2610f Production a Commande Numerique Fraisage

Module Production à commande numérique - FraisageIndex Les sujets de la formation Les techniques de production à commande numérique . . . . 3 Introduction / historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Le CNC, les généralités ..................................4 Qu’est-ce que le NC, le CNC et le DNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 5 5 5 Les différents types de commande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les commandes point par point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les commandes de déplacement paraxial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les commandes de déplacement continu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le fraisage CNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Les formes de construction des fraiseuses CNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Les guidages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Les entraînements électriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Les entraînements d’avance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Les entraînements par vis à billes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Les magasins d’outils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Les fixations des outils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 La qualité de la concentricité & l’excentricité résiduelle . . . . . . . . . . . . . 14 Les systèmes de coordonnées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Les axes principaux, auxiliaires et de rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Une règle de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 La préparation du travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La préparation des outils/ le référencement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le référencement externe des outils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le référencement interne des outils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 16 16 16 Les plans d’usinage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Les points de référence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La position initiale de référence de la machine R . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le point d’origine de la machine M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le point zéro de la pièce W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le point de référence de l’outil T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les travaux de préparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La liste de contrôle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La documentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La liste des outils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le plan d’opération . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 17 17 17 17 18 18 18 19 20 4e édition – juin 2009 © by SWISSMECHANIC 1 Version pour apprenants, n° d’art. 2110f Version pour instructeurs et maîtres d’apprentissage n° d’art. 2610f . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Z . . . . . . . . . . . . . . . . . Un exemple de programme . . . . . . . . La programmation incrémentale G91 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les programmes principaux et les sous-programmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La compensation du rayon de l’outil G41/G42 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Exemple d’un bloc fixe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La trajectoire équidistante . . . . . . . . . 36 Questions d’examen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les fonctions G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Fraisage Les sujets de la formation Les bases de la programmation . . . . . . . . . . . . . . 21 21 21 22 22 23 23 24 25 25 26 26 26 27 27 28 29 29 30 Exercices G90/G91 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2 © by SWISSMECHANIC 4e édition – juin 2009 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Module Production à commande numérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 L’approche des contours extérieurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L’approche des contours intérieurs (poches circulaires) . . . . . . . . . . . . . . . . . . Exemple d’une plaque de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La structure d’une phrases . . . La structure des programmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les fonctions M . . . . . . . Les valeurs des coordonnées X. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les coordonnées polaires du point cible . . . . . . . . . . . . . . L’interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Un exemple de structure de phrase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 33 34 35 Les termes de base de la préparation du travail . . . . . . . . . . . . . Les coordonnées carthésiennes du point cible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La programmation de la trajectoire équidistante . . . . . . . . . La programmation absolue G90 . L’interpolation circulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C’était le début d’une histoire fascinante dans la technique. futur incertain concernant le développement des techniques. mise en service et entretien). bouclement de la chaîne de processus entre CAO. FAO et CNC.Fraisage Les techniques de production à commande numérique Introduction / historique L’introduction des techniques NC en Europe ne date que de quelques 50 années. Mais. premier changement d’outils automatique. développement. La puissance des nouveaux processeurs était de 32 Ko et la fréquence d’horloge de 16 kHz. à côté de leurs dérangements fréquents. Le contrôle des coûts reste une préoccupation importante. première installation DNC. La diminution des quantités des séries et le raccourcissement de la longévité des produits finaux demandent des déroulements de production de plus en plus flexibles. formation des collaborateurs. première machine CNC avec aide à la programmation graphique. le manque de puissance de ces ordinateurs restait le problème principal. Le pas décisif dans le développement est venu en 1972. C’était le passage des techniques NC vers le CNC. développement du premier langage de programmation symbolique.Module Production à commande numérique . personne ne soupçonnait la révolution que cela allait entraîner dans la construction des machinesoutils et dans la production. A l’époque. première machine CNC avec microprocesseur intégré. les machines CNC permettent une production économique et rentable. nécessitant de grands investissements (achat de machines. des interfaces par Internet permettent un échange de données au niveau mondial et un diagnostique de défauts intelligent. Les facteurs suivants freinaient d’abord le développement : – – – des commandes et une programmation des machines trop compliquées. Mais les débuts furent très difficiles. 4e édition – juin 2009 © by SWISSMECHANIC 3 . 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 dates clés dans le développement NC : 1954 1958 1965 1969 1972 1984 1994 2000 première machine NC produite industriellement. forme de construction en colonne forme de construction en portique forme de construction en table et console 4e édition – juin 2009 © by SWISSMECHANIC 7 . Les machines plus lourdes sont construites en forme de banc ouvert (colonne) ou fermé (portique).Module Production à commande numérique .Fraisage Le fraisage CNC Les formes de construction des fraiseuses CNC Les petites machines sont construites en forme de table ou de console. broche porte-fraise d’un centre d’usinage. à la précision et à la flexibilité des entraînements. 4e édition – juin 2009 © by SWISSMECHANIC 9 . – une vitesse d’usinage élevée. X. entraînement de la broche d’un tour – entraînements auxiliaires p. On demande aux entraînements électriques que la fréquence de rotation et la position d’avance de la broche principale et des entraînements auxiliaires soient réglables et obéissent aux valeurs NC demandées avec une précision et une dynamique élevée. ex. changeur d’outils ou de palettes. les entraînements électriques sont classés en : – entraînement d’avance pour tous les axes NC p. Y. ex. Z – entraînement de la broche principale p.Module Production à commande numérique . Ces exigences à la machine sont : – une précision d’usinage élevée.Fraisage Les entraînements électriques entraînement de l’avance entraînement auxiliaire entraînement de la broche principale Illustration: Berthold Hermle AG Selon l’objectif recherché. – des temps morts minimaux. table tournante Les machines NC modernes et les nouvelles techniques de production posent des exigences élevées à la dynamique. ex. ces temps peuvent difficilement être réduits. on fait volontiers intervenir des grappins doubles qui prélèvent simultanément un outil dans la broche et un autre dans le magasin.Fraisage Les magasins d’outils Par rapport aux tourelles revolver. les magasins d’outils à chaîne présentent l’avantage de pouvoir héberger un plus grand nombre d’outils (plus de 100 outils sur les grands centres d’usinage). En raison des efforts mécaniques et de commandes importants. magasin en chaîne magasin tourelle Pour réduire le temps de changement des outils. grappin double (Reiden Technik AG) 4e édition – juin 2009 © by SWISSMECHANIC 11 . le temps de changement d’outils est un peu plus long.Module Production à commande numérique . Puis un grappin pivote et introduit le nouvel outil dans la broche pendant que l’autre met l’ancien outil à sa place dans le magasin. A leur désavantage. B) Le piston de serrage pousse le liquide hydraulique. Ce processus de serrage centre d’abord la queue de l’outil.003 mm. puissante et concentrique avec des propriétés de concentricité exceptionnelles et une précision de répétition après changement de < 0. 4e édition – juin 2009 © by SWISSMECHANIC 13 . entre 0. puis serre l’outil fortement sur toute sa surface. Application : Les mandrins hydro-expansibles : Le fonctionnement : A) La vis de serrage est tournée jusqu’à la butée avec une clé à six pans. D) La douille d’expansion à paroi fine se gonfle régulièrement contre la queue de l’outil. mandrins universels pour le fraisage (ébauche/finition) et le perçage. E) Le joint spécial = garantit une étanchéité absolue et donc une grande longévité. selon la classe de pince. C) Celui-ci crée une augmentation de la pression dans la chambre de compression.025 et 0. Le résultat : une fixation absolument précise.Fraisage Les porte-pinces pour pinces biconiques : Particularité : concentricité. fixation d’outils à queue cylindrique.003 mm selon DIN 6388.Module Production à commande numérique . convient aux fréquences de rotation élevées. – – – La qualité de la concentricité & l’excentricité résiduelle Du matériel bien équilibré ! Du matériel mal équilibré ! Des déséquilibres de concentricité surviennent lorsque le centre de gravitation du rotor se situe en-dehors de l’axe de rotation. transmission de la force par frottement absolument sûre. des procédés spéciaux de trempe et de revenu leur donne une longévité et une stabilité de forme particulièrement élevée.Module Production à commande numérique . fréquence de rotation max 40’000 t/min. convient aux outils en métal dur et en HSS. 14 © by SWISSMECHANIC 4e édition – juin 2009 . le procédé de frettage est réversible et peut être répété à volonté : la concentricité. optimal pour l’usinage HSC.Fraisage Les mandrins de frettage : Les caractéristiques : – – – – – – – précision de concentricité : < 0. diamètre de serrage prévu pour une tolérance de la queue h6. garantit une grande longévité grâce à l’utilisation d’aciers spéciaux résistants à la chaleur .003mm. surtout aussi pour les outils de petits diamètres. force portante très élevée. la force de serrage et l’élasticité se maintiennent au-delà de 5’000 frettages. transmission du couple 2 à 4 fois plus élevée que pour les mandrins hydro-expansibles et pinces de serrage. Fraisage Les systèmes de coordonnées Les axes principaux. l’index à l’axe Y et le majeur à l’axe Z. Cela signifie que A tourne autour de X. auxiliaires et de rotation La définition des axes de coordonnées et les sens du mouvement des machines CNC sont fixés et normés par ISO. Y ou Z comme axe central. B et C sont des axes de rotation ou de pivotement combinés avec X. Le pouce correspond à l’axe X. Attribution des axes auxiliaires et de rotation : Exemple d’une fraiseuse verticale à 6 axes Z axes principaux axes auxiliaires pour des indications incrémentielles axes de rotation X I A Y J B Z K C Y W B C X 4e édition – juin 2009 © by SWISSMECHANIC 15 .Module Production à commande numérique . est basée sur la règle des 3 doigts de la main droite. et C autour de Z. A. qui se trouvent perpendiculaires les uns par rapport aux autres. La définition des axes principaux X. B autour de Y. • L’axe Z correspond à la broche de travail principale. Y et Z. Tous les autres axes s’orientent selon ces 3 axes principaux. Les trois bouts des doigts montre la direction positive. +Z Le majeur représente la broche principale ou de travail ! +Y +X Une règle de base • Le programmateur part toujours du principe que c’est l’outil qui se déplace. Le sens de rotation positif des axes de rotation correspond à une rotation à droite dans la direction du regard dans la direction de l’axe positif. N5 G90 N6 M17 appel au sous-programme Unterprogramm Aufruf fin du sous-progr. princ.. usinages répétitifs ou d’autres parties de programme identiques. 24 © by SWISSMECHANIC 4e édition – juin 2009 . Si une partie de programme est utilisée à plusieurs endroits. il est alors avantageux d’écrire cette partie de programme en tant que sous-programme indépendant. mais sur des pièces différentes. programme principal Hauptprogramm • • N17 L70 N18 • • • sous-programme/70 Unterprogramm/70 N1 G91 • . Exemple : des formes de contours.. Ils contiennent toutes les données géométriques et techniques. • . • .Fraisage Les programmes principaux et les sous-programmes Les programmes principaux : Les programmes principaux sont composés d’une tête de programme. Les sous-programmes (de contour) : Les sous-programmes ne tournent jamais de façon autonome. des opérations et de la fin du programme. perçages..Module Production à commande numérique . Leur but est simplement de raccourcir les travaux de programmation. Ende Unterprogramm retourRücksprung au prog. 26 © by SWISSMECHANIC 4e édition – juin 2009 . cela s’appelle une interpolation en ligne droite (calcul de la valeur intermédiaire).Fraisage L’interpolation Lorsque l’outil doit faire un déplacement à partir d’un point de départ en ligne droite vers un point cible donné. L’indication de l’angle dans le sens des aiguilles d’une montre se fait en valeurs négatives. tous les points du dessin d’une pièce peuvent être définis dans leur position avec précision. En indiquant une paire de coordonnées (X et Z) la position d’un point est clairement définie. L’angle 0 se situe toujours sur l’axe X dans la direction positive. P8 P7 P6 P3 P5 P4 P2 P1 Y-Achse axe X P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 X 0 X -8 X -28 X -44 X -56 X -56 X -68 X -76 Y 12 Y 16 Y 16 Y 12 Y 12 Y 24 Y 24 Y 32 (trame de 4 mm) axe Z X-Achse W Les coordonnées polaires du point cible Dans un système de coordonnées. vitesse d’avance axe X = vitesse d’avance axe Y = vitesse d’avance axe Z = 100 mm/min mm/min mm/min calcul valeur intermédiaire (interpolation linéaire) Les coordonnées cartésiennes du point cible Grâce au système de coordonnées à 2 axes. Cela signifie que la commande des avances de l’outil dans tous les axes coordonne le déplacement de manière à atteindre le point cible en ligne droite. il est aussi possible de définir avec précision la position d’un point à l’aide d’angles et de distances.Module Production à commande numérique . L’indication de l’angle se fait toujours dans le sens contraire aux aiguilles d’une montre et en valeurs positives. 13 20 20 -54. point final X.Module Production à commande numérique . deux axes de la machine sont déplacés simultanément afin d’obtenir un arc de cercle.5 -54. selon la commande. être indiquées de manière absolue (G90) ou incrémentale (G91).5 -59.Fraisage L’interpolation circulaire Dans l’interpolation circulaire. Wegbedingung axe Y axe X sens avance axe Y X Y 0 R I J Start 0 G1 G2 G1 G3 G1 G3 G1 40 0 30 15 0 0 0 40 -10 50 -5 50 -10 10 -34. les indications suivantes sont nécessaires : méthode de travail : 1. définition du point médian I.5 -54. Pour la définition précise d’un contour circulaire.5 -40. J et K) peuvent. sens avance sens avance axe Y axe X axe X G02 G03 cond. de chem. G03 2. J. sens de rotation G02. (K) I J K coordonnée du point médian dans le sens de l’axe X coordonnée du point médian dans le sens de l’axe Y coordonnée du point médian dans le sens de l’axe Z Les valeurs des coordonnées X. Y et Z) pour le point final de l’arc et les coordonnées auxiliaires (I. Z • La valeur des coordonnées (X.Y 3.5 0 Exemple G02 G03 (I et J absolu) 4e édition – juin 2009 © by SWISSMECHANIC 27 . Y. La trajectoire équidistante est l’écart régulier entre l’axe de l’outil et le profil programmé.Module Production à commande numérique . 4e édition – juin 2009 © by SWISSMECHANIC 29 . mais la forme de la pièce finie.Fraisage La trajectoire équidistante Le contour de la pièce finie et le cheminement de l’outil sont deux trajectoires différentes. A cet effet. trajet fraise 2 trajet fraise 1 C pièce finie fraise 1 La trajectoire équidistante T1 C = écart entre la pièce et l’axe de la fraise fraise 2 T2 La programmation de la trajectoire équidistante • • On ne programme pas le trajet de l’outil. on saisit dans la commande la dimension des outils engagés et la manière de calculer les dimensions de l’outil. Par l’appel du cycle (selon la commande) on définit les coordonnées où le cycle se déroule. le cycle peut être défini avec précision. – simplifications essentielles de la programmation.Fraisage Les cycles Qu’est-ce qu’un cycle ? – dans les dictionnaires on trouve cycle = cercle.Module Production à commande numérique . Quelques exemples : – – – – cycle cycle cycle cycle de perçage et de centrage de filetage de rainures d’opérations d’ébauche et de finition • Les machines proposent de nombreux cycles d’opération spécifiques à la commande. • Des indications détaillées se trouvent dans les manuels des fabricants. – quelque chose qui se répète. circuit.2 temporisation Y2 Z-20 profondeur du perçage M3 sens de la rotation distance de sécurité sens de rotation plan de référence R Z profondeur du perçage retrait rapide avance temporisation 30 © by SWISSMECHANIC 4e édition – juin 2009 . Mise en oeuvre générale : La définition du cycle (selon la commande) détermine l’usinage. Exemple de cycle de perçage selon les supports d’enseignement européen : pour un perçage profond de 20 mm Grâce à des paramètres modifiables. Paramètres Y distance de sécurité Z profondeur du perçage X temporisation (-s) B distance de retrait rapide G81 X 0. trajet d’approche 2 (b – a) perpendiculaire au point final c G01 Y1 (rayon contour moins trajet d’approche 1) b – a = 10 – 9 = 1 4.Module Production à commande numérique . 5. 7. contour de la poche circulaire G03 X0 Y0 I0 J-10 (arc de cercle 360°) 6. ensuite approche de la profondeur G00 G90 X40 Y-30 G01 Z-14 F90 2. 0. 6. avance de travail du contour G03 X-9 Y9 I-9 J0 (rayon R9) 5.5 = 8.25 1.5 mm trajet d’approche 1 (G01 G41 G91) (point final incrémental = R) rayon du contour (Ø de poche / 2) trajet d’approche 2 (b moins a) a = b c Méthode de travail : 1. approche de la position centrale. retrait d’avance de travail du contour G03 X-9 Y-9 I0 J-9 (rayon R9) 7.00 Partie du programme : G00 G90 X40 Y-30 G01 Z-14 F500 G01 G41 G91 X9 F180 G01 Y1 G03 X-9 Y9 I-9 J0 G03 X-0 Y0 I0 J-10 G03 X-9 Y-9 I0 J-9 G01 G90 X40 Y-30 4e édition – juin 2009 © by SWISSMECHANIC 33 . 0. trajet d’approche 1 (a) avec compensation du rayon (G41/G42) G01 G41 G91 X9 F270 (valeur de compensation du rayon plus min. = = approche de la position centrale.75 = 9) 3.25 + 0.Fraisage L’approche de contours intérieurs (poches circulaires) Légende : R = rayon d’approche du contour valeur R de compensation plus min. 2. ensuite approche de la profondeur trajet d’approche 1 (a) avec valeur de compensation du rayon (G41/G42) trajet d’approche 2 (b – a) perpendiculaire au point final c avance de travail du contour contour de la poche circulaire retrait d’avance de travail du contour désélection de la compensation du rayon (G01 G40) Exemple : poche circulaire Ø20 avec fraise à queue d’EBAUCHE Ø16 et valeur de compensation du rayon = 8. désélection de la compensation du rayon (G01 G40 G90) G01 G90 X40 Y-30 Exemple : poche circulaire Ø20 fraise à queue de FINITION Ø16 compensation du rayon = 8. 4. 3. 5. ex. entraînement auxiliaire p. 6. ex. Y. grappin double 4. broche de fraise. Quelle méthode de travail doit être respectée pour garantir la reproductibilité de l’usinage d’une pièce ? Pour garantir la reproductibilité d’un usinage NC. Les données sont en général lues et exécutées à partir d’une bande perforée. p. en portique. vis à billes. Enumérez trois types de commandes de fraiseuses CNC. De grandes quantités de données peuvent être traitées rapidement et plusieurs axes peuvent être commandés simultanément. en queue d’aronde.Module Production à commande numérique . en tambour). les documents suivants sont nécessaires : plan des opérations / liste des outils / programmes NC mémorisés. circulaire. Z. Quelle est la différence entre une commande NC et CNC ? Les commandes NC pures ne disposent en général pas de mémoire ou d’une mémoire très limitée de données de programme. avance pour tous les axes NC p. changeur d’outils. magasin d’outils (à chaîne. Enumérez des caractéristiques de construction typique d’une fraiseuse CNC ! guidage à plat. entraînement de la broche principale. à table et console 3. de déplacement paraxial ou continu 2. Quels sont les trois types de construction des fraiseuses CNC ? à colonne. X. correction commandes point par point. ex. Les commandes CNC utilisent des microprocesseurs qui disposent d’une mémoire plus importante.Fraisage Questions d’examen 1. En plus du dessin de la pièce. quels sont les documents importants ? liste des outils / feuille d’équipement / plan d’opération / programme NC 4e édition – juin 2009 © by SWISSMECHANIC 37 . en V. changeur d’outils.