Brevet FR2522567A1 — publié le 19830909

La présente invention concerne un système à usi- ner ccmmandt numériquement (qu'on désignera dans la suite comme "système à usiner NO") dans lequel une machine-ou- til est commandée par une unité de commande numérique (qu'on désignera dans la suite comme "unité NC") pour usiner une pièce, et plus particulièrement un système à usiner NO comportant un dispositif perfectionné pour vi- sualiser des éléments d'informations sur les outils uti-. lises. Les machines-outils commandées numériquement (qu'on désignera dans la suite comme "machines-outils NOC") sont commandées par des unités NC qui reçoivent des in- formations numériques pour spécifier la position d'un outil par rapport à une pièce à usiner, exécutent une opération aritluhmétique basée sur les informations numré- riques, et commandent l'outil pour usiner la pièce sur la base du résultat de l'opération arithmétique Les ma- chines-outils NO peuvent facilement usiner des pièces de formes complexes avec précision à un rythme accru de pro- duction La machine-outil NC est généralement construite de la façon représentée sur la Figure 1 des dessins an- nexes La machine-outil NC comprend fondamentalement une unité NC 20 pour traiter, par des opérations arithméti- ques, des informations numériques de commandes fournies par une source extérieure et reçues par une borne d'en- trée 10, et une unité à usiner 30 commandée par les ré- sultats des opérations arithmétiques effectuées par l'u- nité NI 20 pour usiner une pièce L'unité NC 20 est con- tituée d'un dispositif d'entrée 21 pour recevoir des com- mandes d'entrée de la source extérieure, une unité ari- thmétique 22 pour exécuter des opérations arithmétiques sur les commandes provenant du dispositif d'entrée 21, une mémoire 23 pour mémoriser les résultats des opéra- tior ns arithmétiques exécutées par l'unité arithmétique 22, les commandes provenant du dispositif d'entrée 21, et d'autres données, un dispositif de commande 24 pour commander les opérations arithmétiques dans l'unité ari- thmétique 22, un dispositif de sortie 25 pour délivrer les résultats des opérations arithmétiques provenant de i l'unité arithmétique 22 comme signaux de sortie de l'uni- té NC 20, et un dispositif de visualisation 26 pour vi- sualiser le contenu de la mémoire 23 et les informations d'entrée envoyées au dispositif d'entrée 21, Certaines unrités NC comprennentt en outrae un clavier pour introduire des informations dans la mémoire 23. L'unité à usiner 30 comporte un outil 31 monté aur un porte-outil 32 fixé à un mandrin sur une broche 33 qui peut être entraînée à rotation par un moteur de broche 34 commandé par les signaux émis par le disposi- 1 $ tif de sortie 25 de l'unité NO 20 L'unité à usiner 30 comprend une table 35 pour y fixer dessus une pièce à usiner 40 au moyen d'un montage ou d'un dispositif de serrage approprié La table 35 est mobile dans la direc- tion de l'axe des X par une vis-mère 36 entraînée par un moteur d'avancement selon l'axe des X 38 par l'in- termédiaire d'une boîte de vitesse 37 Le moteur d'avan- cement selon l'axe des X 38 peut être entrailné sous la commande des signaux délivrés par le dispositif de sor- tie 25 de l'unité NC 20 La table 35 est également mobi- le dans les directions des axes des Y et des Z par des mécanismes (non représentés) qui sont identiques au dis- positif d'entra Inement selon l'axe des X ci-dessus et commandés 'par des signaux provenant de 1 'unité NC 20. Quand un trou contre-alésé doit être formé dans la pièce à usiner 40, comme on l'a représenté sur la Fi- gure 2, par la machine-outil NC de la Figure 1, la pièce est usinée successivement avec une fraise pour surfa- ce grossière, une fraise pour surface fine, un foret à centrer, un foret, et une fraise de bout dans l'ordre donné. Cette opération d'usinages successifs sera décri- te plus en détail en référence à la Figure 3 Comme le montre la Figure 3 (a), on utilise une fraise de surface pour fraiser la pièce à usiner 40 afin de former une surface grossièrement plate, qui correspond à l'étape d'usinage appelée dans la suite "fraisage grossier de surface" Ensuite, on utilise une fraise de surface 51 qui peut réaliser un usinage plus fin que la fraise dle surface 50 pour découper une surface fine et plus plate sur la pièce 40, comme le montre la Figure 3 (b) Cette étape d'usinage est appelée fraisage fin de surface". La surface ainsi usinée par fraisage fin de surface est représentée sur la Figure 3 (c) Ensuite, un trou de cen- trage est découpé dans la surface fraisée de la pièce 43 par un foret à centrer 52, comme la Figure 3 (d) le nion- tre, Cette étape d'usinage est appelée "perçage pour cen- trer" L'étape d'usinage suivante est appelée "perçage' en ce qu'un alésage est formé dans la pièce 40 par un foret 53, comme la Figure 3 (e) le montre Une fraise de bout 54 est ensuite utilisée pour élargir l'alésage à son extrémité avec un épaulement carré à l'extrémité é- vasée pour former ainsi un trou contre-alésé 41, comme il est représenté sur la Figure 3 (f) L'étape finale d'usinage est appelée "fraisage de bout". La Figure 4 représente la construction fondamen- tale d'un programme d'usinage pour permettre à la machi- ne-outil NC d'effectuer l'opération dé contre-alésage dé- crite en référencé aux Figures 2 et 3 Le programme d'u- sinage est constitué de blocs de spécification de modèle, de blocs de spécification d'outil, et de blocs de spéci- fication d'information de position Chaque bloc de spécification de modèle sert à spécifier un modèle d'u- sinage tel que par exemple un contre-alésage, un fileta- ge ou un alésage Comme il ressort de l'opération de con- tre-alésage représentée sur la Figure 3, il faut norma- lement un ensemble de blocs de spécification d'outil et un ensemble de blocs de spécification d'information de positiom, On utilise chaque bloc de spécification d'outil pour spécifier un outil pour une opération d'usi- 252256 ? 7 nage particulière, et le bloc de spécification d'infor- mation de position -suivant sert à spécifier,ne information de position pour effectuer un usinage avec l'outil spécifié Le programme d'usinage est écrit sur une feuille de codage hors de l'unité NC 20 et i J. est perforé sur une bande de papier Un moyen est prévu pour lire le programme perforé et pour le charger dans l'unit MC par une borne d'entrée 10 (Figure 1) afin d'exécuter l'opération d'usinage, ou bien on prévoit un. moyen pour mémoriser complètement le programme perforé dans la mémoire (Figure 1) et pour lire le programme en mémoire afin d'exécuter l'opération d'usinage Autrement, on peut utiliser une unité NC ayant une fonction de créa- tion de programme d'usinage, et on peut mémoriser direc- tement un programme d'usinage dans la mémoire par un pu- pitre de commande de l'unité NC tel qu'un clavier, le programme mémorisé étant successivement lu pour exécuter l'opération d'usinage. On va décrire en détail ul procédé de création de programme d'usinage en référence à la Figure 5 La Figure 5 (a) est organigramme pour préparer un programme d'usinage, et la Figure 5 (b) représente le programme d'u- sinage préparé Pour créer un programme d'usinage, un mo- dèle d'usinage tel qu'un contre-alésage, comme sur la Pi- gure 2, est donné comme une commande Une commande est en- suite préparée pour remettre la table porte-pièce de la machine-outil NC à une position de référence le long des axes X,Y et Z Une commande pour l'outil à utiliser en premier est ensuite préparée, la commande d'outil étant normalement exprimée par le numéro d'outil T Pour un programme de formation du contre-alésage de la Figure 2, une commande est préparée pour spécifier la fraise pour surface grossière telle que représentée sur la Figure 3 (e L'étape suivante consiste à créer une commande pour dé- -placer l'outil jusqu'à un point de démarrage d'usinage. Ensuite, une commande pour faire tourner la broche avec l'outil fixé sur celle-ci, une commande pour spécifier une vitesse de rotation de la broche, et une commande pour spécifier un tracé de découpe et une vitesse d'usi- nage sont successivement préparées pour permettre à l'ou- til d'usiner la pièce selon une forme prédéterminée sous l'effet de ces commandes Une commande d'arrêt de rota- tion de la broche est ensuite créée Avec cette commande d'arrêt, l'opération d'usinage utilisant l:outil spéci- fié est menée à sa fin Une commande pour spécifier un outil suivant est ensuite créée Dans le cas o le trou contre-alésé représenté sur la Figure 2 doit être formé, la fraise de surface ayant une précision d'usinage supé- rieure, telle que représentée sur la Figure 3 (b), est spécifiée par cette commande de spécification d'outil. Les commandes 4 à 8 sont ensuite à nouveau préparées pour établir le mode d'usinage utilisant le second outil. Les modes d'usinage pour les outils respectifs utilisés sont préparés de la manière précédente jusqu'à ce qu'un programme d'usinage voulu soit terminé. Avec le programme d'usinage ainsi préparé, on u- tilise et on monte un ensemble d'outils sur la machine- outil NC équipée d'un changeur d'outil automatique Le changeur d'outil automatique est efficace pour changer automatiquement des outils sur la broche sous l'effet de commandes d'outil Le changeur d'outil automatique com- porte un magasin d'outils pour contenir un certain nombre d'outils, -le magasin d'outils comprenant des poches d'ou- tils marquées avec des numéros de poches (NO P) qui sont les mêmes que ceux des commandes d'outils "T" Avant d'exécuter une opération d'usinage basée sur un program- me d'usinage voulu tel que représenté sur la Figure 5, l'opérateur doit placer les outils nécessaires pour le programme dans les poches d'outils ayant les numéros de poches correspondant respectivement aux numéros "T" se- lon le programme d'usinage. Dans une pratique antérieure à outils accessoi- res, le programme d'usinage représenté sur la Figure 5 (b) est complètement visualisé sur le dispositif de visuali- sation 26 de l'unité NC Quand le dispositif de visua- lisation 26 est sous la forme d'un tube à rayons catho- diques (TRC), le programme d'usinage pour former le con- tre-alésage de la Figure 2 est visualisé selon une con- figuration telle que représentée sur la Figure 6 Le tu- be TRC 26 visualise sur son écran l'pnsemble du program- me d'usinage incluant les commandes d'outils T 1053, T 1054, T 1055, T 1045, T 1044,T 046, et les modes d'usina- ge utilisant les outils spécifiés L'opérateur prépare t O et règle les outils en se référant à un tableau de réfé- rence dans lequel les numéros de T et les outils sont enregistrés selon une correspondance de 1 à 1 conformé- ment au programme visualisé A titre d'exemple, le ta- bleau de référence permet à l'opérateur d'identifier le numéro "T 1053 " comme une "fraise pour surface grossière". Puisque les outils sont simplement identifiés par des symboles tels que des numéros de T dans le pro- gramme visualisé, l'opérateur doit se référer au tableau de référence pour choisir ou préparer les outils voulus, et la procédure de choix d'outils est incommode. Un tel système à usiner NC de l'art antérieur -est aussi désavantageux en ce que le tube TRC 26 visua- lise également beaucoup de numéros et de symboles qui ne sont pas nécessaires pour le choix d'outils, et l'opé- rateur considère comme fastidieux et comme une perte de temps de localiser des outils dans le programme d'usinage visualisé Par conséquent, il faut beaucoup de temps pour préparer les outils nécessaires Pour la préparation des outils, seules les commandes d'outils 3 et 8 du program- me représenté sur la Figure 5 sont nécessaires, et les autres éléments d'informations exprimés par des numéros et des symboles ne le sont pas. Au vu des problèmes de l'art antérieur mention- nés plus haut, un objet de la présente invention est un. système à usiner NC agencé pour permettre de préparer et de fixer simplement et facilement des outils dans une machine-outil NC. Un autre objet de la présente;invention est un système à usiner NC dans lequel les outils programmés dans un programme d'usinage sont extraits et visualisés sous forme de liste Un autre objet de la présente invention est un système à usiner NC dans lequel les outils utilisés et des paramètres de ceux-ci sont visualisés sous forme de liste, et dans lequel des éléments d'informations sur ces peiislt d Yx: ls peuvent etre introduits comme données d'entrée par un clavier. Un autre objet de la présente invention estun système a usiner NC comportant une unité NO apte à créer des programmes d'usinage pour permettre à un dispositif de visualisation de visualiser une liste d'outils néces- saires dans un programme d'usinage préparé. Selon la présente;invention, un système à usiner commandé numériquement comprend un moyen pour mémoriser dans une mémoire un programme dusinage incluant des com- mandes de modèle d'usinage pour spécifier des modèles d'usinage, des commandes d'outils pour spécifier des ou- tils, et des commandes d'informations de position pour spécifier des informations de position pour les outils, un moyen pour sélectionner les commandes d'ou- tils dans le programme d'usinage mémorisé, et un moyen pour visualiser des éléments d'informations sur les ou- tils sélectionnés par le moyen de sélection, les éléments d'informations étant sous la forme d'une liste des ou- tils et de paramètres d'outils. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention seront mis en évidence dans la descrip- tion suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est un schéma fonctionnel, partiellement sous forme de blocs d'un système à usiner NC dans son ensembles La figure 2 est une vue en coupe transversale d'une pièce à usiner dans laquelle est formé un trou contre - alésé; La figure 3 est un schéma représentant des étapes, successives pour former un trou contre-alésé comme sur la Figure 2; La figure 4 est un schéma représentant un programme d'usinage dans sa disposition fondamentale; La figure 5 est un schéma explicatif de la manière selon laquelle un programme d'usinage est créé, la Fi- gure 5 (a) étant un organigramme de préparation d'un pro- gramm d'usinage et la Figure 5 (b) représentant un pro- gramme d'usinage préparé à titre d'exemple; La figure 6 est une vue de l'écran d'un tube TRC classique sur lequel est visualisé un programme; La figure 7 est un schéma fonctionnel représentant un, système à usiner NC selon la présente invention; La figure 8 est une vue d'un écran de tube TRC qui visualise une liste d'outils selon la système à usiner NO de l'invention; La figure 9 est un schéma représentant une configu- ration d'éléments d'informations sur des paramètres d'ou- tils mémorisés dans une mémoire; La figure 10 est une vue d'un écran de tube TRC vi- sualisant une liste d'outils et d'éléments d'informations de paramètres pour ceux-ci; et La figure 11 est un schéma représentant un procédé pour régler automatiquement la longueur d'un outil. La Figure 7 représente schématiquement un systè- me à usiner NC selon la présente invention Le système à usiner NO comprend un moyen pour rechercher ou explorer un programme d'usinage mémorisé dans une mémoire 23 sur toute son étendue de haut en bas pour n'extraire que les commandes d'outils (des zones hachurées de la figure) successivement du programme et pour copier les commandes d'outils dans une autre zone de la mémoire 23, et un moyen pour visualiser les outils sélectionnés sur un dispositif de visualisation 26 Dans le système à usiner NC de la présente invention, on visualise au moins les numéros de poches (No P) de la machine-outil qui correspondent aux commandes d'outils T, les noms d'outils tels que "fraise de bout" et "foret", par exemple, et les diamètres nomi- naux des outils sélectionnés sous forme de liste sur le dispositif de visualisation 26, comme on l'a représenté sur la Figure 8 à titre d'exemple. Sur la Figure 8, on a visualisé sur l'écran du tube TRC 26 une liste d'outils nécessaires pour le pro- gramme d'usinage afin de former le contre-alésage tel que représenté sur la Figure 2 Les informations visua- lisées comprennent les outils exigés par le programme d'usinage, mais elles excluent les chiffres et les sym- boles qui ne sont pas nécessaires pour la préparation des outils Par conséquent, l'opérateur peut facilement lo- caliser les outils sur l'écran du tube TRC 26. En conséquence, la présente invention permet à l'opérateur de préparer simplement et facilement les ou- tils nécessaires pour un programme d'usinage particulier. Il est préférable que les outils soient visuali- sés dans l'ordre de l'usinage sur le tube TRC 26 comme il est représenté sur la Figure 8. Sur la Figure 8, le tube TRC 26 visualise en ou- tre une liste de différents paramètres des outils sélec- tionnés Les paramètres d'outils visualisés comprennent le "DIAMETRE NOMINAL" des outils, le "DIAMETRE DE L'OUTIL", la "LONGUEUR DE L'OUTIL' la "COMPENSATION DE LONGUEUR", et la #DUREE DE VIE DE L'OUTIL", par exemple La "COMPEN- SATION DE LONGUEUR" que l'on utilise correspond à la va- leur d'usure sur un outil Le "DIAMETRE DE L'OUTIL" cor- respond au diamètre d'un outil, la "LONGUEUR DE L'OUTIL" correspond à la distance entre l'extrémité de bout d'un outil et la surface extreme d'une broche sur laquelle l'outil est monté, et la "DUREE DE VIE DE L'OUTIL" corres- pond à la période pendant laquelle un outil peut être u- tilisé pour une opération de découpe. Pour visualiser les paramètres d'outils sur le tube TRO 26 il est nécessaire qu'ils soient mémorisés dans la mémoire 23 A cette fin, on réserve dans la mé- moire 23 des zones de mémoire al, a 2, de même lon- gueur pour les outils respectifs, chaque zone de mémoire étant divisée en régions pour mémoriser respectivement les éléments d'informations sur les paramètres d'outils, comme on l'a représenté sur la Figure 9 Les paramètres mémorisés peuvent être visualisés sur le tube TRC 26 On peut réécrire les éléments d'informations sur les para- mètres en introduisant par exemple de nouveaux éléments d'informations par un clavier. Des paramètres tels que le "DIAMETRE NOMINAL" dei outils sont visualisés de la manière suivantes les dia- mètres nominaux des outils ( le foret à centrer a un dia- mètre nominal de 12 mm) sont déterminés par la création d'un programme d'usinage, et sont visualisés quand les 1; outils sont visualisés Plus spécifiquement, les diamè- tres nominaux sont déterminés automatiquement par l'uni- té NC quand les spécifications d'usinage sont programmées. Par exemple, quand on spécifie un trou percé ayant un diamètre de 10 mm, le diamètre d'un foret à utili 3 er est automatiquement déterminé comme étant égal à 10 mm Ce- pendant, les paramètres "DIAMETRE DE L'OUTIL", "LONGUEUR DE L'OUTIL", "COMPENSATION-DE LONGUEUR' et 'DUREE DE VIE DE L'OUTIL" ne sont pas déterminés par la création d'un programme d'usinage Ces paramètres peuvent être visuaei- sés par l'opérateur qui actionne des touches à chiffres (non représentées) Comme le montre la Figure 8, ces paramètres sont initialement mis à zéro, et ils ne peu- vent avoir des valeurs données, comme sur la Figure 10 par exemple, que lorsque les touches à chiffres sont ac- tionnées par l'opérateur A titre d'exemple, la "LONGUETR DE L'OUTIL" d'une fraise de bout est d'abord visualisée comme " 0,000 ", et peut être visualisée comme " 147,754 " de la Figure 10 quand l'opérateur enfoncent les touches " 1 ", " 4 ", " 7 ", ",", 17 ", " 5 ", " 4 " dans l'ordre indiqué. Les paramètres de 'LONGUEUR DE L'OUTIL" sont éga- lement introduits et visualisés par l'opérateur qui me- sure les longueurs effectives des outils et actionne les touches à chiffres correspondantes Cependant, on peut utiliser un procédé de réglage de longueur automatique pour mesurer automatiquement et visualiser les longueurs d'outils. On va décrire ce procédé automatique de réglage de longueur en référence à la Pigure 11 On place d'a- bord un socle de mesure 50 de hauteur L 3 sur une table , et on abaisse ensuite un outil 31 monté sur une bro- che 33 vers 11 socl*:d mesure 50 pour mesurer 'la dis- tance L 2 que l'outil a parcouru avant qu'un signal 51 soit engendré par le socle de mesure 50, le signal 51 * indiquant un contact entre l'outil 31 et le socle de me- sure 50 La surface extreme de la broche 33 est espacée vers le haut'de la table 35 d'une distance L 1 qui est connue d'avance A partir de ces distances connues et me- surée L 1,L 2 et L 3, on peut trouver la longueur Lx de l'ou- til, et l longueur L ainsi déterminée est mémorisée x dans une zone de mémoire donnée On peut mémoriser ce procédé de réglage de longueur comme un programme de com- mande dans la mémoire 23 de l'unité NC. Avec un système à usiner NC selon la présente in- vention, on visualise une liste d'outils avec des para- métres d'outils nécessaires pour un programme d'usinage créé sur le dispositif de visualisation, et l'opérateur peut facilement localiser les outils sur l'écran de vi- sualisation et préparer les outils voulus. Bien qu' on ait représenté et décrit un certain exemple de réalisation préféré de la présente inverntion, il est évident qu'on peut prévoir des changements et des modifications sans sortir du cadre de l'invention telle que définie dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1 Système à usiner commandé numériquement com- prenant une unité de commande numérique ( 20) pour comman- der une machine-outil, l'unité de commande numérique in- cluant un dispositif d'entrée ( 21), une unité arithméti- que ( 22) pour effectuer une opération arithmétique sur une commande introduite par le dispositif d'entrée, une mémoire ( 23) pour mémoriser la commande provenant du dis- positif d'entrée et le résultat de l'opération arithméti- que dans l'unité arithmétique, et une unité de commande ( 24) pour commander l'opération arithmétique dans l'uni- té arithmétique, caractérisé en ce qu'il comprends un moyen pour mémoriser dans la mémoire un pro- gramme d'usinage incluant des commandes de modèlesd'usi- nage pour spécifier des modèles d'usinage, des commandes d'outils pour spécifier des outils, et des commandes d'informations de position pour spécifier des infor- matione de positioru pour les outils; un moyen pour sélectionner les commandes d'outils dans le programme d'usinage mémorisé; et un moyen ( 26) pour visualiser des éléments d'in- formations sur les outils sélectionnés par ledit moyen de sélection. 2 Système à usiner commandé num 4 riquement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de visualisation est agencé pour visualiser une liste d'ou- tils dans l'ordre d'usinage dans le programme d'usinage mémorisé. 3 Système à usiner commandé numériquement selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite mémoire est agencée pour mémoriser des paramètres d'outils. 4 Système à usiner commandé numériquement selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit moyen de visualisation est agencé pour visualiser une liste des paramètres d'outils ainsi que la liste des outils. 5 Système à usiner commandé numériquement selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un clavier pour réécrire des éléments d'informations sur les paramètres des outils. 6 Système à usiner commandé numériquement selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits para- mètres des outils comprennent des diamètres nominaux d'outils, des diamètres d'outils,des longueurs d'outils, des compensations de longueurs indiqutant les valeurs d'u- sure sur les outils, et des durées de vie d'outils. 7 Système à usiner commandé numériquement selon la revendication 6, caractérisé en cc que la longueur de chaque outil peut être mesurée par un procédé de ré- glage de longueur automatique. 8 Système à usiner commandé nwnumériquement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de com- mande numérique comprend un moyen pour créer un program- me d'usinage. 9 Système à usiner commandé numériquement selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit moyen de création de programme comprend un clavier pour introduire, supprimer, insérer et corriger des éléments d'informa- tions pour un programme d'usinage qui est visualisé par le moyen de visualisation.