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Éléments d’usinage et métrologie dimensionnelle TCH040 Cours 2.

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1 Éléments d’usinage et métrologie dimensionnelle TCH040 Cours 2

2 TCH040 - Sylvain Lévesque 2 Plan général Chapitre 2 des notes de cours – TCH040  Généralités et historique  Aspects économiques  Fonctionnement  Systèmes de coordonnées et d’axes  Types de machines  Caractéristiques d’une MOCN  Programmation (code G)

3 TCH040 - Sylvain Lévesque 3 Généralités  Machine-Outil à Commande Numérique:  comprend la partie machine-outil (fraiseuse, tour, WEDM, table de découpage, etc…) d’une part  d’autre part, le contrôleur qui calcule les positions ou les trajectoires  La commande numérique est un processus impliquant:  une certaine automatisation: outils multiples, axes asservis, etc  une définition symbolique des commande (le programme)  une définition numérique des mouvements outil/pièce

4 TCH040 - Sylvain Lévesque 4 Généralités  CNC = Computerized Numerical Control  DNC = Direct Numerical Control  signifiait avant qu’un même contrôleur opérait plusieurs machines  aujourd’hui, que le contrôleur de la MOCN est relié à un ordinateur externe par une liaison RS-232, RS-485 ou Ethernet, dans le cas d’un programme trop long pour se stocker dans la mémoire du contrôleur  Axe numérique = mouvement contrôlé numériquement en vitesse et position, de manière quasi continue  Demi-axe numérique = mouvement contrôlé numériquement en position seulement, positions souvent limitées  Axe indexés = axe autorisant un nombre réduit de positions

5 TCH040 - Sylvain Lévesque 5 Domaines applicables  industrie du bois, de la métallurgie, des textiles  découpe du métal au laser, par jet d’eau ou chalumeau oxy-acétylènique  électroérosion (EDM, WEDM)  usinage par perçage, taraudage, tournage, alésage, fraisage, rectification  soudure en continu, par points, poinçonnage, cisaillage  Inspection (CMM, bras FARO, Laser Tracker, etc.)

6 TCH040 - Sylvain Lévesque 6 Historique  Ancêtre lointain: métiers Jacquard, 1800  permettaient des motifs jusqu’ici impossible par l’emploi de cartes perforées  Plus récent: machines à copier - tours, fraiseuses, étaux- limeurs, etc. - permettant de suivre un profil et de le reproduire dans la pièce.  Premiers essais machines CN datent de 1942  Véritable lancement en 1952, Cincinnati Milling Co et M.I.T., grâce à des incitatifs gouvernementaux

7 TCH040 - Sylvain Lévesque 7

8 TCH040 - Sylvain Lévesque 8 Première MOCN au MIT

9 TCH040 - Sylvain Lévesque 9 Historique  Beaucoup d’effort ont été mis pour répondre à un besoin technique (surfaces gauches et complexes) et non économique ou de productivité

10 TCH040 - Sylvain Lévesque 10 Historique  CN jusqu’en 1970, utilisation de rubans perforés, puis rubans magnétiques, trajectoires point à point  L’intégration d’ordinateurs plus performants au processus a permis un plus grand nombre de calculs, donc une plus grande définition des trajets  Aujourd’hui capables de calculs évolués, tangences, intersections, décalage d’outils  Appliqués aux fraiseuses d’abord, à de nombreux autres domaines par la suite Photos:

11 TCH040 - Sylvain Lévesque 11 Historique  Aujourd’hui, logiciel de CAO/FAO comme Vericut avec Pro-Engineer ou Catia  Les machines fonctionnent directement sur le réseau informatique, ou avec clés usb, etc.

12 TCH040 - Sylvain Lévesque 12 Aspects économiques  Machine-outil conventionnelle: temps « copeaux » dépasse rarement 15%, mais peut atteindre 80% sur MOCN !!!  Premières pièces plus longues à fabriquer - temps de montage, programmation, etc… mais pièces subséquentes exécutées plus rapidement que sur conventionnelle  Précision fait moins intervenir l’habilité manuelle de l’opérateur, donc répétabilité accrue

13 TCH040 - Sylvain Lévesque 13 Aspects économiques Comparaison entre une MOCN et un MO conventionnelle  Rédaction du programme Méthodes Réglage Usinage Coûts  Test et vérification  Définition des trajectoires  Outils et paramètres de coupe  Gamme d’usinage  Analyse du dessin Ajustement numérique sur MOCN  Contrôle et ajustement Pas à pas sur MOCN  Usinage première pièce Peut-être plus simple en MOCN  Réglage outil Peut être tres long sur une MOCNPréparation machine  Autres Par échantillonnage en MOCN  Contrôle  Montage démontage pièce Généralement meilleur outil sur MOCN  Outil  Matière Coût horaire MOCN supérieur de 50% à 300%  Machine Commentaires MO MOCN  

14 TCH040 - Sylvain Lévesque 14 Aspects économiques (avantages)  Paramètres de coupe mieux contrôlés: économie au niveau de l’outillage  Pièces en série: moins coûteuses par MOCN que sur machine automatiques dédiées  Permet de mieux gérer le temps-machines  Machines plus rigides en général, amortissement supérieur  Permet de réaliser des pièces impossibles sur une M-O conventionnelle

15 TCH040 - Sylvain Lévesque 15 Aspects économiques (inconvénients)  Investissement initial supérieur  amortissement oblige souvent le travail sur 2 ou 3 équipes  rentabilité à moyen ou long terme seulement  Changement dans les méthodes de travail de préparation et de fabrication  Nécessité de former du personnel en programmation  Équipement informatique annexe  Résistance du personnel au changement MO/MOCN  Coûte très cher en réparation ou si ça brise

16 TCH040 - Sylvain Lévesque 16 Fonctionnement d’une CNC Étapes de l’usinage CNC:

17 TCH040 - Sylvain Lévesque 17 Fonctionnement d’une CNC  Plan: présente les besoins, les requis fonctionnels  FAO (Fabrication assistée par ordinateur):  Permet de créer les chemins des outils  Trajectoire en format neutre: ces chemins sont une liste de points reliés par des éléments géométriques divers (droite rayon, ellipse) avec des dimensions associées  Ne tient pas compte des paramètres cinétiques  Post-processeur: associe à chaque élément géométrique un rpm, une avance, etc.  Code (G ou IPT): langages utilisés pour la programmation de l’usinage.

18 TCH040 - Sylvain Lévesque 18 Fonctionnement d’une CNC

19 TCH040 - Sylvain Lévesque 19 Systèmes de coordonnées  Coordonnées absolue: par rapport au zéro de la machine (sert à situer le zéro pièce sur la table de travail)  Coordonnées relatives: par rapport au zéro de la pièce (sert à la programmation des déplacements des outils pour usiner la pièce)

20 TCH040 - Sylvain Lévesque 20 Système d’axe

21 TCH040 - Sylvain Lévesque 21 Systèmes d’axes  Fraiseuse:  3 translations (la table de travail): X, Y et Z  1 rotation (l’outil): autour de Z

22 TCH040 - Sylvain Lévesque 22 Systèmes d’axes  Tour:  2 translations (l’outil): X et Z  1 Rotation (la pièce): autour de Z (axe C)

23 TCH040 - Sylvain Lévesque 23 Systèmes d’axes simultanés  Fraiseuse:  2 axes simultanés: lignes diagonale et courbes dans le plan  fraiseuse à 2 ½ axes: la ½ signifie seulement 2 axes simultanés  3 axes simultanés: lignes diagonale et courbe dans l’espace  Tour:  2 axes simultanés: lignes diagonale et courbes sur la pièce (chanfreins, rayons, etc.)  Combinaison de plus de 3 axes  sert à usiner des surfaces complexes sur une fraiseuse ou sur un centre d’usinage avec un « live-tool »

24 TCH040 - Sylvain Lévesque 24

25 TCH040 - Sylvain Lévesque 25

26 TCH040 - Sylvain Lévesque 26

27 TCH040 - Sylvain Lévesque 27 Axe A tourne autour de l’axe X Axe B tourne autour de l’axe Y Axe C tourne autour de l’axe Z A B C Z X Y

28 TCH040 - Sylvain Lévesque 28 3 types de machines  Machines point à point: pointeuses, perceuses, taraudeuses, poinçonneuse, soudeuse point à point  Machines paraxiales: tour ou fraiseuse n’opérant qu’un axe à la fois  Machines en contournage: plusieurs axes simultanés. Surfaces gauches, formes circulaires

29 TCH040 - Sylvain Lévesque 29 Opération point par point

30 TCH040 - Sylvain Lévesque 30 Opération paraxiale fraisage

31 TCH040 - Sylvain Lévesque 31 Opération paraxiale tournage

32 TCH040 - Sylvain Lévesque 32 Opération contournage fraisage

33 TCH040 - Sylvain Lévesque 33 Opération contournage tournage

34 TCH040 - Sylvain Lévesque 34 Caractéristiques d’une MOCN  Machine-outil généralement plus robustes, architectures enveloppantes, grandes rigidité  Motorisation plus puissante  Glissières à billes, sans frottement, utilisation de glissières à galets, à billes, hydrostatiques, aérostatiques  Vis d’axes à billes, à rattrapage de jeu  Mouvements contrôlés sans saccades, capacités de grandes accélérations sans perte de précision

35 TCH040 - Sylvain Lévesque 35

36 TCH040 - Sylvain Lévesque 36 Panneau de contrôle d’une fraiseuse

37 TCH040 - Sylvain Lévesque 37 Panneau de contrôle d’un tour

38 TCH040 - Sylvain Lévesque 38 Modes d’opération  Manuel:  Handle, incréments de ’’ou 0,001m, 10X, 100X  Jog, vitesse réglable  Rapid, 25%, 50%, 100%  Automatique:  Auto, déroulement du programme en ligne  Auto, déroulement de programme en mémoire  Pas à pas, programme ligne par ligne

39 TCH040 - Sylvain Lévesque 39 Étapes d’utilisation d’une MOCN  1: Zéro machine ou home  2: Montage et/ou décalage des outils  relatif  absolu (probe)  3: Repère pièce(Zéro Pièce)   4: Chargement du programme  5: Vérification et correction des décalages  6: Routine d’essai (ligne par ligne) à vitesse réduite  7: Démarrage de la production

40 TCH040 - Sylvain Lévesque 40 Code G  Langage informatique ISO utilisé pour programmer les machines-outils  Il existe aussi le langage IPT…  2 types de fonctions  Préparatoires : codes G G99)  Auxiliaires: fonctions M M99)

41 TCH040 - Sylvain Lévesque 41 Décalage des outils  Généralement, on programme la trajectoires de l’outil à partir de son centre afin de simplifier les calculs et la vérification des coordonnées  Il faut donc incorporer les « décalages » juste avant de faire rouler le programme sur la machine  Ces décalages tiennent compte des dimensions nominales de l’outil et aussi de son usure!

42 TCH040 - Sylvain Lévesque 42 Décalage des outils - tour

43 TCH040 - Sylvain Lévesque 43 Correction du décalage des outils - tour

44 TCH040 - Sylvain Lévesque 44 Décalage des outils - fraiseuse

45 TCH040 - Sylvain Lévesque 45 Correction du décalage des outils - fraiseuse


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