Brevet FR2112239A1 — publié le 19720616

invention se rapporte à un procédé pour enlever d'une pièce métallique une surépaisseur qu'on ne peut débiter en copeaux qu'en plusieurs passes, procédé appliqué à des opérations d'usinage exécutées sur des machines travaillant par enlèvement de copeaux, et à l'aide d'un dispositif d'asservissement adaptatif qui comprend une commande numérique et un circuit d1asser- vissement par soulagement de la charge qui, lorsque la charge excède une limite supérieure préalable réglée, détermine une diminution de la profondeur de coupe, l'opération exécutée comprenant des cycles de mouvements comportant des retours qui, après l'interruption ou l'achèvement d'une passe ramènent l'ou- til, dans le sens opposé au sens de l'avance, à une position de départ à partir de laquelle reprend l'opération d'enlèvement de la surépaisseur, On connait déjà des dispositifs d'asservissement adaptatifs appliqués à des machines-outils travaillant par enlèvement de copeaux, dans lesquelles les surcharges de l'entrainement qui se manifestent pendant la coupe exécutée à une vitesse d'avance constante, sont éliminées par réduction asservie de la profondeur de coupe, La passe s'interrompt si la charge devient ensuite inférieure à une limite minimale prédéterminée, ou bien elle se termine lorsque l'outil a atteint une position programmée, et le tranchant de ltoutil s'éloigne de la surface de coupe par un mouvement de recul.Ce mouvement est suivi d'un mouvement de retour qui s'effectue dans le sens opposé au sens de avance et par lequel l'outil est ramené à une position de départ0 La coordonnée de cette position de départ suivant l'axe des avances est une valeur fixe introduite préalablement dans le support d'information du dispositif de commande numérique qui fait partie du dispositif d'asservissement adaptatif et transférée ensuite dans la ccr::nande nvumérique. Dans les cycles de mouvement que l'outil doit parcourir pour enlever d'une pièce une surè1ais & #ir qui ne peut être éliminée qu'en plusieurs t7ssesi 1 coordonnée de ce point ae départ est atteinte de nouveau à la fin de chaque mouvement de retour. Cette coordonnée caractérise en règle générale la position relative entre l'outil et la pièce à laquelle le premier mouvement de pointage a été exécuté avant le début de la première passe. Ce procédé présente un inoonvénient dans le fait qu'à partir du deuxième cycle, l'outil doit repasser sur des surfaces qui ont déjà été usinées. Il en résulte une perte de temps inutile et, en outre, la pointe du tranchant de l'outil est exposée dans ce mouvement à une usure qui réduit sa durée, sans fournir cependant aucun travail d'enlèvement de copeaux. Par ailleurs, la surface déjà travaillée de la pièce est rayée par le passage répété du tranchant de l'outil. L'origine des inconvénients mentionnés ciiaessus réside dans le fait que le point de départ de tous les cycles de mouvement utile conserve la même coordonnée suivant l'axe des avances. Tous les mouvements de retour se terminent à cette coordonnée. L'invention vise à éliminer les temps perdus compris dans les cycles de mouvement de l'enlèvement d'une surépaisseur d'une pièce en plusieurs passes. Par ailleurs, l'invention vise à éliminer l'usure produite sur les tranchants d'outils par frottement sur des surfaces déjà usinées, et à allonger par ce moyen la durée utile de l'outil. Finalement, l'invention vise à éliminer la rayure des surfaces déjà usinées par le passage répété de l'outil. L'invention a pour objet un procédé pour enlever d'une pièce métallique une surépaisseur qu'on ne peut débiter en copeaux qu'en plusieurs passes, procédé appliqué à des opérations de'usinage exécutées sur des machines travaillant par enlèvement de copeaux, et à l'aide d'un dispositif d'asservissement adaptatif qui comprend une commande numérique et un circuit d'asservissement par soulagement de la charge, procédé dans lequel le point de départ d'un cycle composé de phases qui font partie d'une même passe est fonction de la trajectoire de la passe exécutée dans le cycle précédent. Suivant l'invention, le problème posé est résolu par un procédé comprenant les phases suivantes qui se déroulent successivement et par cycles répétitifs a) Enlèvement de toute l'épaisseur de la surépaisseur pendant un premier mouvement élémentaire de coupe, qui se déroule dans le sens de l'avance et qui s'interrompt lorsque la charge devient supérieure à une limite de charge maximale prédéterminée, l'interruption marquant un point de départ dont la coordonnée dans la direction des avances est enregistrée b) Enlèvement d'une partie de l'épaisseur de la surépaisseur de la pièce pendant un nouveau mouvement élémentaire de coupe, lequel se produit suivant une traåectoire qui évite que la charge n'excède la limite de charge maximale prédéterminée, et se termine lorsque l'outil atteint un profil limite prédéterminé, ou bien lorsque la charge devient inférieure à une limite de charge minimale prédéterminée. c) Eloignement de la pointe du tranchant de l'outil de la surface de coupe par un mouvement de recul. d) Retour arrière de la pointe du tranchant de l'outil, par un mouvement de retour exécuté dans le sens opposé au sens de l'avance, Jusqu'à la coordonnée qui a été enregistrée au moment de l'interruption du premier mouvement élémentaire de coupe. e) Rapprochement de la pointe du tranchant de l'outil par rapport à la surface de coupe, par un mouvement de pointage qui se produit perpendiculairement au mouvement de retour et se termine lorsque l'outil atteint le point de départ qui se trouve sur le profil de la pièce finie. Dans le cas d'une commande numérique paraxiale des distances et suivant une autre caractéristique de l'invention, on introduit, pendant le mouvement de retour arrière, à la place de la coordonnée de consigne relative, la valeur de la distance qui sépare ledit point de départ de l'origine des coordonnées rapportées à la pièce Cette caractéristique supprime des calculs supplémentaires qui allongeraient les opérations exécutées dans la commande numérique de sorte qu'on peut obtenir les résultats voulus avec le minimum de circuits supplémentaires dans ce dispositif de commande. La description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, donnés surtout à titre d'exemple, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée, Sur les dessins ci-annexés - la figure 1 est un schéma de principe des mouvements exécutés sur une pièce par un outil dans le cas de l'utilisation d'une commande numérique paraxiale des distances incorporée dans un dispositif d'asservissement adaptatif appliqué à un tour - la figure 2 représente les paramètres intervenant dans le calcul du mouvement de retour dans le cas de l'utilisation d'une commande numérique paraxiale des distances incorporée dans un dispositif d'asservissement adaptatif appliqué à un tour - la figure 3 est un schéma de principe représentant les mouvements exécutés sur une pièce dans le cas de l'utilisation d'une commande numérique par contournage incorporée dans un dispositif d'asservissement adaptatif appliqué à un tour Dans le premier exemple de réalisation (figure 1), la pointe du tranchant de l'outil se trouve, au début des phases du cycle, à un point de départ A qui a été enregistré préalablement sur le support d'information du dispositif de commande nusérique, et qui a été transféré à ce dispositif. Le problème à résoudre consiste à usiner le segment 6 d'une pièce par enlèvement d'une surépaisseur 5 dont le volume est délimité par le profil 2 de cette surépaisseur, la limite du segment 6 de la pièce définie, perpendiculairement à la direction d'avance, par le profil 3 de la pièce finie ou profil fini, et la limite dans la direction de l'avance étant définie par un profil 4.La pointe du tranchant de l'outil atteint un premier point PO programmé dans l'instruction de pointage du programme, par exécution d'un mouvement préparatoire de pointage 10.0. Un mouvement d'avance préparatoire ou approche 10.1, déclenche par une instruction du programme de coupe , dans laquelle le point final P est programmé, fait suite au mouvement de pointage préparatoire 10.0, et atteint la piè#e au deuxième point B.La coordonnée du premier point PO, sur l'axe perpendiculaire à la direction d'avance, possède une valeur telle que le mouvement d'avance préparatoire 10.1 se transforme au dey dème point B, sans modi ric tion de la direction d'avance, en un premier mouvement élé mentaire de coupe 11.1, qui produit une partie du profil 3 de la pièce finie.Le long du premier mouvement élémentaire de coupe 11.1, la surépaisseur 5 de la pièce grossît et provoque une élévation de la charge de ltentrainementç Dès que cette charge devient supérieure à une valeur prédéterminée, le premier mouvement élémentaire de coupe 11Q1 se transforme en un deu- xième mouvement élémentaire de coupe 11.2 dont la trajectoire se caractérise par un mouvement d'éloignement de la pointe du tranchant par rapport au profil fini 3 et par une diminution de la profondeur de coupe qui se poursuit constamment ensuite.Dans ce mouvement, l'asservissement par soulagement de la charge imprime à la pointe du tranchant une trajectoire qui est déterminée par la valeur limite prédéterminée de la charge de l'entraînenent et qui peut donc être considérée en approximation grossière, comme parallèle au profil 2 de la surépaisseur. di la surépaisseur 5 de la pièce décroît ensuite et si la charge redevient inférieure à la limite préalablement réglée, le deuxième mouvement élémentaire de coupe 11.2 se transforme en un troisième mouvement élémentaire de coupe 11.3 qui se produit dans la dilection de 11 avance. Au cours d'une même passe, la pointe du tranchant de l'outil ne se rapproche pas du profil fini 3 lorsqu'elle a atteint un écartement maximum par rapport à ce profil. Dès que la surépaisseur 5 de la pièce se réduit au point que la charge de l'entraînement devient inférieure à une valeur limite inférieure également prédéterminée, la passe est interrompue, La pointe du tranchant s'écarte ensuite de la surface de coupe en sui vant un mouvement ae Irecul 11.5.Ce mouvement de recul se termine, par exemple après écoulement d'un temps prédéterminé, sans intervention d'une coordonnée programmée. Le mouvement de recul 11.5 est suivi d'un mouvement de retour 11.6, qui se produit dans le sens opposé au sens de l'avance. Ce mouvement de recul 11.6 ne se poursuit que Jusqu'à la cordonnée suivant l'axe des avances à laquelle le premier mouvement élémentaire de coupe 11.1 s'est transformé en le deuxième mouvement élémentaire de coupe 11.2.Cette coordonnée a été préalablement repérée par le dispositif d'asservissement à la charge et transférée dans le dispositif de commande numé rique. Le retour ne se prolonge pas au-delà de ce point, c'est-à-dire qu'il ne se prolonge pas, par exemple Jusqu'à la coordonnée du mouvement de pointage préparatoire 10.0. Le mouvement de retour 11.6 est suivi d'un mouvement de pointage 1.7 qui se produit parallèlement au mouvement de pointage préparatoire 10.0. Ce mouvement termine le premier cycle de mouvements, composé du deuxième mouvement élémentaire de coupe 11.2, du troisième mouvement élémentaire de coupe 11.3, du mouvement de recul 11.5, du mouvement de retour 11.6 et du mouvement de pointage 11.7, le premier mouvement élémentaire de coupe 11.1 n'étant pas compté dans ce cycle. Ce cycle est suivi à nouveau d'un premier mouvement élémen- taire de coupe 1201, qui s'effectue le long du profil fini 3, et qui se transforme en un deuxième mouvement élémentaire de coupe 12.2, dès que la surépaisseur 65 laissée par le premier cycle provoque une nouvelle fois un dépassement d'une limite de charge maximale prédéterminée. À la différence du premier cycle de mouvement, le deuxième cycle de mouvement comporte le cas où le troisième mouvement élémentaire de coupe 12.3 se transforme en un quatrième mouvement élémentaire de coupe 12.4 en raison de la nouvelle croissance de la surépaisseur 5 et où, en outre, ce quatrième mouvement élémentaire de coupe 12.4 se termine en raison du fait que l'outil a atteint la coordonnée du profil limite 4 suivant l'axe des avances.C'est le long de ce profil limite 4 que se produit le nouveau mouvement de recul 12.5 qui fait partie du deuxième cycle de mouvements, et qui est suivi d'un autre mouvement de retour 12.6 et d'un autre mouvement de mpointage 12.7. Le mouvement de retour 12.6 se termine à la coordonnée, considérée suivant l'axe des avances, à laquelle il s'est produit pour la première fois une diminution de la profondeur de coupe lors de la passe précédente. Les autres mouvements se suivent dans la succession suivante qu'il est facile de reconnaître sur la figure 1, 13.1 13.2 - 13.5 - 13.6 - 13.7 - 14.1 - 14.2 - 14.5 - 14.6 - 15.1 15.2 - 15.5 - 15.6 - 15.7 - 1601 Les premiers pouvements élémentaires de coupe 11.1, 12.1, 13.1, 14.1, 15.1 et 16.1 produisent le profil fini 3 qui s'étend du deuxième point B au point final P. C1 est en ce point final P que le profil fini 3 rejoint le profil de limite 4 de sorte que, lorsqu'on a atteint ce point, l'opération d'usinage est terminée. La figure 2 porte les paramètres intervenant dans le calcul du mouvement de retour et qui sont respectivement rapportés à la machine et à la pièce. L'enlèvement de la surépais seur 7 de la pièce se produit, pour le segment 5 d'une pièce tournée, à l'intérieur d'un système de coordonnées0 L'axe , c'est-à-dire l'axe des avances, coupe l'axe x, perpendiculaire au premier, au point origine machine et il coupe l'axe ' parallèle à l'axe X au point origine pièce. Considéré dans le sens des avances, le point origine machine et le point origine pièce coïncident de sorte que l'axe ' coïncide avec l'axe Z, Les axes A et #' sont écartés l'un de l'autre d'une distan- ce fixe FZ.La valeur de consigne relative SZ définit, sur l'axe X, la distance séparant le profil limite 4 de l'axe Z'. Le premier cycle de mouvements peut être décrit plus simplement par les points Pi - P2 - P3 - P1, le deuxième cycle par les points P4 - P5 - P6 - P4. En chacun des points PI et P4 la charge devient supérieure à une valeur 1 mite trédéter'ri née et la profondeur de coupe commence à diminuer. La distance séparant le point P1 du profil limite 4, sur lequel se trouvent les points P, P5 et P2, est définie par une différence dZ I La distance séparant le point P1 de l'axe X' est définie par la cote DZ 1. Les autres observations seront limitées au premier cycle de mouvement. L'exposé est valable dans son adaptation aux autres cycles. Pour l'exemple représenté, la coordonnée du point PI suivant l'axe des avances est introduite dans le processus du calcul de la position exécuté dans le dispositif de commande nume- rique des distances, de telle manière que e mouvement de tour qui commence au point P2 se termine au point P3 dont la coordonnée suivant l'axe des avances est identique à celle du point PI. Les valeurs réelles et les valeurs de consigne qui sont des valeurs absolues lorsqu'elles sont rapportées au système de coordonnées XZ deviennent des valeurs de consigne relatives lorsqu'elles sont rapportées au système de coordonnées X' '. bi, pour simplifier, on laisse de côté la considération d'un coefficient correcteur ainsi que d'un paramètre d'arrêt préalable, la position du tranchant de l'outil par rapport au profil limite 4 est définie, dans un procédé de mesure en valeurs absolues, par la différence entre la valeur de consigne absolue et la valeur réelle absolue. Pour le point P1, la valeur réelle absolue prend la valeur JZ 1.La valeur de consigne absolue dans le sens des avances se compose additivement de la valeur fixe FZ et de la valeur de consigne relative SZ, Le calcul de la valeur de consigne absolue ne nécessite donc qu'une seule phase de calcul Etant donné que l'opération remplit la condition consistant dans une diminution de la profondeur de coupe au point P 1 et que, de ce fait, il devra se produire un mouvement de retour le mécanisme des avances est mis en marche pour le mouvement de retour au moment où l'outil atteint le point P 2. En même temps il a été nécessaire de déclencher la commande numérique, d'exécuter une phase de calcul supplémentaire au cours du mouvement de retour et de calculer dans cette phase de calcul la différence dZ i.On évite ces calculs en enregistrant la différence entre la valeur fixe FZ et la valeur réelle absolue IZ i qui est obtenue pendant la phase de coupe au point P 1. Cette différence DZ i qui est ainsi enregistrée présente, par rapport à la valeur de la côte de consigne relative programmée SZ, une erreur égale à la différence dZ 1. Cette erreur est facile à compenser, par exemple, en bloquant le calcul de la valeur de consigne relative SZ. La différence erronée, dont la valeur compense la distance DZ 1 qui sépare la coordonnée du point de départ de la coordonnée du point origine pièce, est introduite avec le signe moins pendant le mouvement de retour, à la place de la valeur de consigne relative SZ qui est utilisée pour le calcul. Ceci supprime une phase de calcul supplémentaire dans le dispositif de commande numérique.Les dispositifs de commande numérique de conception antérieure, qui comportent un nombre fixe de phases de calcul à exécuter intérieurement peuvent donc facilement être réunis à un circuit d'asservissemet à la charge pour former un dispositif de régulation adaptatif. Dans un deuxième exemple de mise en oeuvre, dans lequel 11 opération comporte l'utilisation d'une commande numérique par contournage (figure 3), l'outil i décrit le mouvement de pointage 10.0, le mouvement d'approche ou avance préparatoire 10.1, à partir du point de départ A en passant par le premier point PO, jusqu'au deuxième point B, de la meme façon qu'au premier exemple d'exécution. Le mouvement d'approche 10.1 est déclenché après la lecture d'une première instruction du programme de passe dans laquelle est fixé un troisième point C. La coordonnée du troisième point C dans la direction perpendiculaire à l'avance est identique à la coordonnée du premier point PO et à celle du deuxième mpoint B. Le profil finin 3 est rectiligne entre le deuxième point B et le troisième point C. Au contraire, entre ce troisième point C et le point final P, le profil 3 de la pièce finie présente une allure en arc de cercle qui est définie par un centre de courbure D. Ce centre D est contenu, avec le point final P, dans une deuxième instruction du programme d'opération. Après achèvement du mouvement d'approche 10.1, il se produit dans l'ordre les mouvements élémentaires suivants :21.1 - 21.2 - 21.3 - 21.5 - 21.6 - 21.7 22.1 - 22.2 - 22.3 - 22.4- 22.5 - 22.6 - 22.7 - 23.1 - 23.2 23.5 - 23.6 - 23.7 - 24.1.Les mouvements du premier cycle se produisent sans aucune différence par rapport au mode de travail décrit dans le premier exemple d'exécution. Ire troisième mouvement élémentaire de coupe 22.3, qui fait partie du deuxième cycle de mouvements, se transforme, au moment où l'outil atteint le troisième point C programmé dans la première instruction du programme d'opération, en un mouvement élémentaire incurvé en arc de cercle, parallèle au profil 3 de la pièce finie. Cette transformation est déclenchée par la lecture de la deuxième instruction du programme d'opération qui est déclenchée à ce point. Au moment où la charge devient supérieure à une limite supérieure de charge prédéterminée, le troisième mouvement élémentaire de coupe 22.3 se transforme en un quatrième mouvement élémentaire de coupe 22.4 qui est orienté à peu près parallèlement au profil 2 de#la surépaisseur. Au cours de chaque passe, lorsque la pointe de l'outil a atteint un écartement maximum par rapport au profil 3 de la pièce finie, cet ésartement ne diminue plus. Dès que la charge est devenue inférieure à une limite minimale prédéterminée, il se produit un mouvement de recul 22.5, dans le sens normal à la trajectoire. Après achèvement du mouvement de recul 22.5, dont la limite est définie par les mêmes conditions que celles qui ont été indiquées à propos du premier exemple d'exécution, il se produit, en partant de l'instruction du programme atteinte, une lecture des ins tructions du programme qui ont déjà été exécutées dans l'ordre de succession du retour. Ceci a pour effet de ramener le tranchant de l'outil le long d'une trajectoire parallèle au profil fini 3. Ce mouvement de retour 22.6 se termine à la coordonnée, mesurée parallèlement aux avances, à laquelle il se produit pour la première fois, au cours de la passe précédente et en raison de la surcharge, une diminution de la profondeur de coupe, et un éloignement du tranchant de ltoutil par rapport au profil 3. Ire mouvement de retour 22.6 est suivi d'un mouvement de pointage 22.7 qui termine le deuxième cycle de mouvements. Une autre partie du profil 3 de la pièce finie est produite au cours du premier mouvement élémentaire de coupe 23.1, suivant, qui répète le premier. Ce mouvement élémentaire comprend une partie rectiligne et également une partie en arc de cercle. Le passage d'une partie à l'autre se produit au point C et il est déclenché par la lecture d'une nouvelle instruction du programme.Lorsque la charge devient supérieure à la limite maximale prédéterminée, le premier mouvement partiel de coupe 23.1 se transforme en un deuxième mouvement élémentaire de coupe 23.2 Lorsque l'outil atteint le profil limite 4, qui est défini par le point final P, et qui est constitué, dans le cas considéré, par une ligne imaginaire, l'opération de coupe est interrompue. Il se produit un mouvement de recul 23.5 qui est suivi d'un mouvement de retour 23.6. Ce dernier mouvement se termine lorsque l'outil atteint la normale S à la trajectoire, à laquelle appartiennent les coordonnées dans le sens de l'avance qui ont été repérées par le dispositif d'asservissement à la charge à la fin du premier mouvement élémentaire 23.1, et qui ont été enregistrées dans le dispositif de commande numérique. Le mouvement suivant, qui est le mouvement de pointage 23.7 s'effectue suivant la normale N à la trajectoire et termine le troisième cycle de mouvement. Ire premier mouvement élémentaire de coupe 24.1 suivant atteint le point final P du profil fini 3. Ceci termine l'opération. Les mouvements qui ont été décrits ci-dessus pour seulement deux segments de trajectoire, ainsi que les principes valables pour ces mouvements sont naturellement applicables à des trajectoires qui comportent n'importe quel nombre de segments. R E V 3 N D I C A 2 I Q g S i.- Procédé pour enlever ('une pièce métallique une szze- paisseur qu'on ne eut débiter en copea ] qu'#n plusieurs pssses, procédé appliqué à des opérations d'usinage exécutées sur des machines travaillant par enlèvement de copeaux, et à l'aide d'un dispositif d'asservissement adaptatif qui comprend une commande numérique et un circuit d'asservIssement par soulage- ment de la charge, procédé caractérisé par les phases suivantes, qui se déroulent successivement et par cycles répétitifs a) Enlèvement de toute ltépaisseur de la surépaisseur -()en- dant un premier mouvement élémentaire de coupe qui se déroule dans le sens de l'avance, et qui s'interrompt lorsque la charge devient supérieure à urate limite de charge maximale prédéterminée, l'interruption marquant un point de départ dont la coordonnée dans la direction des avances est enregistrée b) enlèvement d'une partie de 1'éraisseur de la surépaisseur de la pièce pendant un nouveau mouvement élémentaire de coupe, lequel se produit suivant une trajectoire qui évite que la charge n' excède la limite de charge maximale prédéterinee et se termine lorsque 1'outil atteint un profil limite prédéterminé, ou bien lorsque la cliarge devient inférieure à une limite de charge minimale prédéterminée c) éloignement de la pointe du tranchant de l'outil de la surface de coupe, par un mouvement de recul d) retour arrière de la pointe du tranchant de l'outil, par un mouvement de retour exécuté dans le sens opposé au sens de avance, jusqu'à la coordonnée quiqui a été enregistrée au moment de l'interruption du premier mouvement élémentaire de coupe e) rapprochement de la pointe du tranchant de l'outil par rapport à la surface de coupe, par un mouvement de pointage qui se produit perpendiculairement au mouvement de retour et se termine lorsque l'outil atteint le point de départ qui se trouve sur le profil de la pièce finie. 2.- Procédé suivent la revendication i, appliqué au cas où la commande numérique du dispositi d'asservissement adaptatif est constituée par un dispositif de commande para--iale équipé d'un calculateur interne qui calcule les coordonnées des positions, entre autres les coordonnées de consigne relatives, et caractérisé en ce que, pendant le mouvement de retour arrière, on introduit, à la place de la coordonnée de consigne relative, la valeur de la distance qui sépare ledit point de départ de l'orIgine des coordonnées rapportées à la pièce.