Brevet FR2548070A1 — publié le 19850104

La présente invention concerne un procédé de commande d'une centrale d'usinage comportant un grand nombre d'outils de plusieurs sortes qui utilise un dispositif de commande numérique par calculateur (CNC) et, plus spécialement, un procédé de mesure de la durée de vie utile de tous les outils soumis au système de commande. Le tranchant d'un outil utilisé dans une machineoutil s'abrase lorsque l'usinage a été effectué pendant une longue durée, de sorte que la qualité de coupe se détériore L'abrasion 10 du tranchant diminue le rendement d'usinage et altère la précision d'usinage de la surface de la pièce Pour éliminer ces inconvénients, il faut superviser les durées de vie utiles de tous les outils séparément Selon un procédé connu, le temps de coupe d'un outil est comptabilisé de manière intégrée et, lorsque la valeur inté15 grée atteint une limite de durée de vie utile qui a été fixée empiriquement à partir des conditions d'utilisation de l'outil, une information est émise indiquant que l'outil se trouve à l'état limite de sa durée de vie utile Ce système peut être utilisé pour mesurer la durée de vie utile dans une machine-outil du type exclusif dans laquelle des outils désignés sont employés exclusivement et o, par conséquent, les types d'outils sont limités Toutefois, dans une centrale d'usinage à commande numérique comportant un dispositif de changement automatique d'outil, de nombreuses sortes d'outils sont fréquemment changées et ils sont employés de 25 manière non continue Si le procédé ci-dessus mentionné d'intégration du temps d'utilisation à l'aide de minuteries est appliqué à cette centrale d'usinage, il faut que le nombre des minuteries corresponde à celui des sortes d'outils De plus, il faut sélectionner, parmi plusieurs minuteries, celle qui correspond à un outil 30 utilisé pour l'usinage, et il faut que la minuterie sélectionnée soit actionnée en même temps que le début de l'usinage et soit arrêtée en même temps que la fin de celui-ci Par conséquent, le circuit de commande assurant les changements de fonctionnement devient extrêmement complexe et l'augmentation de la taille de 35 l'appareil de commande conduit à une augmentation du coût, si bien que ce procédé présente de nombreux problèmes en ce qui concerne son utilisation dans la pratique. Pour éliminer ces inconvénients, il a été proposé un procédé de mesure discriminative de la fin de la durée de vie utile de chaque outil Le procédé comprend les opérations suivantes: lire le numéro de l'outil à utiliser pour l'usinage, la vitesse relative d'usinage et la quantité d'avance à partir du code de commande se trouvant dans le programme de commande numérique (ciaprès appelé "programme CN"), calculer le temps pendant lequel 10 l'outil effectue l'usinage dans un programme d'usinage, puis accumuler le temps d'usinage de tous les outils et comparer la valeur cumulée avec la durée de vie utile précédemment donnée pour chaque outil Ce procédé peut être mis en oeuvre à l'aide d'un programme emmagasiné dans un dispositif de commande numérique 15 par calculateur (CNC). Tous les procédés de commande ci-dessus mentionnés décident de la durée de vie utile des outils à partir du temps d'usinage cumulé Toutefois, le degré d'abrasion d'un outil varie selon que la vitesse de coupe est élevée ou basse, même si une 20 même pièce a été usinée par un même outil pendant un même temps d'utilisation Ainsi, le degré d'abrasion augmente avec la vitesse de coupe Par conséquent, si la durée de vie utile de l'outil n'est déterminée qu'à partir du temps d'utilisation de l'outil, un outil qui a été utilisé à une vitesse de coupe relativement lente peut 25 être amené à être considéré comme ayant atteint la limite de sa durée de vie utile, alors que ce n'est pas le cas Au contraire, un outil utilisé à une vitesse de coupe élevée peut s'user dans le cours de sa durée utile limite, ce qui conduit à une détérioration du rendement de coupe et de la précision de la surface de coupe. 30 C'est donc un but principal de l'invention de proposer un procédé de mesure de la durée de vie utile d'un outil, lequel peut être appliqué à une centrale d'usinage comportant un dispositif de changement automatique d'outil dans laquelle un grand nombre d'outils sont sélectivement utilisés. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de mesure de la durée de vie utile d'un outil qui peut décider d'une manière plus précise de la durée de vie utile de chaque outil. Un but particulier de l'invention est de proposer un procédé de mesure de la durée de vie utile d'un outil, o la durée de vie utile de chaque outil est mesurée à partir du déplacement réel de chaque outil pour effectuer l'usinage. Selon l'invention, la distance d'usinage effectuée réellement par chaque outil pour usiner une pièce est accumulée, et cette distance d'usinage cumulée est comparée à une distance 10 d'usinage prescrite, après quoi il est décidé de la durée de vie utile de l'outil Par conséquent, une décision plus précise peut 2 tre prise quant à la durée de vie utile de l'outil, si bien que le rendement de production et la précision du finissage peuvent être améliorés. La figure 1 représente un organigranne illustrant le concept de l'invention Une centrale d'usinage à commande numérique demande un programme de calcul numérique (CN) qui enregistre le code de commande permettant de commander la centrale d'usinage. L'invention estime la distance parcourue par l'outil pour effectuer 20 l'usinage en utilisant ce programme CN et accumule la distance ainsi estimée Dans une première étape, le code de sélection d'outil est déterminé à partir du programme CN Apres cette détermination, un dispositif de commande séquentielle de sélection d'outil est mis en service et le numéro de l'outil à utiliser réellement dans un certain processus d'usinage est emmagasiné Dans une deuxième étape, lorsque le code de commande d'usinage, par exemple le code d'avance de coupe, a été lu en ce qui concerne l'outil sélectionné par le programme CN, la distance d'usinage parcourue par l'outil pendant un processus d'usinage est estimée à chaque fois que l'usinage commence Dans une troisième étape, la distance d'usinage déterminée lors de la deuxième étape est accumulée pour tout numéro d'outil emmagasiné lors de la première étape Lorsque de nombreuses pièces sont usinées par diverses sortes d'outils, la distance d'usinage est accumulée pour chaque outil séparément Dans une quatrième 35 étape, la distance d'usinage accumulée qui a été déterminée lors de la troisième étape est comparée avec une distance de vie utile d'usinage prescrite représentant la limite de durée de vie utile de chaque outil Ainsi, puisque le degré d'usure de chaque outil est comparé à la distance de durée de vie utile, on sait quelle quantité il reste pour la distance d'usinage avant que celle-ci n'atteigne la limite prescrite de durée de vie utile Dans une cinquième étape, il est pris une décision relativement à la quantité restante pour la distance d'usinage à partir de la comparaison obtenue dans le processus de comparaison de la quatrième étape, et il est décidé si la limite de durée de vie utile de chaque outil a été atteinte en fonction de la distance d'usinage restante. Sur la base du résultat obtenu lors de la cinquième étape, l'outil peut être remplacé automatiquement par un nouvel outil, ou bien le fait que la limite de durée de vie utile a été atteinte peut être indiquée par un signal d'alarme à l'ouvrier Lors de la deuxième étape, qui sert à déterminer la distance d'usinage, il estpréférable, comme décrit ci-après dans un premier mode de réalisation, que la vitesse d'avance relative donnée par le programme CN et la durée réelle d'usinage de l'outil soient mesurées et que, à partir de la relation existant entre la vitesse d'avance et la durée d'usinage, la distance réelle d'usinage correspondant à un certain processus d'usinage soit déterminée Selon ce procédé, la distance d'usinage relative à chaque outil peut être déterminée à partir du programme emmagasiné dans le dispositif de commande numérique par calculateur (CNC) 25 utilisant le programme CN. De plus, lors de la deuxième étape, un procédé tel que décrit dans un autre mode de réalisation peut être adopté. Dans le programme CN, la quantité de déplacement de chaque outil pendant l'usinage est donnée sous forme d'une distance relative 30 ou de valeurs de coordonnées absolues Sur la base du code de commande représentant la quantité de déplacement d'usinage, la quantité de déplacement réelle de l'outil peut être estimée pendant que l'outil effectue l'usinage et se déplace Dans le cas d'un usinage linéaire, la quantité de déplacement d'usinage peut 35 être facilement déterminée à partir des données de commande Dans le cas d'un usinage courbe, la distance courbe peut être déterminée à partir des données de la valeur du rayon, du point de départ, du point terminal, etc, contenues dans le programme. L'invention peut non seulement être utilisée dans une machine-outil comportant un dispositif de commande numérique par calculateur (CNC), par exemple une centrale d'usinage, mais elle peut également être utilisée dans un système dit de commande CNC o diverses machines-outils sont commandées par le calculateur principal disposé au niveau de la centrale. La description suivante, conçue à titre d'illustra10 tion de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est un organigramme illustrant le concept du procédé de l'invention; la figure 2 est un diagramme montrant la constitution d'un dispositif qui est un mode de réalisation permettant de mettre en oeuvre le procédé de l'invention; la figure 3 est une table de données d'identification d'outils permettant d'emmagasiner une distance d'usinage 20 cumulée, ou une donnée analogue; la figure 4 est un organigramme du programme principal; la figure 5 est un organigramme d'un sous-programme représentant le traitement d'avance; la figure 6 est un organigramme d'un programme d'interruption permettant de mesurer le temps d'usinage; la figure 7 est un organigramme d'un sous-programme destiné à émettre une décision sur la durée de vie utile, en relation avec le remplacement de l'outil; la figure 8 est un schéma montrant un exemple de programme CN; et la figure 9 est un organigramme utilisé dans un deuxième mode de réalisation de l'invention. On va maintenant décrire un mode de réalisation de 35 l'invention en relation avec une centrale d'usinage La figure 2 est un schéma montrant la constitution d'un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé de mesure au moyen d'un calculateur dans un dispositif de commande numérique Un dispositif de commande numérique 12 comprend principalement une unité centrale de traitement (UCT) 14, ureinterface d'entrée 16 et des interfaces de sor5 tie 18 et 20 permettant de faire entrer ou sortir des données, un générateur de signaux d'interruption (GSI) 22 qui produit des signaux d'interruption à intervalles réguliers en vue de la mesure des temps, et une mémoire 24 permettant d'emmagasiner le programme et les données prescrits L'interface d'entrée 16 du dispositif de commande numérique 12 est connectées un lecteur de bande 26 qui lit une bande 28 contenant un programme de commande numérique sur laquelle un code CN a été perforé L'interface de sortie 18 est directement connectée à un dispositif 30 de commande de changement d'outil qui effectue une série de commande séquentielle à partir 15 des instructions émanant de l'UCT 24 L'interface de sortie 20 est connectée à un circuit 32 de commande d'un servomoteur permettant de commander le déplacement de l'outil et la rotation de l'arbre principal A la mémoire 24, est fixée une région de mémoire comprenant une table d'identification d'outil (TIT) 24 a, un registre 20 de numéros d'outils en cours d'utilisation (CTN) 24 b, un registre de vitesses d'avance (FR) 24 c, et un registre de calcul des temps (TCR) 24 b Sur la table TIT, représentée sur la figure 3, sont indiqués le numéro de l'outil, la distance d'usinage cumulée de l'outil qui est spécifiée par chaque numéro d'outil, la distance de durée utile de vie de l'outil et le numéro de l'outil de rechange devant tre utilisé- à la place de l'outil qui aura atteint la limite de durée de vie utile Le terme "usinage" désigne un traitement d'usinage, comme une opération de coupe ou de meulage, effectuée réellement par chaque outil Lorsqu'un outil utilisé est remplacé 30 par un outil neuf en fonction du contenu mémorisé de la distance d'usinage cumul&ou d'une commande du programme, le registre TIT s'efface et emmagasine des symboles numériques relatifs à l'addition cumulée de la distance d'usinage cumulée de l'outil Le registre CTN emmagasine temporairement le numéro d'un outil présentement utilisé 35 pour l'usinage Le registre FR emmagasine temporairement la donnée de la vitesse d'avance d'usinage fournie par le programme CN pour un certain processus d'usinage Le registre TCR est utilisé pour mesurer la durée pendant laquelle l'usinage est réellement effectué lors d'un certain processus d'usinage. Des organigrammes illustrant le programme qui per5 met de mettre en oeuvre le procédé de l'invention vont maintenant être décrit en relation avec les figures 4 à 7 La figure 4 montre le programme principal Dans les explications suivantes, il a utilisé une opération de coupe comme mode d'usinage La lecture du programme CN commence à l'étape 100, lors de l'entrée du signal 10 de début du dispositif de commande numérique Dans l'étape 102, le code de commande permettant de commander la rotation ou l'arrêt de l'arbre principal, par exemple un code M autre que l'instruction d'avance, est déterminé Si le code n'est pas le code de commande spécifié, le processus saute à l'étape 106 Par exemple, lorsqu'un 15 code GOO représentant un code de commande d'avance rapide pour l'outil ou le code TO 1 représentant le code de sélection d'outil est détecté, le signal de début est transmis afin de faire fonctionner chaque dispositif de commande séquentielle correspondant à chacun des codes de commande Apres un traitement tel qu'un chan20 gement d'outil a eu lieu, le traitement effectué dans le calculateur passe à l'étape 106 Si le code de commande de lecture est un code représentant l'instruction d'avance, le traitement passe à l'étape 108. Si ce n'est pas le cas, le traitement passe à l'étape 110, ou une décision est prise en ce qui concerne le fait que le programme CN 25 est ou non arrivé à la fin Si ce n'est pas la fin, le traitement passe à l'étape 100. La figure 5 illustre le processus d'avance indiqué à l'étape 108 Dans l'étape 200, une décision est prise quant au fait que le traitement est ou non un mode d'avance rapide Si le code de commande désigné par GOO, comme indiqué sur la figure 8, est le code qui a été introduit, le traitement passe à l'étape 216 o un traitement de distribution d'impulsions d'avance rapide est effectué Ainsi, l'outil se déplace jusqu'à une position prescrite sans être dans l'état de coupe Au contraire, s'il ne s'agit du mode d'avance rapide, le traitement passe à l'étape 202 et, puisque le code de commande est dans ce cas le mode d'avance de coupe G 01, un registre TCR de mesure du temps de coupe s'efface Ensuite, le traitement passe à l'étape 204, o un signal de début permettant de faire démarrer un générateur de signaux d'interruption (GSI) 22 est transmis à celui-ci Ensuite, le traitement passe à l'étape 206, o, en fonction de la quantité de déplacement relatif de l'outil qui est spécifiée par le programme CN et de la donnée de vitesse de coupe de l'outil, un numéro représentant une quantité de déplacement prescrite et des impulsions de vitesse correspondant à une vitesse d'avance prescrite sont transmis au circuit 32 de commande du servomoteur afin d'entraîner le servomoteur. Ensuite, dans l'étape 207, une décision est prise en ce qui concerne le fait qu'un registre de déviation servant à détecter la fin passe à l'état O Ainsi, si l'état du registre de déviation est 0, ceci indique que la distribution d'impulsions est terminée et que le travail de coupe prescrit est achevé Si le registre de déviation n'est pas 0, le calculateur se trouve dans un état d'attente, et la prise de décision de l'étape 207 est répétée jusqu'à obtention de l'état O Alors, le traitement passe à l'étape 208 Dans l'étape 208, le générateur de signaux d'inter20 ruption (GSI) 22 est arrêté, ce qui arrête la mesure du temps de coupe La donnée de vitesse de coupe du programme CN, qui a été lue au début de la distribution d'impulsions et emmagasinée dans le registre FR de la mémoire,peut être lue lors de l'étape 209 suivante Ensuite, à l'étape 218, le temps de coupe mesuré par le 25 programme d'interruption ci-après décrit est emmagasiné dans le registre TCR, et la valeur emmagasinée est lue Ensuite, dans l'étape 212, la distance de coupe effectuée par l'outil pendant ce processus de coupe est calculée à partir de la vitesse d'avance de coupe et du temps de coupe Si la vitesse d'avance de coupe est V 30 et le temps de coupe est T, la distance de coupe L est représentée par L = VT Dans ce cas, la distance de coupe correspond à la distance d'usinage ci-dessus mentionnée Le numéro d'outil emmagasiné dans le registre CTN est identifié et la valeur emmagasinée à la position prescrite de la table TIT correspondant au numéro d'outil -35 se voit ajouter la donnée de la distance de coupe, si bien que la distance d'usinage cumulée ainsi mise à jour est emmagasinée dans la même région de la mémoire. La figure 6 est un programme d'interruption permettant de mesurer le temps de coupe Si le générateur de signaux d'interruption 22 est mis en service à l'étape 204 de la figure 5, il réalise une interruption de l'UCT à des intervalles réguliers. En résultat, dans l'étape 300 de la figure 6, le registre TCR est incrémenté à chaque interruption, et le nombre de signaux d'interruption par durée prescrite est compté jusqu'à l'arrêt des signaux d'interruption Le temps de coupe réel est ainsi enregistré dans 10 le registre TCR. La figure 7 représente un programme de sélection d'outil comportant une opération de comparaison permettant d'estimer la durée de vie utile de l'outil et une fonction de décision permettant d'exécuter un processus de décision relativement à la durée de 15 vie utile Si un code T représentant le code de sélection d'outil est lu à l'étape 102 du programme principal de la figure 4, le traicement passe à l'étape 400 de la figure 7 Dans l'étape 400, la distance de coupe (usinage) cumulée U et la distance de durée utile de vie de coupe (usinage) L sont lues dans la table TIT en corres20 pondance avec le numéro d'outil sélectionné Les valeurs de U et L sont comparées entre elles dans l'étape 402 Si U L lors de l'étape 402, il est décidé que l'outil choisi a déjà atteint la fin de sa durée de vie utile et, dans l'étape 404 suivante, une décision est prise en ce qui concerne l'existence 30 ou la non-existence d'un outil de rechange S'il existe un tel outil de rechange, puisque le numéro de l'outil de rechange est emmagasiné dans le registre TIT, une instruction permettant d'indexer l'outil correspondant au numéro est transmise lors de l'étape 406, et le numéro de l'outil de rechange est emmagasiné dans le registre 35 CTN lors de l'étape 408 S'il n'existe pas d'outil de rechange, le traitement passe à l'étape 412, et la fin de la durée de vie utile de l'outil est signalée à l'ouvrier à l'aide d'un signal lumineux ou sonore. La figure 8 montre une partie du programme CN de 5 ce mode de réalisation Sur cette figure, T 01 représente un code de commande de sélection d'outil, M 06 un code de changement d'outil, M 03 un code de rotation de l'arbre principal, 5100 une vitesse de l'arbre principal, GOO un mode d'avance rapide, X 2000 une quantité de déplacement d'une instruction d'avance, G 01 un mode d'avance 10 de coupe, Y-100 une quantité d'une instruction d'avance, c'est-àdire une quantité de déplacement relatif, et F 150 une vitesse d'avance. Ainsi, dans ce mode de réalisation, le numéro de l'outil à utiliser dans l'opération de coupe (usinage) est emma15 gasiné, la vitesse de coupe est déterminée à partir du programme CN, le temps réellement nécessaire pour la coupe est mesuré, la distance de coupe est déterminée à partir du temps de coupe et de la vitesse d'avance, et ces valeurs sont accumulées et emmagasinées pour chaque outil Ainsi, une décision relative à la durée de vie utile de 20 l'outil est prise dans l'état de changement d'outil. En plus de ce qui ressort du mode de réalisation ci-dessus décrit, la décision relative de la durée de vie utile n'est pas prise dans l'état de changement d'outil, mais un signal d'alarme destiné à fournir une information sur le fait que l'outil 25 arrive à la fin de sa durée de vie utile peut être délivré au début de l'utilisation de l'outil Toutefois, le mode de réalisation cidessus décrit est préférable pour changer l'outil automatiquement. La figure 9 représente un organigramme utilisé dans un deuxième mode de réalisation de l'invention Suivant ce mode de réalisation, la distance de déplacement de chaque outil dans une opération de coupe est déterminée à partir du programme CN de la figure 8, et la quantité de déplacement obtenue après un processus d'usinage est ajoutée à la distance de déplacement accumulée. Dans le deuxième mode de réalisation, le programme présenté sur la figure 9 est exécuté à la place de celui de la figure 5 Le générateur de signaux d'entrée 22 de la figure 2 n'est pas nécessaire dans ce deuxième mode de réalisation et le programme d'interruption de la figure 6 n'est pas non plus nécessaire. Dans le deuxième mode de réalisation, le programme de traitement d'avance représenté sur la figure 9 est exécuté lors de l'étape 108 de la figure 4 Lorsque l'instruction d'avance de coupe a été identifiée dans l'étape 500, l'instruction d'avance est identifiée dans l'étape 501 afin qu'il soit indiqué s'il s'agit ou non d'une commande de copiage Si l'instructiond'avance est une commande relative à un seul axe, les étapes 502 et 503 sont exécutées et, après la distribution d'impulsions, la valeur d'instruction 10 d'avance correspondante donnée au programme CN est ajoutée à la distance de déplacement d'usinage cumulée Un de l'outil utilisé. Au contraire, si l'instruction d'avance est une commande de copiage, les étapes 504 à 506 sont exécutées Dans l'étape 504, il est effectué une distribution simultanée d'impulsions suivant deux axes Dans l'étape 505, la distance de déplacement de coupe relative à l'outil est calculée à Dartir des données des coordonnées du point terminal (Xn, Yn) spécifiées dans le programime CN et le code G (c'est-à-dire GO 1, G 02 ou G 03) Dans l'étape 506, la distance de déplacement calculée est ajoutée à la distance d'usinage cumulée Un 20 de l'outil correspondant Si l'étape 500 conclut à l'existence d'une instruction d'avance rapide, le traitement passe à l'étape 507, o est effectuée une distribution d'impulsions d'avance rapide, comme dans l'étape 216 de la figure 5. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure 25 d'imaginer, à partir des procédés dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS l Procédé de mesure de la durée de vie utile d'un outil, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: détecter ( 14, 24 a, 24 b) un code de sélection d'outil pour chaque exécution d'un programme (CN) et mémoriser le numéro de l'outil utilisé; calculer ( 14, 24 d) la distance d'usinage de l'outil utilisé dans l'usinage d'une pièce; accumuler ( 14, 24 d) la distance d'usinage relativement à chaque outil; comparer ( 14) la distance d'usinage cumulée avec la distance de durée de vie utile d'usinage prédéterminée afin d'indiquer la durée de vie utile de chaque outil; et déterminer ( 14, 24 d) la durée de vie utile de chaque outil sur la base du résultat obtenu dans l'opération de 15 comparaison. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de calcul de la distance d'usinage de l'outil est une opération de calcul de la distance d'usinage effectuée à chaque opération d'usinage à partir de la vitesse d'avance relative 20 entre l'outil et la pièce spécifiée par le programme (CN) et de la durée d'usinage mesurée. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de calcul de la distance d'usinage de l'outil est une opération de calcul de la distance d'usinage effectuée à 25 partir du code de vitesse d'usinage donné par le programme (CN) pour la commande de la quantité de déplacement d'usinage de l'outil et de la donnée du code d'avance.