Trajectoires d’outils et logiciels UGV Trajectoires d’outils et logiciels

CAO FAO CN Post - processeur Ludovic Pirard

La FAO vis à vis de l’usinage CFAO sont en continuel développement Pièces toujours plus complexes Attention : Données technologiques liées au métier Trajectoires UGV  trajectoires complexes Pour respecter les impératifs liés au procédé Apprentissage long pour optimisation des programmes Ludovic Pirard

Impératifs de programmation en UGV Eviter changements brusques de direction en cours d‘usinage mouvement le plus uniforme possible Eviter les chocs !! Adapter la programmation Vitesse élevée Section de copeaux constante (fz constant) (erreurs fatales) Ludovic Pirard

Trajectoires : potentialités de la machine Passage progressif à UGV Taux horaire    Coût machine + accessoires + logiciel performant (testé) Justifier l’apport de l’UGV Sécurité de l’opérateur et du matériel Éventuellement : Contrôle du programme CN par logiciel spécifique Contrôle des collisions (erreurs fatales) Respecter fz (conditions de coupe) logiciel capable de gérer les avances suivant la géométrie Usure de la fraise Ludovic Pirard

Optimisation des paramètres Eviter les à-coups Vitesse d’avance Vf   (env 40 m/min en max)  Accélération   (1,5 à 2 G) Attention : - Changements de direction et angles aigus (broche !!) - Trajets courts !! Eviter les discontinuités : fluidifier la trajectoire (arcs et splines) Optimisation des paramètres Justifier l’utilisation de la grande vitesse Gamme d’usinage différente Passes  Section de copeaux constante  continuité des sollicitations de l’outil Préparation de la finition soignée (Ebauche rapide / Semi- finition) C  et   Ludovic Pirard

Etapes d’usinage Ebauche : Q   Semi-finition : préparation pour la finition (escaliers) + reprise éventuelle Finition : Obtention du fini souhaité  Pas de balayage Ludovic Pirard

Ébauche de poches ouvertes ou fermées Evacuer un max de matière en un min de temps  UGR (débit copeaux) IMPORTANT : Evacuation des copeaux et de la chaleur !! CAR : Perte de productivité (chgt d’outil) Alésage à la fraise peut être suffisant Utiliser le minimum d’outils : Pas d’avant –trou de perçage  Hélice ou ramping 1 fraise d’évidemment (voir le plus petit rayon dans la poche) 1 de reprise (reprise de crête) Tout dépend des dimensions de la pièce Lors de la programmation de l’ébauche, on pense déjà à la finition !! Ludovic Pirard

Plonger dans les poches en hélice ou en rampe AVANTAGES : L’effort de coupe tend moins vers l’axe de l’outil Le copeau s’évacue Pas besoin d’avant-trou (1 outil en moins) Attention : Respecter la correction d’avance Diamètre le plus grand possible Ludovic Pirard

Point de départ le plus éloigné des contours en hélice ou en rampe POCHE OUVERTE POCHE FERMEE Point de départ le plus éloigné des contours en hélice ou en rampe Balayage divergent du point de départ (sans rainurage) Point de départ hors pièce Balayage progressif dans la poche Pas de règle générale : - Optimisation des parcours suivant la logique d’usinage et l’expérimentation - Choix du type de balayage important (la bonne stratégie) Ludovic Pirard

TROCHOIDAL = Cycle d’usinage Hors matière En travail Ludovic Pirard

TROCHOIDAL AVANTAGES : Outil : pas le temps à l’outil de s’échauffer Passes de profondeur (ap) peuvent être plus importantes  UGR Usure de l’outil  Temps de fabrication  Évacuation des copeaux  Nbr de dents peut être  Hors matière En travail   LOGICIELS : Trajectoires trochoïdales dans les options de poches Dans toute la poche ou uniquement lors d’une détection d’un travail en rainurage. Approche par des interpolations circulaires. meilleure fluidité dans le parcours. Ludovic Pirard

Finition sur formes complexes Arriver au niveau de qualité souhaité pour la forme à réaliser : - Tolérances - État de surface Finition fonction des ces aspects techniques et du coût Pas de balayage Ludovic Pirard

Parcours d’outils Vitesse d’avance    Pas de balayage faible pour un même temps d’usinage + Diminution du polissage jusque 80% Ludovic Pirard

Exemple : Fraise diam 8 Fraise diam 6 Surface horizontale  stratégie par pas de balayage Exemple : Fraise diam 8 Fraise diam 6

Paramètre important : Hauteur de crête Adapter la hauteur de crête en fonction de la pente de la surface à usiner  Paramètre dans logiciel Contour 3D  stratégie par Z constant Avec  = angle de dépouille Ludovic Pirard

Décomposer son travail Balayage en parallèle sur l’ensemble (simple mais perte de productivité) Les zones planes peuvent se faire à la fraise torique A EVITER Si possible (sauf p-ê en final) Tout dépend de la hauteur de crête et donc de l’état de surface souhaité Hauteur de crête plus importante sur les zones les plus horizontales Ludovic Pirard

Choix de la stratégie d’usinage Difficulté de la programmation en FAO Type de balayage important Fonction de : L’offre du logiciel !! La qualité de la pièce en final  Applications métiers spécifiques (aubes, moulistes,…) Ludovic Pirard

Evolution des raccordements Important : Éviter les angles vifs  atténuer les chocs dus aux changements de direction.   Raccordement tangentiel Raccordement tangentiel Chgt de direction hors matière Ludovic Pirard

Evolution des raccordements dans la poche en FAO grande avance ATTENTION : Raccordements lors de changements de directions Evolution des raccordements dans la poche en FAO grande avance Ludovic Pirard

Stratégie de coupe en montée ou plongée   Stratégie en Montée (étirage) Stratégie en Plongée (perçage) Vérifier la vitesse de coupe effective (Vceff) sur la surface !! Ludovic Pirard

Transfert de données à la CN Dynamique machine   FAO adaptée CN adaptée Traitement des infos « programme » : rapidité Vitesse d’exécution des infos aux axes / Nombre d’infos important Approche contour ! Erreur Tolérance (facettes) Ludovic Pirard

APPROCHE = Interpolation par une fonction mathématique Facettes faibles (meilleure approche dimensionnelle) Tolérance fine Nbr blocs CN   Compromis Nbr blocs CN   Tolérance large Trajet fluidifié Ludovic Pirard

Anticipation de la commande (Look ahead) Problème : Diminution de l’avance Capacité mémoire des nouvelles CN suffisante (OK) Nbr blocs CN   Temps d’exécution de blocs en UGV peuvent atteindre 1ms Prévoir les passages et modifier l’avance de l’outil CN tient compte de la géométrie Ex : la TNC heidenhain 530 lit 256 blocs CN à l’avance et possède une vitesse d’exécution de 0,5 ms CN  vitesses d’exécution importantes (- de 1 ms) MAIS Mécanique doit suivre Ludovic Pirard

ATTENTION : Ne pas confondre ! Gérer la Vf dans les courbes convexes ou concaves Logiciel FAO Adapte la Vf dans les courbes pour éviter les à-coup Accélérations / décélérations CN La pré-analyse des blocs CN se fait en fonction de : Rayon de courbure Franchissement de points anguleux Ludovic Pirard

Adaptation de l’avance Déplacement Adaptation de l’avance Avance en fonction du temps ( + pts de passage) Gestion de l’accélération (dV/dT) Ludovic Pirard

Essai sur Mikron HSM 400U : Ebauche et finition d’une pièce 3D (type poche ouverte)   Type de pièce : poche ouverte  Ebauche depuis l’extérieur du brut vers l’intérieur + petit rayon : 1,6 mm  finition avec fraise boule diam 3 mm Ne pas ébaucher avec une fraise diam 3 (temps d’usinage ?)  Ebauche avec fraise de + gros diam / Reprise dans les coins / Finition du fond et du bossage Rem : Il faut créer des géométries limites, … et exécuter des stratégies d’usinage adaptées à chaque partie de la pièce Ludovic Pirard

Fraise 2T (ou torique) diam 8 – 2 dents Ebauche Ebauche partie inférieure Ebauche partie supérieure   Usinage en parallèle de l’extérieur vers l’intérieur (2 poches ouvertes) Usinage en contournage descendant Fraise 2T (ou torique) diam 8 – 2 dents Ludovic Pirard

Finition des parties horizontales et verticales Partie horizontale Partie verticale   Usinage en parallèle de l’extérieur vers l’intérieur (2 poches ouvertes) Usinage en contournage descendant Fraise 2T (ou torique) diam 8 – 2 dents Pas de problèmes de variation des hauteurs de crête comme sur les surfaces complexes Ludovic Pirard

Semi-finition et finition de la partie arrondie du contour Semi-finition et finition par contournage descendant Hauteur de crête constante – plus faible en finition Fraise hémisphérique diam 6 Ludovic Pirard

Semi-finition bossage et reprise dans les coins Semi-finition en Z constant avec boucles tangentes entre passes Finition à hauteur de crête constante en montant Fraise torique diam 4 Fraise boule diam 3 Ludovic Pirard

Solution de facilité ! Ebauche avec petite fraise Finition sur toutes les surfaces (+) Temps de programmation + court ( - )Temps d’usinage + long ( - ) Etat de surface mauvais ( - ) Usure d’outil + rapide Trouver un juste milieu en fonction du type de pièce (petite, moyenne ou grande série) l’état de surface et la précision demandée Ludovic Pirard

Usinage en 5 axes X C B Z Y Ludovic Pirard

Cinématiques des machines

Usinage en 5 axes positionnements   Sans débrider Attention précision

Usinage en 5 axes simultanés Faire tourner les 5 axes en même temps, le moins possible ! (voir avantages et inconvénients) (-) Perte de précision (-) Difficulté de programmation (-) Risque accru de collisions (-) Coûts machine, opérateurs, périphériques (FAO, …) (-) Coûts pièces (-) Anticipation plus difficile (Look Ahead) Gestion de l’avance difficile (+) Amélioration de l’état de surface (bonnes conditions) (+) Pièces impossibles en 3 axes (contre-dépouilles) (+) Peut diminuer les longueurs d’outils (+) Diminution des retournements de pièces Intérêt : inclinaison de la fraise pour atteindre la vitesse de coupe souhaitée Difficulté : - contrôle des collisions - éviter la rotation de l’axe rotatif sans déplacement linéaire (talonnement d’outil !!)   Ludovic Pirard

Angles d’inclinaisons   Angle frontal Angle latéral  

Guidage de l’outil 1 point 1 courbe 1 surface   Il faut sélectionner la surface à usiner mais également comment guider l’outil pour donner un angle frontal et latéral 1 point 1 courbe 1 surface  

Exemples de stratégies 5 axes   Roulant Circulaire Canaux intérieurs

Exemple : Usinage en Roulant Usinage de surfaces en contre-dépouilles Usinage en roulant Ludovic Pirard

Usinage en roulant Attention aux angles vifs (différent si poche intérieure ou contour extérieur) Guide : Surface pilote Trajectoire suivant la courbe de fond Outil tangent à la surface Ludovic Pirard

Exemple : Projection de courbe sur surface Guide : Surface pilote Trajectoire suivant la courbe Outil normal à la surface + Angle frontal ou latéral Retouches, gravures … Ludovic Pirard

Rayons faibles : Avances en fonction du ap Problème des angles max L’avance calculée au centre de l’outil est différente suivant la prise de passe en profondeur (ap) Contrôle des angles max en fonctions des capacités de la machine et le contrôle des collisions Ludovic Pirard

Usinage en roulant : Rattrapage angulaire Outil droit Contournement de l’angle vif Vf >> Vf Attention au contrôle de Vf pour des ap >>, lors du déplacement angulaire L’outil se prépare angulairement pour la direction suivante Déplacement linéaire en même temps que angulaire Ludovic Pirard

Usinage circulaire Ex : Aube Guide : Surface pilote ou axe défini Pièces longues avec outil fin Guide : Surface pilote ou axe défini Trajectoire autour d’un axe Outil normal à la surface Attention : si la pièce présente des coins vifs (Avance) Déplacement de l’outil + Rotation de la pièce autour d’un axe On peut ajouter un angle frontal et latéral

Usinage canaux intérieurs Guide : Point Trajectoire : sur la surface autour du point Gestion des collisions difficile Ludovic Pirard