Brevet FR2350170A1 — publié le 19771202

L'invention se rapporte à un dispositif de pilotage numérique de moteur pas à pas entratnant un organe de commande d'une coordonnée de position relative d'un outil et d'un porte-pièce sur une machine-outil, avec une butée définissant une origine de coordonnée. La commande numérique de machines-outils, notamment perceuses, rectifieuses, fraiseuses, est effectuée par un moniteur qui émet des séquences ordonnées d'ordres de déplacement aux organes de commande de position relative outil porte pièce de la machineoutil, chaque ordre de déplacement résultant de la comparaison d'un signal numérique de position assignée enregistré dans le programme du moniteur et d'un signal numérique de position actuelle, et agissant sur les moteurs d'entratnement des organes de commande de position relative dans le sens qui réduit et annule la différence des signaux numériques. La machine-outil peut étire équipée de capteurs de positions relatives suivant chaque direction de coordonnées de mouvement, et dans ce cas les déplacements sont asservis de façon classique en boucle fermée. Cependant les capteurs de position relative à sortie numérique sont coûteux et délicats, et les asservissements en boucle fermée nécessitent des correcteurs à actions intégrale et dérivée pout etre précis et rapides. Lorsque les organes de commande de position relative sont entraînés par des moteurs pas à pas, en sorte que les déplacements sont des multiples entiers de déplacements unités faibles, la commande numérique des déplacements est beaucoup plus simple. Au moteur est associé un moyen de pilotage qui est adapté à faire progresser le moteur d'un pas dans un premier ou un second sens en réponse à une impulsion appliquée respectivement sur une première ou une seconde entrée, et un aiguillage sélectif permet de diriger des impulsions d'horloge sur l'une ou l'autre des entrées du moyen de pilotage suivant que le moniteur envoie un ordre d'avance ou de recul à l'aiguillage.Les impulsions séparées par le moyen d'aiguillage sont également envoyées à un compteur décompteur dans le moniteur, le contenu de ce compteur décompteur étant alors représentatif de la position relative actuelle outilporte pièce , la comparaison du contenu du compteur décompteur et du nombre représentatif de la position assignée élabore l'ordre d'avance ou de recul. La cadence de l'horloge définit la vitesse de déplacement. La channe d'action étant en boucle ouverte, il ny a pas de rétroaction du déplacement sur la commande. par contre l'absence de rétroaction a pour corollaire qu'il n'existe pas de contrdle dela position actuelle, autrement dit que l'origine des positions relatives n'est pas définie. On y remédie généralement en disposant sur la machine-outil une butée qui définit cette origine des positions relatives en émettant un signal chaque fois que le déplacement annule la coordonnée en cause. Ce signal bloque la progression du moteur dans le sens de déplacement vers la butée, et annule le contenu du compteur décompteur. Origine des coordonnées est ainsi définie mécaniquement par arrêt du déplacement, ainsi que sa représentation numérique par annulation du contenu du compteur décompteur du moniteur.Cepenfant les butées, à contact électrique ou à capteur de proximité ne sont pas capables de fournir un repère d'origine avec une précision du meme ordre que les déplacements correspondant à une avance d'un pas du moteur, en sorte que la précision de position est insuffisante. L'invention a pour objet un dispositif de pilotage de moteur pas à pas entraînant un organe de commande d'une coordonnée de position relative d'un outil et d'un porte-pièce sur une machineoutil, avec une butée définissant une origine de coordonnée avec une précision meilleure qu'un pas de déplacement. A cet effet l'invention propose un dispositif de pilotage de moteur pas à pas comportant un moyen de pilotage associé au moteur et adapté à le faire progresser d'un pas dans un premier ou un second sens en réponse à une impulsion appliquée respectivement sur une première ou une seconde entrée, un moyen sélectif d'aiguillage capable de transmettre des impulsions émises par une horloge à cadence imposée à la première ou à la seconde entrée en réponse respectivement à un signal d'avance ou de recul issu d'un moniteur programmé opérant par comparaison d'un signal numérique de coordonnée assignée et d'un signal de coordonnée actuelle, et un moyen de butée sensible à la position relative outil-porte-pièce et émettant un signal d'arrêt du moteur lorsque la position relative correspond sensiblement à l'origine de coordonnée, dispositif caractsrisé en ce que, le moyen de pilotage comportant une pluralité de sorties correspondant chacune à une position distincte d'une pluralité égale de positions stables du moteur pas à pas, l'excitation d'une sortie imposant au moteur la position stable correspondante, une porte logique ET à deux entrées reliées respectivement audit moyen de butée et à une sortie choisie du moyen de pilotage commande un moyen interrupteur disposé entre une entrée choisie du moyen de pilotage et le moyen dtaiguillage. Ainsi l'arrêt du moteur au cours d'un déplacement de retour à origine intervient dansla zone d'action du moyen de butée seulement lorsque le moteur a reçu la commande de position stable émanant de la sortie choisie du moyen de pilotage. L'origine de la coordonnée de position relative est de ce fait définie de façon reproductible avec une précision meilleure qu'un pas d'avance. Le signal de commande du moyen interrupteur est adressé au moniteur pour annuler de façon connue le contenu du compteur décompteur de position actuelle. De préférence le moyen de pilotage comporte un compteur cyclique avec une première entrée de comptage et une seconde entrée de décomptage et possédant une capacité numérique égale au nombre de ladite pluralité, un décodeur avec une pluralité égale de sorties, sensible au signal numérique représentatif du contenu du compteur et émettant en réponse un signal d'excitation sur une sortie distincte pour chaque valeur du contenu du compteur, et une matrice de pilotage associée au moteur avec une pluralité d'entrées reliées respectivement à chaque sortie du décodeur et adaptée à alimenter des bobinages du moteur suivant une pluralité de combinaisons, chaque combinaison étant spécifique d'une position stable du moteur et obtenue en réponse à l'excitation distincte d'une entrée. Selon une forme de réalisation préférée le moteur pas à pas est un moteur à huit piles et deux phases et la pluralité est égale à huit ; la matrice de pilotage comporte deux paires de sorties associées chacune à une phase du moteur ; dans chaque paire une première sortie alimente la phase associée dans un premier sens et la seconde sortie alimente la phase associée dans un second sens, une seule phase étant alimentée aux positions stables paires, et les deux phases étant alimentées aux positions stables impaires. Cette disposition définit huit positions stables distinctes du moteur pas à pas. L'invention a également pour objet une machine-outil équipée d'un moniteur programmable de commande numérique qui comporte au moins un dispositif de pilotage précité. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente un schéma de dispositif de pilotage selon l'invention la figure 2 représente schématiquement un moteur pas à pas à huit p8les et ciblé pour avoir huit positions stables. Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure 1, un moniteur 1 dans son ensemble comprend une unité centrale 10, un clavier de programmation 11 et une mémoire auxiliaire 12 dans laquelle on peut enregistrer une séquence d'opérations à l'aide d'un clavier 11. Cette mémoire est du type mémoire morte programmable, c'est-à-dire que les instructions enregistrées ne sont pas effaçables. Le moniteur 10 possède deux sorties 13 et 14 pour des signaux de recul et d'avance respectivement, et deux entrées 15 et 16 de décomptage et de comptage respectivement d'un compteur de position actuelle. Le dispositif de pilotage représenté comprend une horloge 2, émettant des impulsions à une caden#ce imposée réglable par une commande extérieure. Les impulsions -d'horloge sont envoyées à un aiguillage 3 dans son ensemble, composé de deux portes "ET" 31 et 32. Les portes "ET" 31 et 32 ont chacune une première entrée sur laquelle sont appliquées les impulsions émises par l'horloge 2 ; la seconde entrée de la porte 31 est reliée à la sortie 14 de signal d'avance du moniteur 10, tandis que la seconde entrée de la porte 32 est reliée à la sortie 13 de signal de recul. La sortie de la porte "ET" 31 est reliée à l'entrée de comptage 41 d'un compteur cyclique 4 à trois étages binaires, et la sortie de la porte "ET" 32 est reliée à une première entrée d'une porte "ET" 35 dont la sortie est reliée à l'entrée de décomptage-42 du compteur 4. La sortie de signal numérique à trois chiffres binaires 43 attaque un décodeur 5 à huit sorties, chacune des sorties étant excitée en réponse à un nombre sur la sortie 43, égal au rang de la sortie excitée. Chacune des sorties du décodeur 5 est reliée à une entrée distincte d'une matrice de codage 6 à quatre sorties 61, 62, 63, 64, comportant des liaisons unidirectionnelles entre entrées et sorties. Une excitation sur l'entrée de rang 0 excite les sorties 61 et 64, sur l'entrée de rang 1 la sortie 61, sur l'entrée de rang 2 les sorties 61 et 63, sur l'entrée de rang 3 la sortie 63, sur l'entrée de rang 4 les sorties 62 et 63, sur l'entrée de rang 5 la sortie 62, sur l'entrée de rang 6 les sorties 62 et 64, sur l'entrée de rang 7 la sortie 64. Les sorties 61 à 64 attaquent respectivement quatre amplificateurs 71 à 74. Les amplificateurs 71 et 72 alimentent la phase 81 du moteur pas à pas 8,et les amplificateurs 73 et 74 alimentent la phase 82. Les diodes 75 à 78 assurent le retour du courant de phase. Le moteur 8 est calé sur une vis-mère 85 et une noix 86 entrain l'organe mobile 87, qui peut être par exemple une table de perçage. La noix 86 porte un doigt de butée 88 qui vient en cofncidence avec l'élément sensible d'une butée de proximité 90. Par ailleurs les sorties de rang O à 7 du décodeur 5 sont reliées à 8 entrées d'un commutateur 51 qui permet de sélectionner une quelconque des sorties pour la relier à l'une des entrées d'une porte "NON-OU" 91, dont l'autre entrée est reliée à la butée 91. La sortie de la porte "NON-OU" 91 est reliée à la seconde entrée de la porte "ET" 35. Le fonctionnement du dispositif de pilotage peut se décrire comme suit. L'horloge 2 émet, à une cadence imposée, des impulsions. Lorsque le moniteur 10 émet un signal d'avance sur sa sortie 14, la porte 31 laisse passer les impulsions vers l'entrée de comptage 41 du compteur cyclique 4 ; lorsque le moniteur émet un signal de recul sur sa sortie 13, la porte 32 laisse passer les impulsions vers la première entrée de la porte 35.Tant que la porte 91 ne reçoit pas simultanément un "1" logique sur ses deux entrées, elle émet un "1" logique sur sa sortie, et la porte 35 laisse passer les impulsions transmises par la porte 32 vers l'entrée de décomptage 42 du compteur cyclique 4. Le contenu de ce compteur cyclique est modifié d'une unité par chaque impulsion reçue, en accroissement ou en décroissement selon que le moniteur 10 émet un signal d'avance ou de recul. Les sorties de rang O à 7 du décodeur 5 sont excitées une à une en progression ou en régression. Les sorties 61 à 64 sont excitées corrélativement selon la table de vérité suivante TABLE 5 61 62 63 64 O + + I + 2 + + 3 + 4 + + 5 + 6 + + 7 + Lorsque la sortie 61 est excitée l'amplificateur 71 alimente la phase 81 dans un premier sens, le courant de phase retournant à la masse par la diode 76.Lorsque la sortie 62 exrt excitée, l'am- plificateur 72 alimente la phase 81 en sens inverse du précédent, le retour du courant de phase traversant la diode 75. La paire de sorties 63, 64 commande l'alimentation de la phase 82 de la meme façon. Comme il sera expliqué plus loin en référence à la figure 2, les combinaisons de courant de phase résultant de la table de vérité correspondant à la sollicitation du moteur pas à pas vers des positions stables successives, dans un sens de rotation ou dans l'autre suivant que les sorties du décodeur 5 sont excitées successivement en progression ou en régression. Lorsque le moniteur 10 émet sur sa sortie 13 un signal de recul correspondant à un retour sur butée, le moteur 8 est sollicité pas à pas dans le sens qui commande le retour sur butée. Lorsque le doigt 88 arrive à proximité de l'élément sensible de la butée 90, une première entrée de la porte 91 reçoit un "1" logique. Lorsque la sortie choisie par le commutateur 51 sur le décodeur 5 est excitée, la seconde entrée de la porte 91 reçoit également un "1" logique, La sortie de la porte "NON-OU" 91 est alors dans l'état logique "O", et la porte "ET" 35 cesse de transmettre les impulsions à entrée de décomptage 42 du compteur 4.Le recul s'arrete sur une position origine de coordonnée définie à mieux qu'un pas d 'avance Le moteur pas à pas représenté figure 2, d'un modèle connu, comporte un rotor aimanté à 4 piles alternativement Nord et Sud. Le stator comporte 8 pôles 101 à 108 portant un bobinage. Les extrémités des bobinages de piles impairs sont reliées aux bornes 111, 112 de la première phase, et les extrémités des bobinages de pâles pairs sont reliées aux bornes 113, 114 de la seconde phase. Les sens de bobinage des pâles de chaque phase sont alternativement inversés. L'alimentation d'une phase attire les piles du rotor vers les pâles du stator aimantés de sens contraire, et l'alimentation des deux phases attire les piles du rotor vers l'espace intermédiaire entre deux piles de stator aimantés dans le meme sens, à l'opposé du ple- de rotor. Le moteur possède ainsi 8 positions stables par demi-tour, qui sont décrites dans les sens horaire ou anti-horaire suivant la succession d'alimentation des phases conformément à la table de vérité. On conçoit que le dispositif de pilotage décrit est extremement souple en utilisation, et de très grande précision. Si par exemple un pas de moteur correspond à un déplacement de 2/1ove de millimètre, les coordonnées de position seront définies avec la meme précision à partir d'une origine bien reproductible. Le réglage de la cadence d'horloge, qui peut etre effectué sur commande du moniteur, définit la vitesse d'avance. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite, mais en embrasse toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de pilotage numérique de moteur pas à pas en tratnant un organe de commande d'une coordonnée de position relative d'un outil et d'un porte-pièce sur une machine-outil avec une butée définissant une origine de coordonnée, et comportant à cet effet un moyen de pilotage associé au moteur et adapté a faire progresser le moteur d'un pas dans un premier et un second sens en réponse à une impulsion appliquée respectivement sur une première ou une seconde entrée, un moyen sélectif d'aiguillage capable de transmettre des impulsions émises par une horloge à cadence imposée à la première ou la seconde entrée du moyen de pilotage en réponse respectivement à un signal d'avance ou un signal de recul issus d'un moniteur programmé opérant par comparaison d'un signal numérique de coordonnée assignée et d'un signal numérique de coordonnée actuelle, et un moyen de butée sensible à la position relative outil-porte-pièce et émettant un signal d'arrêt du moteur lorsque la position relative correspond sensiblement à l'origine de coordonnée, dispositif caractérisé en ce que, le moyen de pilotage comportant une pluralité de sorties correspondant chacune à une position distincte d'une pluralité égale de positions stables du moteur pas à pas, l'excitation d'une sortie imposant au moteur la position stable correspondante, une porte logique"ET" à deux entrées reliées respectivement audit moyen de butée et à une sortie choisie du moyen de pilotage commande un moyen interrupteur disposé entre une entrée choisie du moyen de pilotage et le moyen d'aiguillage. 2. Dispositif de pilotage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de pilotage comporte un compteur cyclique avec une première entrée de comptage et une seconde entrée de décomptage et possédant une capacité numérique égale au nombre de ladite pluralité, un décodeur avec une pluralité égale de sorties, sensible au signal numérique représentatif du contenu du compteur et émettant en réponse un signal d'excitation sur une sortie dis tinctepour chaque valeur du contenu du compteur, et une matrice de pilotage associée au moteur avec une pluralité d'entrées reliées respectivement à chaque sortie du décodeur et adaptées à alimenter des bobinages du moteur suivant une pluralité de combinaisons, chaque combinaison étant spécifique d'une position stable du moteur et obtenue en réponse à l'excitation distincte d'une entrée. 3. Dispositif de pilotage selon la revendication 2, destiné au pilotage d'un moteur pas à pas à huit piles et deux phases, où la dite pluralité est égale à huit, caractérisé en ce que ladite matrice de pilotage comporte deux paires de sorties, chaque paire de sorties étant associée à une phase du moteur, et dans chaque paire une première sortie alimente la phase associée dans un premier sens et la seconde sortie alimente la phase associée dans un second sens, une seule phase étant alimentée aux positions stables paires, et les deux phases étant alimentées aux positions stables impaires. 4. Machine-outil équipée d'un moniteur programmable de commande numérique, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un dispositif de pilotage selon une quelconque des revendications 1 à 3 associée à un moteur pas à pas de commande de position.