Éléments d’usinage et métrologie dimensionnelle TCH040 Cours 2

Éléments d’usinage et métrologie dimensionnelle TCH040

Cours 2

23-04-11 TCH040 - Sylvain Lévesque 2

Plan général

Chapitre 2 des notes de cours – TCH040 Généralités et historique Aspects économiques Fonctionnement Systèmes de coordonnées et d’axes Types de machines Caractéristiques d’une MOCN Programmation (code G)


Généralités

Machine-Outil à Commande Numérique: comprend la partie machine-outil (fraiseuse, tour, WEDM,

table de découpage, etc…) d’une part d’autre part, le contrôleur qui calcule les positions ou les

trajectoires La commande numérique est un processus

impliquant: une certaine automatisation: outils multiples, axes

asservis, etc une définition symbolique des commande (le programme) une définition numérique des mouvements outil/pièce


Généralités

CNC = Computerized Numerical Control DNC = Direct Numerical Control

signifiait avant qu’un même contrôleur opérait plusieurs machines aujourd’hui, que le contrôleur de la MOCN est relié à un

ordinateur externe par une liaison RS-232, RS-485 ou Ethernet, dans le cas d’un programme trop long pour se stocker dans la mémoire du contrôleur

Axe numérique = mouvement contrôlé numériquement en vitesse et position, de manière quasi continue

Demi-axe numérique = mouvement contrôlé numériquement en position seulement, positions souvent limitées

Axe indexés = axe autorisant un nombre réduit de positions


Domaines applicables

industrie du bois, de la métallurgie, des textiles découpe du métal au laser, par jet d’eau ou chalumeau

oxy-acétylènique électroérosion (EDM, WEDM) usinage par perçage, taraudage, tournage, alésage,

fraisage, rectification soudure en continu, par points, poinçonnage, cisaillage Inspection (CMM, bras FARO, Laser Tracker, etc.)


Historique

Ancêtre lointain: métiers Jacquard , 1800 permettaient des motifs jusqu’ici impossible par l’emploi de

cartes perforées

Plus récent: machines à copier - tours, fraiseuses, étaux-limeurs, etc. - permettant de suivre un profil et de le reproduire dans la pièce.

Premiers essais machines CN datent de 1942

Véritable lancement en 1952, Cincinnati Milling Co et M.I.T., grâce à des incitatifs gouvernementaux



Première MOCN au MIT


Historique

Beaucoup d’effort ont été mis pour répondre à un besoin technique (surfaces gauches et complexes) et non économique ou de productivité


Historique

CN jusqu’en 1970, utilisation de rubans perforés, puis rubans magnétiques, trajectoires point à point

L’intégration d’ordinateurs plus performants au processus a permis un plus grand nombre de calculs, donc une plus grande définition des trajets

Aujourd’hui capables de calculs évolués, tangences, intersections, décalage d’outils

Appliqués aux fraiseuses d’abord, à de nombreux autres domaines par la suite

Photos: 1 2 3 4


Historique

Aujourd’hui, logiciel de CAO/FAO comme Vericut avec Pro-Engineer ou Catia

Les machines fonctionnent directement sur le réseau informatique, ou avec clés usb, etc.


Aspects économiques

Machine-outil conventionnelle: temps « copeaux » dépasse rarement 15%, mais peut atteindre 80% sur MOCN !!!

Premières pièces plus longues à fabriquer - temps de montage, programmation, etc… mais pièces subséquentes exécutées plus rapidement que sur conventionnelle

Précision fait moins intervenir l’habilité manuelle de l’opérateur, donc répétabilité accrue


Aspects économiques

Comparaison entre une MOCN et un MO conventionnelle

Rédaction du programme

Méthodes

Réglage

UsinageCoûts

Test et vérification

Définition des trajectoiresOutils et paramètres de coupeGamme d’usinageAnalyse du dessin

Ajustement numérique sur MOCNContrôle et ajustementPas à pas sur MOCNUsinage première piècePeut-être plus simple en MOCNRéglage outilPeut être tres long sur une MOCNPréparation machine

AutresPar échantillonnage en MOCNContrôle

Montage démontage pièceGénéralement meilleur outil sur MOCNOutil

MatièreCoût horaire MOCN supérieur de 50% à 300%MachineCommentairesMOMOCN


Aspects économiques (avantages) Paramètres de coupe mieux contrôlés: économie au

niveau de l’outillage

Pièces en série: moins coûteuses par MOCN que sur machine automatiques dédiées

Permet de mieux gérer le temps-machines

Machines plus rigides en général, amortissement supérieur

Permet de réaliser des pièces impossibles sur une M-O conventionnelle


Aspects économiques (inconvénients) Investissement initial supérieur

amortissement oblige souvent le travail sur 2 ou 3 équipes rentabilité à moyen ou long terme seulement

Changement dans les méthodes de travail de préparation et de fabrication

Nécessité de former du personnel en programmation

Équipement informatique annexe

Résistance du personnel au changement MO/MOCN

Coûte très cher en réparation ou si ça brise


Fonctionnement d’une CNC

Étapes de l’usinage CNC:



Plan: présente les besoins, les requis fonctionnels FAO (Fabrication assistée par ordinateur):

Permet de créer les chemins des outils Trajectoire en format neutre: ces chemins sont une

liste de points reliés par des éléments géométriques divers (droite rayon, ellipse) avec des dimensions associées Ne tient pas compte des paramètres cinétiques

Post-processeur: associe à chaque élément géométrique un rpm, une avance, etc.

Code (G ou IPT): langages utilisés pour la programmation de l’usinage.




Systèmes de coordonnées

Coordonnées absolue: par rapport au zéro de la machine (sert à situer le zéro pièce sur la table de travail)

Coordonnées relatives: par rapport au zéro de la pièce (sert à la programmation des déplacements des outils pour usiner la pièce)


Système d’axe


Systèmes d’axes

Fraiseuse: 3 translations (la table de travail): X, Y et Z 1 rotation (l’outil): autour de Z


Systèmes d’axes

Tour: 2 translations (l’outil): X et Z 1 Rotation (la pièce): autour de Z (axe C)


Systèmes d’axes simultanés

Fraiseuse: 2 axes simultanés: lignes diagonale et courbes dans le plan fraiseuse à 2 ½ axes: la ½ signifie seulement 2 axes simultanés 3 axes simultanés: lignes diagonale et courbe dans l’espace

Tour: 2 axes simultanés: lignes diagonale et courbes sur la pièce

(chanfreins, rayons, etc.)

Combinaison de plus de 3 axes sert à usiner des surfaces complexes sur une fraiseuse ou sur un

centre d’usinage avec un « live-tool »





Axe A tourne autour de l’axe X

Axe B tourne autour de l’axe Y

Axe C tourne autour de l’axe Z

A

B

CZ

X

Y


3 types de machines

Machines point à point: pointeuses, perceuses, taraudeuses, poinçonneuse, soudeuse point à point

Machines paraxiales: tour ou fraiseuse n’opérant qu’un axe à la fois

Machines en contournage: plusieurs axes simultanés. Surfaces gauches, formes circulaires


Opération point par point


Opération paraxiale fraisage


Opération paraxiale tournage


Opération contournage fraisage


Opération contournage tournage


Caractéristiques d’une MOCN Machine-outil généralement plus robustes, architectures

enveloppantes, grandes rigidité

Motorisation plus puissante

Glissières à billes, sans frottement, utilisation de glissières à galets, à billes, hydrostatiques, aérostatiques

Vis d’axes à billes, à rattrapage de jeu

Mouvements contrôlés sans saccades, capacités de grandes accélérations sans perte de précision



Panneau de contrôle d’une fraiseuse


Panneau de contrôle d’un tour


Modes d’opération

Manuel: Handle, incréments de 0.0001’’ou 0,001m, 10X, 100X Jog, vitesse réglable Rapid, 25%, 50%, 100%

Automatique: Auto, déroulement du programme en ligne Auto, déroulement de programme en mémoire Pas à pas, programme ligne par ligne


Étapes d’utilisation d’une MOCN 1: Zéro machine ou home 2: Montage et/ou décalage des outils

relatif absolu (probe)

3: Repère pièce(Zéro Pièce) 4: Chargement du programme 5: Vérification et correction des décalages 6: Routine d’essai (ligne par ligne) à vitesse réduite 7: Démarrage de la production


Code G

Langage informatique ISO utilisé pour programmer les machines-outils

Il existe aussi le langage IPT… 2 types de fonctions

Préparatoires : codes G (G00 @ G99) Auxiliaires: fonctions M (M00 @ M99)


Décalage des outils

Généralement, on programme la trajectoires de l’outil à partir de son centre afin de simplifier les calculs et la vérification des coordonnées

Il faut donc incorporer les « décalages » juste avant de faire rouler le programme sur la machine

Ces décalages tiennent compte des dimensions nominales de l’outil et aussi de son usure!


Décalage des outils - tour


Correction du décalage des outils - tour


Décalage des outils - fraiseuse


Correction du décalage des outils - fraiseuse

Documents

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