Brevet FR2238181A1 — publié le 19750214

La présente invention est relative aux machines-outils à commande numérique et plus particulièrement à un procédé et à un appareil permettant de programmer et d'exécuter avec une efficacité améliorée l'extraction d'un volume déterminé de matière à partir d'une pièce tournant sur un tour. Les installations à commande numérique pour machines-outils sophistiquées telles que tours, rectifieuses, fraiseuses, comprennent un lecteur de programme et un dispositif électromécanique pour guider un outil en réponse aux commandes reçues du lecteur Le milieu d'emmagasinage classique pour une installation à commande numérique est constitué par une bande flexible contenant un enregistrement codé de déplacements de l'outil et d'autres fonctions de la machine qui sont nécessaires pour produire une pièce terminée de dimensions et de forme déterminées.Le dispositif de restitution comprend donc un lecteur de bande pour convertir l'enregistrement codé en une forme que puisse lire la machine-outil I1 est habituel qu'une bande contienne une séquence de caractères d'informations, disposés en blocs qui définissent chaque fonction de la machine et chaque trajectoire de I'outilqui est nécessitée pour produire la pièce désirée. Une personne compétente en matière de commande numérique ainsi qu'en matière de programmation est par conséquent appelée à préparer la bande programme en définissant chaque déplacement des coulisses d'un outil et à préparer une bande programme excessivement longue portant de nombreux blocs de données C'est souvent une tâche fastidieuse, qui prend beaucoup de temps et mène à une bande programme d'une longueur extraordinaire. La présente invention révèle un procédé suivant lequel le fonctionnement répétitif d'une machine tel que l'extraction de matière suivant un volume de forme donnée à partir d'un ouvrage en rotation est exécuté de façon appropriée avec un minimum de temps et d'effort passés à la préparation de la bande programme. D'une manière générale, le procédé comporte l'exercice d'un contrôle primaire du déplacement d'un outil par rapport à un ouvrage tournant au moyen de données lues à partir d'un milieu d'enregistrement actif tel qutune bande et d'un contrôle secondaire du déplacement de l'outil pendant une série d'étapes répétitives au moyen d'instruetions appelées à partir d'une mémoire de masse à l'aide d'une commande d'appel relativement simple sur la bande. Dans le mode de réalisation décrit, l'appareil est du type dans lequel l'outil peut être déplacé par rapport à Ouvrage suivant au moins deux axes. L'invention concerne un procédé de coupe dans lequel le volume de matière qu'il s'agit d'arracher est défini par un paramètre s'étendant entre un premier point sur une première surface de l'ouvrage et un se-cond point sur une seconde surface de ltouvrage-, ce premier et ce second points étant interconnectés par au moins un point intermédiaire situé beaucoup plus profondément à l'intérieur de l'ouvrage que le premier point ou le second. tes instructions extraites de la mémoire de masse provoquent ltexécution d'étapes cycliques amenant l'outil à se déplacer suivant des boucles fermées de longueur décroissant de manière incrémentielle entre le premier point et le second tout en avançant simultanément de manière incrémentielle l'outil vers le point intermédiaire en un point quelconque prédéterminé de chaque boucle successive de la trajectoire de l'outil, les coordonnées du point intermédiaire étant définies dans le milieu d'emmagasinage actif. Ce processus est répété jusqu'à ce que l'outil atteigne le point intermédiaire. A cet instant, l'usinage peut être complété et terminé par une passe continue et totale de l'outil tout au long de la trajectoire périphérique après quoi le contrôle du déplacement de l'outil est complètement restitué au milieu actif. Dans le mode de réalisation décrit, le volume de matière qui est retiré à une section triangulaire et met en oeuvre la programmation de trajectoires'en boucle successives de l'outil, chaque boucle comprenant quatre composantes de déplacement successives déduites chacune de la précédente par un angle droit et comportant une trajectoire linéaire suivant un axe, une trajectoire de dégagement le long d'un autre axe, une trajectoire de retour le long du premier axe et une passe de coupe en profondeur le long du-second axe, les trajectoires de coupe linéaire et de retour étant réduites de manière incrémentielle, la trajectoire de dégagement ayant une longueur constante et la trajectoire de coupe en profondeur étant soit de longueur constante, soit de longueur décroissant de manière incrémentielle suivant les indications relatives à l'usure de l'outil et à la pression exercée sur lui. Grâce à la présente invention le programmeur n'a plus le souci de programmer complètement la séquence répétitive des trajectoires de déplacement de l'outil qui sont réellement nécessaires pour mener à bien une opération d'extraction de matière. Au lieu de cela, le programmeur peut être amené à avoir à spécifier seulement certaines données, telles que par exemple le périmètre du volume dans lequel la matière doit être extraite, tandis que la programmation interne secondaire de l'instalLationXde commande numérique fournit toutes les informations qui sont nécessaires pour amener l'outil a se déplacer suivant la séquence répétitive de ses trdjec- toires de déplacement. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre. A cet effet on se reportera aux dessins joints dans lesquels - la figure'1 illustre un schéma-bloc d'une installation de commande numérique possédant une mémoire de masse interne et capable de mettre en oeuvre la méthode de la présente invention - la figure 2 est une représentation en section transversale partiel le d'un ouvrage illustrant la séquence des trajectoires de dépla cements de l'outil qui est nécessaire pour extraire un volume de forme déterminée - la figure 3 représente schématiquement un segment d'une bande d'emmagasinage d 'un programme partiel illustrant le format des données qui sont requises pour exécuter un programme en accord avec la réalisation'de l'invention ; et, - la figure 4 est une représentation schématique d'un autre ouvrage illustrant une autre application de la présente invention à l'extraction de la matière d'une face d'un ouvrage. En se reportant à la figure 1, on voit un schéma-bloc d'une installation de commande numérique dans laquelle la commande primaire sur une machine-outil 30 est exercée au moyen d'un milieu d'emmagasinage actif représenté sous la forme d'une bande perforée 12 en 'tMEIAR". Une commande secondaire est exercée à partir d'un programme emmagasiné dans une mémoire de masse 18 sur appel par des données emmagasinées sous une forme codée particulière dans la bande 12. t' installation de commande numérique comprend un lecteur de bande 10 à huit voies pour convertir les caractères de la bande 12 en signaux électriques d'une manière classique, excepté lorsqu'il est inhibé par un signal en provenance du calculateur 16. Le lecteur de bande 10 est relié au moyen d'un conducteur de sortie à un calculateur universel programmable 16 ayant une mémoire de masse 18 à accès aléatoire dans laquelle certaines instructions peuvent être emmagasinées sous une forme organisée et restituées lorsqu'un signal lu sur la bande 12 l'exige. L'installation de commande numé riquey compris le calculateur 16, fonctionne sous le contrôle d'une console 20 comportant de nombreux dispositifs d'entrée tels que commutateurs, boutons-poussoirs, et reliée au calculateur 16 au moyen d'un conducteur d'entrée 22. Le calculateur 16 est aussi relié en sortie-à la console de contrôle 20 à des fins d'affichage et aux interpolateurs d'axes 26 au moyen d'un conducteur 24.Les interpolateurs qui de préférence sont des analyseurs numériques différentiels (D.D.A.) reçoivent des données de commande d'accès et des impulsions de commande de position de sortie pour des servo-mécanismes d'axes 28 qui sont reliés à l'outil de la machine 30 de façon classique. Une boucle de réaction en position 32 est prévue entre l'outil de la machine 30 et les commandes 28'des servo-mécanismes pour engendrer un signal d'erreur qui en fait commande le déplacement de l'outil comme il est bien connu du technicien. L'installation de commande numérique comporte encore un circuit due priorité 36 ayant une voie 34 de sortie pour un signal d'interruption reliée au calculateur 16 pour aviser ce dernier d'une condition "d'écoulement de données", c'est-à-dire le besoin exprimé par l'un ou plusieurs des dispositifs contrôlés par le calculateur 16, de recevoir un bloc de données supplémentaire en provenance de la bande 12. te calculateur fonctionne normalement dans un mode de transfert de données de base, gérant le temps de transfert des données primaires du programme actif sur la bande 12 à une cadence qui est déterminée par l'aptitude des dispositifs recevant ces données à exécuter les différentes fonctions correspondantes.Un dispositif tel que représenté à la figure 1 peut être fourni par la division "Industrial Controls" de la firme américaine The Bendix Corporation et est désigné par la marque déposée "System 4". te dispositif de la figure 1 peut fonctionner pour réaliser des déplacements d'outils classiques et des fonctions de machine en suivant les commandes lues sur la bande 12 bloc après bloc, mais aussi pour exécuter des opérations spéciales telles que celles concernées par l'extraction de matière dans un volume de forme déterminée sur un ouvrage en rotation, an programmant une quantité minimum d'informations sur la bande 12, de manière à susciter de la part de la mémoire 18 un programme qui réponde aux données de la bande pour permettre l'exécution de la fonction répétitive d'extraction de matière, après quoi la commande est restituée à la bande 12 pour exécution ultérieure de fonctions normalement programmées et à caractère non répétitif. La figure 2 représente un ouvrage 38 ayant une ligne centrale 40 qui est son axe de rotation. La figure 2 suppose que la machine-outil 30 est un tour à commande numérique, l'ouvrage 38 étant disposé pour tourner autour de son axe central 40 à des vitesses variables suivant l'information de vitesse dérivée de la bande 12. L'ouvrage 38 est usiné par l'outil 30 d'après les instructions de la bande 12 de façon à présenter une première surface 42 de configuration cylindrique ayant un diamètre constant suivant l'axe des X. Cette surface 42 s'arrête en un point de coordonnées XOZo dans un système d'axes X-Z, point qui représente la position finale d'un outil utilisé pour réaliser la surface 42. te point de coordonnées V X0Z0 marque aussi le début d'une trajectoire périmétrique ayant des côtés 44 et 46 qui délimitent le volume à l'intérieur duquel la matière doit être arrachée de l'ouvrage 38. Ce volume a une section triangulaire et se termine en un point X2Z2 qui marque le début d'une seconde surface 48 de rayon constant et qui est réalisée de façon classique.Entre les points XOZo et X2Z2 on trouve un point intermédiaire X1Z1 profondément enfoncé dans l'ouvrage 98 par rapport aux points extrômes X0Zo et X2Z2 sur la trajectoire périmétrique comprenant les segments 44 et 46. La figure 2 illustre certaines dimensions qui définissent le volume de matière arrachée et qui sont utiles pour préciser le caractère mathématique de l'invention. Ces dimensions sont - a1 qui représente selon l'axe des X la distance entre X0 et X1 - a2 qui représente selon l'axe des X la distance entre X1 et X2 - b1 qui représente selon l'axe des Z la distance entre X0 et X1 - b2 qui représente selon l'axe des Z la distance entre X1 et X2. La trajectoire de l'outil qui est utilisée pour arracher la matière du volume défini à l'intérieur de l'ouvrage 38 entre les surfaces 42 et 48 consiste à déplacer l'outil de coupe suivant une séquence de boucles fermées de longueur décroissant de manière incrémentielle entre les points XOZo et X2Z2 tout en avançant l'outil simultanément de manière incrémentielle en direction du point intermédiaire X1Z1. tes boucles sont dimensionnées de telle façon que le début et la fin d'au moins un de leurs segments soient situés respectivement sur les segments du périmètre 44 et 46. Finalement, la réalisation du volume de matière arrachée est complétée par une passe finale qui comprend une trajectoire linéaire tout au long du périmètre de XOZo à X2Z2 en passant par le point intermédiaire xl Zî. Plus -particulièrement, l'outil est amené à se déplacer sous la commande de la bande 12 le long de l'ouvrage parallèlement à l'axe des Z pour former la surface 42. Atteignant le point XOZ l'outil passe sous la commande d'un programme emmagasiné dans la mémoire 18 qui déclenche la séquence des boucles fermées. ta première boucle comprend une passe à la profondeur zéro de longueur b1+b2 à la coordonnée XQ. Ceci est suivi d'un parcours de dégagement parallèle à l'axe des X d'une longueur déterminée sensiblement inférieure à la longueur de la passe de profondeur initiale. te parcours de dégagement est suivi d'un parcours de retour à vitesse élevée, ce parcours se terminant peu avant la coordonnée Z0 d'un accroissement prédéterminé. te parcours de retour est suivi d'une passe en profondeur qui est égale à la somme de la longueur du parcours de dégagement plus un accroissement prédéterminé -suivant l'axe des X, cet accroissement étant soit de dimension fixe sur l'ensemble des'boucles de la séquence soit variant d'un facteur mathématique prédéterminé qui réduit la profondeur de la passe au fur et à mesure que l'outil progresse en direction du point intermédiaire X1Z1. En toute hypothèse, la passe en profondeur suivant l'axe des X se termine toujours sur le segment de périmètre 44. La passe en profondeur suivante s'exécute suivant l'axe des Z et s'arrête sur le segment de périmètre 46.La séquence cyclique se poursuit jusqu'à ce que l'outil atteigne le point X1Z1, après quoi l'outil est amené à se déplacer linéairement suivant la longueur totale du périmètre 44, 46 pour en aplanir la surface et arracher la matière restante résultant de l'opération de coupe exécutée par boucles à avance incrémentielle. Lorsque le point X2Z2 est atteint, la commande de déplacement de l'outil repasse à la bande programme 12. tes passes en profondeur suivant l'axe des Z sont de préférence exécutées dans un mode IPR (centimètres par tour) dans lequel la vitesse de déplacement de l'outil est faible et est une fonction de la vitesse de rotation de l'ouvrage autour de l'axe 40. En complément, les courses de dégagement et de retour s'effectuent à la vitesse de déplacement maximum de, par exemple, 180 tours par minute. En se reportant à la figure 3, l'appel à un programme emmagasiné dans une source secondaire et son exécution sont mis en oeuvre en réponse à 1 '-information contenue simplement dans deux blocs de données 52 et 54 de la bande 12. Celle-ci comprend un bloc 50 contenant : un nombre Ng ; les coordonnées IOZo du point final de la surface 42 ; la valeur F de la vitesse de déplacement de l'outil le long de la surface 42 et un code de fin de bloc 203. te bloc 52 contient : un nombre Nj ; un code G28 d'appel d'une sous-routine d'arrachement de matière ; les coordonnées X1Z1 du point intermédiaire ; la profondeur I selon l'axe des X de chaque coupe dans l'ouvrage ; la profondeur K, si de besoin, selon l'axe des Z de chaque coupe; la valeur F de la vitesse de déplacement typiquement en mode IPR et un code de fin de bloc. te bloc 54 contient : un nombre de bloc N2 ; un code G28 d'appel de sous-routine ; les coor- données X2Z2 du point initial sur la surface 48 qui sont aussi les coordonnées finales du segment de périmètre 46 et un code de fin de bloc. tes blocs 52 et 54 contiennent toutes les informations nécessaires pour mettre en oeuvre l'exécution des déplacements en boucle de l'outil qui sont nécessaires pour réaliser l'arrachement du volume de matière de section triangulaire.Le bloc 56 illustre la phase de déplacement le long de la surface 48 et indique le retour de la commande des déplacements de l'outil 30 à la source primaire de programme partiel, c'est-à-dire à la bande 12. En réponse au code G28 du bloc 52, la sous-routine emmagasinée provoque le placement en mémoire 18 de la coordonnée X0Z0, des informations du bloc et il en est de même pour le bloc 54. La sous-routine permet, entre autres choses, d'obtenir les relations mathématiques de base suivantes 1) la première passe a une longueur égale à b1+b2; 2) toutes les passes suivantes ont ung longueur égale à (b1+b2) (I*M) dans laquelle M est égal à la21 multiplié par la différence entre al et la profondeur totale de la progression de l'outil dans l'ouvrage suivant l'axe des X ; L est égal à a't multiplié él a par l'avance cumulée de I1 outil dans la direction des X positifs diminuée de la distance cumulée des dégagements de l'outil jusqu'au point considéré. 3) toutes les courses de dégagement ont la même grandeur, par exemple 4/l0ième de millimètre 4) toutes les trajectoires de retour ont une longueur Q telle qu'elles se terminent au point ou la passe suivante en profon deur suivant l'axe des X doit etre entreprise, c'est-à-dire que Q égale (L+M) - (b1+b2) 5) si le déplacement cumulé total de l'outil dans la direction des X positifs est inférieur à a1+a2, alors M--O-; 6) si le déplacement cumulé total dans la direction des X positifs est supérieur à la somme a1+a2, alors M est calculé suivant l'expression donnée ci-dessus. Le.s conditions suivantes président également à l'exécution de la sous-routine emmagasinée': 1) la coordonnée X de X2Z2 ne doit pas être supérieure à la coor donnée X de X Z . ta raison en est que la passe initiale à la profondeur zéro suivant l'axe des Z ne doit pas être une passe en profondeur, c'est-à-dire qu'il ne doit s'ensuivre aucun engagement significatif de l'outil avec l'ouvrage. 2) les passes avec coupe effective ne doivent être exécutées qu'après qu'il a été spécifié que le contrôle de la vitesse de déplacément se fait dans le mode çIPR (centimètres par tour). Suivant la figure 4, on présente un ouvrage 58 dans lequel un volume 60 de matière arrachée définit la forme de la surface découpée dans la face de l'ouvrage plutôt que dans le côté comme c'était le cas pour la figure 2. A noter que l'ouvrage 58 à la figure 4 a un axe central 62 qui est aussi l'axe de rotation durant le processus de coupe. ta trajectoire périmétrique comprend un segment linéaire allant de XOZo à X1Z1-, un second segment linéaire de pente différente allant de X1Z1 à- X Z et une ligne droite al lant de X2Z2 au point final X3Z Dans ce cas particulier X2 est égal à g3. En aucun cas X2 ne peut être plus grand que X3. ta figure 4 a pour but de montrer que le procédé suivant la présente invention n'est pas limité aux cas particuliers illustrés aux figures 2 et 4, mais s'applique tout aussi bien a une variété de cas comportant des formes internes plus complexes que celles décrites ici. REVENDICATIONS 1) Procédé de fonctionnement d'une machine-outil à commande numérique, caractérisé en ce que l'on lit un enregistrement actif des déplacements de l'outil et des fonctions de la machine pour produire une première opération d'usinage sur un- ouvrage à la demande ; on lit et on emmagasine dans une mémoire de masse les coordonnées terminales d'un volume de forme déterminée de matière qu'il s'agit d'arracher à l'ouvrage ; on appelle un programme secondaire de mouvements répétitifs de l'outil à partir de la mémoire de masse ; on exécute ces mouvements répétitifs d'outil à l'intérieur des limites fixées par les coordonnées pour arracher la matière de l'ouvrage puis on continue de lire l'enregistrement actif et l'on exécute les déplacements représentés par ce dernier. 2) Procédé suivant la revendication 1 qui est utilisé pour arracher un volume de matière de forme déterminée d'un ouvrage en rotation en utilisant un outil susceptible de se déplacer par rapport à l'ouvrage dans un espace à au moins deux dimensions, dans lequel le volume est défini par une trajectoire périmétrique s'étendant entre un premier point à la jonction de ce périmétre avec une première surface, un second point à la jonction de ce périmètre avec une seconde surface et au moins un point intermédiaire, caractérisé en ce que : l'on lit les coordonnées de ces points sur le milieu d'enregistrement actif ; on emmagasine ces coordonnées dans cette mémoire de masse ; on déplace de façon cyclique l'outil au travers des boucles fermées de longueur décroissant de manière incrémentielle entre le premier point et le second point sous le contrôle du programme secondaire emmagasiné-dans la mémo-ire de masse et l'on fait avancer simultanément de manière incrémentielle l'outil en direction du point intermédiaire en tant que partie de chacune de ces boucles. 3) Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chacune de ces boucles comprend : une trajectoire de coupe linéaire suivant un axe sur l'ouvrage, commençant et se terminant sur la trajectoire périmétrique ; une trajectoire de dégagement une trajectoire de retour parallèle, mais de sens opposé à la trajectoire de coupe linéaire et une trajectoire d'avance de coupe dans ouvrage parallèle mais de sens opposé à la trajectoire de dégagement. 4) Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la vitesse de déplacement de l'outil par rapport à l'ouvrage est déterminée en fonction de la vitesse de rotation de l'ouvrage du moins pendant la trajectoire linéaire de coupe et en ce que le retour s'effectue à une vitesse plus élevée. 5) Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que chacune des trajectoires de dégagement à une longueur fixe et en ce que les longueu des trajectoires d'avance se déduisent les unes des autres séquentiellement à l'aide d'un facteur mathématique fixe. 6) Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la première trajectoire de coupe linéaire a une longueur égale à b2+b1 et chaque trajectoire de coupe linéaire suivante a une longueur égale à (b2+b1)-(l+M) dans laquelle : b1 est la distance linéaire le long d'un axe de la trajectoire de coupe entre le premier point et le point intermédiaire ; b2 est la distance linéaire le long d'un axe de la trajectoire de coupe entre le point intermédiaire et le second point ; t est égal à b1 et M est égal à laîl .TD b2 1a21 . (a-1)) a1 est la distance linéaire le long d'un axe de trajectoire d'avance entre le premier point et le point intermédiaire ; a2 est la distance linéaire le long d'un axe de trajectoire d'avance entre le point intermédiaire et le second point ; XD est l'avance cumulée de l'outil diminuée des dégagements et D est la profondeur d'une trajectoire d'avance plus la profondeur d'une course de dégagement. 7) procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend l'exécution -sous le contrôle du programme en mémoire d'une étape finale amenant l'outil à exécuter une passe sur l'ensemble de la trajectoire périphérique. 8) Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la trajectoire de coupe linéaire et la trajecto-ire de retour parallèle à.la précédente sont exécutées dans un mode IPR. 9) Installation permettant d'arracher un volume de matière de forme déterminée à un ouvrage en rotation, caractérisée en ce qu'elle comprend : des moyens pour entraîneur l'ouvrage en rotation ; des moyens pour déplacer un outil par rapport à un ouvrage suivant au moins deux axes rectangulaires ; un lecteur de bande pour lire un programme partiel sur une bande contenant des blocs d'information définissant des déplacements relatifs entre l'outil et 1' ouvrage ; un calculateur à programme incorporé possédant une mémoire et connecté pour recevoir des données du lecteur de bande un programme emmagasiné dans la mémoire du calculateur et définissant des mouvements cycliques de l'outil suivant des boucles fermées de longueur diminuant d'une manière incrémentielle tout en augmentant simultanément de manière incrémentielle l'avancement de l'outil le long d'un axe déterminé, la bande contenant un bloc d'information renfermant un signal de code appelant le programme emmagasiné en mémoire grâce à quoi la lecture de ce bloc amène la trajectoire de l'outil à parcourir ces boucles fermées pour arracher la matière de l'ouvragé.