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