GENIE MECANIQUE. Semestre 5

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1 Support de cours -version II- janvier REPUBLIQUE TUNISIENNE MINISTERE DE L ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE Direction des études technologiques ISET DE NABEUL LICENCE APPLIQUEE EN GENIE MECANIQUE Semestre 5 M HEMED SAMIR

2 Département GM Production 2- sommaire Sommaire CH-I. Introduction à la FAO Introduction La chaîne numérique Logiciels de FAO : Les logiciels du domaine amateur : Les logiciels du domaine professionnels : Liaison CAO- FAO Liaison FAO-CN Commande numérique : Trajectoires en format "machine" : Trajectoires en format neutre : Post-Processeur : Mode de Transfert Simulation du code CN généré par le PP Travaux dirigés TD

3 Département GM Production 2- sommaire 7.2. TD CH-II. Stratégies FAO en fraisage Introduction Cinématique des MOCN Choix d une machine en fonction de l usinage d une pièce Stratégie d usinage en fraisage Stratégie deux axes et demi Stratégie Trois axes stratégie 4 axes Stratégies Cinq axes Travaux dirigés TD TD TD TD CH-III. Stratégies FAO en tournage Introduction Les axes en tournage... 40

4 Département GM Production 2- sommaire 3. Influence du positionnement sur le choix des stratégies Stratégies 2 axes Tournage ébauche Défonçage Filetage contournage Stratégie 3 axes Centrage/ perçage radial vidage de poche axiale Stratégies multiaxes Ébauche sur Centrage perçage radial Poche radial Travaux dirigés TD TD CH-IV. Tournage fraisage : Mill Turn Les machines multifonctions... 55

5 Département GM Production 2- sommaire 2. Les stratégies de fraisage-tournage Travaux dirigés TD TD CH-V. Procédés d usinage non conventionnel Introduction Electroérosion Principe physique de l usinage par électroérosion Machines EDM Asservissement des axes Applications Découpe laser Asservissement des axes Applications Découpe à jet d eau Asservissement des axes Applications CH-VI. Références bibliographiques... 71

6 Département GM Production 2- sommaire CH-VII. DS et examens DS : de FAO Novembre Examen FAO janvier DS de FAO, Novembre Examen : de FAO janvier DS : de FAO Novembre Examen FAO janvier DS : de FAO Novembre Examen FAO janvier

7 Département GM Production 2- chapitre 1 CH-I. Introduction à la FAO 1. Introduction Depuis les débuts de la DAO (Dessin Assisté par Ordinateur), tel qu Autocad, le langage Lisp intégré a permis le développement d'applicatifs FAO très limités comme Efi-CN par exemple. Le volume de la pièce peut être uniquement limité par de profils en 2D situés à des altitudes différentes. Cette façon de faire permet de travailler en 2 axes et demi (fabrication de pièces prismatiques). Quand l'approche 3D et ses modeleurs sont apparus ( SolidWork, SolidEdge, Inventor, Euclide, Catia, Proengeneer, Topsolid), Le volume de la pièce à usiner peut être limité par de surfaces en 3D. Avec ce type de fichier on peut modéliser des pièces qui seront usinées en 3 axes simultanés. La volonté de choisir un produit CFAO et non CAO est devenue une évidence. 2. La chaîne numérique. Dans le cadre d une bonne compétitivité industrielle, une des meilleures stratégies actuelles est certainement la qualité de nouvelles familles de pièces aussi complexes que variées. La chaîne numérique CFAO s affirme comme une solution pour l industrie manufacturière d aujourd hui. Elle permet de faire des simulations, puis des prévisions, et enfin de suivre la production afin de réagir en cas de dérives au niveau du cycle de vie du produit. M HEMED SAMIR 08/01/14 7

8 Département GM Production 2- chapitre 1 Les logiciels de FAO utilisent la géométrie de la pièce à usinée générée en CAO. Sur ces logiciels une session d'usinage consiste pour l'essentiel en la sélection des surfaces à usiner, le choix des outils, la définition de la méthode d'usinage et des paramètres de coupe. Les risques d'erreurs de report de données sont éliminés, le gain de temps est important particulièrement pour les pièces complexes. Dans sa version générale, un processus de fabrication automatisé qui s intègre dans la chaine numérique CFAO peut être représenté come suit : Fig. 1 Processus de fabrication automatisé ou FAO 3. Logiciels de FAO : C'est le logiciel qui s appui sur la modélisation de la pièce pour créer des trajectoires d'usinage adaptées à ce que l'on souhaite faire. Tous les logiciels ne proposent pas les mêmes stratégies d'usinage. Certains sont très automatisés et les choix restant à faire sont très peu nombreux. Le temps gagné est conséquent mais les possibilités restent restreintes. C'est le cas du logiciel CNFraise. Il est quasi exclusivement destiné au détourage et est très optimisé en ce M HEMED SAMIR 08/01/14 8

9 Département GM Production 2- chapitre 1 sens. Il ne pourra pas être mis à contribution pour faire de l'usinage en 3 axes simultanés. D'autres logiciels sont plus complets en termes de stratégies d'usinage et permettent de mieux maîtriser le travail de la machine dans le domaine industriel Les logiciels du domaine amateur : Ce sont des logiciels simples et destinés à faire fonctionner des machines du type "amateur". On cite quelques logiciels : o CNFraise o Ninos o KellyCAM : FAO détourage 2 axes et demi : CFAO usinage 3 axes : interprétation de code ISO (interface très typée Windows) o CNC v2 : interprétation de code ISO (interface très proche des commandes numériques professionnelles) o Mach2 / Mach3 : interprétation de code ISO (idem CNC v2), très performant mais prix assez élevé 3.2. Les logiciels du domaine professionnels : Les plus connus sont : o CATIA : FAO 5 axes o TOPSOLID (Top Cam) : FAO 5 axes o MASTERCAM: FAO 5 axes o OPEN MIND: hyper Mill, hyper Turn o DELCAM : Power Mill M HEMED SAMIR 08/01/14 9

10 Département GM Production 2- chapitre 1 4. Liaison CAO- FAO Lorsque la conception CAO est achevée, il est nécessaire de générer à l'aide d'un logiciel FAO les trajectoires d'outils afin que la MOCN effectuer l'usinage requis. Il existe alors deux types d approches possibles : o soit l'emploi d'un format natif commun au module de CAO et de FAO o ou l'emploi d'un format neutre normalisé. Dans le premier cas, le logiciel de FAO est intégré au logiciel de CAO utilisé pour la conception, ce qui permet de lire la géométrie à usiner directement à partir d'un fichier au format natif du logiciel utilisé pour la conception. Les caractéristiques à usiner sont ainsi transférées à partir du format natif du logiciel au module FAO, ce qui permet d'associer les opérations d'usinage aux caractéristiques de la pièce. Cette approche permet notamment l'obtention d'une associativité entre les trajets d'outils et la géométrie de la pièce. Une modification des dimensions de la pièce ou de sa géométrie dans le module CAO sera immédiatement répercutée sur les trajectoires d'outils qui seront mises à jour afin de refléter les changements apportés à la pièce. Bien que ce type de cheminement d informations entre les modules CAO et FAO ne présente pas de problèmes d'intégration, il peut dans certains cas comporter des désavantages. En effet, les efforts de développement d'une telle plate-forme CFAO sont distribués sur les différents modules du logiciel et ne sont pas uniquement axés sur l'évolution des stratégies d'usinage et la qualité des algorithmes de génération de trajectoires d'outils. Certains logiciels sont toutefois orientés purement vers la génération de trajectoires d'outils et offrent parfois des capacités supérieures en ce domaine que les plateformes CFAO. M HEMED SAMIR 08/01/14 10

11 Département GM Production 2- chapitre 1 L'utilisation de logiciels axés sur la FAO représente le deuxième type de cheminement CAO-FAO possible. La géométrie à usiner sera donc créée dans un logiciel de CAO performant, puis elle sera transférée au logiciel de FAO par l'entremise d'un format neutre. Toutefois, l'utilisation de ces formats standardisés de transfert fait en sorte que l'ensemble des caractéristiques composant la pièce est perdu. Seules des représentations filaires, surfaciques ou solides sont transférées. De plus, cette représentation risque de nécessiter fréquemment des réparations de surfaces ou ne représente pas avec exactitude le modèle de départ. De plus, cette approche n'est pas propice aux modifications de la géométrie de la pièce ou des dimensions. En effet, tout changement exige une modification du modèle dans le système de CAO qui doit de nouveau être transféré par un format neutre au logiciel FAO. Puisqu'il n'existe pas d'associativité entre les surfaces et les trajectoires d'outils lors du transfert par format neutre, les trajectoires d'outils doivent être de nouveau définies en entier. 5. Liaison FAO-CN 5.1. Commande numérique : La commande numérique est paramétrée en fonction de la machine qu'elle commande, chaque commande numérique est donc spécifique... On ne parlera ici que de la partie logicielle de la commande numérique. C'est cette partie qui décrypte le programme et en déduit les mouvements ou suites de mouvements à faire. Chaque commande numérique possède son propre M HEMED SAMIR 08/01/14 11

12 Département GM Production 2- chapitre 1 vocabulaire. Si on prend par exemple une fonction d ébauche paraxial G68 qui existe dans le vocabulaire de la machine OMAP qui équipe notre parc machine commande numérique. Cette fonction n existe pas dans le vocabulaire de la machine T2 du même parc Trajectoires en format "machine" : Trajectoires exprimées dans un langage décryptable par la commande numérique. Le langage de programmation le plus courant est le langage ISO (souvent nommé G-code ou M-code), mai ils existent d autres langages tels que Fanuc ou Fagor. Un examen attentif montre que ces codes dépendent fortement de la machine sur laquelle on travaille. Si on considère le code G, Seules les fonctions de base du langage ISO sont communes à toutes les machines qui l'utilisent (et encore...). Ces fonctions sont les lignes droites, les arcs de cercle, quelques fonctions annexes Trajectoires en format neutre : Ce sont des trajectoires d'outil qui sont exprimées dans un repère lié à la pièce à usiner. Ces trajectoires ne tiennent compte ni de la cinématique de la machine ni de la position de la pièce sur le plateau de la machine. Un langage générique et versatile a donc été créé : le code APT (Automatically Programmed Tools). Il traduit les trajectoires obtenues par une FAO en une structure normalisée interprétable par un post-processeur. Le langage APT est un langage générique basé sur une définition de la géométrie à usiner (points, arc, lignes, cercle, ). M HEMED SAMIR 08/01/14 12

13 Département GM Production 2- chapitre Post-Processeur : C est un maillon important de la chaine numérique et cœur de la réalisation d une pièce. Puisque les systèmes FAO ne traduisent pas directement les usinages dans les langages connus par les MOCN, les post processeurs ont la rude tache de traduire le langage APT en des trajectoires au format machine en considérant la cinématique de la machine, les limites technologiques (avances, fréquence de rotation), les cycles d usinage. Chaque machine possède donc son propre postprocesseur et s il n est pas 100% valide : rupture immédiate de la chaine numérique Mode de Transfert Avec l'apparition des systèmes FAO, l'intégration des MOCN dans le cycle de production est devenue une nécessité pour éviter toute retranscription des données CN. En effet, la majorité des programmes CN sont générés par des systèmes FAO. Deux alternatives d intégration sont possibles : o Si le système génère d'abord un CLfile (ou APT), ensuite, il le convertit à l'aide d'un post processeur pour générer selon les machines le fichier CN, on parle alors d une solution de conversion conventionnelle. Ceci nécessite le développement d'un post processeur pour chaque type de CN. Quoique très répandue, l'approche conventionnelle présente de nombreux inconvénients. Une librairie importante de post processeur est difficile à gérer et à maintenir. Aussi, de point de vue pratique, un programme CN ne peut être porté sur une autre machine si les CN sont différentes. Un tel besoin de changement de machine peut se manifester lors des opérations de maintenance ou d'un problème d'ordonnancement de la production (goulot d'étranglement...). o La nouvelle approche consiste à transférer le post processeur du système FAO pour l'intégrer dans le calculateur de la machine spécialement conçu à M HEMED SAMIR 08/01/14 13

14 Département GM Production 2- chapitre 1 cet effet. Ce post processeur appelé BCL "32 Bit Binary CL Exchange Input Format for Numerically Controlled Machines" présente l'avantage de libérer les systèmes FAO de tout travail de conversion du "CLFILE" en programme CN. En plus, ce "CLFILE" deviendra un fichier orienté produit et non pas orienté machine de sorte qu'il peut être exploité par différentes MOCN (même type de machine mais des CN différentes). Fig. 2 Approche conventionnelle et BCL. Source notes de cours, BEN YOUNES Jalel., 6. Simulation du code CN généré par le PP La simulation des trajectoires outils dans l environnement machine via la FAO est une indication. Cependant celle-ci simule uniquement le code APT. Mais la machine utilise le code qui lui est associé après traduction du PP. il est donc nécessaire de simuler le code CN dans l environnement machine après traduction. On utilise alors des outils externes (ou couplés) à la FAO. Deux sociétés sont leaders dans ce type de logiciels : Spring Technologies (NCSimul) et CGTECH (VeriCut). Ces deux logiciels permettent notamment de : M HEMED SAMIR 08/01/14 14

15 Département GM Production 2- chapitre 1 o Créer l environnement machine (structure, cinématique, changeur d outils, systèmes de bridage, limite), o associer à cette machine une armoire de commande (Fanuc, Heidenhain, Simens, Num ), o Simuler le code CN et de vérifier : o programmation imprécise o Déplacements d outils incorrects o Collisions des outils et des organes de la machine, o dépassements des limites d usinage (ae, ap, avance) o Erreur de post-processeur FAO Une fois le programme validé, il est nécessaire de mettre en œuvre le processus de réglage de la machine : o Positionnement et bridage de la pièce brut o Préparation de la machine (PREF, DEC, jauges outil, montage des outils.) o Transfert du programme Ce n est que suite à ces étapes que l usinage devient possible. 7. Travaux dirigés 7.1. TD1 Après avoir décrit succinctement les modes de liaison CAO/FAO, donner les avantages et inconvénients de chaque mode de liaison. M HEMED SAMIR 08/01/14 15

16 Département GM Production 2- chapitre TD2 Décrire les différentes étapes à suivre pour appliquer un processus de fabrication automatisé concluant. M HEMED SAMIR 08/01/14 16

17 Département GM Production 2- chapitre 2 CH-II. Stratégies FAO en fraisage 1. Introduction L émergence concomitante de la FAO et les nouveaux centres d usinage dont la cinématique outil/pièce permet de réaliser des formes complexes basées sur des surfaces gauches, a donné naissance à de nouveaux besoins quant aux stratégies d usinage, mais aussi a rendu possible des procédés d usinage jadis faisant partie d un "fantasme" des usineurs tel que usinage trochoïdal, treflage, perçage hélicoïdal, etc.. Usiner des surfaces gauches nécessite l utilisation des fraises de formes spéciales comme les fraises hémisphériques. Dans ce cas une certaine inclinaison par rapport au plan de tangence avec la pièce est obligatoire, afin d éviter une coupe au centre dont la vitesse de coupe est nulle. Fig. 3 Fraisage de pièce de forme complexe. M HEMED SAMIR 08/01/14 17

18 Département GM Production 2- chapitre 2 Fig. 4 Fraise hémisphérique et son déplacement suivant une courbe De ces stratégies d usinage il va de dire que le choix stratégique d une FAO et des MOCN sont intimement liées au besoin de l entreprise (FAO 3 axes, 5 axes positionnés/continus, UGV) Une fois ce choix judicieux est abouti, la FAO doit être interfacée, directement ou indirectement, avec la CAO et aux outils de gestion et de contrôle. On met alors en place les stratégies d usinages de la pièce en tenant compte rigoureusement des gammes d usinage, définies déjà par le BM. Ces stratégies vont alors permettre de réaliser la pièce en essayant d optimiser des paramètres souvent incompatibles : o diminution des temps de cycle ; o qualité d usinage o diminution de l usure des outils Aujourd hui la concurrence entre les fournisseurs des logiciels FAO s articule autour de ces choix stratégiques d usinage. 2. Cinématique des MOCN Les stratégies de fraisage sont intimement liées aux cinématiques des MOCN. Cette cinématique est basée sur l asservissement des mouvements M HEMED SAMIR 08/01/14 18

19 Département GM Production 2- chapitre 2 linéaires ou rotatifs des éléments mobiles de la machine (table, chariot, broche, contrepointe). Fig. 5 Principe d asservissement d un organe mobile Un mouvement qui est asservi en position et en vitesse n est autre qu un axe qui fait partie des critères de choix d une MOCN. Pour faciliter le repérage des axes la norme prévoit l'utilisation d'un repère orthonormé direct figure 6. Ainsi les axes X,Y,Z constituent les axes principaux de la machine. En plus de ces trois axes, la norme comprend trois axes rotatifs A,B,C chacun décrivant une rotation autour d'un axe principal. La norme comprend également trois axes secondaires U,V,W et trois axes tertiaires P,Q,R qui sont des axes parallèles respectivement aux axes principaux X,Y,Z. Pour identifier les axes principaux sur une machine il suffit, en général, d'affecter l'axe Z à celui de la broche, l'axe X à celui qui a le plus grand déplacement (longitudinal). Enfin, le sens positif est celui où l'outil s'éloigne de la pièce. On trouve aussi les définitions suivantes : Axe numérique = mouvement contrôlé numériquement en vitesse et position, de manière quasi continue M HEMED SAMIR 08/01/14 19

20 Département GM Production 2- chapitre 2 Demi-axe numérique = mouvement contrôlé numériquement en position seulement, positions souvent limitées Axe indexés = axe autorisant un nombre réduit de positions Fig. 6 Axes de déplacement d un centre d usinage à broche horizontale 3. Choix d une machine en fonction de l usinage d une pièce Toutes les parties usinables d une pièce ne sont pas toujours accessibles en une seule pose. La réalisation de la pièce peut se faire donc en plusieurs opérations distinctes (plusieurs poses), qui supposent un démontage et un remontage dans des positions différentes. Il peut également utiliser une machine possédant des axes rotatifs, plateau, diviseur, tête inclinable, lui permettant d accéder à toutes les parties de la pièce, sans aucun démontage. Il garantit ainsi une meilleure qualité de la pièce et des délais de réalisation plus courts. M HEMED SAMIR 08/01/14 20

21 Département GM Production 2- chapitre 2 Fig. 7 exemple de pièce qui nécessite plusieurs posage pour son usinage L étude de la morphologie de la pièce peut consister à associer à chaque face plane du modèle un repère qui définit la normale à cette face. Si la cinématique d une machine donnée permet de rendre l axe de la broche de la machine colinéaire avec l axe Z du repère, alors la machine est capable d usiner l entité. La figure ci-dessous montre les posages nécessaires pour réaliser les usinages de la pièce de la figure 7. Ceci implique l utilisation d une machine à 5 axes. Fig. 8 association de facettes à des entités d usinage M HEMED SAMIR 08/01/14 21

22 Département GM Production 2- chapitre 2 L augmentation du nombre d axes diminue le nombre de prises de pièce et de démontages nécessaires, et vice-versa. Pour usiner un polyèdre à n faces quelconque, une machine à trois axes a besoin de n prises de pièces, une machine à quatre axes d au plus n / 2 prises, car si l axe A, B ou C est parallèle à l arête commune à deux facettes, alors les deux facettes sont usinables sans démontage, et une machine à cinq axes de deux prises. Fig. 9 positionnement de la face A sur un centre 5 axes Les contraintes autres que cinématiques restreignent l étendue de cette méthode. L isostatisme et serrage de la pièce empêchent l usinage sur certaines faces. Les courses des axes influent sur les dimensions de la pièce à usiner. Les courses des axes de rotation peuvent être faibles sur certaines machines en cinq axes, et les longueurs d outil limitent le volume usinable. 4. Stratégie d usinage en fraisage Une stratégie d'usinage est une méthodologie utilisée pour générer une série d'opérations, dans le but de réaliser une forme donnée. Elle permet d'associer un processus d'usinage à une entité d'usinage, c'est-à-dire un ensemble d'opérations M HEMED SAMIR 08/01/14 22

23 Département GM Production 2- chapitre 2 comprenant la définition des outils, des conditions de coupe et des trajets d'usinage. Dans la suite, quelques stratégies proposées par les logiciels de FAO Stratégie deux axes et demi Cette stratégie est typique des machines à trois axes, comme les aléseusesfraiseuses. L'interpolation est faite sur deux axes à la fois, le troisième étant bloqué : interpolation X-Y avec Z bloqué, ou Y Z avec X bloqué, ou X -Z avec Y bloqué. Le plan d'interpolation est spécifié par le programme. Ce système permet d'obtenir un grand nombre de pièces et il suffit à la plupart des problèmes des moulistes, qui utilisent à cette fin des fraises-boules Surfaçage : Retirer toute la matière qui se trouve à l aplomb d une face, entre la pièce finie et la pièce brute, et en respectant les îlots éventuels. Fig. 10 surfaçage M HEMED SAMIR 08/01/14 23

24 Département GM Production 2- chapitre Vidage de poche Retirer toute la matière qui se trouve à l aplomb d une face, entre la pièce finie et la pièce brute, tout en respectant les bords naturels de cette face et les îlots éventuels. Fig. 11 Vidage de poche Détourage Retire toute la matière qui se trouve entre le contour représentant les faces extérieures de la pièce finie et le contour extérieur de la pièce brute. Face sélectionnée pour le Fig. 12 détourage M HEMED SAMIR 08/01/14 24

25 Département GM Production 2- chapitre Contournage Retirer toute la matière qui se trouve le long d une face, en l étendant aux limites verticales de la pièce brute. Fig. 13 contournage Cycle de perçage Pour les opérations de centrage, alésage, taraudage, lamage... Fig. 14 Cycle de perçage Ebauche par tréflages Réaliser, de manière automatique, l ébauche d une pièce de forme complexe en utilisant une stratégie dite par tréflage. L opération consiste à retirer M HEMED SAMIR 08/01/14 25

26 Département GM Production 2- chapitre 2 le maximum de matière, entre la forme de la pièce brute et la forme de la pièce finie, à l'aide d'un outil de type fraise, en effectuant une succession de plongées verticales. Fig. 15 Treflage Ebauche par palier Réaliser, de manière automatique, l ébauche d une pièce de forme complexe en utilisant une stratégie dite par paliers. L opération consiste à retirer le maximum de matière, entre la forme brute et la forme finie de la pièce, en découpant l ensemble par des plans horizontaux. Fig. 16 ébauche par palier M HEMED SAMIR 08/01/14 26

27 Département GM Production 2- chapitre Stratégie Trois axes Ici, les trois axes peuvent être déplacés et contrôlés simultanément, grâce à une interpolation dans l'espace. Il est par exemple possible de réaliser une trajectoire hélicoïdale. On trouve ce genre de commandes sur les aléseusesfraiseuses, les centres d'usinage, etc Perçage hélicoïdal: Pour le perçage hélicoïdal, la fraise se visse sur une passe hélicoïdale vers le bas. L angle d inclinaison de la spirale peut être défi ni par l utilisateur dans le cadre technologique applicable. Le filetage à la fraise permet d usiner un filetage intérieur ou extérieur. L option de perçage de trous profonds permet de fraiser en profondeur. Fig. 17 Perçage hélicoïdal Contournage 3D Cet usinage permet de suivre une courbe évoluant dans les 3 axes. Il est plus particulièrement utilisé pour la gravure sur des formes 3D M HEMED SAMIR 08/01/14 27

28 Département GM Production 2- chapitre 2 Fig. 18 Contournage 3D Projection de vidage de poche Cet usinage permet d usiner une forme 3D en appliquant un parcours de vidage de poche 2D par projection Fig. 19 Poche 3D Balayage enchainé Usiner des faces ou des surfaces par balayage en suivant leurs courbes Isoparamétriques M HEMED SAMIR 08/01/14 28

29 Département GM Production 2- chapitre 2 Fig. 20 Balayage enchaine 4.3. stratégie 4 axes Les stratégies 4 axes sont du domaine des aléseuses-fraiseuses équipées d un quatrième axe, par exemple la rotation d'un plateau tournant sur la table. Fig. 21 table tournante programmable qui peut équiper un centre de fraisage 3 axes SPINNER Il existe 2 types d usinage 4 axes : 1. Usinage 4 axes positionné : c est un usinage 3 axes sur différentes orientation (posages) qui est en quelque sorte la définition de la facette associée à l entité d usinage (voir 3). Il garantit ainsi une meilleure qualité de la pièce et des délais de réalisation plus courts. M HEMED SAMIR 08/01/14 29

30 Département GM Production 2- chapitre 2 Face a usiné en 4 axes Fig. 22 Usinage 4 axes positionné 2. Usinage 4 axes continue : usinage de contours enrouler suivant un axe et un diamètre. Faces à usiner en 4 axes Fig. 23 Usinage 4 axes continue Etant donné que le premier cas se ramène, après posage, à l usinage 2 ou 3 axe ; le lecteur se référera à la section précédente. On s intéressera dans cette section uniquement à l usinage 4 axes en continue Surfaçage/Vidage de poche Permet de réaliser un surfaçage ou vidage de poche avec en plus une rotation pièce/outil. M HEMED SAMIR 08/01/14 30

31 Département GM Production 2- chapitre 2 Fig. 24 vidage de poche 4 axes Contournage 4 axes C est usinage qui s appui sur une courbe plane que logiciel FAO enroulera pour réaliser un contournage 4 axes. Fig. 25 Contournage 4 axes Rainurage Principe identique à l usinage précédent : il ya one courbe enroulée à suivre pour réaliser le rainurage. Fig. 26 rainurage M HEMED SAMIR 08/01/14 31

32 Département GM Production 2- chapitre Stratégies Cinq axes Pour faire un usinage 5 axes, il faut obligatoirement charger une machine avec un 4 eme et 5 eme axe. Les centres d'usinage à 5 axes ajoutent les axes (A/B ou C) en plus des trois axes normaux (X/Y/Z). Il ne faut pas confondre la rotation C (figure 26) avec la rotation de la broche, flèche en bleu, qui n est pas asservie en position. Fig. 27 Cinématique à 5 axes Fig. 28 Hélice de bateau usinée en 5 axes par UIGM (Le Creusot, France). Préparation du travail au BM avec TopSolid Cam. Source Missler Software M HEMED SAMIR 08/01/14 32

33 Département GM Production 2- chapitre 2 Quand tous ces axes sont utilisés en combinaison avec des outils coniques ou une fraise à bout sphérique, des géométries extrêmement compliquées peuvent être réalisées comme des matrices, des applications de gravure, des aubes de turbine et des surfaces telles que des sculptures en relief. Il existe 2 types d usinages 5 axes : o Usinage 5 axes positionnés : usinage 3 axes sur différentes orientations (posages) o Usinage 5 axes continus : usinage de contours représentant des dépouilles évolutives ou usinages de surfaces gauches. Fig. 29 usinage en 5 axes positionnés Fig. 30 Usinage 5 axes en continue M HEMED SAMIR 08/01/14 33

34 Département GM Production 2- chapitre 2 Pour les stratégies 5 axes positionnés il suffit de faire le posage judicieux ensuite appliquer les stratégies 3 axes. Cependant pour l usinage en continue les stratégies diffères. Dans la suite quelques stratégies 5 axes en continue que propose TopCam L usinage en roulant Le travail s effectue avec le flanc de l outil. Il convient à la réalisation de toutes les surfaces dont les génératrices sont linéaires. La figure ci-dessous montre le résultat attendu. Fig. 31 usinage 5 axes en roulant (source Missler Software) Le balayage Iso-paramétrique 5 axes avec dépinçage Le travail s effectue avec le bout de l outil. Il convient à la réalisation de toutes les surfaces complexes dites «gauches». Le dépinçage, c'est-à-dire la possibilité d incliner l outil par rapport à la normale à la surface qui est usinée permet de donner de la coupe. M HEMED SAMIR 08/01/14 34

35 Département GM Production 2- chapitre 2 Fig. 32 balayage Iso-paramétrique 5 axes (source Missler Software) Le détourage (ou contournage 5 axes) Créer une opération d'usinage en 5 axes continus orthogonale à une pièce le long d'une courbe. L'objectif étant de garder l'axe outil normal à la pièce usinée tout au long de la trajectoire en faisant évoluer les axes A, B ou C. Cette fonction permet, entre autres de faire du détourage de pièces thermoformées ou de faire de la gravure (comme c est le cas dans l exemple ci-dessous). Fig. 33 Le détourage M HEMED SAMIR 08/01/14 35

36 Département GM Production 2- chapitre 2 5. Travaux dirigés 5.1. TD 1 Pour réaliser l usinage suivant, quelle stratégie d usinage utilise-t-on? Fig. 34 usinage d une hélice On change de stratégie pour améliorer l usinage précédent : Fig. 35 changement de stratégie Quelle est cette nouvelle stratégie? M HEMED SAMIR 08/01/14 36

37 Département GM Production 2- chapitre 2 Quelle différence entre la précédente stratégie et la suivante? expliquer. Fig. 36 troisième stratégie 5.2. TD 2 TopCam propose la stratégie d usinage nommée : Copiage Numérique Horizontal (CNH). Ce type d'usinage consiste à réaliser, de manière automatique, l'usinage d'une pièce, constituée d'un ensemble de faces, en effectuant une suite de contournages, dégressifs de haut en bas selon un pas défini par l'utilisateur. Fig. 37 trajectoire CNH M HEMED SAMIR 08/01/14 37

38 Département GM Production 2- chapitre 2 Le principe est que les faces qui constituent le modèle à usiner sont coupées par des plans horizontaux, parallèles au plan XY et parallèles entre eux, pour tenir compte de la valeur du rayon de coin d outil et de la surépaisseur à laisser. Ces plans sont régulièrement espacés d une valeur égale au pas d usinage (profondeur de passe). Les coupes obtenues sont ensuite usinées par des cycles classiques d usinage dit 2D, de contournage en l'occurrence. L usinage peut être effectué à l aide des fraises toriques, fraises à bout plat (fraise 2 tailles) ou fraises hémisphériques. Préciser le type de cet usinage. Justifier votre réponse 5.3. TD 3 TopCam propose la stratégie d usinage nommée Usinage par plans parallèles (verticaux). Ce mode d usinage permet d automatiser la création des parcours en utilisant le même principe que les anciennes machines à copier. L outil suit la forme numérique à réaliser tel un palpeur suit un modèle en bois, les mouvements de ce palpeur étant verrouillés selon un axe de telle sorte que celuici ne puisse se déplacer que dans un plan perpendiculaire au plan XY. Les faces qui constituent le modèle à usiner sont coupées par des plans verticaux, perpendiculaires au plan XY et parallèles entre eux, pour tenir compte de la valeur du rayon de coin d outil et de la surépaisseur à laisser. Ces plans sont régulièrement espacés d une valeur égale au pas d usinage. Préciser le type de cet usinage. Justifier votre réponse. M HEMED SAMIR 08/01/14 38

39 Département GM Production 2- chapitre 2 Fig. 38 usinage 3 D 5.4. TD 4 Entre les deux usinages suivants il y a une particularité. Après avoir décrit sommairement chaque stratégie préciser cette différence et le nombre d axes nécessaire pour chacune d elles. Fig. 39 deux stratégies différentes pour une même forme M HEMED SAMIR 08/01/14 39

40 Département GM Production 2- chapitre 3 CH-III. Stratégies FAO en tournage 1. Introduction En tournage 2 axes, la pièce tourne, l outil se déplace suivant 2 directions par rapport à la pièce. Ainsi on réalisera toutes les surfaces de révolution, y compris les plans lorsque la trajectoire du point générateur est situé dans un plan perpendiculaire à l axe de rotation. En tournage multiaxes, la broche de la machine peut jouer le rôle d un diviseur et avec un outil muni d un mouvement de coupe et d avance on peut réaliser des perçages désaxés, des rainures hélicoïdales, des prismes, etc. aujourd hui on parle même de centres de tournage fraisage. La flexibilité de ces machines est très grande et particulièrement bien adapté pour le travail unitaire ou les petites séries répétitives. 2. Les axes en tournage Comme nous l avons défini pour les centres de fraisage, l axe Z est toujours l axe de la broche. Les axes X et parfois Y sont ensuite déduits selon la règle de la vis. Pour un axe donné, Le sens positif est celui qui accroit la dimension de la pièce. Selon une direction donnée i l axe est noté : M HEMED SAMIR 08/01/14 40

41 o i si l outil se déplace par rapport à la pièce Département GM Production 2- chapitre 3 o i si la pièce se déplace par rapport à l outil Fig. 40 Définition des axes d un tour à CN Pour les axes rotatifs il faut respecter les règles du trièdre direct. 3. Influence du positionnement sur le choix des stratégies stratégie. Il convient de tenir compte du montage de la pièce lors du choix d une Pièce prise «en l air». L'accès des outils est libre sur la face avant et sur le cylindre intérieur. Il n y a plus des restrictions sur le cylindre extérieur "en raison des mors". Ceci est résolu par l utilisation des poupées mobiles (figure 39). Pour comprendre leur principe, la matière en barre est introduite par un canon de guidage et est mise en rotation par une broche qui sert aussi à déplacer la matière dans le canon. Les outils sont M HEMED SAMIR 08/01/14 41

42 Département GM Production 2- chapitre 3 positionnés à proximité du canon de guidage afin de garantir une bonne stabilité de coupe. Fig. 41 Prise en l air Fig. 42 décolletage à poupée mobile M HEMED SAMIR 08/01/14 42

43 Département GM Production 2- chapitre 3 En vue de ces nouvelles technologies, même les usinages en apparence simples sont, en réalité, plus compliqués à programmer. Ceci conduit les fabricants à user encore de la FAO voir même la programmation conversationnelle au pied de la machine pour résoudre leurs problèmes de programmation Pièce en montage mixte ou entre pointe L'accès des outils est impossible à l'intérieur, mais limité sur le cylindre extérieur, en raison des mors, et la face avant. Fig. 43 Prise en mixte Pièce en montage spécial. L'accès des outils est lié à la conception du montage. 4. Stratégies 2 axes Ces stratégies présentent des trajectoires d outils, obtenues par déplacements asservies simultanément, en position et en vitesse, de deux axes X et Z. C'est la commande classique, où l'axe Z est le déplacement du chariot M HEMED SAMIR 08/01/14 43

44 Département GM Production 2- chapitre 3 longitudinal et l'axe X est le déplacement du chariot transversal. Ces tours sont équipés d une tourelle à outils ou plus. Sur un tour CN 2 axes mono broche, on peut réaliser : - Des cylindres, des cônes, des filetages, des portions de tores coaxiaux à l'axe de la broche. - Des plans qui leur sont perpendiculaires. TopCam. Dans la suite quelques stratégies deux axes que présentent le logiciel FAO 4.1. Tournage ébauche il permet d enlever, avec un outil d ébauche à charioter/dresser, le volume de matière se trouvant entre le solide représentant la pièce brute et le solide représentant la pièce finie, en tenant compte des surépaisseurs éventuelles. L usinage consiste à effectuer des passes parallèles à l axe Z, des dressages de faces parallèles à l axe X, ou des passes successives parallèles à une direction donnée ou parallèles au profil usiné. C est en quelque sorte l équivalent de la fonction G64 en programmation ISO. L usinage tient compte des limitations éventuelles fixées par l'utilisateur et des caractéristiques géométriques de l'outil (angle de plongée maximum et angle d arête tranchante). M HEMED SAMIR 08/01/14 44

45 Département GM Production 2- chapitre 3 Fig. 44 tournage ébauche 4.2. Défonçage C est l équivalent de la fonction G66 ou G65. il permet de retirer, avec un outil pelle ou un outil à gorge, le volume de matière se trouvant entre le solide représentant la pièce brute et le solide représentant la pièce finie, tout en tenant compte des surépaisseurs éventuelles, en effectuant des plongées successives et parallèles, selon l axe de l outil. Fig. 45 Défonçage M HEMED SAMIR 08/01/14 45

46 Département GM Production 2- chapitre Filetage Effectuer, sur une pièce, un filetage, intérieur ou extérieur. Cette commande appelle, via un post-processeur adapté, le cycle fixe de la machine à commande numérique mettant en synchronisation la rotation de la pièce et le mouvement d avance du chariot porte-outil. Fig. 46 fietage 4.4. contournage Effectuer le contournage d'une partie du solide représentant la pièce finie, en respectant les surépaisseurs éventuelles laissées sur celle-ci. On peut aussi réaliser plusieurs contournages successifs. Fig. 47 contournage M HEMED SAMIR 08/01/14 46

47 Département GM Production 2- chapitre 3 5. Stratégie 3 axes. Sur un centre de tournage CN 3 axes, le troisième axe est généralement l axe rotatif C de la broche (figure34). Les trajectoires d outils sont semblables à celles de 2 axes. Mais certains outils peuvent être motorisés. Fig. 48 outils motorisés pour centre de tournage Avec ces machines on peut réaliser : - Des cylindres, des cônes, des filetages, des portions de tores coaxiaux à l'axe de la broche - Des plans qui leur sont perpendiculaires. broche. - Des alésages, des taraudages de faibles dimensions parallèles à l'axe de Il est évident que les impératifs du montage prononcées dans la section 3 restent valables aussi pour les stratégies 3 axes. M HEMED SAMIR 08/01/14 47

48 5.1. Centrage/ perçage radial Département GM Production 2- chapitre 3 Centrer ou percer un trou axial en utilisant un outil motorisé. Le positionnement des points à percer ainsi que l'usinage s effectuent par rotation du mandrin porte-pièce avec déplacement de l axe Z. Fig. 49 perçage axial 5.2. vidage de poche axiale. Fig. 50 poche axial M HEMED SAMIR 08/01/14 48

49 Département GM Production 2- chapitre 3 Réaliser le vidage d'une poche cylindrique ou non sur une pièce de tournage, avec un outil motorisé. Le positionnement de la pièce à usiner ainsi que l'usinage s effectuent par rotation du mandrin porte-pièce (Axe C) et déplacement selon l axe X la prise de passe est prise selon l axe Z 6. Stratégies multiaxes La flexibilité des MOCN est accrue par l usage d un nombre élevé d axes commandés simultanément. Les centres de tournage qui entrent dans cette catégorie, sont en faites des machine équipées de plusieurs tourelles et outils motorisés avec en plus des déplacements d axes Y. ceci leur donne des cinématiques théoriquement illimitée en nombre d axes (dépend du nombre de tourelles). La seule limitation est donc l encombrement des ces organes. Fig. 51 Centre de tournage 8 axes Avec ces machines on peut réaliser en plus des usinages 3 axes : M HEMED SAMIR 08/01/14 49

50 Département GM Production 2- chapitre 3 - Des rainures extérieures. de broche. - Des alésages, des taraudages de faibles dimensions orthogonaux à l'axe Fig. 52 Exemple d usinage multiaxes Dans ce que suit en présentera sommairement quelques stratégies développées par Missler Software (TopCam) pour ces machines Ébauche sur 2 Ebaucher la pièce usinée en travaillant avec deux outils simultanément afin de diviser le temps de l'opération par 2. Une opération d'ébauche préalablement définie est divisée en deux. Un décalage est paramétrable entre les deux outils utilisés afin que le copeau puisse se dérouler correctement lors de l'utilisation de la fonction "Divisé par 2". il est M HEMED SAMIR 08/01/14 50

51 Département GM Production 2- chapitre 3 impératif d'avoir 2 tourelles pour travailler simultanément (2 axes). le nombre total d axe mis en œuvre est 4 axes. Fig. 53 ébauche sur Centrage perçage radial Centrer ou percer un trou radial en utilisant un outil motorisé. Le positionnement des points à percer s effectue par rotation du mandrin portepièce ainsi que le déplacement selon l axe Y de la machine-outil. Fig. 54 perçage radial M HEMED SAMIR 08/01/14 51

52 Département GM Production 2- chapitre Poche radial Réaliser une partie non-cylindrique enroulée sur un cylindre d'une pièce de tournage avec un outil motorisé. Le mouvement de la pièce à usiner s effectue par rotation du mandrin porte-pièce (Axe C) et le mouvement de l'outil se fait par un déplacement selon l axe Z. Fig. 55 Poche radiale 7. Travaux dirigés 7.1. TD1 Cocher la ou les réponses correctes o Les stratégies d usinages 2 axes sont du domaine des : 1. Tours à commande numérique M HEMED SAMIR 08/01/14 52

53 2. Centres de tournage Département GM Production 2- chapitre 3 3. Centres de fraisage o Les stratégies d usinages 3 axes sont du domaine des : 1. Tours à commande numérique 2. Centres de tournage 3. Centres de fraisage o Les stratégies d usinages multiaxes sont du domaine des : 1. Tours à commande numérique 2. Centres de tournage 3. Centres de fraisage 7.2. TD2 Classer les usinages suivants par catégories de stratégies. M HEMED SAMIR 08/01/14 53

54 2 axes 3 axes multiaxes 2 axes 3 axes multiaxes Département GM Production 2- chapitre 3 M HEMED SAMIR 08/01/14 54

55 Département GM Production 2- chapitre 4 CH-IV. Tournage fraisage : Mill Turn 1. Les machines multifonctions Les machines multifonctions, qui combinent centre de tournage et centre d'usinage, existent sous configurations horizontales ou verticales. Deux broches (broche principale et contre-broche) agissent comme mandrins de serrage de la pièce autorisant l'usinage multiaxes de l'avant comme de l'arrière de la pièce. Une broche de fraisage, généralement l axe B, permet d'effectuer des opérations de fraisage. Ainsi, la pièce peut être terminée en une seule prise : tournage, fraisage et peut passer de la broche principale à la contre broche. Une opération complète, comprenant le fraisage et le tournage de la face avant, suivis par le fraisage et le tournage de la face arrière, est effectuée en un seul montage. Ceci leur donne un succès inégalé et deviennent de plus en plus utilisées dans les ateliers d aujourd hui. La possibilité d'usiner les pièces en une seule prise réduit fortement les temps de préparation. En outre, l'usinage Mill Turn, come le nomment les anglophones, est garant d'une plus grande précision car il n'est plus obligatoire de changer la prise des pièces lors des différentes étapes d'usinage. Deux facteurs qui constituent des avantages important face à la concurrence pour beaucoup de petits sous-traitants qui produisent des pièces très complexes dans de petites séries, de 1 à 100 pièces. Mais face à leurs atouts une complexité les rend difficilement programmables. La multitude de tourelles porte-outils, le nombre de porte-pièces, M HEMED SAMIR 08/01/14 55

56 Département GM Production 2- chapitre 4 leur cinématique complexe, sont autant d éléments qui doivent être traités par des logiciels de CFAO. La tache de ces logiciels est de programmer toutes les situations, tournage, fraisage 2 axes, fraisage 3 axes, fraisage 4&5 axes positionnés, fraisage 4&5 axes continus, synchronisation. Il est également nécessaire de disposer d un logiciel capable de simuler, de manière réaliste, ce qui va se passer sur la machine de telle sorte que les temps de mise en œuvre soient les plus courts possible, qu il n y ait pas de collision, que les temps de cycle soient optimisés, etc. Fig. 56 Centre de tournage fraisage 6 axes Afin d'utiliser efficacement les machines Mill Turn, il faut réunir différents facteurs : des utilisateurs bien formés, des solutions de CFAO performantes, capables de simuler exactement les opérations d'usinage et le support de la part de l'éditeur du logiciel, qui connait le fonctionnement des différentes machines et qui est capable de représenter ce fonctionnement dans le logiciel et les postprocesseurs. M HEMED SAMIR 08/01/14 56

57 Département GM Production 2- chapitre 4 Fig. 57 simulation d usinage sur une machine multifonction avec le logiciel TopCam. 2. Les stratégies de fraisage-tournage On retrouve les stratégies de tournage, fraisage de 2 à 5 axes. le point fort de ces stratégies est la synchronisation des opération fraisage/tournage ou le travail en temps masqué avec plusieurs outils. 3. Travaux dirigés 3.1. TD 1 Dans la bibliothèque d outillage de TopCam on trouve les modélisations des MOCN suivantes. On demande de les classées par catégories et d en associer les stratégies relatives à chaque MOCN. M HEMED SAMIR 08/01/14 57

58 stratégie Mill turn Centre de fraisage Centre de tournage Tour CN Département GM Production 2- chapitre 4 M HEMED SAMIR 08/01/14 58

59 Département GM Production 2- chapitre 4 M HEMED SAMIR 08/01/14 59

60 Département GM Production 2- chapitre 4 M HEMED SAMIR 08/01/14 60

61 Département GM Production 2- chapitre TD 2 Pour réaliser cet usinage de combien d axes devra être équipé la machine employée? Justifier votre choix. Fig. 58 Usinage à réaliser M HEMED SAMIR 08/01/14 61

62 Département GM Production 2- chapitre 5 CH-V. Procédés d usinage non conventionnel 1. Introduction Il n y a pas que les procédés conventionnels qui ont bénéficié des progrès remarquables dans les algorithmes de calcul ou logiciels informatiques. Des procédé non conventionnels tel que EDM, découpe laser ou jet d eau ont eux aussi "exploité" ces progrès pour gérer des trajectoires de coupe complexes et de garantir une place dans la chaine numérique. Aujourd hui des grands noms s occupent de la programmation numérique de ces procédés, vu leur place prometteuse dans l industrie manufacturière, et tentent d être au diapason de leurs progrès, par le développement des stratégies bien adaptées. 2. Electroérosion L usinage par électroérosion ou usinage par étincelage est un procédé d usinage par enlèvement de matière. Ce sont les étincelles générées entre une électrode et la pièce qui arrachant des particules de matière, servent en quelque sorte d outil de découpe. Machining). Le terme EDM, couramment utilisé, vient de l anglais (Electric Discharge M HEMED SAMIR 08/01/14 62

63 Département GM Production 2- chapitre Principe physique de l usinage par électroérosion Le diélectrique est en général de l eau dé-ionisée pour les machines de découpage EDM à fil, du pétrole ou de l huile pour les machines EDM d enfonçage. L application d une tension génère un champ électrique entre l électrode et la pièce (espace appelé Gap). La tension de claquage dépend : o de la distance pièce/électrode (le Gap) o du pouvoir isolant du diélectrique o de l état de pollution du Gap Le processus de décharge électrique commence là où le champ électrique est le plus intense, c est à dire là où la distance pièce/électrode est la plus petite. Schématiquement, le déroulement d une étincelle est le suivant : o Concentration des charges électriques (1-2) o Les ions et électrons libres sont accélérés par le fort champ électrique o Les ions et électrons libres forment un canal ionisé conducteur (3) o Le courant peut alors circuler et l intensité croit alors très vite, à la manière d une avalanche o Les collisions entre particules provoquent un fort échauffement et une pression importante o Une zone de plasma se forme, atteignant une température de 7000 à degrés (4) et une pression d environ 40 bars o Le plasma provoque la fusion locale d une certaine quantité de matière à la surface des électrodes, formant ainsi un petit cratère M HEMED SAMIR 08/01/14 63

64 Département GM Production 2- chapitre 5 o A l interruption du courant, la chute de la température provoque l implosion de la bulle de plasma, projetant la matière fondue en dehors du cratère (5) o La matière érodée se solidifie dans le diélectrique sous forme de petites billes (phénomène appelé pollution du diélectrique) (6) Fig. 59 Schéma du déroulement d une étincelle de type enfonçage 2.2. Machines EDM Il existe deux types bien distincts de machines d usinage par électroérosion : les machines EDM à fil et les machines EDM d enfonçage. Les caractéristiques communes aux machines EDM sont les suivantes : Usinage de matériaux conducteurs Possibilité d usinage de matériaux très durs pas de limite de dureté M HEMED SAMIR 08/01/14 64

65 Département GM Production 2- chapitre 5 Pas d effort mécanique à l enlèvement de matière Relativement lent Asservissement des axes mécaniques aux conditions électriques pour maintenir un gap constant. A aucun moment l électrode ne touche la pièce ; ce sont des mesures de grandeurs électriques qui permettent de déterminer la distance pièce électrode et qui sont utilisées dans les boucles de régulation de la CN EDM enfonçage Ce procédé reproduit naturellement la forme d une électrode dans une pièce métallique. L électrode creuse progressivement la pièce selon un mouvement vertical. Si la pièce est un moule, l électrode a la forme de l objet moulé. Fig. 60 Electrode en plongé M HEMED SAMIR 08/01/14 65

66 Département GM Production 2- chapitre 5 Fig. 61 Electrodes en graphite Fig. 62 Réalisation d empreinte de moule par électroérosion EDM fil L électrode est un fil qui défile en continu à travers la pièce à découper. M HEMED SAMIR 08/01/14 66

67 Département GM Production 2- chapitre 5 Fig. 63 EDM fil 2.3. Asservissement des axes (figure 13b) On distingue un déplacement du fil de direction fixe (figure 13a) ou variable a b Fig. 64 Machine d électroérosion à fil : a 2 axes, b 4axes 2.4. Applications Voir exemples et vidéos M HEMED SAMIR 08/01/14 67

68 Département GM Production 2- chapitre 5 3. Découpe laser La focalisation d'un rayon laser permet de chauffer jusqu'à vaporisation une zone réduite de matière. Les lasers utilisés couramment ont une puissance de 1500 watts mais les sources peuvent varier de quelques watts à plus de 4 kw. La puissance est adaptée en fonction du matériau et de l'épaisseur à découper. Le découpage laser a été utilisé dans l'industrie à partir des années Depuis il s'est répandu et banalisé. Dans le secteur de la transformation des métaux, il est complémentaire d'autres procédés comme le découpage par poinçonnage. Alors que celui-ci est tributaire de la forme de l'outil utilisé, le découpage laser permet de faire varier à volonté la forme découpée. À cette fin, les machines de découpe laser sont programmables Asservissement des axes Comme en électroérosion, les déplacements des axes sont asservis à la puissance du laser qui dépend de la matière de la pièce à découper ainsi que son géométrie Applications Voir exemples et vidéos 4. Découpe à jet d eau Le principe de base de la technique jet d eau THP consiste à projeter à très grande vitesse (600 à 900 mètres par seconde) un filet d eau continu à travers une buse de faible diamètre (0,05 à 0,5 mm). M HEMED SAMIR 08/01/14 68

69 Département GM Production 2- chapitre 5 Quand le matériau est très dur, des particules abrasives sont ajoutées, telles que grenat, oxyde d aluminium, carbure de silicium, particules d acier, scories de cuivre, sable de silice ou poudre de verre. Fig. 65 Découpe eau pure avec abrasifs Une chaîne de découpe au jet d eau THP comprend différents éléments décrits ci-dessous : M HEMED SAMIR 08/01/14 69

70 Département GM Production 2- chapitre 5 o Système de gestion informatique relié à la commande numérique de la table de découpe. o Pompe THP à multiplicateur qui envoie de l eau sous très forte pression vers la table. o Table de découpe à jet d eau THP. o Système de bacs de décantation en cascade pour récupérer les particules abrasives et les déchets de coupe. Fig. 66 chaîne de découpe au jet d eau 4.1. Asservissement des axes Tout comme la découpe laser les axes sont asservis à la puissance du jet qui dépend de la pièce et la matière à couper On distingue :le 2 axes et le 5 axes 4.2. Applications Voir exemples et vidéos M HEMED SAMIR 08/01/14 70

71 Département GM Production 2- chapitre 6 CH-VI. Références bibliographiques Ronald CAMERON, Technologie et usinage à commande numérique éléments de fabrication assistée par ordinateur - Edition SAINT-MARTIN YANBOUTIN : Intégration des cycles d usinage avancés des machines-outils à commande numérique aux logiciels de FAO. Mémoire partielle. Université du QUEBEC. Montréal Pierre-Yves PECHARD : Thèse de doctorat de l Ecole Normale Supérieure de Cachan. Juillet Victor Calatoru : MEC3530 Fabrication assistée par ordinateur et machines-outils. École Polytechnique de Montréal BEN YOUNES Jalel : Fabrication assisté par ordinateur, Notes de Cours. Documents de formation et tutoriaux : SINUMERIK 840D sl, Notions de base, Manuel de programmation 08/2006 SinuTrain, Le fraisage facile ShopMill. Document de formation. Périodiques : Eurotec Machines production : M HEMED SAMIR 08/01/

72 Trametal : Département GM Production 2- chapitre 6 M HEMED SAMIR 08/01/

73 Département GM Production 2- chapitre 6 CH-VII. DS et examens 1. DS : de FAO Novembre 2010 Classe : CFM31 CFM32 Aucun document n est autorisé Question 1) Après avoir défini ce que c est un logiciel FAO, expliquez comment son apparition a changé radicalement l utilisation des MOCN de la production sérielle à la production unitaire. (3,5 pt) Question 2) Avec l'apparition des systèmes FAO, l'intégration des MOCN dans le cycle de production est devenue une évidence. Après avoir décri l approche conventionnelle de transfert FAO / MOCN, indiquer ses inconvénients qui ont poussé à l adoption d une nouvelle approche que vous vous attachez à préciser. (4 pt) Question 3) Sur certaine MOCN, on parle de stratégie d usinage 2 axes et ½ ; expliquer cette stratégie. (2,5 pt) Question 4) Comment choisir la stratégie d usinage en fraisage à CN, selon la morphologie de la pièce à usiner? (3,5 pt) Question 5) Pour usiner les surfaces gauches, on utiliser des fraises hémisphériques. On se basant sur la figure 72, justifiez l utilité de l angle 20 par rapport à la normale à la face. (2,5 pt) M HEMED SAMIR 08/01/

74 Département GM Production 2- chapitre 6 Question 6) La figure 73 montre la simulation d usinage d une aube de turbine. Donnez le nom de cette stratégie d usinage ; de combien d axes doit disposer le centre? (2,5 pt) Pour la présentation de la copie (1,5 pt). Bon travail Fig. 67 Fig. 68 Simulation d usinage d une aube de turbine par un logiciel FAO M HEMED SAMIR 08/01/

75 Département GM Production 2- chapitre 6 2. Examen FAO janvier 2011 Classe : CFM31 CFM32 Aucun document n est autorisé Question 1) Les surfaces gauches peuvent être réalisées avec un centre d'usinage 3 axes en utilisant comme outil une fraise boule. Dans ce cas, les conditions de coupe ne sont pas optimales. Expliquer ce fait puis proposer une solution à ce problème d usinage. Question 2) Décrire l usinage 4 axes positionné et l usinage 4 axes continu ; vous vous attacher à donner des exemples avec croquis. Question 3) Décrire chacune des stratégies d usinage de la figure 74 (a, b et c), vous vous attacher à identifier les axes asservis simultanément dans chaque cas. a b c Fig. 69 Stratégies d usinage Question 4) Compléter le paragraphe du document à rendre. Etude de cas On désir réaliser les usinages A, B, C, D, E et F du document 1. M HEMED SAMIR 08/01/

76 Modèle 3 Modèle 2 Modèle 1 Département GM Production 2- chapitre 6 Le bureau de méthodes exige une seule phase d usinage pour réduire les dispersions de reprise. On dispose des MOCN décrits dans le tableau 1. Composition du MOCN Cinématique d une tourelle Cinématique de l unité de fraisage tableau-1. Les axes de la broche et de la contre broche de toutes ces machines sont asservis en position. Tous les postes d outils peuvent être équipés d outils motorisés. M HEMED SAMIR 08/01/

77 Département GM Production 2- chapitre 6 Travail demandé Question 5) Sur cette catégorie de machine pourquoi utilise-t-on une contre broche. Question 6) Parmi les modèles du tableau 1, choisir une MOCN le plus adapté à l usinage de la pièce du document 1. Donner le nombre total d axes que dispose la MOCN de votre choix. Question 7) Justifier ce choix en complétant le tableau 2 où vous associer à chaque opération d usinage la cinématique mise en œuvre par la machine. Barème :3/4/3/2/1/3/3/1 pour la présentation de la copie Paragraphe à compléter Dans les systèmes CAO, on peut construire des surfaces de forme.on transforme généralement la forme. issue du système.. en polyèdre, dans le système FAO (figure 75). Autrement dit on se rapproche de la. conçue par une multitude de petits.. Il en résulte des écarts par rapport à la.... Le système FAO applique des... d'outil sur ce polyèdre. Le.... en déduit des blocs CN (G1) qui forment généralement une multitude de petits segments de droite. M HEMED SAMIR 08/01/

78 Département GM Production 2- chapitre 6 Fig. 70 Trajectoire de l outil dans le système FAO tableau à completer opération Mouvement de coupe Mouvement d avance Organe axe positionnement A.. Axe B de l unité de fraisage B Rotation de la broche Tourelle avant z-x C.. D.. E.. F.. tableau-2. Cinématique associée aux opérations M HEMED SAMIR 08/01/

79 Département GM Production 2- chapitre 6 M HEMED SAMIR 08/01/

80 Département GM Production 2- chapitre 6 3. DS de FAO, Novembre 2011 Classe : CFM31 CFM32 Aucun document n est autorisé Question 8) Après avoir défini ce que c est un axe en commande numérique, expliquez comment l augmentation du nombre de ces axes diminue le nombre de prises de pièce et de démontages nécessaires, et vice-versa. Donnez un exemple. (4 pts) Question 9) Une nouvelle stratégie d usinage remplace le fraisage de profil des surfaces profondes. Elle consiste à donner une inclinaison à l axe d un outil court par rapport à la surface à usiner. a b Fig. 71 (a) contournage classique, (b) usinage avec inclinaison de l axe de l outil En se basant sur le cas de la figure 67, justifier le choix de cette stratégie et préciser le nombre d axes nécessaire pour sa mise en œuvre. (4 pts) Question 10) comment le choix de l outil peut influencer le choix de la MOCN? (Inspirez vous de l opération d usinage de la figure 68) (3 pt) M HEMED SAMIR 08/01/

81 Département GM Production 2- chapitre 6 Fig. 72 Question 11) stratégie de rainurage par fraise disque Soit à réaliser avec une fraise à deux tailles les usinages définit dans le tableau du document à rendre. Précisez par une croix dans la case exacte, le type de l usinage adéquat, pour chaque pièce en une seule prise. (7.5pts) Pour la présentation de la copie (1,5 pt). Bon travail M HEMED SAMIR 08/01/

82 5 axes continu 5 axes positionné 4exes continu 4 axes positionné 3 axes 2 axes et demi Département GM Production 2- chapitre 6 Type de l usinage Usinage Faces à usiner Faces à usiner Faces à usiner Faces à usiner Face à usiner M HEMED SAMIR 08/01/

83 Département GM Production 2- chapitre 6 4. Examen : de FAO janvier 2012 Classe : CFM31 CFM32 Aucun document n est autorisé Question 1) [6 points]. Compléter le paragraphe suivant par les termes : FAO, de définition de profils, manuelle, complexe, positions successives, technologiques, logiciels de CAO, décrire, post-processeur, traduire, opérationnel, compenser. Paragraphe En fabrication automatisée, lorsque l usinage devient trop..ou lorsque le volume de programmation est tel qu il exclut la programmation.., on fait appel aux systèmes de. En effet, en tenant compte de certaines données.d usinage (vitesse, avance, profondeur de passe, outils utilisés, état de surface exigé, etc.) et grâce à une reprise automatique des données.générés par des., les systèmes de FAO génèrent, à partir d un système informatique extérieur à la machine, un fichier image des.des outils ou CLFILE (Cutter Location File), indépendant de la machine et de la CN pour les diverses trajectoires suivies par l outil dans sa «mise à nu» de la pièce finie. pour personnaliser ces données en langage ISO en tenant compte des caractéristiques de la machine choisie pour l usinage (courses, limitations) et de celles de la CN utilisée (format, fonctions particulières, etc.), il faut M HEMED SAMIR 08/01/

84 Département GM Production 2- chapitre 6..ce fichier par un logiciel appelé, ceci permet de les différences d écriture qui existent entre des matériels de provenance diverse, un programme écrit pour une machine donnée étant rarement..sur une autre machine sans quelques aménagements préalables. Question 2) [3 points]. Justifier, par au moins deux arguments, la nécessité de l intégration de la FAO dans la production automatisée d aujourd hui. Argument 1 :. Argument 2 :. Question 3) On donne le schéma incomplet de principe d asservissement d une table de fraiseuse à commande numérique (figure 69). - [2 points]. Indiquez les flux des consignes en complétant ce schéma. - [1 points]. Relier par des flèches les étiquettes suivantes M HEMED SAMIR 08/01/

85 Département GM Production 2- chapitre 6 Fig. 73 origine Capteur et butée de prise sur-courses Protègent la machine contre les Capteurs et butées de fin Initialiser le comptage du codeur de course Question 4) [1.5 points].on donne les détailles d une électro-broche d un tour à commande numérique. Ce tour est équipé d un axe C : oui non. Justification : présence de... M HEMED SAMIR 08/01/

86 Département GM Production 2- chapitre 6 Fig. 74 Détails d une électro-broche Question 5) [1,5 points]. Pour réaliser un surfaçage, le technicien de bureau de méthodes sélectionne, avec un logiciel de FAO, le parcourt de l outil défini par la figure 71. Quel serait le diamètre minimal de l outil? Réponse : Fig. 75 M HEMED SAMIR 08/01/

87 Département GM Production 2- chapitre 6 Question 6) [2 points]. De quel langage sont dérivés la plupart des langages de programmation assistée par ordinateur? Réponse : Question 7) [3 points].le logiciel de FAO TopCam propose des stratégies d usinage. Parmi elles on rencontre celles de figure 4.donnez leurs noms respectifs... M HEMED SAMIR 08/01/

88 Département GM Production 2- chapitre 6 5. DS : de FAO Novembre point est attribué à la clarté de la copie Question 1) [6 points]. Dans chaque cas, si la phrase est correcte inscrivez O dans la case, sinon inscrivez N: Les logiciels de FAO utilisent la géométrie de la pièce à usinée générée en Dans le cas d usinage 4 ou 5 axes, la FAO est le maillon qui procure du La démarche interfacée CAO/FAO est un excellent facteur de La démarche intégrée CAO/FAO améliore la compétitivité par la réduction La démarche intégrée est relativement limitée en termes de stratégies Puisqu'il n'existe pas d'associativité entre les surfaces et les trajectoires d'outils lors du transfert dans le cas de la démarche intégrée, les trajectoires d'outils Question 2) [2 points]. Un processus de fabrication automatisé peut être représenté comme suit : M HEMED SAMIR 08/01/

89 Département GM Production 2- chapitre 6 Compléter les cases par les termes adéquats : outils et conditions de coupe, pièce finie, programme, FAO trajectoire d usinage, gamme d usinage, modèle, contrôle et métrologie. Question 3) [2 points]. De quel langage sont dérivés la plupart des langages de programmation assistée par ordinateur? Réponse: Question 4) [2points].Relier par des flèches les étiquettes suivantes. M HEMED SAMIR 08/01/

90 Département GM Production 2- chapitre 6 Le système FAO génère d'abord un CLfile (ou APT), ensuite, il le convertit à l'aide d'un post processeur pour générer selon les machines le fichier CN Dans ce cas le "CLFILE" est un fichier orienté produit Le système FAO génère d'abord un CLfile (ou APT), ensuite, il le transmet au BCL, qui n est autre qu un post processeur intégrer dans le calculateur de la MOCN, pour générer le fichier CN Dans ce cas le "CLFILE" est un fichier orienté machine Question 5) [2 points]. Compléter le paragraphe par les termes : forme, générer, méthodologie, d'associer, des trajets, comprenant, entité, coupe. Paragraphe Une stratégie d'usinage est une.utilisée pour une série d'opérations, dans le but de réaliser une.donnée. Elle permet..un processus d'usinage à une d'usinage, c'est-à-dire un ensemble d'opérations.la définition des outils, des conditions de..et.d'usinage. Question 6) [2 points]. Pour usiner la pièce suivante, on opte pour deux stratégies différentes. Précisez pour chaque stratégie la catégorie de la MOCN employée (3,4 ou 5 axes) M HEMED SAMIR 08/01/

91 Département GM Production 2- chapitre Question 7) [3 points].le logiciel de FAO TopCam propose des stratégies d usinage. Parmi elles on rencontre celles de figure 4.donnez leurs noms respectifs... M HEMED SAMIR 08/01/

92 Département GM Production 2- chapitre 6 6. Examen FAO janvier 2012 Pour les questions 1 à 5, répondre aux endroits réservés à la page 5. Question 1) Les centres multifonctions ont eu un succès inégalé ces dernières années et deviennent de plus en plus utilisées dans les ateliers d aujourd hui. Mais face à leurs atouts une complexité les rend difficilement programmables. Après avoir énumérer leurs atouts, présenter une solution adéquate pour leur mise en œuvre. Question 2) Décrire les 3 étapes de création d une pièce sous TopCam pour pouvoir passer aux choix des stratégies d usinage. Question 3) Après avoir précisé pourquoi la simulation des trajectoires d outils dans l environnement machine via la FAO n est qu une indication, proposer une solution adéquate pour simuler le code CN, sans immobiliser la MOCN, avant l usinage. Question 4) Donner le nom de chacune des stratégies d usinage de la figure 1 (a, b et c), ainsi que les axes asservis simultanément. Question 5) Pour la réalisation de la surface gauche de la figure 2, deux techniciens proposent deux stratégies d usinage différentes sous TopCam. Comme outil ils ont choisi une fraise boule. En qualité de responsable Productique et FAO, vous êtes chargé de présenter le bon choix, parmi ces deux stratégies et de l argumenter pour vos supérieurs en se basant sur les éléments suivant : M HEMED SAMIR 08/01/

93 o nom de la stratégie employée, Département GM Production 2- chapitre 6 o choix MOCN, o conditions d usinage, o qualité du produit fini, a b c figure 1. Stratégies d usinage figure 2. Stratégie A Stratégie B Question 6) compléter le paragraphe suivant par: impossible, d'outils, CAO, modèle, neutre, transférer, géométrie, source, FAO, générer Si les logiciels de CAO et de FAO ne sont pas des modules de la même plate-forme CFAO, un format doit être employé afin de la géométrie entre ces modules. La non-associativité qui résulte M HEMED SAMIR 08/01/

94 Département GM Production 2- chapitre 6 de ce transfert, est une de perte des caractéristiques de la pièce. De plus, il est d'effectuer une mise à jour de la.. dans le module après une éventuelle modification dans le module et il faut exporter à nouveau le.., et.. à nouveau les trajets. sur la pièce modifiée. Question 7) Relier chaque étiquette à la figure correspondante usinage 4 axes usinage 4 axes usinage 5 axes usinage 5 axes continu positionné positionné continu Question 8) cocher les cases correctes : L utilisation des cycles fixes dans la programmation des MOCN donne naissance à des programmes relativement longs M HEMED SAMIR 08/01/

95 Département GM Production 2- chapitre 6 L utilisation des logiciels FAO donne naissance à des programmes Les stratégies d usinage sont du domaine des logiciels Les stratégies d usinage sont du domaine de la programmation manuelle La programmation manuelle rend possible la création des trajectoires L utilisation des logiciels FAO rend possible la création des trajectoires d outils La diversité des langages de programmation des MOCN encourage les utilisateurs des centres d usinage à migrer vers les centres multifonctions L apparition des logiciels FAO encourage les utilisateurs des centres d usinage à migrer vers les centres multifonctions Le principal facteur qui a rendu possible l utilisation des MOCN dans le travail unitaire est leur pr Le principal facteur qui a rendu possible l utilisation des MOCN dans le travail unitaire est le code de programmation ISO Le principal facteur qui a rendu possible l utilisation des MOCN dans le travail unitaire est l utilisation des logiciels FAO M HEMED SAMIR 08/01/

96 Département GM Production 2- chapitre 6 Barème :2/1/2/3/4/3/2/3 Réponse Réponse 2. Etape1 Etape2.. Etape3.. Réponse Reponse Reponse M HEMED SAMIR 08/01/

97 Département GM Production 2- chapitre 6 7. DS : de FAO Novembre 2013 Question 1. Évoquer l impact de la FAO sur la production d aujourd hui? Justifier votre réponse par des exemples. (3,5 pt) Question 2. Avec l'apparition des systèmes FAO, l'intégration des MOCN dans le cycle de production est devenue une évidence. Après avoir décrit l approche conventionnelle de transfert FAO / MOCN, indiquer ses inconvénients qui ont poussé à l adoption d une nouvelle approche que vous vous attachez à préciser. (4 pt) Question 3. Comment choisir la stratégie d usinage en fraisage à commande numérique, selon la morphologie de la pièce à usiner? (3,5 pt) Question 4. Pour usiner les surfaces gauches, on utiliser des fraises hémisphériques. On se basant sur la figure 1, justifiez l utilité de l angle 20 par rapport à la normale à la face. (2,5 pt) Question 5. La figure 2 montre la simulation d usinage d une fraise de travail de bois. Donnez le nom de cette stratégie d usinage ; de combien d axes doit disposer le centre? (2,5 pt) Question 6. La figure 3 montre la simulation d usinage d une fraise de travail de bois. Donnez le nom de cette stratégie d usinage ; de combien d axes doit disposer le centre? (2,5 pt) Pour la présentation de la copie (1,5 pt). FIGURES M HEMED SAMIR 08/01/

98 Département GM Production 2- chapitre 6 figure 3. Utilisation de fraises boules - figure 4. Simulation d usinage d une fraise de toupille par un logiciel FAO figure 5. Simulation d usinage d une fraise de toupille par un logiciel FAO M HEMED SAMIR 08/01/

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