Ecole Nationale Polytechnique Département Génie Industriel Chaîne Numérique de Conception Chaîne des données numériques Intégration CFAO et Machines-Outils à Commande Numérique Conception Transformer le dessin en commandes (MOCN) Intégration : Transfert d'une information de qualité CFAO/DCN Incompatibilités entre les # systèmes risques d'erreurs dans le procédé de fabrication et baisse de productivité Planification de la fabrication : Interprétation, Sélection (des procédés +machines), Séquencement, Calcul des temps et des coûts, Génération des documents et des programmes CN Cheminement de l'information Conception-MOCN Transfert de l information (format numérique) CAO FAO FAO : Création des parcours / stratégies d'usinage : choix d'outil, vitesses de coupe et d'avance. Sortie FAO Format texte : Fichier APT (Automatically Programmed Tools. Format binaire : Format CLFile (Cutter Location File). Conversion des parcours outils en commandes numériques (Post- Processeur) Simulations optionnelles vérification et validation ENP /G.I /2 Année/ ABDELOUEL Chaîne des données numériques 2.3. 1
Elaboration des parcours-outils Cœur de la FAO : Programmation des parcours outils Le langage APT (1950/Std 1999): Programmation des trajectoires et les déplacements d'outils. o Entrées =géométrie à usiner + déplacements de l'outil. o Sortie = coordonnées des points par lesquels devra passer l'outil de coupe Exemple de programme APT (Automatically Programmed Tools) Programmation en langage APT Le langage APT présente une structure modulaire. Le système minimal est standardisé, les modules ne le sont pas. APT : Commandes et principes de base Définition des éléments géométriques (point ligne cercle ). Commandes de déplacement et de mouvement : GOTO / x,y, z GODLTA / dx, dy, dz, GOUP, GODOWN Fonctions E/S. calculs algébriques, transformations et rotations matricielles, etc. Transfert d'informations FAO- Post-processeur Génération du CLfile (FAO) + Conversion (post-processeur) pour générer le fichier CN support des fonctionnalités avancées? o Utilisation de post-processeurs propriétaires? o Extensions du langage APT et CLFile normes?. ENP /G.I /2 Année/ ABDELOUEL Chaîne des données numériques 2.3. 2
Transfert d'informations FAO MOCN Une seconde solution : Langage BCL (Basic Control Language) Le BCL (ANSI 494C) peut être interprété directement par des contrôleurs de MOCN spécifiques. BCL : Syntaxe plus stricte et sémantique plus rigoureuse que celle du langage APT et des CL-Files FAO / générer du BCL et contrôleurs de MOCN /interpréter le BCL. Programmation des machines-outils : Langage G La commande numérique est un procédé automatisé de positionnement. Machines-outils : Une MOCN est une machine-outil dotée d un calculateur (DCN), composé de deux parties : partie commande et partie opérative. Le controleur (DCN) Pilotage de l outil, des axes (principaux et secondaires), des systèmes auxiliaires (lubrification, magasins d outils, évacuation, etc.); Compensation des erreurs et des variations géométriques des outils; Autodiagnostic, Contrôle intégré et manutention automatisés; Transfert de données et connexion réseau. Axes en Commande Numérique Axe déplacement linéaire ou rotatif d'un élément de la machine (table, chariot, broche, contre-pointe). Norme : utilisation d'un repère orthonormé direct. Déplacements combinaisons de translations et/ou de rotations. Chaque axe est repéré par une lettre affectée du signe + ou Translations primaires : Trièdre de référence, axes X, Y, Z Rotations primaires Rotations A, B, C autour des trois axes X, Y, Z. ENP /G.I /2 Année/ ABDELOUEL Chaîne des données numériques 2.3. 3
Axes secondaires U,V,W et axes tertiaires P,Q,R qui sont des axes parallèles respectivement aux axes principaux X,Y,Z. Les origines en Commande Numérique La MOCN doit connaître trois origines pour définir les différentes positions des outils par rapport à la pièce : origine mesure, origine pièce et origine programme. Origine machine (OM) L OM : Position physique d un point de l élément mobile définie par le constructeur de la machine. Origine mesure (Om) Origine absolue de la mesure Un point défini sur chaque axe Origine pièce (Op) Un point de la pièce sur lequel il est possible de se positionner. La position de l'op est indépendante du système de mesure. Origine Programme (OP) Origine du trièdre de référence choisie par le programmeur indépendamment du système de mesure (max de cotes positives). ENP /G.I /2 Année/ ABDELOUEL Chaîne des données numériques 2.3. 4
Programmation des MOCN Description des opérations d usinage dans un langage codé assimilable par directeur de commande numérique (DCN) Le (DCN reçoit les informations des capteurs, interprète les instructions, et agit sur les moteurs. Quelques fabricants de DCN : Fanuc, NUM, Siemens, Philips, etc Le langage G (GCode) Langage de commande des machines-outils(rs-274d/ ISO 6983/ DIN 66025). Commandes sous la formes Gn params ou Mn params. Programmation des MOCN : Plusieurs codes o Gestion de la position et du déplacement de l outil (GCode), o Gestion de la machine(mcode), o Gestion des outils(tcode), o Alimentation outil et contrôles de vitesse (FCode). Structure d un programme CN Un programme CN ensemble de blocs d informations Un bloc mots /instructions de pilotage Un mot une adresse, un signe et une valeur ENP /G.I /2 Année/ ABDELOUEL Chaîne des données numériques 2.3. 5
Langage G ; Interpolateur interpolateur Élaborer la trajectoire (linéaire ou circulaire), en respectant la vitesse programmée (déplacement sur + axes à la fois). interpolateur Contrôler à chaque instant la position de l outil pendant l usinage (en général uniquement dans le plan). GCode : Interpolation circulaire Définition de la trajectoire Point de départ, point d arrivée et informations relatives sur la position du centre. deux types d arcs sont considérés: Angle <= à180, le rayon est positif. Angle > à180, le rayon est négatif. Exemple Arc 1: G02 X.. Y.. R-50, Arc 2: G02 X.. Y.. R50 GCode : l'interpolation NURBS? ENP /G.I /2 Année/ ABDELOUEL Chaîne des données numériques 2.3. 6
Fonctionnalité avancée, non standardisée Nécessité d un module FAO et d un post-processeur spécifiques GCodes les plus courants G00 Positionnement rapide G01 Interpolation linéaire G02/G03 Interpolation circulaire en sens horaire /antihoraire positive/négative G04 Temps d attente, G52/G53 Configuration du système de G09 Arrêt précis, coordonnées local/machine, G40 : Prog. sans correction de rayon d'outil, G41 : Compensation de rayon d'outil à gauche, G42 : Compensation de rayon d'outil à droite, G43/44 Compensation de longueur de l outil G90/91 Positionnement absolu/ relatif, G20/ Unités de mesure GCode : Compensation du diamètre de l outil Réaliser un parcours d outil sans se préoccuper du diamètre de l outil. Deux possibilités : Parcours à gauche (G41) /à droite(g42) du profil. Cycles prédéfinis (fixes) Simplifier la programmation des cycles d usinage paramétrables (cycles fixes) peuvent être exécutés avec une fonction G. Cycles : perçage, taraudage, chambrage et alésage Syntaxe générale des cycles prédéfinis N.. G.. G.. X.. Y.. Z.. R.. Q.. P.. F.. L.. G code du cycle Q profondeur de coupe où déplacement G (optionnel) type de retrait latéral pour perçage X, Y Coordonnées de l endroit de P Temps d attente l usinage F code d avance Z profondeur de l usinage L (optionnel) nombre de répétitions R niveau de retraite ENP /G.I /2 Année/ ABDELOUEL Chaîne des données numériques 2.3. 7
Programmation Modulaire Programme CN = Programme principal + sous programmes structurés sur deux ou plusieurs niveaux. Format du bloc d appel : M98 P nnnn mmmm m : numéro du sous-programme (de 1 à 4 chiffres) n : nombre de répétitions (max. 4 chiffres) (par defaut n= 1). M99 Pxxxx termine le sous-programme, retour au programme appelant. Groups de code G Plusieurs groupes de code G : des incompatibilités entre certains codes Un bloc des commandes appartenant à des groupes différentes Deux types de codes G: Codes G non modaux: le code G n a de valeur que dans le bloc où il apparaît. Codes G modaux: Code valable à partir du bloc où il apparaît et dans tous les blocs suivants jusqu à la spécification d un autre code G du même groupe. ENP /G.I /2 Année/ ABDELOUEL Chaîne des données numériques 2.3. 8
Lien de donnés à la MOCN Transférer les programmes entre un ordinateur et la MOCN lien série RS232 / interface Ethernet (FTP)/ rubans perforés Défauts majeurs de la chaîne numérique actuelle Plusieurs logiciels Multiplication des fichiers créés Préparation de la fabrication : non générique. Un post-processeur pour chaque type de commande numérique. Flux des données uniquement descendant. retour expérience et capitalisation des données et impossibles. Difficultés pour la mise en place de solutions d optimisation ou de simulation Meilleure intégration CAO-FAO-CN Émergence d un nouveau format, le STEP_NC La chaine numérique normalisée (STEP-NC) Le standard STEP répond bien aux enjeux d interopérabilité et de conservation des données (limiter les pertes d informations).w STEP-NC (ISO 14649) protocole d application 10303-AP238 qui ne couvre (actuellement) que les opérations de fraisage et de tournage. STEP-NC, Pas de code G langage de haut niveau programmation basée entités et implémentation d un seul fichier. Un seul fichier STEP (Transfert du système CAO au système FAO) liens bidirectionnels à chaque étape de la conception ou fabrication. Le contrôleur d une MOCN STEP-NC peut lire nativement le format STEP-NC. ENP /G.I /2 Année/ ABDELOUEL Chaîne des données numériques 2.3. 9
Avantages de la chaine numérique (STEP-NC) Possibilité du retour d information entre la CN et la CAO (Feedback) Possibilité de modifications pied machine de la géométrie et des paramètres de fabrication. Nouvelles possibilités d optimisation et de simulation au sein de la CN Informations de haut niveau Préparation de la fabrication sur différentes machines de FAO (Préparation générique) Conclusion La chaîne numérique actuelle o Flux des données uniquement descendant, multiplication des fichiers, préparation de la fabrication non générique, plusieurs post-processeurs et DCN, La chaîne numérique standardisée (STEP-NC) est prometteuse, mais l obsolescence des MOCN causée par STEP-NC diminue considérablement l'intérêt porté à ce standard par bon nombre de compagnies manufacturières. ENP /G.I /2 Année/ ABDELOUEL Chaîne des données numériques 2.3. 10