Éléments d’usinage et métrologie dimensionnelle TCH040 Cours 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) 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque TCH040 - Sylvain Lévesque

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 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

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 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

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.) 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

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 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

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Première MOCN au MIT 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

Historique Beaucoup d’effort ont été mis pour répondre à un besoin technique (surfaces gauches et complexes) et non économique ou de productivité 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

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: 1 2 3 4 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

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. 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

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 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

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 MOCN Préparation 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 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

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 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

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 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

Fonctionnement d’une CNC Étapes de l’usinage CNC: 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

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. 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

Fonctionnement d’une CNC 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

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) 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

Système d’axe 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

Systèmes d’axes Fraiseuse: 3 translations (la table de travail): X, Y et Z 1 rotation (l’outil): autour de Z 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

Systèmes d’axes Tour: 2 translations (l’outil): X et Z 1 Rotation (la pièce): autour de Z (axe C) 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

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 » 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

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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 Y B X Z C 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

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 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

Opération point par point 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

Opération paraxiale fraisage 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

Opération paraxiale tournage 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

Opération contournage fraisage 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

Opération contournage tournage 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

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 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

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Panneau de contrôle d’une fraiseuse 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

Panneau de contrôle d’un tour 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

Modes d’opération Manuel: Automatique: Handle, incréments de 0.0001’’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 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

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 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

Code G Langage informatique ISO utilisé pour programmer les machines-outils Il existe aussi le langage IPT… 2 types de fonctions Préparatoires : codes G (G00 @ G99) Auxiliaires: fonctions M (M00 @ M99) 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

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! 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

Décalage des outils - tour 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

Correction du décalage des outils - tour 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

Décalage des outils - fraiseuse 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque

Correction du décalage des outils - fraiseuse 2017-04-02 TCH040 - Sylvain Lévesque