Brevet FR2462968A1 — publié le 19810220

L'invention concerne tout d'abord un procédé de régulation de l'avance de l'outil des machines d'usinage, en particulier des fraiseuses, perceuses, rectifieuses, machines de rectification cylindrique extérieure et intérieure, machines à ébarber et tours, la puissance absorbée étant mesurée au moteur d'entraînement. En outre, l'invention concerne un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. Un procédé du genre défini ci-dessus est connu en principe par le DE-A-N 1 602 973, mais on mesure seulement les valeurs absolues de la puissance de formage et donc la force de coupe exercée par l'outil. Or cela ne tient pas compte des problèmes qui se posent pour une utilisation optimale des machines-outils d'usinage. En particulier, des variations rapides de la charge, qui peuvent être causées par des saillies se présentant soudainement sur la pièce ou par des zones dures de la pièce, ne sont pas mesurées assez rapidement. Par conséquent, l'inconvénient est que la machine-outil subit soit une surcharge, soit, pendant des temps relativement longs, une charge insuffisante.Il est vrai que le DE-A-N 1 948 011 prévoit d'utiliser la dérivée de la puissance de coupe en fonction du temps, donc dP/dt, pour la régulation de l'avance. Tout d'abord, il est notablement plus compliqué techniquement de mesurer la puissance de coupe que de faire, sur le moteur d'entraînement, la mesure correspondante de laquelle part l'invention. Mais l'inconvénient est en particulier qu'en déterminant la dérivée dP/dt, on n'obtient une mesure utilisable pour la régulation que si la vitesse relative d'avance de l'outil relativement à la pièce est constante. Or, précisément sur ce point, il peut se produire des écarts et des irrégularités. En particulier, la pression de l'outil sur la pièce peut causer des mouvements de déviation qui ne peuvent guère être déterminés par calcul, en vertu de l'élasticité de la pièce fixée. La vitesse de déviation ainsi prise par la pièce est donc dans une large mesure inconnue. Un autre problème consiste à éliminer par usinage les excentricités.Avec une avance constante, l'outil suivrait élastiquement le contour de la pièce et n'éliminerait l'excentricité que de façon asymptotique. En corrélation avec les deux problèmes mentionnés plus haut, il est nécessaire qu'une fois que l'outil a atteint la position finale, la pièce atteigne la mesure finale désirée, entre autres par annulation des déformations élastiques (flexion de la broche) dues à la force d'avance. L'invention a pour but de résoudre les problèmes cidessus. A cet effet, l'invention propose un procédé de l'espèce définie ci-dessus, tout d'abord caractérisé en ce que l'on mesure la variation de la puissance absorbée en fonction de la variation de la course d'avance, c'est-à-dire la dérivée dP/ds, qui est convertie en un signal de commande servant à actionner l'avance de l'outil, et en ce que l'on effectue une comparaison entre la dérivée instantanée dP/ds et une ou plusieurs valeurs maximales de cette dérivée. Dans la formule ci-dessus, P désigne l'absorption de la puissance effective (appelée puissance tout court ci-après, pour plus de simplicité) du moteur d'entraînement de la machine-outil, et s la course d'avance de l'outil relativement à la pièce. Il est entendu que l'invention est applicable aussi de la même facon dans le cas d'une pièce se mouvant en direction de l'outil. En mesurant la variation de la puissance absorbée du moteur d'entraînement, on obtient la rapidité désirée de la régulation. C'est en particulier le cas lorsque, selon une autre particularité de l'invention, on convertit directement ces valeurs en signaux électriques de régulation, sans moyens mécaniques, grâce à un multiplicateur analogique. On assure un freinage rapide de l'avance au moment du premier contact de l'outil avec la pièce. A ce stade, en effet, on compare la dérivée dP/ds à une valeur maximale (limite), qui n'est que peu supérieure à zéro. Un dépassement de cette valeur conduit au signal "reconnaissance du contour de la pièce" et à une réduction correspondante de l'avance ou, dans le cas de la protection contre le contact, à l'arrêt de l'avance.Dans le cas d'une avance normale de travail (usinage), toute variation de dP/ds signifie une variation du contour de la pièce ou de l'état de la pièce au point considéré. En général, une variation du contour de la pièce entraîne une variation de la surface de contact entre outil et pièce, par exemple le passage d'air dans la matière de la pièce ou, d'une pièce étroite, directement dans la matière pleine de la pièce. Un avantage particulier de l'utilisation de la dérivée dP/ds réside dans le fait qu'ainsi, on donne en quelque sorte à la machine le "sens du toucher" avec la possibilité de régler l'avance, de façon telle que précisément des saillies, des couches d'oxyde, etc., soient reconnues et éliminées par usinage sans que l'outil doive entamer la matière même de la pièce. En particulier, on obtient ainsi une adaptation de l'avance à la charge effective du cas d'espèce.En outre, la mesure de la variation mentionnée de la puissance effective au bout de la course d'avance, par exemple sous la forme de la dérivée susdite, a pour effet que l'on peut mesurer aussi les mouvements de déviation mentionnés ou la vitesse de déviation de la pièce (ou un mouvement correspondant de la pièce) et par suite, en tenir compte dans la régulation. La mesure finale de la pièce est sûrement respectée jusqu'à la fin du processus d'usinage, en vertu de l'état de charge défini qui est maintenant obtenu. En outre, un mode d'exécution du procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on mesure, en outre, la variation de la puissance absorbée du moteur en fonction du temps, c'est-à-dire la dérivée dP/dt, et on la traite asymétriquement, de telle sorte que seule une augmentation de la puissance est incluse dans le processus de régulation, tandis qu'il n'est pas tenu compte d'une diminution de la puissance. Cela signifie qu'une augmentation de la puissance ralentit bien l'avance, mais qu'une diminution de la puissance n'accélère pas à nouveau l'avance. Ainsi, l'élimination d'irrégularités de la pièce est améliorée. Un autre mode d'exécution préférentiel de l'invention est caractérisé en. ce que l'on mémorise le signal tiré de l'augmentation de la puissance en fonction du temps, et l'on décharge la mémoire avec une constante de temps adaptée à la vitesse de rotation de la pièce, de telle sorte que les excentricités sont éliminées avant que l'avance n'accélère à nouveau. On évite ainsi que - comme ce serait le cas avec une avance constante - l'outil ne suive élastiquement le contour de la pièce, c'est-à-dire que les irrégularités ne se poursuivent jusqu'à la mesure finale. En outre, un mode d'exécution est caractérisé en ce que l'on mesure la puissance absorbée du moteur d'entraînement, et qu'on la compare à une limite nominale supérieure, et qu'elle est incluse dans le processus de régulation en même temps que l'une des dérivés mentionnées (dP/ds, dP/dt) ou toutes les deux. La protection contre les surcharges assurée en vertu d'une mesure de la puissance absolue absorbée est en elle-même connue. En combinaison avec la dérivée mentionnée, la régulation est encore optimisée.En particulier en combinaison avec la mesure de la dérivée dP/dt et de la constante de temps, on obtient ici une régulation PD spéciale (régulation puissancetemps), dont l'effet-est que la régulation réagit de façon d'autant plus sensible à des résistances soudaines que la puissance effective est déjà plus grande, c'est-à-dire que la marge restante jusqu'à la puissance nominale est plus petite. Ainsi, la puissance nominale maximale forme la limite supérieure de la somme de la puissance absorbée mesurée du moteur et de l'état de chargement de la mémoire.Lorsqu'il se présente des excentricités, l'avancement est donc ralenti ou même arrêté jusqu'à ce que les parties en saillie de la pièce aient été enlevées, sans que des endroits plus profonds de la pièce soient enlevés en même temps que lessaillies, ce qui aurait pour effet de maintenir plus ou moins l'excentricité ou tout au moins, de l'éliminer seulement asymptotiquement. Ainsi, comme on le voit par ce qui précède, l'invention permet d'utiliser l'état de chargement de la mémoire encom- binaison avec la puissance mesurée, en l'incluant dans la grandeur réglée, ou encore, on additionne le signal résultant de la puissance mesurée au signal résultant de l'état de chargement de la mémoire et la somme constitue la grandeur réglée ou une partie de celle-ci. Selon une autre mesure prévue par l'invention, la mesure de puissance s'effectue deux fois par période du courant alternatif ou six fois par période du courant triphasé. Ainsi, par exemple, dans le cas de l'entraînement sur courant alternatif, il se présente toutes les 10 ms une mesure de puissance utilisable P sous la forme d'un signal de tension, le retard entre l'apparition de la puissance et la-sortie au signal étant inférieur à 1 ms. li est ainsi possible de mesurer très rapidement la grandeur réglée. Si l'on a un entraînement sur courant alternatif ou triphasé de fréquence supérieure à 50 Hz, le nombre de mesures par seconde est aussi plus grand en conséquence. L'invention concerne, en outre, un appareil de régulation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Celui-ci comporte des organes de mesure du courant et de la tension du moteur d'entraînement et des moyens de corrélation vectorielle et de transmission de ces valeurs à un multiplicateur analogique. On mesure ainsi la puissance électrique effective U x I x cos 9 et non pas la puissance apparente. La puissance effective, après déduction de la puissance à vide du moteur, est une mesure directe de la force #tangentielle de coupe entre outil et pièce. Dans des conditions d'usinage données, cette force ta-ngentielle a une relation déterminée avec la force normale, de sorte que la puissance électrique absorbée effective que l'on mesure est aussi une mesure de la force normale. Le multiplicateur analogique comporte les moyens permettant de convertir les valeurs introduites, en particulier les dérivées mentionnées, en signaux électriques de sortie correspondants, par exemple en signaux de tension. Ils peuvent alors être amenés à un régulateur, par exemple à un régulateur à deux niveaux. L'appareil de mesure et de régulation décrit ci-dessus évite les pièces en mouvement mécanique et il est si rapide qu'il peut suivre les variations qui se produisent 100 fois ou 300 fois par seconde dans les entraînements sur 50 Hz, et assurer une régulation rapide en conséquence du moteur d'entraînement. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation de l'avance de l'outil des machines d'usinage, en particulier des fraiseuses, perceuses, rectifieuses, machines de rectification cylindrique extérieure et intérieure, machines à ébarber et tours, la puissance absorbée étant mesurée au moteur d'entraînement, procédé caractérisé en ce que l'on mesure la variation de la puissance absorbée en fonction de la variation de la course d'avance, c'est-à-dire la dérivée dP/ds, qui est convertie en un signal de commande servant à actionner l'avance de 11 outil, et en ce que l'on effectue une comparaison entre la dérivée instantanée dP/ds et une ou plusieurs valeurs maximales de cette dérivée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on mesure, en outre, la variation de la puissance absorbée du moteur en fonction du temps, c'est-à-dire la dérivée dP/dt, et on la traite asymétriquement, de telle sorte que seule une augmentation de la puissance est incluse dans le processus de régulation, tandis qu'il n'est pas tenu compte d'une diminution de la puissance. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on mémorise le signal tiré de l'augmentation de la puissance en fonction du temps, et l'on décharge la mémoire avec une constante de temps adaptée à la vitesse de rotation de la pièce, de telle sorte que les excentricités sont éliminées avant que l'avance n'accélère à nouveau. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on mesure la puissance absorbée du moteur d'entraînement, et qu'on la compare à une limite nominale supérieure, et qu'elle est incluse dans le processus de régulation en même temps que l'une des dérivées mentionnées (dP/ds, dP/dt) ou toutes les deux. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'on utilise l'état de chargement de la mémoire, en combinaison avec la puissance mesurée, comme partie dela grandeur réglée. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on additionne le signal résultant de la puissance mesurée au signal résultant de l'état de chargement de la mémoire, et la somme constitue une partie de la grandeur réglée. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la mesure de puissance s'effectue deux fois par période du courant alternatif ou six fois par période du courant triphasé. 8. Appareil de régulation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des organes de mesure du courant et de la tension du moteur d'entraînement et des moyens de corrélation vectorielle et de transmission de ces valeurs à un multiplicateur analogique, et en ce que le multiplicateur analogique comporte un dispositif pour la conversion des valeurs introduites en signaux électriques de sortie correspondants. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que le signal électrique de sortie du multiplicateur analogique est formé en tant que grandeur réglée sans organes mécaniques intermédiaires, et est introduit dans la régulation du moteur d'entraînement.