peut être choisi librement dans la zone de travaild’une machine NC sur lequel les indications de dimensions du programme NC se réfèrent ?
point zéro de la pièce W
4. Enumérez au moins 3 points de référence dans la zone de travail d’usinage CNCet dessinez son symbole complet !
point d’origine de la machine / point de référence
point zéro de la pièce / point de référence de l’outil
5. Avec quelle fonction (adresse) indiquez-vous à la commande que l’outil doit suivre le coté« juste » du contour (voir dessin ci-dessous), et de ce fait calcule la compensation durayon correctement ?
Questions d’examen
R
W
G42 correction à droite
du profil dans le sens
de la trajectoire de coupe
