UNIVERSITE DE TUNIS I INSTITUT SUPERIEUR DE L'EDUCATION ET DE LA FORMATION CONTINUE Département des Sciences Physiques et Techniques
PROGRAMMATION DES MACHINES OUTILS A COMMANDE NUMERIQUE
Notes de Cours
BEN YOUNES Jalel
UV : GM 213 (Version : Septembre 2004)
Ces notes comprennent les chapitres suivants : I II III IV V
-
Généralités sur la production mécanique Techniques d’usinage Contrôle Numérique des Machines Outils Programmation des MOCN Travaux Dirigés
Table des Matières I.
GÉNÉRALITÉ SUR LA PRODUCTION MÉCANIQUE ............................................................ I-2
I.1 SYSTÈME DE PRODUCTION DANS L'ENTREPRISE ..........................................................................I-2 I.1.1 INTRODUCTION .......................................................................................................................... I-2 I.1.2 LES PROCÉDÉS DE MISE EN FORME DES MATÉRIAUX ................................................................. I-2 I.1.3 ORGANISATION DE L’ENTREPRISE ............................................................................................. I-3 I.2 ELABORATION DES GAMMES D'USINAGE ......................................................................................I-4 I.2.1 DÉFINITIONS .............................................................................................................................. I-4 I.2.2 CONDITIONS À REMPLIR PAR UNE GAMME................................................................................. I-4 I.2.3 DIFFÉRENTS PROBLÈMES À RÉSOUDRE ...................................................................................... I-5 I.2.4 PRINCIPES ESSENTIEL DE GAMME .............................................................................................. I-5 I.2.5 CHOIX DES OPÉRATIONS ............................................................................................................ I-5 I.2.6 RÉDACTION DU TEXTE ............................................................................................................... I-6 I.2.7 CHRONOLOGIE DES SURFACES ................................................................................................... I-6 II.
TECHNIQUES D’USINAGE......................................................................................................... II-9
II.1 II.2 II.3 II.3.1 II.3.2 II.3.3 II.3.4 II.3.5 II.4 II.4.1 II.4.2 II.4.3 II.4.4 II.4.5 II.4.6 II.5 II.5.1 II.5.2 II.5.3 II.5.4 II.5.5 II.5.6 II.5.7 II.5.8 II.5.9 II.5.10
DÉFINITION DE L’USINAGE ......................................................................................................... II-9 PRINCIPE DE L’USINAGE PAR ENLÈVEMENT DE COPEAU .......................................................... II-9 PROCÉDÉ DE TOURNAGE ............................................................................................................. II-9 DÉFINITION DU TOURNAGE......................................................................................................II-9 MOUVEMENTS RELATIFS ENTRE L’OUTIL ET LA PIÈCE À USINER ..........................................II-10 DIFFÉRENTS TYPES DE TOURS EXISTANTS .............................................................................II-10 OUTILS DE COUPE EN TOURNAGE ..........................................................................................II-12 OUTILS ET FORMES GÉNÉRÉES EN TOURNAGE .......................................................................II-13 PROCÉDÉ DE FRAISAGE ............................................................................................................ II-14 DÉFINITION ............................................................................................................................II-14 MOUVEMENTS RELATIFS ENTRE L’OUTIL ET LA PIÈCE À USINER ..........................................II-15 DIFFÉRENTS TYPES DE FRAISEUSES .......................................................................................II-16 LA FRAISEUSE UNIVERSELLE .................................................................................................II-17 OUTILS DE COUPE EN FRAISAGE ............................................................................................II-18 GÉNÉRATION DE SURFACES EN FRAISAGE .............................................................................II-21 PROCÉDÉ DE PERÇAGE ALÉSAGE ET TARAUDAGE ................................................................. II-25 LE PERÇAGE ...........................................................................................................................II-25 ALÉSAGE ...............................................................................................................................II-26 TARAUDAGE ..........................................................................................................................II-26 MOUVEMENTS RELATIFS ENTRE L’OUTIL ET LA PIÈCE À USINER ..........................................II-26 LA PERCEUSE SENSITIVE........................................................................................................II-26 LES ALÉSEUSES ......................................................................................................................II-27 OUTILS DE COUPE DE PERÇAGE, D’ALÉSAGE ET DE TARAUDAGE ..........................................II-28 LES OUTILS DE PERÇAGE .......................................................................................................II-28 LES OUTILS D’ALÉSAGE .........................................................................................................II-29 LES OUTILS DE TARAUDAGE ................................................................................................II-30
III. CONTRÔLE NUMÉRIQUE DES MACHINES OUTILS .......................................................III-32 III.1 INTRODUCTION........................................................................................................................III-32 III.2 TYPE DE COMMANDE NUMÉRIQUE ET DE MACHINE ............................................................III-32 III.2.1 MACHINE ............................................................................................................................ III-32 III.2.2 TYPES DE COMMANDE NUMÉRIQUE .................................................................................. III-34 III.3 INTÉGRATION DES SYSTÈMES FAO / MOCN .......................................................................III-36 III.3.1 INTRODUCTION ................................................................................................................... III-36 III.3.2 MODE DE TRANSFERT ........................................................................................................ III-36 III.3.3 ARCHITECTURE .................................................................................................................. III-37 IV. PROGRAMMATION DES MOCN ........................................................................................... IV-40 IV.1 IV.1.1 IV.1.2 IV.2 IV.2.1 IV.2.2 IV.2.3 IV.2.4 IV.2.5 IV.2.6 IV.3 IV.4 IV.4.1 IV.4.2 IV.4.3 IV.4.4 IV.5 IV.5.1 IV.5.2 IV.6 IV.6.1 IV.6.2 IV.6.3 IV.6.4 IV.7 IV.7.1 IV.7.2 IV.7.3 IV.7.4 IV.8 IV.8.1 IV.8.2 IV.8.3 IV.8.4 IV.8.5 IV.8.6 V.
RAPPEL ....................................................................................................................................IV-40 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT ........................................................................................ IV-40 LES ORIGINES ..................................................................................................................... IV-40 LANGAGE DE PROGRAMMATION DES MOCN .......................................................................IV-41 FORMAT D’UN MOT ............................................................................................................ IV-42 PRINCIPALES ADRESSES ..................................................................................................... IV-42 STRUCTURE D’UN PROGRAMME CN .................................................................................. IV-42 SYSTÈME DE COTATION...................................................................................................... IV-43 DÉCALAGE D’ORIGINE (G59) ............................................................................................. IV-44 CORRECTION DE RAYON D’OUTIL (G40 G41 G42) ............................................................ IV-44 EXEMPLES ...............................................................................................................................IV-46 PROGRAMMATION STRUCTURÉE ...........................................................................................IV-48 INTÉRÊT.............................................................................................................................. IV-48 STRUCTURATION PAR NIVEAU ........................................................................................... IV-48 SAUT DE LIGNES SANS RETOUR (G79)................................................................................ IV-48 APPEL DE SOUS-PROGRAMMES OU DE SÉQUENCES (G77).................................................. IV-49 PROGRAMMATION DES CYCLES .............................................................................................IV-50 TOURNAGE ......................................................................................................................... IV-50 FRAISAGE ........................................................................................................................... IV-55 FONCTIONS DIVERSES .............................................................................................................IV-58 DÉCALAGE ANGULAIRE (ED)............................................................................................. IV-58 MIROIR (G51)..................................................................................................................... IV-58 FACTEUR D’ECHELLE (G74 / G73) .................................................................................... IV-59 EXEMPLE ............................................................................................................................ IV-60 PROGRAMMATION PARAMÉTRÉE ..........................................................................................IV-62 UTILITÉ DE LA PROGRAMMATION PARAMÉTRÉE................................................................ IV-62 CLASSE DE PARAMÈTRES ................................................................................................... IV-62 OPÉRATION SUR LES PARAMÈTRES .................................................................................... IV-62 EXEMPLE ............................................................................................................................ IV-63 PROGRAMMATION GÉOMÉTRIQUE DE PROFIL .....................................................................IV-64 INTRODUCTION................................................................................................................... IV-64 FONCTIONS CARACTÉRISANT UN ÉLÉMENT GÉOMÉTRIQUE ............................................... IV-64 PROGRAMMATION DES BLOCS - CHOIX DU DISCRIMINANT................................................ IV-65 DROITE DE DISCRIMINATION :............................................................................................ IV-66 DÉFINITION DES BLOCS ...................................................................................................... IV-66 EXEMPLE ............................................................................................................................ IV-69
TRAVAUX DIRIGÉS ................................................................................................................... V-71
VI. RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES ................................................................................... VI-83
GENERALITE SUR LA PRODUCTION MECANIQUE
I-1
I. Généralité sur la production mécanique I.1 Système de production dans l'entreprise I.1.1 Introduction Un système de production est un ensemble de ressources, humaines, matérielles (locaux, machines, outils, logiciels…) ou méthodologiques organisées au sein d'une entreprise pour produire, c'est à dire concevoir et fabriquer les produits. Le système de production peut être modélisé sous la forme de trois sous-systèmes : Conception Le système de conception conçoit des nouveaux produits, modifie et améliore des produits déjà fabriqués et conçoit des outillages de fabrication. Gestion Le système de gestion permet la gestion de la production, l'ordonnancement et la gestion des stocks. Fabrication Le système de fabrication, comme son nom l'indique, fabrique le produit à partir de données fournies par le sous-système de conception (documents de fabrication). Le système de fabrication est sous le contrôle étroit du sous-système de gestion. Il remplit trois fonctions : l'élaboration du produit : mise en forme (usinage, moulage, découpage…), assemblage, etc. la manutention (ou le transport), associée au stockage, du produit ou des composants du produit entre les divers postes de travail tout au long du parcours de production. Le contrôle du produit et des outillages. I.1.2 Les procédés de mise en forme des matériaux Le développement des procédés de fabrication a été toujours lié au développement des machines-outils et les méthodes de mesure précises. Les première machines utilisées dans l'antiquité servent à travailler le bois. Cependant, l'évolution des procédés de fabrication a eu sa naissance durant la révolution industrielle en Europe en 1917. Les différents procédés de mise en forme retrouvés dans l'industrie manufacturière peuvent être divisés en trois catégories, soient : Façonnage •
Formage :
- Le moulage : donne une forme massive - Le découpage : cisaillage, poinçonnage, oxycoupage, coupe laser, etc. I-2
- La déformation plastique : estampage, laminage, extrusion, étirage, pliage, emboutissage. Usinage : consiste à enlever de la matière afin de donner au produit fini la forme et les dimensions finales. On distingue les procédés de tournage, fraisage, perçage, etc. •
Assemblage : consiste à réunir des éléments provenant de divers procédés de façonnage. •
- Assemblage permanent : soudage, sertissage, collage et rivetage. - Assemblage démontable : vissage. •
Finissage
- Traitement de surface : traitement anticorrosion, décoration, grenaillage, polissage, galvanisation, chromage… - Emballage : c'est la dernière étape de fabrication des produits. Procédés de mise en forme
Façonnage
Assemblage
Finissage
Formage
Permanent Moulage Usinage
Tournage
Fraisage
Découpage
Oxycoupage Poinçonnage
Perçage
M. en forme Cisaillage
Non Permanent Vissage
Emballage Traitement de Surface
Soudage
Emboutissage Estampage
Etirage
Galvanisation
Anticorrosion Peinture
Selon le produit à fabriquer, le manufacturier doit choisir le procédé à utiliser à cette fin. Ce choix est parfois difficile dû à la multitudes de matériaux qui sont disponibles, les gammes de procédés de fabrication possibles, les exigences des clients au niveau de la qualité, la méthode de fabrication à adopter. I.1.3 Organisation de l’entreprise Produire c'est transformer les matières premières en produit de consommation destiné soit à une deuxième transformation (produit semi-fini), soit au marché (produit fini). L'entreprise est le lieu où se réalise cette transformation, elle désigne un ensemble de moyens d'équipements d'homme et de savoir-faire ou de connaissances mises en œuvre pour atteindre un objectif préalablement fixé.
I-3
I.1.3.1
Le bureau d'étude (BE)
C'est dans ce service que s'effectue la création du produit. A partir des spécifications du cahier des charges se succèdent plusieurs phases, de l'avant projet jusqu'à la solution finale. La réalisation dans un premier temps d'esquisses, de calculs, de dessins et éventuellement de prototypes. Cette phase se concrétise par de la documentation, des dessins, des nomenclatures et éventuellement des dessins d'assemblage. I.1.3.2
Le bureau des méthodes (BM)
C'est dans ce service que se situe la définition des processus de fabrication à partir du dossier d'étude. L'objectif est de définir les moyens à utiliser pour respecter la qualité, le délai et le prix demandé par le service étude. Parmi les tâches du bureau des méthodes, l'organisation technique du travail consiste à former des groupes de travail suivant les nécessités du produit et les connaissances des experts (en fraisage, en perçage, en rectification, etc.). Ensuite, il s'agit de définir les outils de production et d'élaborer, en réunissant toutes les compétences, la gamme de fabrication (gamme d'usinage, gamme de contrôle et des fiches de réglage) et participer à l'élaboration de devis. Que ce soit dans la fabrication de produit en grande ou petite série, le rôle du bureau des méthodes bien que différent reste capital. Dans le premier cas, il doit définir les moyens permettant d'augmenter les cadences de la production. Dans le deuxième cas, il doit être capable de présenter des solutions lui permettant un passage rapide d'un produit à un autre, dans un contexte où la flexibilité prédomine sur la productivité.
I.2 Elaboration des gammes d'usinage I.2.1 Définitions * Gamme d'usinage : est un document dans lequel sont consignées, de manière chronologique et globale, les différentes phase d'usinage d'un produit. * Phase : elle représente l'ensemble des opérations élémentaires, effectuées au même poste de travail sur la même machine. * Sous-phase : elle représente une fraction de la phase délimitée par des changements d'outillage ou des reprises différentes. * Opération : elle représente l'action d'un outil sur une surface élémentaire. I.2.2 Conditions à remplir par une gamme Une gamme doit être utilisable, pour cela, il est nécessaire que : • les procédés choisis soient réalisables et commode à employer • les tolérances du dessin soient respectées • le prix de revient de l'usinage soit minimisé • le facteur humain soit respecté (sécurité, fatigue, efforts, ...). I-4
I.2.3 Différents problèmes à résoudre Etablir une gamme implique la résolution de trois problèmes essentiels : • Décider de l'ordre chronologique de l'usinage • Choisir les ablocages : les surfaces de mise et maintien en position • Choisir les outils, les machines et les procédés. I.2.4 Principes essentiel de gamme Il consiste à utiliser pour les ablocages toujours les mêmes surfaces de contact que l'on appelle surface de référence (SR) et que l'on doit donc usiner au début de la gamme. L'application de ce principe permet généralement de satisfaire plus facilement les tolérances et aussi d'unifier les ablocages en réduisant leur prix. Pratiquement cela signifie : 1- qu'à la première sous-phase d'usinage, la première surface SR soit au moins usinée, ou plusieurs si possible. 2- que dès la deuxième sous-phase, la pièce soit mise en contact avec les surfaces SR déjà usinées. 3- que toutes les surfaces SR, dès leur usinage soient utilisées pour la mise en position de la pièce au cours des diverses sous-phases. I.2.5 Choix des opérations Opération d'ébauche (E) L'opération d'ébauche permet d'enlever un maximum de matière en éliminant les irrégularités d'épaisseur et de qualité de la matière tout en s'approchant de la surface finale. Opération de demi-finition (F/2) L'opération de demi-finition permet : • une bonne approche de la surface finale • d'assurer la régularité du copeau de finition • d'assurer la précision géométrique de position Opération de finition (F) L'opération de finition permet d'obtenir : • l'état de surface • la précision géométrique et dimensionnelle Opération de super-finition (SF) L'opération de super-finition permet d'obtenir un état de surface Critères de choix De la régularité de l'épaisseur du copeau de finition, de la rigidité des outils et des I-5
machines dépendent les qualités dimensionnelles et géométriques de la surface. Le choix du nombre d'opération dépend de : • l'état de surface • la qualité de la cote (intervalle de tolérance) (voir tableau) I.2.6 Rédaction du texte La première phase à réaliser est une phase de contrôle du brut, la dernière phase est un contrôle final. Dans la première colonne, il faut indiquer le numéro des phases, des sous-phases et des opérations. Les phases sont repérées par : 10 - 20 - 30 etc. Les sous-phases par : A, B, C, etc. Les opérations par : a, b, c, etc. Dans la deuxième colonne (phase et opérations), il faut indiquer clairement : • le référentiel de mise en position • les opérations effectuées avec la cotation de fabrication (Cm, Co, Ca) et indice de rugosité (Ra) Au regard des opérations, dans la colonne suivantes, préciser : • la machine utilisée • les outils • les vérificateurs Dans la colonne schéma de phase : • représenter la pièce suivant deux vues minimum • indiquer la ou les surfaces usinées en trait fort ou en couleur • la distribution des normales de repérage • les cotes de fabrication • l'état de surface • les spécifications particulières • s'il y a un transfert de cotes, graphes et calculs. I.2.7 Chronologie des surfaces 1) Usinage des surfaces planes, des cylindres et des alésages L'usinage des surfaces SR doit être prévu au début de la gamme afin qu'elles puissent être utilisées pour la mise en position de la pièce pour toutes les sous-phases d'usinage. Dans le cas général des pièces à forme prismatique, il est souvent préférable d'exécuter les surfaces planes avant les alésages, pour plusieurs raisons : a) l'ablocage de la pièce est généralement plus précis et plus rigide lorsque les surfaces I-6
SR sont planes. b) Lorsqu'un alésage et une surface plane sont adjacents (cas très fréquent), les outils d'alésage s'usent moins lorsqu'ils n'attaquent pas l'usinage sur une surface brute. 2) Les gorges et les entailles Lors de leur usinage, elles peuvent provoquer des déformations importantes lorsqu'elles sont volumineuses ou très profondes. Il faut dans ce cas les ébaucher au début de la gamme. 4) Les rainures de clavette - les cannelures Les alésages sont généralement exécutés avant les rainures ou les cannelures car : • l'usinage de ces petites surfaces est ainsi plus commode • l'usinage de l'alésage n'étant pas interrompu par la rainure, le risque de production de rayures dans cet alésage est évité. 5) Les petits trous Il s'agit des petits trous percés, taraudés, lamés, fraisurés et même alésés. Ceux-ci ne peuvent généralement pas être usinés au début de la gamme car ils sont souvent cotés par rapport à des surfaces fonctionnelles plus importantes qu'il faut donc usiner préalablement. 6) Les rectifications et finitions spéciales Ce procédé ne doit pas être appliqué que lorsque tous les risques de déformations sont éliminés, c'est à dire après un traitement thermique éventuel et d'une manière générale après tous les usinages qui peuvent provoquer des déformations. Les surfaces à rectifier doivent être préalablement ébauchées et demi-finies en laissant une surépaisseur de matière de quelques 0.1 mm. Certains procédé comme le rodage et la superfinition nécessitent au préalable une rectification, la surépaisseur à réserver dans ce cas est très faible : quelques 0.01 mm. 7) Les surfaces fragiles Exemple : filetages extérieurs, filetages intérieurs, etc. Ces surfaces craignent les chocs lors des manipulations et des manutentions et il est donc souhaitable de les finir en dernier. En cas d'impossibilité, il est possible de prévoir des bouchons ou des bagues de protection en métal ou en matière plastique.
I-7
TECHNIQUES D’USINAGE
I-8
II. Techniques d’usinage II.1 Définition de l’usinage Le terme usinage désigne tous les moyen mis en œuvre pour obtenir une pièce ayant des cotes et des tolérances fixées à l’avance, à partir d’un élément brut tel qu’un lingot, ou semifini tel qu’une pièce de forge ou de fonderie.
II.2 Principe de l’usinage par enlèvement de copeau L’usinage par enlèvement de copeaux consiste à réduire progressivement les dimensions de la pièce par enlèvement de métal à froid et sans déformation. La quantité de matière enlevée est dite copeaux et l’instrument avec lequel est enlevée la matière est appelé outil de coupe. L’opérateur utilise des machines-outils pour produire l’usinage d’une pièce. L’usinage par enlèvement de copeaux fait intervenir deux mouvements principaux : Mouvement de coupe : indiquant la direction de l’enlèvement du métal. Mouvement d’avance : permet de générer le profil final de la pièce. Dans certains cas d’usinage, un mouvement de pénétration est donné à l’outil de coupe et qui détermine l’épaisseur du copeau généré lors de l’usinage.
II.3 Procédé de tournage II.3.1 Définition du tournage Le tournage est une opération mécanique qui permet d’usiner des pièces de révolution, animées d’un mouvement circulaire autour d’un axe fixe. Au moyen du tournage on peut usiner des : Surfaces cylindriques extérieures Surfaces cylindriques intérieures Surfaces coniques extérieures Surfaces coniques intérieures Filetages extérieures Filetages intérieures Le tournage comme tous les autres usinages exécutés sur machines-outils est obtenu par enlèvement de matière (copeau) sur la pièce à travailler. II-9
Le copeau est généralement enlevé par un outil mono-taillant ou mono-coupe (un seul taillant) dont la partie active est constituée par une ou deux arêtes tranchantes, analogues au taillant d’un ciseau de menuisier. La partie active de l’outil doit avoir une dureté supérieure à celle de matière à usiner. L’outil U travaille en s’enfonçant comme un coin dans la pièce P. le mouvement circulaire de cette pièce, autour de son axe, permet un enlèvement continu et régulier du copeau T. L’effort nécessaire à l’enlèvement du copeau T est donné par la rotation de la pièce. L’outil réagit à cette force en étant solidement fixé dans un porte outil.
II.3.2 Mouvements relatifs entre l’outil et la pièce à usiner Les mouvements relatifs entre l’outil et la pièce demandés par le tournage sont : Mouvement de coupe Mc C’est le mouvement principale qui permet la coupe de la matière, il est donné par la rotation de la pièce à usiner. Mouvement d’avance Ma C’est le mouvement rectiligne donné à l’outil. celui-ci se déplace suivant la surface à usiner, afin de rencontrer la matière à enlever. Mouvement de pénétration Mp C’est le mouvement qui détermine la profondeur de coupe, il règle la profondeur de passe, donc l’épaisseur du copeau. II.3.3 Différents types de tours existants On peut les classer en deux catégories : * Les tours parallèles : ils sont réservés aux travaux unitaires et en petites série ; * Les tours spéciaux automatiques et semi-automatiques : ils sont destinés au travail en série. Dans les deux cas la pièce est animée du mouvement circulaire de coupe et l’outil des mouvements d’avance et de pénétration. II-10
II.3.3.1 Tour semi-automatique Il est destiné à l’usinage en petite et moyenne série. L’usinage se fait sur des pièces prises dans la barre et tronçonnées en dernière opération ou sur des pièces de forge et de fonderie prises en montages spéciaux. Exemple de tour semi-automatique : 4 postes porte-outils sur la tourelle avant 1 poste porte-outils sur la tourelle arrière 6 ou 8 postes porte-outils sur la tourelle revolver qui est à axe vertical ou horizontal.
II.3.3.2 Tour automatique Après réglage, il ne nécessitent pas la présence permanente de l’opérateur. Il existe plusieurs types de tour automatique dont les plus récents sont les tours à commande numérique. Dans les tours à commande numérique les différentes positions des organes mobiles sont commandées numériquement en partant du programme introduit dans la machine par une bande (perforée ou magnétique), par liaison directe avec un ordinateur ou par un pupitre de programmation. Le changement de programme est très rapide. Un tour à commande numérique devient centre de tournage s’il est équipé d’un magasin d’outils. Ce magasin peut contenir un nombre important d’outils (plusieurs dizaines). Le chargement d’un outil du magasin vers la tourelle porteoutil se fait automatiquement. Les tours à commande numériques sont beaucoup plus souple et plus rapide à mettre en œuvre que les autres tours automatiques qui tendent à disparaître. II-11
II.3.3.3 Le tour parallèle Il est essentiellement utilisé dans les ateliers d’outillage ou de fabrication à l’unité.
1-Broche 2-Poupée fixe 3-Boite de vitesse 4-Tourelle porte-outil
5-Chariot transversal 6-Poupée mobile 7-Barre de chariotage 8-Traînard
9-Chariot principal ou inférieur 10-Vis mère 11-Chariot supérieur ou chariot porte outil 12-Banc ou bâti
II.3.4 Outils de coupe en tournage Les outils employés sur les tours sont assez nombreux, par suite des multiples travaux que la machine doit exécuter. L’outil de tour est constitué d’un corps ou support au moyen duquel il est fixé sur le porte-outil, et une partie active qui comporte une ou plusieurs arêtes tranchantes. L’outil est appelé monobloc, s’il est constitué d’une seule pièce.
La figure suivante illustre deux outils de tour l’un à taille en bout (A), l’autre à taille de coté ou latéral (B).
Les caractéristiques géométriques d’un outil courant de tour sont : a : Face ou partie active sur laquelle se forme et glisse le copeau enlevé de la pièce à usiner. Appelée aussi face de coupe ou d’attaque. b : Face de dépouille principale inclinée sur la pièce dans la direction de l’avance. c : Arête de coupe ou taillant principal. d : Face de dépouille secondaire. e : Arête secondaire. α : angle de dépouille β : angle tranchant γ : angle de coupe II-12
En plus des outils propres au tour pour des usinages extérieurs tels que le cylindrage (chariotage) ou des usinages des parties intérieurs tels que l’alésage, on emploie aussi des outils propres aux autres machines, comme le foret hélicoïdal, les tarauds, etc. Outils à plaquettes rapportées On emploie des outils à plaquette de matières très dures, comme les carbures métalliques, rapportées sur le corps de l’outil, lorsque l’on doit usiner avec des vitesses de coupe élevées ou quand la matière de la pièce est très dure ou encore pour écroûter les faces d’une pièce coulée. Ces plaquettes qui constituent la partie active de l’outil, sont fixées dans des logements prévus à cet effet sur le corps, soit par un système mécanique (plaquettes amovibles ou à jeter) ou soit par soudure. La valeurs des angles α, β, γ dépendent également de la matière à usiner, mais sont différentes de celles des outils monoblocs.
II.3.5 Outils et formes générées en tournage Outils à plaquette rapportée
II-13
Outils monoblocs en acier rapide
II.4 Procédé de Fraisage II.4.1 Définition Le fraisage est un procédé d'usinage dont le rôle primordial est l'obtention de surfaces planes ou prismatiques. L'outil employé pour effectuer ce travail est la fraise. La fraise est un outil composé de plusieurs arêtes coupantes disposées radialement sur la circonférence. En tournant, la fraise enlève sur la pièce, animée d'un mouvement rectiligne, des copeaux de dimensions relativement petites. Chaque partie coupante s'enfonce dans la matière à usiner, comme un ciseau de menuisier, et détache un copeau en forme de virgule. Dans le fraisage, chaque arête coupante ou taillante de la fraise n'est impliquée dans l'enlèvement des copeaux, que pendant une partie seulement de la rotation de la fraise. II-14
Durant la plus grande partie, le taillant tourne librement, et peut ainsi se refroidir. II.4.2 Mouvements relatifs entre l’outil et la pièce à usiner Les mouvements relatifs, entre l'outil et la pièce, exigés par le fraisage sont le mouvement de coupe, le mouvement d'avance et le mouvement de pénétration. Mouvement de coupe Mc C'est le mouvement principal qui produit l'enlèvement de la matière, il est donné par la rotation de l'outil.
Mp
Mouvement de pénétration Mp
Mc
C'est le mouvement rectiligne qui règle la profondeur de la pénétration dans la matière. Il est généralement donné à la pièce, mais dans certaines machines particulières il est donné à l'outil.
Ma
Mouvement d'avance Ma C'est le mouvement rectiligne donné à la pièce pendant l'usinage. L'outil rencontre ainsi constamment de la matière à enlever. Le mouvement d'avance, en principe, est dirigé dans le sens contraire à la rotation, mais il peut parfois être dirigé dans le sens de la rotation. Fraisage en opposition Dans le fraisage en opposition les dents de la fraise attaquent la pièce tangentiellement à la surface à usiner. Avant de pénétrer dans la matière, les dents glissent sur la pièce, en provoquant un frottement considérable. Au fur est à mesure que les dents avancent, elles pénètrent dans la matière et enlèvent un copeau en forme de virgule. Fraisage en avalant Dans le fraisage en avalant ou en concordance, les dents attaquent la surface à usiner avec une épaisseur conséquente de copeau à enlever, et subissent un choc.
Fraisage en opposition
Fraisage en avalant
Ce système est adopté sur des fraiseuses qui possèdent un dispositif de rattrapage de jeu entre les vis de commande et leurs écrous. II-15
II.4.3 Différents types de fraiseuses Les machines-outils utilisées pour le fraisage sont appelées fraiseuses. Ces fraiseuses se caractérisent par la position de l’arbre porte fraise ou de la broche, et par la possibilité de mouvement de la table porte-pièce ainsi que par leur rendement (production unitaire ou de série). On distingue essentiellement trois types de fraiseuses : - Les fraiseuses monobroche d’outillage (horizontale, verticale et universelle) - Les fraiseuses monobroche de production (à cycle, à commande numérique...) - Les fraiseuses multibroches (à table rotative, à banc fixe...). Fraiseuse horizontale La fraiseuse horizontale est employé pour les travaux courant de fraisage, tels que : dressage de surfaces, usinage de rainures droites de sections diverses. Elle est caractérisée par la position horizontale de la broche. L'outil le plus employé sur ce genre de fraiseuse est la fraise cylindrique à une taille ou la fraise disque deux ou trois tailles
Fraiseuse Verticale Les fraiseuses verticales sont des machines très robustes. Elles sont munies d'une tête portefraise verticale. Les fraiseuses verticales, surtout celle de grande puissance, ont en particulier, un robuste bâti incurvé vers l'avant. Généralement la tête porte-fraise peut coulisser jusqu'à placer le mandrin en position horizontale. Les travaux les plus fréquemment exécutés sur une fraiseuse verticale sont : dressage avec des fraises en bout, usinage de contours, usinage de rainures droites, etc. L'outil caractéristique de la fraiseuse verticale est la fraise à taille périphérique et en bout ou fraise en bout. II-16
Fraiseuse universelle L’aspect général d’une fraiseuse universelle se différencie peu de celui d’une fraiseuse horizontale simple. On peut dire qu’une fraiseuse horizontale devient universelle dès qu’elle possède les accessoires suivants : * Diviseur universelle qui permet de donner à la pièce à usiner un mouvement rotatif. * Support à contre-pointe pour la fixation des pièces ente pointes, comme sur un tour. La fraiseuse universelle offre en outre la possibilité de remplacer l’arbre porte-fraise horizontale par une tête à broche verticale, inclinable dans le plan perpendiculaire à l’axe de cette broche. Fraiseuse à commande numérique et centres d’usinage Les différents positions des organes mobile sur une fraiseuse à commande numérique sont commandées numériquement en partant du programme introduit dans la machine. Lorsque les séries de pièces le justifient et lorsque le nombre d’opérations et de changement d’outils nécessaires à l’usinage d’une pièce est important, on fait appel à des machines assurant le chargement et le déchargement automatique des outils. Ces fraiseuses particulières sont appelées «centres d’usinage». Ces machines ne demandent pas une présence permanente de l’opérateur. II.4.4 La fraiseuse universelle Les fraiseuses universelles permet, en plus des travaux exécutés sur une simple fraiseuse horizontale, d’effectuer d’autres travaux particuliers comme l’usinage de rainures hélicoïdales sur des parties cylindriques. Les déplacements qu’il est possible de réaliser sur une fraiseuse universelle ainsi que les liaisons entre ses différents organes sont illustrés schématiquement sur la figure ci-contre.
II-17
Les fraiseuses universelles peuvent travailler avec l’axe fraise horizontal, par fixation d’une tête universelle l’axe broche peut prendre une position verticale ou oblique. Principaux éléments d’une fraiseuse universelle A Colonne ou bâti contenant : le moteur, les mécanismes du mouvement principal de travail, ceux du mouvement d’avance. B Vis de déplacement vertical de la console (chariot inférieur). C Chariot inférieur, se déplace verticalement suivant les glissières L. D Volant et vernier pour la commande du chariot transversal. E Volant manuel de commande de l’avance longitudinal de la table. F Broche. G Support ou bras raidisseur de l’arbre porte-fraise. H Vernier de l’arbre de commande de la vis B. I Chariot transversal. J Glissières du chariot transversal. K Chariot supérieur et table porte-pièce.
II.4.5 Outils de coupe en fraisage L'outil employé pour le fraisage est la fraise. La fraise est un outil multiple, formé par plusieurs taillants disposés radialement sur une circonférence. Au moyen d'une fraise, il est possible d'usiner des surfaces planes ou courbes, des rainures, des dentures, etc.
Angles de coupe La forme géométrique des taillants d'une fraise, est soumise, comme pour tous les outils qui travaille par enlèvement de copeaux, à trois angles fondamentaux formés par les faces A et P qui déterminent les angles de coupe α, β et γ. Pour les fraises à denture hélicoïdale, on tient compte de l'angle δ, qui détermine l'inclinaison de l'arête tranchante par rapport à l'axe de la fraise, et qui est appelé angle d'attaque. Exemples des principales fraises Les fraises peuvent être à queue ou à trou. On distingue principalement quatre familles de fraises : - Les fraises à surfacer et à contourner - Les fraises disques - Les fraises à rainurer - Les fraises de profil II-18
Fraises à surfacer et à contourner
1
1. Fraise cylindrique ou à rouleau à denture hélicoïdale. Ces fraises ont leurs taillants sur la périphérie seulement.
2
Servent à dégrossir et à finir des surfaces planes sur les fraiseuses horizontales. 2. Fraise en bout à deux tailles. Cette fraise pourvue d’une denture cylindrique et en bout, utilisée pour le fraisage de faces planes perpendiculaires entre elles, est employée sur les fraiseuses horizontales et verticales. 3. Fraise conique, à trou lisse et entraînement en bout par clavettes transversales ou tenons. Elle est utilisée pour le fraisage des surfaces conique (ex: glissières de machines-outils).
3 4
Fraises Disques 4. Fraise disque une taille, à trou lisse et entraînement par clavette. Ce type de fraise se monte sur un arbre porte-fraises sur une fraiseuse horizontale. 5. Fraise à disque à trois tailles, du type à grand rendement, et denture hélicoïdales alternée.
5 6
Les dents sont obliques alternativement à droite et à gauche. 6. Fraise à disque à trois tailles, du type normal, à denture droite. Utilisée pour le fraisage de rainures étroites. Le flan des dents est détalonné afin de réduire le frottement durant l’usinage. II-19
Fraises à rainurer 7
7. Fraise en bout à deux tailles, à denture hélicoïdale, à queue conique Morse et trou fileté.
La queue sert à l’emboîtement de la fraise dans le mandrin. Le trou fileté assure la fixation de la fraise au mandrin au moyen d’un tirant fileté. 8. Fraise pour rainure en T à denture droite avec queue conique Morse et tenon d’entraînement.
8
9
Pour améliorer leur rendement ce type de fraise peut avoir une denture. 9. Petite fraise d’angle ou conique, à conicité convergente et queue cylindrique.
10
10. Petite fraise conique à queue cylindrique et conicité divergente hélicoïdale alternée. Fraises à plaquettes rapportées La majorité des fraises citées ci-dessus peuvent avoir des dents en carbures métalliques rapportées.
11 12
11. Fraises à surfacer, appelées parfois tourteaux, sont munies de plaquettes en carbures métalliques amovibles
12. Fraise à trois tailles, à denture alternée et plaquettes en carbures métalliques.
II-20
II.4.6 Génération de surfaces en fraisage Exemple de surface générées en fraisage Surfaçage de plans d'appui de pièces de machines, par exemple : surfaces de pose pour des supports, des outillages, des accessoires etc. Usinage des surfaces planes sur des pièces de formes variées. La figure montre un tenon et sa mortaise obtenus par fraisage aux extrémités de deux arbres. Surfaçage de plans inclinés. La figure représente un bloc prismatique appelé Vé. La rainure en forme de V sert à placer des pièces cylindriques dans une position constamment parallèle à un plan. Ces blocs demandent une haute précision. Après le fraisage on effectue normalement une rectification. Usinage des surfaces planes et inclinées. La figure montre une glissière à queue d'aronde, c'est à dire un accouplement prismatique permettant le déplacement d'un chariot suivant un guide. La précision et le jeu demandés par les surfaces en contact dans la queue d'aronde nécessitent une rectification après fraisage. Réalisation de rainures diverses et en particulier de rainures noyées pour cales et clavettes.
Les roues dentées sont généralement usinées sur des machines à tailler les engrenages. Toutefois, si on ne possède pas de telles machines, on peut usiner ces roues sur des fraiseuses, mais en un temps plus long et avec une précision moindre. Les roues dentées peuvent avoir une denture droite ou hélicoïdale. De façon analogue à la taille des dentures hélicoïdales, on usine sur des fraiseuses, des fraises, des forets hélicoïdaux, etc. Modes de fraisage * Fraisage de face (ou en bout) * Fraisage de profil (ou en roulant) * Fraisage combiné (de face et de profil simultanément). II-21
Fraisage de profil : Le fraisage de profil se fait à l’aide d’une fraise cylindrique à trou lisse (une ou deux tailles) montée par l’intermédiaire d’un arbre porte-fraise dans la broche d’une fraiseuse horizontale. >>
Fraisage de face : Le fraisage de face se fait à l’aide d’une fraise deux tailles à queue ou à trou montée dans la broche d’une fraiseuse verticale. Il se fait aussi à l’aide d’une fraise à surfacer monobloc ou à plaquettes rapportées (fraise tourteau). >>
Fraisage combiné : Le fraisage combinée se fait à l’aide d’une fraise à deux tailles. On réalise ainsi plusieurs surfaces simultanément et l’on associe les fraisage en bout et en roulant.
Fraisage par train de fraises Un train de fraises est l'accouplement de deux ou plusieurs fraises montées sur un même arbre porte-fraise. L'ensemble peut être constitué par des fraises cylindriques et des fraises disques trois tailles de diamètres différents. L'utilisation d'un train de fraises permet d'obtenir un profil même compliqué en une seule opération. II-22
Rainurage L'usinage des rainures ou encoches est une opération typique du fraisage. La rainure peut être exécutée avec une fraise à trois tailles sur fraiseuse horizontale (A), ou avec une fraise à queue sur fraiseuse verticale (B). Au moyen de la fraise à trois tailles on obtient une rainure mieux usinée, surtout sur les flancs, qui ont de ce fait, une meilleure géométrie que celle obtenue par des fraises à queue. En effet, cette dernière peut être sujette à une rotation légèrement excentrée et à de petits fléchissements latéraux, ce qui a pour résultats de rendre moins régulière la face usinée et la géométrie des rainures. Dans certains cas particulier, comme celui de la figure B par exemple, il n'est pas possible d'employer une fraise disque et on doit nécessairement recourir à l'utilisation d'une fraise à queue. Fraisage d'une rainure en Vé avec une fraise 2T Cette opération peut être exécutée sur une fraiseuse verticale avec la tête porte-broche inclinée à 45°. L'outil à employer est une fraiseuse en bout à deux tailles. Les deux faces de l'entaille se fraisent séparément par taillage en bout. Si l'on fraisait, en même temps les deux faces, l'une par taillage en bout et l'autre par taillage cylindrique, cette dernière s'obtiendra ondulée. Fraisage de dégagement Après le fraisage de la rainure proprement dite, vient le fraisage de l'entaille ou dégagement du fond. Cette opération peut être également exécutée sur la fraiseuse verticale. L'outil employé est une fraise très mince, appelée fraise à scie. II-23
Fraisage d'une rainure de clavette Pour rainurer un logement pour clavette, sur un arbre cylindrique, par exemple un arbre d'embrayage, on procède comme suit :
- Fraisage de la rainure par passes successives, chacune de quelques dixièmes de millimètres de profondeur, à cause du faible dégagement S, en bout de la fraise. - En début de chaque passe, la fraise pénètre avec une avance axiale, et comme sa partie centrale ne taille pas, la profondeur de passe est limitée à la hauteur du dégagement S Exécution d'une rainure en T Pour ce genre de rainure, on emploie, des fraises spéciales à T, à que conique, montées par cône Morse sur la broche de la fraiseuse verticale. Si la fraise à T a les mêmes dimensions que la rainure, on exécute l'opération en une seule passe. Par contre, si la fraise est plus petite, on devra procéder en plusieurs passes, afin d'enlever le surplus restant sur les flancs et le fond de la rainure. Dans cette opération, il est très important de dégager continuellement les copeaux, en envoyant par exemple, un jet d'air comprimé dans le même sens que celui du déplacement de la pièce. Fraisage de glissière à queue d'aronde Les glissières à queue d'aronde employée par exemple pour les chariots des machines-outils doivent avoir des dimensions très précises. La pièce ébauchée pour l'usinage des rainures en queue d'aronde doit avoir la forme d'un épaulement. L'opération de fraisage se fait avec une fraise conique sur la face inclinée.
II-24
Rainurage hélicoïdal Le fraisage suivant une taille hélicoïdale permet l'exécution des rainures hélicoïdales, sur des arbres, les dégagements hélicoïdaux des forets, le taillage des dentures hélicoïdales et des fraises elles-mêmes. L'usinage s'effectue sur une fraiseuse universelle, en employant l'appareil diviseur universel. Pour réaliser une rainure hélicoïdale, la pièce doit avoir deux mouvements simultanés, l'un de rotation autour de son axe, l'autre de translation longitudinale suivant cet axe. Le mouvement résultant est un mouvement hélicoïdal.
II.5 Procédé de Perçage Alésage et Taraudage II.5.1 Le perçage Par opération de perçage, on entend la réalisation de trous cylindriques ou coniques exécutés par un outil, à deux tranchants, qui pénètre dans la pièce à percer par enlèvement de matière. Suivant les fonctions qu’ils doivent avoir, les trous peuvent être par exemple : A Trou débouchant ou percé. B Trou borgne. C Trou fraisé.
D Trou chambré. E Trou conique. F Trou étagé ou trou à gradins.
Foret hélicoïdal L’outil le plus utilisé dans le perçage, est le foret hélicoïdal ou mèche hélicoïdale. Ce foret hélicoïdal fut inventé en 1863 par l’Américain Morse. Il ne s’est affirmé comme outil de base dans l’exécution des trous qu’au début de notre siècle. C’est un outil cylindrique muni de deux tranchants ou taillants en bout. Deux amples rainures s’enroulent hélicoïdalement sur la partie latérale. Elles permettent le dégagement aisé du copeau enlevé pendant le perçage. La matière des taillants doit être nettement plus dure que la matière à travailler. II-25
II.5.2 Alésage L’alésage est une opération de finition qui consiste à améliorer les caractéristiques, dimensionnelles et de position des trous existant. L’usinage peut se faire à l’aide d’un outil de forme (ex alésoir) ou un outil d’enveloppe (ex grain d’alésage).
outil de forme
outil d’enveloppe
II.5.3 Taraudage Le taraudage est un procédé qui permet de réaliser des filetages intérieurs à l’aide d’un outil de forme appelé Taraud. II.5.4 Mouvements relatifs entre l’outil et la pièce à usiner Pour pouvoir couper et dégager le copeau, on donne à l’outil deux mouvements simultanés, l’un de coupe ou de travail, l’autre d’avance. Mouvement circulaire de coupe Mc L’outil tourne autour de son axe, ce qui permet aux tranchants d’enlever la matière. Mouvement rectiligne d’avance Ma L’outil se déplace suivant son axe, ce qui permet à l’outil de rencontrer, au fur et à mesure, la matière à enlever. II.5.5 La perceuse sensitive C'est le type le plus simple de machine-outil utilisée pour le perçage. Sur cette perceuse, les diamètres de perçage permis sont relativement faibles, au plus 15 millimètres. Le mouvement d'avance est obtenu manuellement, au moyen d'un levier, d'où le qualificatif "sensitive" donné à cette perceuse. En effet, on règle l'effort sur le levier, suivant la résistance que l'on ressent à la pénétration de l'outil dans la matière. Les parties principales d'une perceuse sensitive sont : II-26
Mouvement de coupe Le moteur transmet sa rotation à la broche au moyen d'une courroie. Celle-ci relie la poulie étagée menante en arrière L solidaire du moteur, à la poulie étagée menée en avant M solidaire de la broche. On entend par poulie étagée une série de poulies solidaires ou une seule poulie comportant des diamètres différents, ayant le même axe de rotation. En déplaçant la courroie I, sur les divers étages des poulies L et M, on fait varier les rapports des diamètres, et par conséquent la vitesse de rotation de la broche.
II.5.6 Les aléseuses L'aléseuse verticale ressemble à une perceuse, mais permet un usinage plus précis. La caractéristique principale de l'aléseuse verticale est la table porte-pièce coulissante sur des glissières perpendiculaires entre elles. Les déplacements de cette table peuvent être exécutés, avec une grande précision, et contrôlés au moyen d'instruments optiques. On peut ainsi réaliser des trous aux entraxes précis. La tête motrice ou boite de vitesses est fixés sur le montant. Seule la tête porte-broche ou chariot se déplace verticalement. Les diamètres des forets à utiliser sur cette machine doivent être limités. Ceci pour éviter une sollicitation excessive des organes assez délicats de cette machine. Les principales parties d'une aléseuse verticale sont : A B C D F I
Banc. Montant. Boîte de vitesses. Glissière du chariot porte-broche. Volant de commande des avances de la broche. Volant de commande des déplacements du chariot porte-pièce. II-27
II.5.7 Outils de coupe de perçage, d’alésage et de taraudage Les outils employés dans les opérations de perçage, alésage et taraudage varient suivant le genre de trou à réaliser, la précision et le fini demandés, et la matière à usiner. Ces outils peuvent être classés en deux catégories. Outils pour le perçage de trou en pleine matière : foret hélicoïdal A Mèche à centrer B.
Outils pour l’alésage et le taraudage de trous existants : alésoir cylindrique C alésoir conique D fraise à lamer ou chambrer E fraise conique pour fraisure F taraud G.
G
II.5.8 Les outils de perçage Forme géométrique de la partie active ou pointe d’un outil de perçage Les éléments caractéristiques constituant la pointe d'un foret hélicoïdal sont : α : angle de dépouille β : angle de coupe ou de dégagement γ : angle tranchant ψ : angle de tête ou de pointe A : arêtes tranchantes B : arête de pointe C : face de dégagement ou d'attaque. D : codon ou listel de guidage
Forme géométrique du foret Cette forme varie sensiblement suivant la matière à percer, en particulier les angles de tête ψ, et de dégagement γ, ainsi qu’indiqué à la figure suivante. L’angle de dépouille α varie de 9° pour des matières très dures, à 12° pour des aciers demi-dur et doux, et jusqu’à 15° pour les métaux tendres.
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II.5.9 Les outils d’alésage En plus des outils qui réalisent directement le perçage, il en existe d'autres qui permettent la finition ou l'alésage de trous cylindriques déjà existant. Foret aléseur Le foret aléseur ressemble au foret hélicoïdal ordinaire, mais il est plus robuste et plus précis. Il est employé pour l'ébauche et la demi-finition. Ce foret comporte généralement trois ou quatre lèvres, c'est à dire trois ou quatre taillants. Alésoirs Ces outils peuvent être utilisés soit à la main, soit sur machine. Ils servent à donner des dimensions précises et à finir des trous cylindriques déjà percés. Les alésoirs permettent d'enlever de 0.1 à 0.4 mm d'épaisseur de métal, selon la grandeur du diamètre et la vitesse de rotation de la broche. Les alésoirs-machines sont constitués par un nombre de dents qui peut varier de 4 à 16. Le bout de l'alésoir est chanfreiné pour en faciliter l'introduction dans le trou à aléser. Les alésoirs se différencient des forets aléseurs par leur forme, par leur plus grande fragilité et par leur plus petite capacité d'enlèvement de métal. Par contre, ils permettent un travail plus précis. La denture d'un alésoir peut être droite, comme sur la figure, ou hélicoïdale. Fraises à lamer et à chambrer >> Ces fraises sont employés pour les lamage et les chambrages . Elles taillent en bout. Lorsqu’elles doivent servir pour réaliser le logement des têtes de vis, elles sont munies d’un guide ou pilote B. Celui-ci assure la coaxialité du chambrage par rapport au trou de passage de la vis. Le pilote peut être fixe ou rapporté. Dans ce cas il s’interchange avec des pilotes de diamètres différents.
\
Fraises Coniques >> Elles sont employées pour évaser des cavités coniques (fraisurer). Une fraise conique possède deux taillants et un pilote cylindrique lorsqu’elle sert à exécuter le sièges des vis à tête conique. II-29
Outil à simple taille pour aléser
fig. 1
fig. 2
Des outils spéciaux à un taillant permettent de porter le trou à une dimension exacte. La profondeur de passe de ces outils est obtenue par déplacement radial, soit au moyen d’un porte-outil approprié (fig. 1) ou en réglant la saillie de l’outil hors de la barre porteoutil, sur laquelle il est fixé (fig. 2).
II.5.10
Les outils de taraudage
La réalisation des filetages intérieurs par taraudage en une seule passe est très utilisée parce qu’elle est rapide et simple à mettre en œuvre. Le choix du taraud dépend du type du trou (borgne ou débouchant), de la profondeur du trou (normal ou profond) et de la matière à usiner. Trou débouchant : La conception du taraud doit permettre un dégagement des copeaux vers l’avant Trou borgne : La forme du taraud doit permettre une remontée des copeaux : taraud à goujures hélicoïdales à droite (trou profond).
II-30
CONTROLE NUMERIQUE DES MACHINES OUTILS
II-31
III. Contrôle Numérique des Machines Outils III.1 Introduction Une machine-outil à commande numérique (MOCN), du point de vue fonctionnel, est la même qu'une machine outil conventionnelle. La différence entre une MOCN et une machine outil conventionnelle se situe au niveau du contrôle des fonctions de la machine et des déplacements du support d'outil par rapport à celui de la pièce. Avec les MOCN, les fonctions telles que la rotation de la broche, les déplacements d'outil ou de la pièce ne sont plus attribuées à l'opérateur mais au contrôleur de la machine. Ce contrôleur peut être aussi utilisé pour commander l'arrosage, le changement d'outil, la vitesse de coupe et d'avance. Pour réaliser une pièce sur une MOCN les données doivent être introduites dans le contrôleur de la machine. Ces données sont converties en commandes des organes de la machine (moteur de la broche, pompe d'arrosage,...). L'ensemble des données relatives à la réalisation d'une pièce constituent le programme CN.
III.2 Type de Commande Numérique et de Machine III.2.1 Machine Dans ce document, on mettra l'accent sur les machines outil à commande numérique (MOCN). Ce terme désigne généralement des machines de fabrication par enlèvement de copeau telles que les fraiseuses, les tours, les machines à électroérosion, etc. Cependant, les concepts de CN peuvent être appliqués, maintenant, sur un ensemble de machines plus large telles que les machines de découpe (laser, plasma), les poinçonneuses, les machines d'assemblage, les machines à souder, etc. III.2.1.1 Mode d’usinage en Commande Numérique Les trois modes d'usinage en commande numérique (CN) sont le point à point (PàP) le paraxial et le contournage. Le mode PàP est utilisé lorsque le chemin parcouru par l'outil relativement à la pièce n'est pas important tant que l'outil ne soit pas en contact avec la pièce quand il se déplace d'un point à un autre. Des exemples typiques de l'utilisation d'une CN PàP sont ceux du perçage, de l'assemblage de composants électroniques, du taraudage ou du poinçonnage. Les coordonnées en X et en Y d'un perçage sont importants, par contre, le chemin parcouru entre deux perçages ne l'est pas tant que le temps mis pour aller d'un perçage à un autre est optimal. Dans le mode paraxial seuls les déplacements parallèles aux axes de la machine sont autorisés. Le mode contournage, on le trouve dans la majorité des tours et des fraiseuses à CN. Il permet, lors de l'usinage, de générer avec précision des trajectoires d'outil par rapport à la pièce. En effet, des formes complexes peuvent être obtenues puisque la CN contrôle deux axes ou plus simultanément. Ainsi la machine contrôle non seulement les destinations mais aussi les chemins parcourus par l'outil pour arriver à ces destinations. Les trajectoires qui peuvent être réalisées par le contrôleur sont les droites et les cercles. Par exemple, pour programmer un arc de cercle, il suffit d'indiquer les coordonnées du point final, le centre et/ou le rayon de l'arc. III-32
Figure III-1 : Usinage en mode Paraxial, Point-à-Point et Contournage [T. Chang 98]
III.2.1.2 Axes en Commande Numérique Sur une MOCN la notion d'axe décrit le déplacement linéaire ou rotatif d'un élément de la machine (table, chariot, broche, contrepointe). Pour faciliter le repérage des axes la norme prévoit l'utilisation d'un repère orthonormé direct Figure III-2). Ainsi les axes X,Y,Z constituent les axes principaux de la machine. En plus de ces trois axes, la norme comprend trois axes rotatifs A,B,C chacun décrivant une rotation autour d'un axe principal. La norme comprend également trois axes secondaires U,V,W et trois axes tertiaires P,Q,R qui sont des axes parallèles respectivement aux axes principaux X,Y,Z. Pour identifier les axes principaux sur une machine il suffit, en général, d'affecter l'axe Z à celui de la broche, l'axe X à celui qui a le plus grand déplacement (longitudinal). Enfin, le sens positif est celui où Figure III-2 : Choix des axes dans une MOCN l'outil s'éloigne de la pièce. Le nombre d'axe piloté simultanément constitue une autre caractéristique des machines outil, ainsi, on dira fraiseuse à CN trois axes, tour à CN deux axes. La majorité des MOCN ne contrôle pas plus de quatre ou cinq axes simultanément. A la base, un tour à CN a deux axes alors qu'une fraiseuse à CN en a trois. Mais il existe des fraiseuses deux axes et demi, le troisième axe, généralement la broche, ne se programme pas simultanément avec les deux autres. Le demi-axe n'est qu'un axe de positionnement (indexé). Dans le cas d'une fraiseuse trois axes et demi, le demi-axe est généralement celui de la table rotative. Celle-ci exige une programmation séparée des trois autres axes. Quand la table rotative peut être programmée simultanément avec les trois autres axes, la fraiseuse à CN devient une fraiseuse quatre axes. III-33
Figure III-3 : Exemple de MOCN de 2 à 5 axes [Cameron 96]
III.2.2 Types de Commande Numérique III.2.2.1 Commande Numérique Conventionnelle Avec la commande numérique conventionnelle, le programme une fois écrit sur une bande perforée doit être chargée dans la machine. Le chargement se fait bloc par bloc au fur et à mesure que la machine exécute les commandes. A la fin du programme la bande est rembobinée pour l'usinage de la pièce suivante. Une fois que le lot de pièces est réalisé, la bande doit être stockée pour une utilisation ultérieure. Les bandes perforées sont délicates et difficiles à manipuler et à stocker convenablement, surtout quand la taille et le nombre des programmes deviennent importants. De plus, si un programme devait être modifié à cause d'une erreur ou d'un changement des données toute la bande doit être remplacée. Un autre aspect important dans les commandes numériques conventionnelles, est que le contrôleur a des possibilités limitées. La plupart des fonctionnalités sont figées puisqu'il est construit à base de logique câblée. III.2.2.2 Commande Numérique Directe Dans les années soixante, les problèmes relatifs aux bandes perforées a été résolu par l'utilisation d'un ordinateur central pour stocker les programmes CN. Cet ordinateur est connecté aux MOCN de l'atelier. Les programmes sont téléchargés bloc par bloc dans le machine au moment où celle-ci usine la pièce. Plusieurs machines peuvent être contrôlées simultanément de cette manière parce que l'ordinateur centrale est plus rapide. Les bandes perforées sont ainsi supprimées. En plus, plusieurs programmes pièces peuvent être stockés convenablement dans la mémoire de l'ordinateur centrale et si un programme doit être modifié, il est facile de le faire à l'aide d'un éditeur de texte. Cependant, la commande numérique directe (CND) présente de nombreux inconvénients. Par exemple, si l'ordinateur central tombe en panne, toutes les machines s'arrêtent. D'autre part, le coût d'un tel ordinateur est assez élevé. Avec la chute des prix des ordinateurs dans les années soixante-dix et quatre-vingt, cette solution a été remplacée pour devenir commande numérique par calculateur et commande numérique distribuée où la machine dispose d'un ordinateur local. III-34
III.2.2.3 Commande Numérique par Calculateur Dans le cas de la commande numérique par calculateur (CNC), un ordinateur dédié avec sa mémoire propre est utilisé pour contrôler les opérations de la machine. Ainsi, de nombreuses fonctions ont été préprogrammées (programme système) au lieu d'être câblées dès la conception. Ce programme permet de contrôler la machine et doit être chargé dans la mémoire de l'ordinateur. Ainsi, la machine devient plus flexible par le remplacement du programme initial par un autre plus évolué. Avec l'approche CNC, le programme CN est chargé au moyen d'un ordinateur ou d'une bande perforée et stockée dans la mémoire du calculateur local. Ensuite, le programme peut être exécuté à partir de la mémoire et non pas de la bande perforée. Avec l'utilisation de disquettes magnétiques, il est possible de stocker de nombreux programmes convenablement. Les machines à CNC moderne disposent d'un écran d'affichage qui peut montrer l'état d'avancement du programme, le bloc en cours d'exécution, les coordonnées de l'outil, les vitesses de coupe et d'avance ainsi que d'autres paramètres utiles. Ce type de machine dispose aussi d'un clavier pour introduire les données. Il est alors possible d'éditer un programme, de le modifier et de le sauvegarder dans la mémoire du calculateur. III.2.2.4 Commande Numérique Distribuée La commande numérique distribuée a le même acronyme que la commande numérique directe. La CND par sa nouvelle forme (CN Distribuée) essaye de combiner les meilleures fonctionnalités de la CNC et de la CND originale (CN Directe). La CND utilise encore un ordinateur central capable de communiquer avec plusieurs machines de l'atelier et de stocker les programmes CN qui, au besoin, sont téléchargés dans la mémoire de la machine. La différence entre les deux approches est que dans le cas de la CN distribuée le programme CN, au lieu d'être téléchargé bloc par bloc pendant d'usinage, il est téléchargé dans sa totalité dans la mémoire de la machine CNC. De cette façon la machine est autonome et ne dépend plus du calculateur central pour exécuter les blocs de programme CN et si ce dernier tombe en panne la machine peut continuer son usinage. Le calculateur central joue un rôle de supervision et de contrôle, il archive les programmes CN et les télécharge, au besoin, selon le planning de la production.
Figure III-4 : Rôle de la CND
III-35
III.3 Intégration des Systèmes FAO / MOCN III.3.1 Introduction Comparativement aux autres fonctions de l'entreprise manufacturière, la fonction MOCN pose peu de problèmes de point de vue intégration dans le cycle de production. Si on reste dans le même cadre de l'intégration que celui de la CAO - FAO où le flux d'information circule verticalement (sens descendant : de la CAO vers les MOCN), le problème du passage de l'information d'un système FAO vers la CN de la machine est résolu depuis longtemps. En effet, le programme d'une MOCN, que ce soit en code EIA ou en code ISO, est un fichier ASCII. Donc le transfert des fichiers entre système FAO et MOCN peut se faire aussi facilement qu'entre deux calculateurs équipés de périphériques d'entrée - sortie (parallèle, série ou réseau). III.3.2 Mode de Transfert Dans le cas de la programmation manuelle, le programme CN est introduit soit directement dans la CN, soit à travers le perforateur de bande. C'est une tâche longue est fastidieuse et ne permet pas d'exploiter toutes les ressources qu'offre la machine à commande numérique Avec l'apparition des systèmes FAO, l'intégration des MOCN dans le cycle de production est devenue une nécessité pour éviter toute retranscription des données CN. En effet, la majorité des programmes CN sont générés par des systèmes FAO. Le système génère tout d'abord un CLfile, ensuite, il le convertit à l'aide d'un postprocesseur pour générer selon les machines le fichier CN. Cette solution (conversion conventionnelle) nécessite le développement d'un postprocesseur pour chaque type de CN. Quoique très répondue, l'approche conventionnelle présente de nombreux inconvénients. Une librairie importante de postprocesseur est difficile à gérer et à maintenir. Aussi, de point de vue pratique, un programme CN ne peut être porté sur une autre machine si les CN sont différentes. Un tel besoin de changement de machine peut se manifester lors des opérations de maintenance ou d'un problème d'ordonnancement de la production (goulot d'étranglement...). La nouvelle approche consiste à transférer le postprocesseur du système FAO pour l'intégrer dans le calculateur de la machine spécialement Figure 3-5 : Approche conventionnelle et BCL conçu à cet effet (cf. Figure 3-5). [Nanua 96]
Ce postprocesseur appelé BCL "32 Bit Binary CL Exchange Input Format for Numerically Controlled Machines" présente l'avantage de libérer les systèmes FAO de tout travail de conversion du "CLFILE" en programme CN. En plus, ce "CLFILE" deviendra un III-36
fichier orienté produit et non pas orienté machine de sorte qu'il peut être exploité par différentes MOCN (même type de machine mais des CN différentes). III.3.3 Architecture La transmission de l'information (programme CN, paramètres outil, paramètres machine) peuvent s'opérer de trois façons : Le premier mode est le simplexe ou unidirectionnel. L'information ne peut circuler que dans un seul sens (par exemple le programme CN peut être envoyé du système FAO vers la CN). Le deuxième mode est le semi-duplexe ou bidirectionnel. Les informations circulent dans un sens ou dans l'autre mais pas simultanément (par exemple récupération du temps d'usinage d'une pièce). Le troisième mode est le full duplexe ou duplexe intégrale. Les informations peuvent circuler simultanément dans les deux sens Figure 3-6 : Modes de transmission (commande directe de la machine outil et retour [Cameron 96] d'information "Feed Back"). Le mode simplexe est généralement suffisant pour assurer l'intégration FAO MOCN. Les fonctionnalités offertes par les deux autres modes peuvent être exploitées par les CND (Commande Numérique Directe ou Distribuée). La différence entre CN directe et CN distribuée est que dans le premier cas la transmission des blocs de programme se fait en mode continue. Dans le deuxième cas de la CN distribuée appelée aussi Réseau CNC, la transmission des programmes CN se fait par téléchargement. Les Figure 3-7 : Réseau CNC centralisé autour d'un ordinateur programmes sont serveur [Cameron 96] sauvegardés dans la mémoire du contrôleur CNC avant d'être exécuté. III-37
Plusieurs autres fonctionnalités peuvent être associées au réseau CNC pour contribuer à une intégration de l'ensemble du système de production (MOCN, Robot, Pré réglage, Cellule flexible...) avec la FAO, le contrôle ou la supervision.
Figure 3-8 ; Structure matérielle et logicielle des systèmes CND [Kochan 1985]
III-38
PROGRAMMATION DES MACHINES OUTILS A COMMANDE NUMERIQUE
III-39
IV. Programmation des MOCN IV.1 Rappel Une machine outil à commande numérique (MOCN) est une machine outil dotée d’un calculateur ou contrôleur appelée directeur de commande numérique (DCN). Ce DCN assuré et contrôlé des fonctions telles que la rotation de la broche, l’arrosage les déplacements de l’outil et de la pièce, etc. Une MOCN est composé de deux parties complémentaires, la partie commande et la partie opérative. La partie opérative permet de réaliser mécaniquement les mouvements de coupe et d’avance. Chaque mouvement est obtenu par un axe numérique piloté par la partie commande. IV.1.1 Principe de Fonctionnement La partie Commande après lecture des consignes de travail agit sur la partie opérative (déplacement de la table, rotation de la broche, pompe d’arrosage, ...). Alimentation
Modulateur de tension
Calculateur
Moteur
Consignes
CompteRendu
Tension
Table
Rotation
Capteur
Déplacement
Figure IV-1: Schéma de principe
IV.1.2 Les origines Dès la mise sous tension de la machine, avant chaque travail, le système doit connaître diverses positions. Trois origines (origine mesure, origine pièce et origine programme) sont nécessaires pour définir les différentes positions des outils par rapport à la pièce au cours de l’exécution d’un programme CN. PREFZ
Cx
Om
mors
PREFX
Cz
Op
DEC1
OP
Figure IV-2 : Origine mesure, origine pièce et origine programme IV-40
Origine mesure Om : C’est un point défini (sur chaque axe) par le constructeur de la machine. Il permet de définir l’origine absolue de la mesure. L’Om est une position prédéterminée, généralement située aux extrémités positives des axes. Il permet au contrôleur d’établir un point de départ à partir duquel il peut déplacer l’outil dans l’espace de travail de la machine. Origine pièce Op : Indépendante du système de mesure, l’Op est définie par un point de la pièce sur lequel il est possible de se positionner. Origine programme OP : Indépendante du système de mesure, l’OP est l’origine du trièdre de référence qui sert au programmeur pour établir son programme.
IV.2 Langage de programmation des MOCN La programmation consiste à décrire les opérations d’usinage dans un langage codé (appelé code G) assimilable par le calculateur de la machine. C’est le langage de programmation des MOCN. Ce langage est normalisé (Norme ISO 1056) où certains codes utilisés ont les mêmes fonctionnalités pour différents contrôleurs de machines-outils (NUM, FANUC, SIEMENS...). les autres codes peuvent avoir une interprétation différente d’un contrôleur à un autre. Le langage de programmation des MOCN possède les caractéristiques suivantes : • • • • • •
la chronologie des actions, l’appel des outils, la sélection des vitesses de coupe et d’avance, la formulation des trajectoires, la définition des coordonnées de fin de trajectoire et les mises en ou hors fonction d’organes de la machine.
L’ensemble des instructions nécessaire pour l’usinage d’une pièce constitue le programme CN. Ce programme est un ensemble de blocs ou lignes de programme. Chaque bloc est composé de mots (les mots clefs du langage CN).
Programme CN :
Bloc
Mot IV-41
IV.2.1 Format d’un mot Un mot du langage CN est constitué d’une lettre appelée adresse et d’un certain nombre de chiffres (de 0 à 9) avec éventuellement un signe + ou - ainsi qu’un point décimal. Le format de chaque mot est l’une des caractéristiques des directeurs de commande. Il faut donc consulter le manuel pour respecter le format autorisé.
MOT
G 52 Adresse Valeur
Exemple : N340 le mot à l’adresse N peut prendre les valeurs de N0 à N9999 X-23.659 le mot à l’adresse X peut prendre les valeurs de -9999.999 à 9999.999 IV.2.2 Principales Adresses %... désigne le numéro de programme N... numéro de ligne : repérage chronologique en début de ligne G... fonctions préparatoires définissant la forme et les conditions de déplacement M... fonctions auxiliaires donnent les changement d’état de la machine X... Y... Z... axes principaux désignant les coordonnées des point d’arrivé I... J... K... paramètres définissant les trajectoires circulaires (position du centre ) R... paramètres définissant les trajectoires circulaires (rayon) S... précise la vitesse de rotation de la broche F... précise la vitesse d’avance T... symbole du numéro d’outil D... correcteur d’outil (Dimension) IV.2.3 Structure d’un Programme CN Pour réaliser les différentes opérations nécessaires à l’usinage d’une pièce un programme CN peut être écrit de différentes manières. Selon la nature de la pièce à usiner et sa complexité différentes structures de programme CN peuvent être proposées : • • •
un programme principal, un programme principal contenant des appels de séquences internes, un programme principal et des sous programmes structurés sur deux ou trois niveau (voir programmation structurée § IV.4 ).
Pour l’usinage d’une pièce simple ne nécessitant pas des cycles d’ébauche, un programme CN peut être structuré de la manière suivante :
IV-42
Numéro de programme Commentaire
% 1122
N1
(ARBRE PORTE FRAISE EN XC 80)
Initialisation
Opération Suivante
N10 G90 G71 G80
Outil et conditions de coupe Définition de la trajectoire
(INITIALISATION)
N20 G0 G52 X0 Z0 (DEPLACEMENT VERS Om) N30 T1 D1 M6
(CHANGEMENT OUTIL N°1)
•••
Fin de programme N190 M2
(FIN DE PROGRAMME)
IV.2.4 Système de cotation Les cotes programmées peuvent exprimées dans les formes suivante : programmation absolu (G90) : la cote est repérée par rapport à l’origine programme programmation relative (G91) : la cote est repérée par rapport à la position précédente. programmation absolu en cote mesure (G52) : la cote est repérée par rapport à l’origine mesure. Exemple Programmation Absolue : G90 G0 X10 Y10
(A)
G1 X30 Y20
(B)
G2 X40 Y30 I40 J20
(C)
G1 X40 Y40
(D)
Programmation Relative :
OP
G91 G0 X10 Y10
(A)
G1 X20 Y10
(B)
G2 X10 Y10 I10 J0
(C)
G1 X0 Y10
(D)
IV-43
IV.2.5 Décalage d’origine (G59) C’est un décalage programmé qui peut être utiliser pour déterminer les origines de plusieurs parties de pièce (exemple : formes répétitives) ou de plusieurs pièces montées sur un même porte pièces. Pour annuler la ou les décalages appliqués en G59, en programmation absolue, il faut programmer G59 X0 Y0 Z0. En programmation relative, il est conseillé de repasser en programmation absolue G90 et de programmer G59 X0 Y0 Z0. Exemple Décalage d’origine en absolue (G90)
OP0
OP1
OP2
Décalage d’origine en relative (G91)
OP0
%111 N… N120 G90 G592 X15 (DECALAGE 1) N… N… N120 G59 X30 (DECALAGE 2) N… N200 G59 X0 (ANNULATION) N…
OP1
OP2
%222 N… N120 G91 G59 X15 (DECALAGE 1) N… N… N120 G59 X15 (DECALAGE 2) N… N200 G90 G59 X0 (ANNULATION) N…
IV.2.6 Correction de rayon d’outil (G40 G41 G42) Le contrôleur de la machine pilote un point fixe de l’outil (Point Piloté). Le point piloté est situé sur l’axe de la fraise en fraisage et sur la pointe de l’outil en tournage. Cependant, pour usiner une pièce, le point de l’arête tranchante générant le profil de la pièce n’est pas fixe. Dans le cas du fraisage, ce point est situé sur la périphérie de la fraise alors que le point piloté est situé sur l’axe. Pour rendre la programmation plus facile on utilise les fonctions G41 (correction du rayon à gauche du profil) et G42 (correction du rayon à droite du profil). Ainsi, on programme le profil de la pièce et c’est le contrôleur de la machine qui calcule la position du point piloté.
G42
G4 1
Outil
G41
G42
Pièce
IV-44
Les tableaux suivants présentent les fonctions du code G qui peuvent être programmées et interprétées par les directeurs de commande numérique (DCN) du NUM-760T et NUM760F. Liste des principales fonctions préparatoires Code G00 G01* G02 G03 G04 F... G33 G40* G41 G42 G52 G59 G65 G64 G70 G71* G77 G79 G80 G83 G84 G90* G91 G92 S... G94* F... G95 F... G96 S... G97* S... G17* G18 G19
Désignation interpolation linéaire en rapide interpolation linéaire à la vitesse programmée interpolation circulaire à la vitesse tangentielle programmée (sens horaire) identique à G02 mais en sens trigonométrique temporisation programmable avec l’adresse F (0.01 ≤ F ≤ 99.99 s) cycle de filetage (tournage) annulation de la correction de rayon correction de rayon (outil à gauche du profil) correction de rayon (outil à droite du profil) Programmation absolue des cotes par rapport à l’origine mesure Om décalage d’origine cycle de gorge (tournage) cycle d’ébauche paraxial (tournage) entrée des données en pouce entrée des données en métrique appel inconditionnel d’un sous-programme ou d’une suite de séquences avec retour saut conditionnel ou inconditionnel à une séquence sans retour annulation de cycle d’usinage cycle de perçage avec débourrage cycle de taraudage (fraisage) programmation absolue par rapport à l’origine programme programmation relative par rapport au point de départ du bloc limitation de la vitesse de broche vitesse d’avance exprimée en mm/min ou en pouce/min vitesse d’avance exprimé en mm/tour ou en pouce/tour vitesse de coupe constante en m/min (tournage) vitesse de broche en tour/min choix du plan XY pour l’interpolation circulaire (fraisage) choix du plan XZ pour l’interpolation circulaire (fraisage) choix du plan YZ pour l’interpolation circulaire (fraisage)
Révocation G01-02-03-... G00-02-03-... G00-01-03-... G00-01-02-... fin de bloc G00-01-02-03 G41-G42 G40-G42 G40-G41 fin de bloc
G71 G70 fin de bloc fin de bloc G83-84 G80 G80 G91 G90 M2 G95 G94 G97 G96 G18-19 G17-19 G17-18
Liste des principales fonctions auxiliaires Code M00 M01 M02 M03 M04 M05* M06 M08 M09* M40-M45
Désignation arrêt programmé arrêt optionnel fin de programme pièce rotation broche sens horaire rotation broche sens trigonométrique arrêt broche changement d’outil arrosage arrêt des arrosages 6 gammes de vitesse de broche
Révocation
M0-M4-M5 M0-M3-M5 M03-04 M00-M09 M08
(*) Fonctions initialisées à la mise sous tension ou à la suite d’une remise à zéro.
IV-45
IV.3 Exemples * Tournage Soit à usiner en finition le contour extérieur et la gorge de la pièce de la figure suivante. On donne les valeurs de la vitesse de coupe et l’avance pour l’outil à charioter-dresser et l’outil à saigner. * Outil à charioter-dresser droit T1D1 * Outil à saigner T4D4
Vc1 = 80 m/min f1 = 0.08 mm/tr. Vc4 = 25 m/min f4 = 0.05 mm/tr.
Ecrire le programme pour réaliser cette pièce sachant que : * Point d’approche à 3 mm de la pièce. * Point de dégagement à 2 mm de la pièce. * Machine : Tour à commande numérique (NUM 760 T).
Solution : %159 N1 (AXE) N10 G90 G71 G80 G40 G92 S3000 N20 G0 G52 X0 Z0 (FINITION DU CONTOUR) (OUTIL N°1) N30 T1 D1 M6 N40 G95 F0.08 N50 G97 S800 N60 M3 M42 N70 G0 X66 Z-24 N80 G96 S80 N90 G1 G41 X50 Z-24 M8 N100 Z0 M110 X38 N120 G3 X30 Z4 R4 N130 G1 X12
N140 N150 N160 N170 N180 N190 N200 N210 N220 N230 N240 N250 N260 N270
X24 Z15 X0 M9 G97 S800 G0 G40 X0 Z17 G0 G52 X0 Z0 (USINAGE DE LA GORGE) T4 D4 M6 (OUTIL N°4) G95 F0.05 G0 X66 Z-24 G96 S25 G1 X42 M8 G97 S800 G0 X64 M9 G0 G52 X Z0 M5 M2 IV-46
* Fraisage Ecrire un programme pour réaliser en finition le contour extérieur, le perçage débouchant ainsi que le lamage sur une profondeur de 5 mm de la pièce suivante. Données : - Fraise deux tailles en ARS de diamètre 24 mm : T4D4 Vc4 = 26 m/min f4 = 0.04 mm/dent Z4 = 8 dents - Forêt en ARS de diamètre 6 mm : T6D6 Vc6 = 20 m/min f6 = 0.07 mm/tr - Fraise à lamer en ARS de diamètre 12 mm : T7D7 Vc7 = 20 m/min f7 = 0.05 mm/dent Z7 = 4 dents - Les distances d’approche et de dégagement sont de 18 mm.
Solution : %358 N1 (BRIDE) N10 G90 G71 G80 G40 N20 G0 G52 Z0 (DEGAG ORIG MESUR) (FINITION DU CONTOUR) N30 T4 D4 M6 (FRAISE 2T D24)
N40 G97 S345 N50 G94 F110 N60 G0 X62 Y-18 (VERT PT APP) N70 Z-5 M3 M41 (PT APPROCHE) N80 G1 G42 X50 Y33 M8 (P1) N90 G3 X38 Y45 R12 (P2) N100 G1 X-35 Y45 (P3) N110 G2 X-50 Y 30 R15 (P4) N120 G1 X-50 Y25 (P5) N130 G1 X-35 Y0 (P6) N140 G1 X-25 Y0 (P7) N150 G2 X25 Y0 R25 (P8) N160 G1 G40 X68 Y-12 M9 (PT DEGAG) N170 G0 G52 Z0 M5
N180 N190 N200 N210 N220 N230 N240 N250
(PERCAGE) T6 D6 M6 (FORET D6)
G97 S1061 G94 F74 G0 X38 Y33 Z3 M3 M42 G1 Z-18 M8 (5+10+3) G0 Z3 M9 G0 G52 Z0 M5 (LAMAGE)
N260 N270 N280 N290 N300 N310 N320 N330 N340
T7 D7 M6 (FRAISE A LAMER D12) G97 S530 G94 F106 G0 X38 Y33 Z3 M3 M40 G1 Z-5 M8 G0 Z3 M9 G0 G52 Z0 M5 M2 IV-47
IV.4 Programmation Structurée IV.4.1 Intérêt La programmation structurée permet de mieux exploiter les ressources d’une entreprise surtout quand celle-ci fabrique des pièces ayants des formes similaires . La programmation structurée permet également permet d’améliorer la lisibilité d’un programme CN et de mieux voir ses mécanismes. En effet, quand un programme CN est relativement long et complexe, il devient difficile à comprendre pour l’opérateur responsable de sa maintenance. IV.4.2 Structuration par Niveau Il est possible de structurer un programme CN en deux ou en trois niveaux. * Trois Niveaux
* Deux Niveaux Niveau 1 : programme principal (de %1 à %999) paramètres généraux appel de sous-programmes niveau 2
Niveau 1 : programme principal (de %1 à %99) paramètres généraux appel de sous-programmes niveau 2
• • •
• • •
Niveau 2 : • sous-programmes (de %1000 à %9999) • paramètres locaux • appel d’outils • conditions technologiques • cycles
Niveau 2 : • sous-programmes (de %100 à %999) • paramètres locaux • appel d’outils • conditions technologiques • appel de sous-programme niveau 3 Niveau 3 : • sous-programmes (de %1000 à %9999) • paramètres locaux • usinage (contournage, cycles...)
IV.4.3 Saut de lignes sans retour (G79) Les sauts de lignes sont soit conditionnels ou inconditionnels et permettent de passer à la ligne appelée qui doit être située dans le même programme. Dans le cas d’un saut conditionnel, on utilise un paramètre (voir programmation paramétrée) et l’un des opérateurs de comparaison suivants : (< > <= >= <>). Exemple : Saut Inconditionnel N40 ... N50 G79 N80 (saut à la ligne N80 sans N60 ... retour, le programme se N70 ... poursuit après la ligne N80 … appelée N90, N100, ...) N90 … N100…
Saut Conditionnel N40 N50 G79 L2 < 18 N90 N60 ... N70 ... N80 ... N90 … N100 …
Si L2 est inférieur à 18, aller à la ligne N90 sinon continuer le programme en N60.
IV-48
IV.4.4 Appel de sous-programmes ou de séquences (G77) On distingue deux types d’appel : les appels de séquences internes ou externes et les appels de sous-programmes. IV.4.4.1 Appel de sous-programme Un sous-programme externe est appelé par l’adresse H suivie par le numéro de programme. Le sous-programme ne doit pas être terminé par le mot M2, qui arrêterait le cycle en cours. %50 … N60 ... N70 ... N80 G77 H110 N90 ... N100 …
appel sous-programme %110, puis retour à la ligne N90 du programme %50
IV.4.4.2 Appel de séquences internes Une séquence interne au programme peut être appelée par les numéros de lignes de début et de fin. %55 … N150 ... N160 ... N170 G77 N80 N120 N180 ... N190 …
appel et exécution des lignes N80 à N120, puis suite du programmes à la ligne N180
IV.4.4.3 Appel de séquences externes Une séquence d’un autre programme peut être appelée par l’adresse H, suivie des numéros de lignes de début et de fin. %85 … N30 ... N40 ... N50 G77 H55 N70 N90 saut inconditionnel au programme %55 puis exécution des N60 ... lignes N70 à N90, et retour à N60 du programme %85 N70 …
IV-49
IV.5 Programmation des cycles IV.5.1 Tournage IV.5.1.1 Cycle d’ébauche paraxial : G64 Il permet, à partir de la définition d’un profil fini et de la définition d’un profil brut, d’effectuer l’ébauche d’une pièce en paraxial suivant l’axe X ou Z. G64 Nn Nm [I… K…] {P… ou R…} Xa Za Xb Zb définition du brut Xc Zc Xd Zd G80 Xe Ze fin d’ébauche P: R: I: K:
Définit la prise de passe en X Définit la prise de passe en Z Surépaisseur en X Surépaisseur en Z
IV.5.1.2 Cycle de gorge (Poche) : G65 G65 Nn Nm EA… {P…Z… ou R…X…} [I…] [K…] [Q…] [EF…] • • • • • • •
•
Nn Nm Ces deux numéros de séquence sont des bornes du profil fini qui doivent être situées de part et d’autre de la zone à ébaucher. EA Angle de pénétration de la gorge P Valeur de pénétration de chaque passe. (prise de passe en X). R Valeur de pénétration de chaque passe (prise de passe en Z). X ou Z Limite de la zone à ébaucher (PA). I K I surépaisseur en X, K surépaisseur en Z. la surépaisseur est affectée au profil fini. Les fonctions I et K sont facultatives. Q A la fin de chaque passe, le positionnement au début de la passe suivante peut s’effectuer en deux parties : une première à vitesse rapide jusqu’à une distance Q du début de la passe suivante, une seconde à vitesse de travail jusqu’au début de la passe. Par défaut, ces deux passes sont confondue et s’exécute à vitesse de travail. EF Vitesse de pénétration. Par défaut, égale à la fonction F précédemment programmée
La zone usinée est délimitée par le profil fini et par les deux droites reliant les points suivants: • PA programmé par X ou Z, • PB dernier point programmé avant la fonction (G65), • PC Le point d’intersection avec le profil fini de la droite EA IV-50
IV.5.1.3 Cycle de défonçage Cette fonction permet l’ébauche d’une gorge longitudinale ou frontale par pénétrations successives : G0 Dn X… Z… G66 Dm X… Z… R… EA… EF… • • • •
Dn Correcteur en X1 et Z1 Dm Correcteur en X2 et Z2 R Prise de Passe EA Pente en fond de gorge, lorsque le fond de gorge est paraxial, la programmation de EA n’est pas obligatoire
•
EF Temporisation en fond de gorge [facultative]
On doit définir d’abord le point "haut" du flan de départ de la gorge et la correction de l’outil (Dn) ; c’est un bloc de positionnement. Dans le bloc suivant, on déclare G66 , le point "bas" du flanc d’arrivée, la correction de l’outil au point d’arrivée, la pente du fond de gorge, la valeur du pas de l’ébauche et la valeur de la temporisation en fond de gorge. Les prises de passes sont uniformément reparties sur toute la largeur de la gorge (le système peut être amené à corriger la valeur du pas programmé. IV.5.1.4 Cycle de perçage avec débourrage : G83 Cette fonction permet le perçage par passes successives avec retrait du forêt suivant l’axe Z. G83 X… Z… P… Q… F… [EF…] [G4 F…] •
X - Z
•
P Valeur de la première pénétration
•
Q Valeur de la dernière pénétration
•
F Vitesse d’avance en mm/min
•
EF Temporisation en fin de chaque pénétration [facultative]
•
Cote de fond de trou
G4 F Temporisation après retrait à la dernière passe [facultative]
Plongée en travail Temporisation éventuelle Remontée rapide Plongée rapide Plongée en travail Temporisation éventuelle Remontée rapide Plongée rapide Plongée en travail Temporisation éventuelle Remontée rapide Temporisation éventuelle
IV-51
IV.5.1.5 Cycle de perçage avec brise-copeaux : G87 Cette fonction permet le perçage par passes successives sans retrait du forêt suivant l’axe Z. G87 X… Z… P… Q… F… [EF…] [G4 F…] X - Z Cote de fond de trou P Valeur de la première pénétration
Plongée en travail Temporisation éventuelle
Q Valeur de la dernière pénétration
Plongée en travail Temporisation éventuelle
F
Plongée en travail Temporisation éventuelle Remontée rapide Temporisation éventuelle
Vitesse d’avance en mm/min
EF Temporisation en fin de chaque pénétration [facultative] G4 F Temporisation après retrait à la dernière passe [facultative] IV.5.1.6 Cycle de filetage : G33
Cette fonction permet d’exécuter un cycle complet de filetage cylindrique, conique ou frontal, à pas constant et profondeur de passe dégressive à section de copeau constante. G33 X… Z… K… EA… EB… R… P… Q… F… S…
• • • • • • • •
X - Z Coordonnées suivant les axes X et Z de la fin du filetage, paramètre obligatoire dans le bloc G33, valeurs absolues ou relatives EA angle de cône entre l’axe OZ et le profil de la pièce, par défaut EA = 0 : filetage cylindrique, EA = 90 : filetage frontale. -45 < EA < 45 : Z axe majoritaire (axe de filetage) X axe minoritaire (axe de pénétration) EA > 45 ou EA < -45 : Z axe minoritaire (axe de pénétration) X axe majoritaire (axe de filetage) K Pas sur l’axe majoritaire, paramètre obligatoire, non signé, maximum : 250 mm P Profondeur totale du filet (Q inclus) , paramètre obligatoire non signé. IV-52
• •
•
•
F Nombre de filet (par défaut F1 et maximum F9). Q profondeur de la dernière passe (comprise dans P), pénétration sur le flan suivant l’angle B valeur non signé, par défaut pas de passe de finition, Q = 0 : passe à vide. EB Angle de pénétration entre le flan de pénétration et l’axe de pénétration droite, le flan de pénétration est déterminé par le signe de EB : EB > 0 pénétration dans le sens d’exécution du filetage EB < 0 pénétration en sens inverse du sens d’exécution du filetage Par défaut EB = 0 : pénétration droite, S Nombre de passes (passe de finition non comprise), pénétration progressive, par défaut S = 1. R Longueur du cône sur l’axe majoritaire, valeur non signé, par défaut R = 0.
IV.5.1.7 Exemple : Réaliser l’ébauche et la finition ainsi que le perçage de la pièce suivante : • • • • •
Ebauche : outil à charioter dresser ébauche T2 D2 ; profondeur de passe 2 mm Vc = 80 m/min ; f = 0.1 mm/tr Finition : outil à charioter dresser finition T3 D3 ; profondeur de passe 1 mm Vc = 90 m/min ; f = 0.08 mm/tr Centrage : foret à centrer diamètre 5 mm T7 D7 ; Vc = 22 m/min ; f = 0.05 mm/tr Perçage : foret diamètre 6 mm T8 D8 ; Vc = 25 m/min ; f = 0.05 mm/tr Distance d’approche et de dégagement 3 mm
OP
IV-53
Solution : %1111 (EBAUCHE T2 D2) (FINITION T3 D3) (CENTRAGE DIAM 5 T7 D7) (PERCAGE DIAM 6 T8 D8) N10
G90 G71 G40 G80 G92 S4000 (INITIALIS)
(USINAGE EBAUCHE PARAXIAL) N20 G0 G52 X0 Z0 (OUTIL EBAUCHE) N30 T1 D1 M6 N40 G95 F0.1 N50 G97 S800 N60 M3 M42 N70 G0 G42 X82 Z52 (E2) N80 G96 S80 N90 G64 N490 N400 I1 K1 P2 N100 G1 X82 Z0 (E1) N110 X82 Z52 (E2) N120 X30 Z52 (E3) N130 G80 X55 Z54 (DEGAGEMENT) (EBAUCHE POCHE) N140 G0 X44 Z33 (DEPART DE GORGE) N150 G65 N460 N410 EA-152 P2 Z20 I1 K1 N160 G97 S600 M9 N170 G0 G52 X0 Z0 (CENTRAGE) N180 T7 D7 M6 (FORET A CENTRER DIAMETRE 5) N190 G95 F0.05 N200 G0 X0 Z53 N210 G97 S1400 N220 G87 X0 Z45 M8 N230 G0 G80 Z53 M9 N240 G97 S600
N250 G0 G52 X0 Z0 (PERCAGE) N250 T8 D8 M6 (FORET DIAMETRE 6) N260 G95 F0.05 N270 G0 X0 Z53 N280 G97 S1325 N290 G87 X0 Z36.197 P6 Q3 EF2 M8 N300 G0 G80 Z53 M9 N310 G97 S600 N320 G0 G52 X0 Z0 (FINITION) N330 T2 D2 M6 N340 G95 F0.08 N350 G97 S800 N360 M3 M42 N370 G0 X5 Z53 N380 G96 S90 N390 G1 G41 X0 Z50 (F0) N400 X30 Z50 (F1) N410 X40 Z45 (F2) N420 X40 Z31.393 (F3) N430 X32 Z 24 (F4) N440 X32 Z20 (F5) N450 X42 Z20 (F6) N460 X60 Z12 (F7) N470 X60 Z4 (F8) N480 G2 X68 Z0 R4 (F9) N490 G1 X86 Z0 M9 (F10) N500 G0 G40 X88 Z0 (DEGAGEMENT) N510 G97 S800 N520 G0 G52 X0 Z0 M5 N530 M2
IV-54
IV.5.2 Fraisage IV.5.2.1 Cycle de perçage centrage : G81 N… G81 [X… Y…] Z…[ER…] [EH…] [F…] •
X… Y… position de l’outil dans le plan
•
Z…
•
ER… cote du plan de dégagement sur l’axe d’usinage
•
EH… cote du plan d’attaque sur l’axe d’usinage
•
F…
point à atteindre sur l’axe d’usinage
valeur de l’avance dans le cycle
IV.5.2.2 Cycle de taraudage: G84 Ce cycle permet l’exécution d’un taraudage avec un porte-taraud flottant. N… G84 [X… Y…] Z…[ER…] [EH…] EF… [F…] •
X… Y… position de l’outil dans le plan
•
Z…
•
ER… cote du plan de dégagement sur l’axe d’usinage
•
EH… cote du plan d’attaque sur l’axe d’usinage
•
EF… temporisation exprimée en secondes (maximum 99.99 s, par défaut 1 seconde).
•
F…
point à atteindre sur l’axe d’usinage
valeur de l’avance dans le cycle
IV.5.2.3 Cycle de taraudage rigide: G84 Le cycle permet d’asservir l’avance de l’outil à la rotation de la broche. La vitesse d’avance est calculée automatiquement selon la vitesse de broche et le pas programmée. N… G84 [X… Y…] Z…[ER…] [EH…] K… [EK…] •
X… Y… position de l’outil dans le plan
•
Z…
•
ER… cote du plan de dégagement sur l’axe d’usinage
•
EH… cote du plan d’attaque sur l’axe d’usinage
•
K… pas de taraudage exprimé en mm. (K précise que l’on effectue un taraudage rigide
•
EK… rapport de vitesse de broche dégagement / pénétration (par défaut EK=1).
point à atteindre sur l’axe d’usinage
IV-55
IV.5.2.4 Cycle de perçage avec brise copeaux : G87 N… G87 [X… Y…] Z…[ER…] [EH…] [P…] / [ES…] [Q…] [EP…] [EF…] [F…] •
X… Y… position de l’outil dans le plan
•
Z… point à atteindre sur l’axe d’usinage
•
ER… cote du plan de dégagement sur l’axe d’usinage
•
EH… cote du plan d’attaque sur l’axe d’usinage
•
P… valeur de la première pénétration ES… nombre de pénétration de valeur constante
• • • • •
Q… valeur de la dernière pénétration EP… valeur de recul entre deux pénétration (par défaut pas de recul, EP=0). EF… temporisation à chaque fin de pénétration. F… valeur de l’avance dans le cycle Remarques : • La programmation d’au moins un des deux arguments P et ES est obligatoire. • P et ES sont programmés : la première pénétration est égale à P et le reste du perçage est exécuté en un nombre de pénétration ES. • ES programmée seule : la totalité du perçage est exécutée en un nombre de pénétration ES.
IV.5.2.5 Cycle de poche simple : G45 G45 X…Y...Z..[ER...] EX...EY...[EB...] P…Q…[I...] [J...] [EG2/EG3] EP...EQ...EI...EJ... •
X… Y… position du centre de la poche
•
Z… point à atteindre en fond de poche
•
ER… cote du plan de dégagement sur l’axe d’usinage
•
EX… dimension de la poche suivant les axes X ou U
•
EY… dimension de la poche suivant les axes Y ou V
•
EB… rayon d’une poche circulaire si EB est programmé seul. Rayon d’une poche oblongue. Valeur des congés pour les autres poches.
•
P… valeur de la prise de passe axiale d’ébauche.
•
Q… valeur de la prise de passe latérale d’ébauche.
•
I… valeur de la prise de passe axiale de finition.
•
J… valeur de la prise de passe latérale de finition.
•
EG2/EG3 sens d’exécution de la poche (défaut EG3)
•
EG2 : travail en opposition, EG3 : travail en avalant. IV-56
IV.5.2.6 Exemple Ecrivez le programme CN pour l’usinage de la poche (ébauche et finition) et des deux taraudages de la pièce de la figure suivante. On dispose des outils suivants : • • • •
•
foret à centrer diamètre 4 mm T8 D8 Vc = 21 m/min f = 0.07 mm/tr foret diamètre 6.75 mm T7 D7 Vc = 23 m/min f = 0.08 mm/tr taraud M8 T10 D10 Vc = 10 m/min pas = 1.25 mm fraise diamètre 8 mm coupe au centre T4 D4 Vc = 26 m/min fradiale = 0.25 mm/tr ae = 6 ap = 2 mm. - ébauche : faxiale = 0.08 mm/tr fradiale = 0.16 mm/tr ae = ap = 0.5 mm. - finition : faxiale = 0.05 mm/tr La distance sécurité à l’approche et au dégagement est de 4 mm.
OP
Solution : %3354 (Exemple de cycles en fraisage) N10 G90 G80 G71 G40 N20 G0 G52 Z0 (CENTRAGE) N30 T8 D8 M6 N40 G97 S1670 N50 G0 X-34 Y-25.98 Z10 N60 G0 Z4 M3 M41 N70 G81 Z-5 F117 N80 X-15 Y-25.98 N90 G80 G00 Z10 M9 M5 N100 G0 G52 Z0 (PERCAGE) N110 T7 D7 M6 (FORET D6.75) N120 G97 S1085 N130 G0 X-34 Y-25.98 Z10 N140 G0 Z4 M3 M40 M8 N150 G87 Z-14 P5 ES2 Q3 EP2 F87 N160 X-15 Y-25.98
N170 N180 N190 N200 N210 N220 N230 N240 N250 N260 N270 N200 N210 N220 N230
G80 G0 Z10 M9 M5 G52 Z0 (TARAUDAGE) T10 D10 M6 (TARAUD M8) G97 S384 G0 X-34 Y-25.98 Z10 G0 Z4 M3 M40 M8 G84 Z-10 K1.25 X-15 Y-25.98 G80 G00 Z10 M9 M5 G52 Z0 (USINAGE DE LA POCHE) T4 D4 M6 (FRAISE A RAINURER D8) G97 S1034 G0 X8 Y0 Z10 M3 M40 M8 G45 X0 Y0 Z7.16 ER4 EX30.96 EY19 EB8 P2 Q6 I0.5 J0.5 EP83 EQ259 EI52 EJ165 N240 G0 G52 Z0 M5 M9 N250 M2 IV-57
IV.6 Fonctions diverses IV.6.1 Décalage angulaire (ED) La fonction ED affectée d’une valeur définit une rotation angulaire par rapport à l’origine programme. Le décalage angulaire affecte les axes du plan programmés dans les blocs suivant la fonction. N… [G90 / G91] ED…
Y
• ED… valeur du décalage angulaire en degrés et millième de degré. • Le décalage angulaire ED… est annulé par la reprogrammation de la fonction ED affectée d’une valeur nulle (ED0) en absolue (G90).
OP
• Le décalage angulaire ED affecte :
X
• tous les cycles élémentaires (G81, G45,…), • la correction de rayon (G41, G42), • la programmation géométrique de profil (PGP). IV.6.2 Miroir (G51) La fonction miroir permet l’usinage symétrique d’une partie de programme définissant le quart ou la moitié de la pièce. Le miroir est validé ou invalidé selon les arguments axe et signe algébrique programmés avec la fonction. N… G51 X- Y- Z- A- B- C-
Y
• Le signe (-) valide le miroir sur les axes X,Y, Z ou A, B, C. • La fonction G51 suivie d’un ou plusieurs arguments X+, Y+, Z+, ou A+, B+, C+ révoque l’état G51 antérieur. • Lorsque la fonction G51 est programmée : • elle doit être suivie d’un de ses arguments (axe et signe) dont au moins un obligatoire,
OP
X
• elle doit être programmée seule avec ses arguments dans le bloc, • plusieurs axes peuvent être validés ou invalidés dans le même bloc. IV-58
La fonction miroir affecte : • le signe de l’axe programmée X,Y, Z ou A, B, C qui est inversé. Cette inversion effectuée par rapport à l’origine programme définie par le PREF et le DEC1. • Les décalages d’origine programmes (G59) • Les corrections de rayon d’outil (G41, G42) • Le sens de déplacement en interpolation circulaire (G2, G3). • La fonction miroir n’affecte pas : • la position de l’origine pièce (PREF) • le décalage entre l’origine pièce et l’origine programme définie par le PREF et le DEC1 • la programmation par rapport à l’origine mesure (G52) IV.6.3 Facteur d’Echelle (G74 / G73) La fonction permet l’exécution d’une pièce ou d’une forme homothétique de la pièce ou de la forme programmée. Le rapport de l’homothétie peut être introduit au clavier ou programmé par le paramètre externe E69000. N… G74 / G73
Y
• G74 : validation du facteur d’échelle. Le rapport peut être compris entre 1/1000 et 9999/1000 (0.001 et 9.999) et doit être un nombre entier. • G73 : invalidation du facteur d’échelle. • L’homothétie a pour centre l’origine programme (OP). • La fonction G73 et G74 doivent être programmées : • système dans l’état G40 • dans un bloc ne contenant pas d’interpolation circulaire
OP
X
• hors d’une suite de blocs PGP non entièrement définis. L’homothétie affecte : • les valeurs programmées avec les axe primaires et secondaires (X, Y, Z, U, V, W), • les décalages d’origine programmés (G59). L’homothétie n’affecte pas : • la position de l’origine pièce et le décalage entre l’origine pièce et l’origine programme, • la programmation par rapport à l’origine mesure, • la cote de garde de positionnement en cycles d’usinage G81 à G89. IV-59
Remarque : le décalage d’origine étant affecté par le facteur d’échelle, G59 sera affecté d’une valeur proportionnelle au facteur d’échelle programmé.
IV.6.4 Exemple La pièce suivante comporte trois empreintes usinées par des outils à bout hémisphérique. La deuxième empreinte est obtenue à partir de la première par une homothétie de rapport 1/2 et une translation sur l’axe X. La troisième est obtenue à partir de la première par une homothétie de rapport 3/2, par une rotation autour de l’axe Z et une translation sur l’axe X. Ecrivez le programme CN pour réaliser les trois empreintes sachant que l’on dispose de trois fraises à bout hémisphérique : • Fraise à bout hémisphérique Ø 6mm (T1 D1) :
Vc1 = 20m/min
f1 = 0.2 mm/tr.
• Fraise à bout hémisphérique Ø 3mm (T2 D2) :
Vc2 = 20m/min
f2 = 0.15 mm/tr.
• Fraise à bout hémisphérique Ø 9mm (T3 D3) :
Vc3 = 20m/min
f3 = 0.25 mm/tr.
Z
Y
OP
X
IV-60
Correction : Programme principal :
Sous programme :
%21 (FRAISAGE DE TROIS EMPREINTES) N10 G90 G80 G40 G71 N20 G0 G52 Z0 N30 T1 D1 M6 (FRAISE SPHER DIAM = 6) N40 G94 F212 N50 G97 S1061 M3 N60 G59 X0 Y0 (DECALAGE ORIGIN NUL) N70 G74 E69000 = 1000 (ECH = 1) N80 G77 H2121 N90 G0 G52 Z0 M5 N100 T2 D2 M6 (FRAISE SPHER DIAM = 3) N110 G94 F318 N120 G97 S2123 M3 N130 G59 X-80 N140 G74 E69000 = 500 (ECH = 0.5) N150 G77 H2121 N160 G0 G52 Z0 M5 N170 T3 D3 M6 (FRAISE SPHER DIAM = 9) N180 G94 F177 N190 G97 S707 M3 N200 G59 X36 ED-18 N210 G74 E69000 = 1500 (ECH = 1.5) N220 G77 H2121 N230 G0 G52 Z0 M5 N240 M2
%2121 (FORME EN U) N10 G0 X14 Y25 N20 G0 Z2 N30 G1 Z-3 M8 N40 G1 Y0 N50 G2 X-14 Y0 R14 N60 G1 Y25 N70 G0 Z2 M9
verticale de a approche sur Z a b c d dégagement
IV-61
IV.7 Programmation Paramétrée IV.7.1 Utilité de la programmation paramétrée Quand il s’agit d’une famille de pièces ayant même forme mais des dimensions différentes, il est judicieux de paramétrer la pièce. Ainsi, au lieu d’écrire un programme pour chaque pièce, on peut écrire un programme paramétré qui peut être utilisé pour toutes les pièces de cette famille. Une géométrie telles que l’ellipse ou la parabole peut être réaliser en approchant cette géométrie par des interpolations linéaires (segmentation). Pour éviter d’écrire un nombre important de blocs on peut à l’aide de la programmation paramétrée faire des itérations (boucle) par incrémentation ou décrémentation à chaque itération d’un paramètre. Ce dernier est utilisé pour le calcul des coordonnées des points d’arrivés de chaque interpolation linéaire. IV.7.2 Classe de paramètres Toutes les adresses d’un programme CN peuvent être affectées d’un paramètre à la place d’une valeur. Les paramètres peuvent remplacer une valeur numérique ou être issus de calculs. On distingue deux classes de paramètres dans la NUM 760 : • les variables programmes L et • les paramètres externes E. On distingue 120 variables programmes (L0 à L19 et L100 à L199). Les variables L0 à L19 sont sans influence sur le déroulement du programme alors que pour les variables L100 à L199 le bloc auquel elles appartiennent est suspendu jusqu'à la fin du bloc précédent. Elles ne peuvent donc être utilisées dans des blocs suivant une PGP sur 2 ou 3 blocs. Exemple de paramètres externes E50001 correcteur d’outil E51004 correcteur d’outil E52008 correcteur d’outil
(longueur en X) (D1) (longueur en Z) (D4) (rayon d’outil)
IV.7.3 Opération sur les paramètres Les opérations possibles sont l’addition (+), la soustraction (-), la multiplication (*), la division(/), la racine carrée (R), le sinus(S), le cosinus (C), la partie entière d’un nombre réel (T) et l’arc-tangente (A). L’ordre des opérations se fait de gauche à droite (dans l’ordre où elles sont écrites). Il n’y a donc pas respect des règles mathématiques de priorité (pas d’opérateur prioritaire). L8 / L3 + 2 * L2 ⇒ ((L8/L3) + 2) * L2 Remarque : Le calculateur de la machine n’accepte pas les parenthèses dans les calculs car celles-ci sont réservées aux commentaires. IV-62
IV.7.4 Exemple Soit à usiner trois familles de pièces de la figure suivante. Ecrire le programme CN capable de réaliser la poche, la gorge et produire l’opération de finition sur le contour de la pièce (épaisseur de finition de 0.5 mm). On donne les valeurs de la vitesse de coupe et d’avance pour : • Outil à saigner (T3 D3 - D30)
• Outil à retoucher (T1 D1) Vc = 80 m/min
f = 0.1 mm/tr.
Vc = 25 m/min f = 0.05 mm/tr largeur de l’outil lo = 4 mm
• Outil à charioter-dresser utilisé (T2 D2) Vc = 110 m/min
f = 0.08 mm/tr.
Ecrire le programme pour réaliser cette pièce sachant que : • Point d’approche à 3 mm de la pièce (Pt App). • Point de dégagement à 1 mm de la pièce (Pt Dég). • Position de changement des outils à X310. et Z290. • Machine : Tour à Commande Numérique (Num 760 T)
Famille
1
2
3
X1
4
6
8
X2
200
218
230
X3
140
150
160
D1
100
95
90
D2
200
205
210
D3
180
190
200
R
65
60
55
α
30
32
35
β
40
45
50 Om
T1 D1 T2 D2 T3D3
β
R
β
4 à 45°
92 X3
25
Ø 108
Ø D1
OP
Ø D2
Ø D3
Ø 224
Op
Ø 238
α
X1
139 X2
IV-63
IV.8 Programmation Géométrique de Profil IV.8.1 Introduction Il est possible d’écrire un programme CN en utilisant directement les cotes du dessin de définition. Et c’est le calculateur de la machine qui effectue le calcul des points de raccordement, de contact ou d’intersection non définis entre deux éléments du contour de la pièce. La liaison entre ces deux éléments peut être du type droite-droite, droite-cercle ou cercle-cercle. La méthode classique de programmation reste valable et peut être utilisée conjointement avec la Programmation Géométrique de Profil (PGP). La programmation s’effectue par blocs, chaque bloc comportant un élément géométrique qui peut être entièrement défini dans un bloc (cotes extrêmes d’une droite, points extrêmes d’un arc de cercle et coordonnées du centre), ou incomplètement défini dans un bloc. Si l’élément est incomplètement défini, le complément d’information se trouve dans le bloc suivant ou éventuellement dans les deux blocs suivants. IV.8.2 Fonctions caractérisant un élément géométrique EA : Droite Angle d’une droite par rapport à l’axe X ou U en G17 EB+ : Congé Le bloc dans lequel est programmée cette fonction et le bloc suivant, sont raccordés par un congé. EB- : Chanfrein Le bloc dans lequel est programmée cette fonction et le bloc suivant, sont raccordés par un chanfrein. ET : Elément tangent Le bloc dans lequel est programmée cette fonction et le bloc suivant, sont tangents. La programmation de ET est obligatoire lorsque c’est la seule fonction du bloc qui caractérise l’élément géométrique : droite dont le point de départ est connu, tangente au cercle suivant ou droite tangente à deux cercles.
Dans tous les autres cas la programmation de ET est facultative. IV-64
ES : Elément sécant Le bloc dans lequel est programmée cette fonction et le bloc suivant, sont sécants. Lorsque deux éléments sécants ont un point d’intersection non programmé, la fonction ES est obligatoire dans la programmation du premier bloc. E± : Discriminant Lorsque la programmation d’un bloc ou d’un ensemble de bloc laisse le choix entre deux solutions possibles, le discriminant E+ ou E- permet de lever l’indétermination. La programmation du discriminant peut être incluse dans les fonctions ET et ES : Exemple : ES- équivalent à ES EET+ équivalent à ET E+ Lorsqu’il s’agit d’une intersection droite-cercle ou cercle-cercle, deux solutions sont possibles et la programmation du discriminant est obligatoire. Lorsqu’il s’agit d’éléments tangents, plusieurs solutions sont possibles : afin d’en limiter le nombre, le système ne réalise que des tangences « continues » (sans rebroussement). Ceci ramène à deux le nombre maximum de solutions. Lorsque deux solutions sont possibles, l’une entraîne la création d’un arc de cercle inférieur à 180° et l’autre supérieur à 180° : la programmation du discriminant est facultative, par défaut le système choisit la solution qui comporte le plus petit arc de cercle. Seule exception : Cercle dont le centre est intérieur au cercle suivant, et caractérisé uniquement par les coordonnées de son centre et par le fait qu'il est tangent au cercle suivant. IV.8.3 Programmation des blocs - Choix du discriminant L’ensemble des blocs nécessaire et suffisant qui permet au système de calculer toutes les coordonnées d’un élément géométrique (point d’arrivé et/ou centre de cercle) constitue une «entité géométrique». Elle a pour origine le point de départ de son premier élément. Ce point est : • soit programmé dans le bloc précédent, • soit déjà calculé par le système, le premier bloc d’une entité géométrique pouvant être de dernier de l’entité précédente. Lorsqu’un discriminant détermine un élément d’une entité géométrique, il doit être programmé dans le premier bloc de cette entité. Les signe + et - précisent les positions d’un point caractéristique (intersection, tangence, centre de cercle) de l’une ou l’autre solution par rapport à une droite orientée (D).
IV-65
IV.8.4 Droite de discrimination : La droite (D) est : la droite définie par son angle EA si un des éléments de l’entité géométrique est défini ainsi, la droite reliant un point connu du premier élément de l’entité géométrique (avec pour orientation du premier vers le dernier). Ce point connu est en priorité le centre d’un cercle programmé par I,J,K, ou par défaut un autre point programmé (point de départ du premier élément ou point d’arrivée du dernier). Deux cas peuvent se présenter les points caractérisant les deux solutions possibles se trouvent sur la droite orientée (D) : • E + définit le point le plus proche de +∞ sur cette droite. • E - définit le point le plus proche de -∞ sur cette droite. les points caractérisant les deux solutions possibles se trouvent de part et d’autre de la droite orientée (D) : • E + définit le point à gauche de (D). • E - définit le point à droite de (D). IV.8.5 Définition des blocs Les paragraphes suivants illustrent toutes les possibilités de définition des éléments géométriques supportés par la PGP. IV.8.5.1 Programmation des chanfreins et des congés On peut insérer un chanfrein entre deux droites successives et un congé entre deux éléments quelconques. Le chanfrein est programmé par le code EB - et la valeur, et le congé par le code EB + et la valeur. La figure suivante montre un exemple de congé et de chanfrein. X10 Y10 Z G1 EA70 ES EB-10 (droite + chanfrein) G1 EA10 X60 Y50 (droite) -----------------------------------------------X-10 Y10 Z G1 EA160 ES- EB+12 (droite + congé) G3 I-50 J20 X-60 Y20 (arc de cercle)
IV.8.5.2 Elément géométrique complètement déterminé dans un bloc Droite G1 X…Y… G1 EA…Y…
G1 X…
G1 Y…
G1 EA…X… IV-66
Cercle 2 G X…Y…I…J…
3
2 + G X…Y…R…E 3 −
IV.8.5.3 Elément géométrique déterminé par la connaissance du ou des blocs suivants * Cas 1 : * Le premier bloc est une droite * Le point de départ est entièrement défini 1er bloc G1 EA…ES
2ème bloc
G1 EA… [ET ]
2 R... G I…J… 3 X ...Y ...
+ G1 EA… ET −
G1 ET
2 R... G I…J… 3 X ...Y ... 2 G1 EA…X…Y… G I…J… 3 + 2 2 R... G I…J… ET G I…J… 3 3 X ...Y ... − 2 G 3 2 G 3 2 G 3 2 G 3
I…J… R…
G1 EA…X…Y…
R…X…Y… R…
Type de courbe dr ≠ dr
EA…X…Y… EA…
+ G1 EA…ES −
3ème bloc
2 R... G I…J… 3 X ...Y ...
2 R... G I…J… 3 X ...Y ... 2 G1 EA…X…Y… G I…J… 3 + 2 2 R... G I…J… ET G I…J… 3 3 X ...Y ... −
figure 1
dr ≠ dr / cer
2
dr ≠ cer
3
dr ≠ cer / dr
4
dr ≠ cer / cer
5
dr / cer
6
dr / cer / dr
7
dr / cer
8
dr / cer / cer
9
dr / cer
10
dr / cer / dr
11
dr / cer / cer
12
IV-67
* Cas 2 : * Le premier bloc est un cercle * Le point de départ est entièrement défini 1er bloc
2ème bloc
2 G I…J … [ET ] 3
EA... X ... Y ... G1 EA... X ... EA...Y ... X ...Y ...
2 + G I…J…ES 3 −
13
cer / dr / cer
14
cer / cer
15
cer / cer
16
G1 EA…X…Y…
cer / cer / dr
17
2 R... G I…J… 3 X ...Y ...
cer / cer / cer
18
cer ≠ dr
19
cer ≠ dr / cer
20
2 R... G I…J… 3 X ...Y ... 2 G I…J… G1 EA…X…Y… 3 + 2 G I…J… ET G 2 I…J… R... 3 − 3 X ...Y ...
cer ≠ cer
21
cer ≠ cer / dr
22
cer ≠ cer / cer
23
G1 EA…X…Y…
cer / dr
24
cer / dr / cer
25
cer / cer
26
cer / cer / dr
27
cer / cer / cer
28
2 G I…J… 3 2 G R…X…Y… 3 2 G R… 3
2 R... G I…J… 3 X ...Y ...
G1 EA…X…Y… G1 EA…
+ 2 G R… ET 3 −
Type de courbe Fig.
cer / dr
G1 ET
+ 2 G I…J… ET 3 −
3ème bloc
G1 EA…
2 R... G I…J… 3 X ...Y ...
2 R... G I…J… 3 X ...Y ...
2 R... G I…J… 3 X ...Y ... 2 G I…J… G1 EA…X…Y… 3 + 2 G I…J… ET G 2 I…J… R... 3 − 3 X ...Y ...
IV-68
IV.8.6 Exemple On veut usiner en finition le contour extérieur du poinçon de la figure suivante. Ecrivez le programme CN pour l’usinage en finition du poinçon. sachant que : • L’outil utilisé est une fraise de diamètre 16 mm et ayant 4 dents, • Vc = 24 m/min et fz = 0.03 mm/dent • Distance de dégagement est égale à 2 mm de la pièce
Solution %682 (USINAGE FINITION DE POINCON) L0 = 1000*24/3.14/16 L1 = 0.03*4* L0 N10 G90 G80 G40 G71 N20 G0 G52 Z0 N30 T1 D1 M6 N40 G97 SL0 N50 G94 FL1 N60 G0 X82 Y80 N70 M3 M40 N80 G0 Z0 (POINT APPROCHE) N90 G1 G42 X90 Y59 M8 (P1) N100 G2 X80 Y49 R10 (P2) N110 G1 EA180 (P3 , ET- OPTIONNEL) N120 G2 R10 (P4) N130 G3 I30 J46 X0 Y46 (P5) N140 G1 X0 Y0 (P6)
N150 G1 X131 Y0 (P7) N160 G3 I131 J14 (P8 , ET+ OPTIONNEL) N170 G3 X116 Y63 R43 (P9) N180 G1 G40 X74 Y71 M9 (DEGAGEMENT) N190 G0 G52 Z0 M5 N200 M2
IV-69
TRAVAUX DIRIGES
IV-70
V. Travaux Dirigés
Sujet N° 1
(Tournage)
1°) Soit à usiner la pièce de la figure suivante (opération de finition du contour extérieur sur une surépaisseur de 0.5 mm). a) Donner les caractéristiques du Tour à Commande Numérique capable de réaliser cette pièce. b) Ecrire le programme CN pour réaliser la finition du contour extérieur sachant que : • l’outil utilisé est un outil à charioter dresser (T2 D2) • Vc = 22 m/min et f = 0.09 mm/tour, • distance d’engagement et de dégagement de l’outil par rapport au profil fini est de 5 mm.
OP 2°) Expliquer le principe de fonctionnement d’une CN Directe et Distribuée. Donner les avantages et les inconvénients de chacune d’elles.
V-71
Sujet N° 2
(Fraisage)
Le réalisation de la pièce suivante nécessite une opération de d’usinage en finition du contour extérieur et une opération d’usinage de deux rainures symétriques par rapport à l’origine de largeur 12 mm sur une profondeur de 3.5mm. sachant que tous les usinages se font en une seule passe et que l’on dispose des outils suivants : • fraise deux tailles de diamètre 24 mm (T1 D1), Vc = 25 m/min et Va = 70 mm/min. • fraise à rainurer de diamètre 12 mm (T2 D2), Vc = 20 m/min et Va = 95 mm/min. • Les distances d’approche et de dégagement sont de 10 mm. Ecrivez le programme CN pour réaliser l’usinage de la pièce ci dessous sur une fraiseuse à commande numérique.
Solution : %2222 (CONTOURNAGE FINITION) N10 G90 G40 G71 N20 G0 G52 Z0 (DEGAG ORIG MESUR) N30 T1 D1 M6 N40 G97 S332 N50 G94 F70 N60 G0 X38 Y-62 (VERT PT APP) N70 M3 M40 N80 G0 Z-10 (PT APPROCHE) N90 G1 G41 X-26 Y-50 M8 (P1) N100 G1 X-26 Y-46 (P2) • • •
(RAINURAGE) N210 T2 D2 M6 N220 G97 S531 N230 G94 F95 N240 G0 X66 Y-11 (VERT PT APP) N250 M3 M40 N260 G0 Z-3.5 (PT APPROCHE) • • • (PERCAGE) • • • V-72
Sujet N° 3
(Cycles en Tournage)
Ecrivez le programme CN pour l’usinage de la pièce suivante. Le brut de départ est un cylindre de diamètre 74 mm et de longueur 79 mm. Les outils utilises sont : • outil à charioter dresser ébauche : T2 D2 Vc = 80 m/min f = 0.1 mm/tr • outil à charioter dresser finition : T3 D3
Vc = 90 m/min f = 0.08 mm/tr
• outil à saigner :
T4 D4 Vc = 18 m/min f = 0.04 mm/tr
• outil à fileter :
T5 D5 Vc = 20 m/min pas = 1.25 mm
• foret à centrer diamètre 5mm :
T6 D6 Vc = 22 m/min f = 0.08 mm/tr
• foret diamètre 6 mm :
T7 D7 Vc = 22 m/min f = 0.08 mm/tr
OP
V-73
Sujet N° 4
(Cycles et fonctions diverses en Fraisage)
Le plateau de la figure suivante comporte : • quatre rainures oblongues placées symétriquement deux à deux par rapport au centre. • deux rainures oblongues à l’échelle 3/2 par rapport aux premières rainures. • Huit taraudages M8 placés symétriquement par rapport au centre. Ecrivez le programme CN pour l’usinage des rainures et des taraudages du plateau sachant que l’on dispose d’une MOCN trois axes et des outils suivants : • fraise à rainurer à coupe au centre diamètre 6 mm : T4 D4 Vc = 22 m/min
fz = 0.04 mm/tr
Z = 4 dents
• foret à centrer diamètre 5mm :
T9 D9 Vc = 22 m/min f = 0.08 mm/tr
• foret diamètre 6.75 mm :
T8 D8 Vc = 22 m/min f = 0.08 mm/tr
• taraud M8 :
T6 D6 Vc = 14 m/min pas = 1.25 mm
OP
%954 (PROGRAMME PRINCIPAL) (PLATEAU CYLINDRIQUE) N10 G90 G40 G80 G71 • • •
OP
%9541 (SOUS PROGRAMME 1) (USINAGE DE LA RAINURE ECH1) (OP AU CENTRE DE LA RAINURE) N10 G0 X0 Y0 Z10 N20 G45 X0 Y0 Z-5 ER3 EX20 EB5 P1.5 Q2 I0.5 J0.5 EP83 EQ259 EI52 EJ165 • • • V-74
Sujet N° 5
(Programmation paramétrée)
Soit à usiner trois variantes de pièces de la figure suivante (opération de finition sur une surépaisseur de 0.5 mm et centrage-perçage du trou). On donne les valeurs de la vitesse de coupe et la vitesse d’avance de l’outil. • Fraise 2T de diamètre 12 mm
: (T5D5)
Vc = 25 m/min
Va = 88 mm/min.
• Forêt à centrer de diamètre 5 mm : (T6D6)
Vc = 18 m/min
f = 0.1 mm/tr.
• Forêt de diamètre 10 mm
Vc = 22 m/min
f = 0.12 mm/tr.
: (T8 D8)
• Le point d’approche (Pt App) est à 4 mm du contour fini de la pièce. • Le point de dégagement (Pt Dég) est à 3 mm du contour fini de la pièce. Ecrire le programme pour réaliser le contour (outil à droite du profil) et le centrageperçage sur une fraiseuse à commande numérique (Num 760 F).
OP
Famille
L2
L3
L4
I
8
20
25
II
10
22
24
III
12
20
26
OP
V-75
Sujet N° 6
(Programmation paramétrée)
Soit à usiner la pièce de la figure suivante (finition d'une poche : forme creuse 1/4 de sphère sans le trou). a) Donner deux solutions possibles pour l'usinage et les prises de passes. Représenter les trajectoires associées. b) Ecrire le programme CN utilisant la programmation paramétrée pour réaliser cette pièce sur une fraiseuse à commande numérique (NUM 760F). • Les prises de passes doivent être parallèles à l'axe de l'outil avec un incrément de 0.5 mm. • Pour chaque passe l'usinage doit se faire suivant un demi cercle dans le plan normal à l'axe de l'outil. L'outil est une fraise torique de diamètre 8 mm. • Vc = 21 m/min et f = 0.07 mm/tour, • Les points d'approche et de dégagement sont à 3 mm de la pièce. • L'usinage doit se faire avec correction du rayon d'outil (G41)
V-76
Sujet N° 7
(Programmation paramétrée)
1)
X2 : On désire usiner en finition trois familles de poinçon parabolique d’équation Z = m a) Déterminer m en fonction des paramètres L1 et L2. b) Ecrire le programme CN pour réaliser la première famille. Données : • Outil à Charioter-Dresser (T1 D1) • La distance d’approche et de dégagement est de 4 mm. • Vc = 80 m/min ; f = 0.08 mm/tr Familles I II III
L1 100 120 180
L2 20 25 32
2) Le programme CN suivant permet d’usiner en finition un contour extérieur d’un poinçon sur une fraiseuse à commande numérique avec une fraise 2T de diamètre 63 mm. La distance d’approche et de dégagement est de 33 mm par rapport à la surface de la pièce. Représentez la trajectoire de l’outil (indiquez par une seul flèche les déplacements à vitesse programmée et par deux flèches les déplacements rapides). Quel est le mode de fraisage (avalant ou opposition) utilisé, justifiez votre réponse. Ecrivez un programme CN pour réaliser le poinçon avec un mode de fraisage opposée à celui du programme CN initial. %2003
N70 N80 L1 = 60 L2 = 40 L3 = 0 N90 L4 = 63 / 2 L5 = L4 + L1 L6 = 33 N100 N10 G90 G80 G40 G71 N110 N20 G0 G52 Z0 N120 N30 T3 D3 M6 (FRAISE 2T - DIAMETRE 63) N130 N40 G94 F90 N140 N50 G97 S830 N150 N60 G0 XL5 Y-L6 N160 (FINITION EXTERIEUR DU POINCON)
G0 Z-2 M3 M42 (POINT APPROCHE) G1 G42 XL1 Y0 M8 L3 = L3 + 1 L7 = L1*CL3 L8 = L2*SL3 G1 XL7 YL8 G79 L3 < 360 N90 G1 G40 XL5 YL6 M9 G0 G52 Z0 M5 M2 V-77
Sujet N° 8
(Programmation paramétrée)
Soit à usiner trois familles de pièces de la figure suivante. Ecrire les programmes CN capable de réaliser ces pièces. On donne les valeurs de la vitesse de coupe et d’avance pour : • Outil à retoucher (T1) et correcteur (D1) • Vc1 = 82 m/min f1 = 0.1 mm/tr.
Outil à charioter-dresser (T2) et correcteur (D2) Vc2 = 105 m/min f2 = 0.08 mm/tr.
• Outil à seigner (T3) et correcteur (D3) Vc3 = 23 m/min f3 = 0.05 mm/tr largeur de l’outil lo = 3 mm
Forêts (T8) et correcteurs (D8 - D18 - D28) Vc8 = 21 m/min f8 = 0.04 mm/tr
•
D8 → Ø 5mm D18 → Ø 7mm D28 → Ø 9mm
• Les points d’approche (Pt App) et de dégagement (Pt Dég) sont à 2 mm de la pièce. Famille
L0
L1
L2
L3
L4
L5
I
17
5
24
68
9
30
II
20
7
26
70
11
40
III
19
9
25
72
10
35
Les programmes principaux %10 (famille I), %20 (famille II), %30 (famille III) doivent contenir l’affectation des paramètres et les appels des sous programmes. Les sous programmes %1001 (perçage), %1002 (gorge), %1003 (poche) , %1004 (contour sans la poche) doivent contenir les calculs des paramètres locaux, les appels d’outils, les conditions technologiques et les usinages. N.B. : Sur la position n° 8 de la tourelle porte-outil on placera, le forêt Ø 5mm pour la première famille, le forêt Ø 7mm pour la deuxième famille et le forêt Ø 9mm pour la troisième famille. (95,22)
(57,16)
(50,36) (58,26)
V-78
Sujet N° 9
(Programmation paramétrée)
1) La figure suivante représente le dessin d’un moule dont l’empreinte a la forme d’un demi-tore (R , r). L’usinage de cette empreinte nécessite l’utilisation d’une fraiseuse à commande numérique et d’un outil hémisphérique. Les dimensions de ces trois familles sont données dans le tableau suivant : a) Représentez la trajectoire de l’outil pour l’usinage en finition de l’empreinte. b) Ecrivez le programme CN pour l’usinage en finition de l’une des trois familles du moule, commentez les calculs et les paramètres utilisés. ● l’usinage doit se faire sans correction du rayon d’outil (mode G40) Famille L1 = R L2 = r ● le point piloté de l’outil se trouve au centre du bout hémisphérique. ● l’incrément angulaire α = 5° (L0 = 5). ● les distances d’approche et de dégagement sont à 3 mm de la pièce. ● fraise de diamètre 14 mm , N = 550 tr/min et Va = 105 mm/min
Z
1
50
10
2
70
20
3
80
26
fraise hémisphérique Diam 14 mm
R
OP
X
r
2) Quelle est l'utilité des techniques de la Programmation paramétrée, Structurée ou Géométrique de Profil (PGP).
V-79
Sujet N° 10
(Programmation Géométrique de Profil)
1°)
Soit à usiner la pièce de la figure suivante (opération de finition sur une surépaisseur de 0.5 mm et perçage-lamage des deux trous). On donne les valeurs de la vitesse de coupe et la vitesse d’avance des outils. •
Fraise à surfacer-dresser de diamètre 80 mm : (T2D2) Vc = 90 m/min Va = 120 mm/min.
•
Fraise 2T de diamètre 45 mm :
(T3D3)
Vc = 28 m/min
Va = 73 mm/min.
•
Forêt de diamètre 6 mm :
(T7D7)
Vc = 18 m/min
f = 0.1 mm/tr.
•
Fraise à lamer de diamètre 12 mm : (T8 D8)
Vc = 20 m/min
f = 0.08 mm/tr.
•
Les points d’approche (Pt App) et de dégagement (Pt Dég) sont à 3 mm de la pièce.
Ecrire le programme pour réaliser les deux contours et le perçage-lamage des deux trous sur une fraiseuse à commande numérique (Num 760 F).
OP
OP
V-80
Sujet N° 11
(Programmation Géométrique de Profil)
Soit à usiner la pièce suivante (opération de finition du contour extérieur et de la rainure sur une surépaisseur de 0.5 mm). Ecrire le programme CN pour réaliser cette pièce sachant que : • l’outil utilisé pour le contour est une fraise de diamètre 20 mm et ayant 8 dents, T1D1 : Vc = 25 m/min et fz = 0.02 mm/tour.dent, • l’outil utilisé pour la rainure est une fraise de diamètre 16 mm et ayant 4 dents, T2D2 : Vc = 22 m/min et fz = 0.03 mm/tour.dent, • distance d’engagement et de dégagement de l’outil par rapport au profil fini est de 5 mm.
OP
OP
V-81
Sujet N° 12
(Programmation Géométrique de Profil)
1°) Ecrivez le programme CN pour usiner en finition le contour extérieur du Collecteur. • Fraise 2T ∅ 16 mm (T2 D2). • Conditions de coupe : Vc = 21 m/min ; f = 0.2 mm/tr. • Les points d’approche (P App) et de dégagement (P Dég) sont à 18 mm de la pièce.
2°) Quelle le rôle d'une BCL (32 Bit Binary CL Exchang Input Format for Numerically Controlled Machines) ? Quel est l'avantage d'une telle solution par rapport à une solution conventionnelle ?
V-82
VI. Références bibliographiques [R. Magnin 1991]
Mémotech – Commande Numérique – Programmation Edition Educalivre, 1991
[Y. Schoefs 1994]
Productique Mécanique – 1ère STI Edition Delagrave, 1994
[Y. Schoefs 1994]
Productique Mécanique – Terminale STI Edition Delagrave, 1994
[A. Cornand 1992]
Usinage et Commande Numérique – Tome I et II Les Editions Foucher
[R Cameron 1996]
Technologie et usinage à commande numérique Editions Saint-Martin, 1996
[J. P. Trotignon 1993] Productique – Organisation et Technologie des systemes de production. Edition Nathan, 1993 [M. Aublin 1994] Productique Mécanique - Premières Terminales Edition Dunod [T. Chang 1998]
Compuer Aided Manufacturing Prentice Hall, 1998
[J. Pusztai 1983]
Computer Numerical Control Reston Publishing Company, 1983
[P. Gonzalez 1993]
La Commande Numérique par Calculateur Edition Educalivre, 1993
[C. Marty 1993]
La Pratique de la Commande Numérique des Machines-Outils Technique et Documentation - Lavoisier, 1993
[Y. Gardon 1991]
La CFAO Introduction, Techniques et Mise en Oeuvre Hermès, 1991
[D. Bedworth 1991]
Computer Integrated Design and Manufacturing McGraw-Hill, 1991
[D. Kochan 1985]
IFIP : state of the art report CAM Development in Computer Integrated Manufactruring Springer-Verlag, 1985 Systems Approch to Computer-Integrated Design and Manufacturing John Wiley, 1996 The CAD Rating Guide OnWord Press, 1991
[S. NANUA 1996] [W. B. Holtz 1991] [C. MacMahon 1993]
CADCAM From Principles to Practice Addison-Wesley 1993
[U. Rembold 1993]
Computer Integrated Manufacturing and Engineering Addison Wesley, 1993 VI-83
