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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)
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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
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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
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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.)
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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
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Première MOCN au MIT
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Historique
Beaucoup d’effort ont été mis pour répondre à un besoin technique (surfaces gauches et complexes) et non économique ou de productivité
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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Fonctionnement d’une CNC
Étapes de l’usinage CNC:
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Fonctionnement d’une 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.
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Fonctionnement d’une CNC
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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)
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Système d’axe
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Systèmes d’axes
Fraiseuse: 3 translations (la table de travail): X, Y et Z 1 rotation (l’outil): autour de Z
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Systèmes d’axes
Tour: 2 translations (l’outil): X et Z 1 Rotation (la pièce): autour de Z (axe C)
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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 »
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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
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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
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Opération point par point
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Opération paraxiale fraisage
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Opération paraxiale tournage
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Opération contournage fraisage
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Opération contournage tournage
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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
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Panneau de contrôle d’une fraiseuse
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Panneau de contrôle d’un tour
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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
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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
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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)
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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!
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Décalage des outils - tour
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Correction du décalage des outils - tour
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Décalage des outils - fraiseuse
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Correction du décalage des outils - fraiseuse