Brevet FR2544242A1 — publié le 19841019

- PROCEDE D'USINAGE D'UN PROFIL FINI ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE DU PROCEDE. La présente invention concerne un procédé d'usinage d'un profil fini à partir d'un profil brut et le dispositif de mise en oeuvre du procédé. On connaît des procédés d'usinage d'un profil fini dans lesquels le profil brut est usiné suivant des déplacements parallèles au profil fini En général, ces procédés ont pour inconvénient de faire varier la profondeur de passe ou l'épaisseur du copeau, donc de ne pas utiliser l'outil à son maximum de capacité. Il est également connu^de partir d'un profil brut simulant une forme de barreau cylindrique et de l'usiner suivant une direction parallèle à l'axe de broche Cet autre procédé a l'inconvénient, lorsque l'on utilise des profils bruts matricés ou sortant de fonderie et ayant un profil avoisi- nant le profil fini, de faire perdre du temps par des dépla- cements inutiles de l'outil entre le profil brut simulant un cylindre et le profil brut matricé. La présente invention a pour but principal d'éliminer les inconvénients de l'art intérieur, c'est-à-dire d'utiliser 2- l'outil à sa capacité maximum et de limiter le plus possible les déplacements improductifs de l'outil. Ce résultat est atteint grâce à un procédé d'usinage d'un profil fini par une machine-outil à commande numérique caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: 1) Introduction d'une description du profil fini, puis du profil brut, dans un premier et un deuxième moyens de mémorisation; 2) Traitement de la description du profil fini pour suppri- mer, après analyse, les portions de profil présentant une concavité et rangement de la description des portions de profil présentant une concavité dans un troisième moyen de mémorisation; 3) Rangement du profil fini "dit épuré", c'est-à-dire débar- rassé' des portions concaves, dans un quatrième moyen de mémorisation; 4) Elaboration de l'ébauche du profil fini épuré par passes successives en déplaçant l'outil entre les coordonnées fournies par la mémoire du profil fini épuré et la mé- moire du profil brut. Un autre but de l'invention est d'obtenir une capacité maxi- male de coupe lors-de l'usinage du profil fini, et ce, même dans les parties concaves. Ce résultat supplémentaire est atteint grâce à un procédé caractérisé en ce que, lors de l'opération de tournage d'une concavité complexe, la commande numérique: a) récupère le profil d'une concavité rangée dans le troi- sième moyen de mémorisation et examine les portions de profil situées à droite et à gauche d'une droite de des- cente programmée; b) élimine, des profils situés à droite ou à gauche de la. droite de descente, les concavités incluses dans l'un des profils droit ou gauche, pour transformer la concavité complexe en concavité simple; 3- c) effectue l'opération d'usinage de la concavité simple; d) réitère les opérations précédentes sur une autre conca- vité simple de la concavité complexe. Un troisième but de l'invention est la réalisation d'un dis- positif permettant la mise en oeuvre du procédé de l'inven- tion. Ce troisième résultat est obtenu au moyen d'un dispositif comprenant: des moyens de délivrer, à un microprocesseur relié à un bus, un programme définissant le profil brut et le profil fini, ledit microprocesseur, après compilation, adres- sant lesdits profils brut et fini respectivement dans des premières mémoires vives; des secondes mémoires mortes, reliées au bus, comprenant respectivement les paramètres de la machine d'usinage à commander et un logiciel; des moyens de traiter le profil fini pour en ôter les concavités et élaborer un profil fini dit épuré; une troisième mémoire vive destinée à recevoir la des- cription des parties concaves; une quatrième mémoire vive destinée à recevoir le profil fini dit épuré, c'est-àL-dire ne comprenant plus de conca- vité, des moyens d'assurer la liaison et la transmission des commandes entre le bus et la machine à commander. D'autres particularités et avantages de l'invention appa- raîtront plus clairement à la lecture de la description ci- après, faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique de moyens permettant la mise en oeuvre du procédé d'usinage de l'invention; La figure 2 représente les passes d'usinage de l'outil entre un profil brut et un profil fini selon le procédé d'usinage; - La figure 3 est une vue latérale d'un profil fini coipor- tant des gorges; Les figures 4 et 5 sont des vues en coupe d'une concavité simple ou gorge et des illustrations des étapes d'usinage de cette gorge; et La figure 6 est une vue en coupe d'une concavité complexe. A la figure, 1, on a représenté une machine-outil 1 suppor- tant une pièce à usiner 2 Cette machine-outil comporte une tourelle porteoutil non représentée Les différents organes de commande et les différents capteurs de cette machine-outil sont reliés par une carte électronique 3 jouant le rôle de coupleur d'axes, qui est branchée sur un bus 4 La carte 3 a pour fonction d'assurer la liaison avec les capteurs qui lisent la position des parties mobiles de la machine et de piloter leur vitesse de déplacement. Le bus 4 est relié à un microprocesseur 5 et à un ensemble de mémoires 78-9, comprenant respectivement -au moins une mémoire vive R A M 7, une mémoire E E Po R O M 8, et une mémoire R E P R O M 9 La mémoire R Eo P R OOM contient les codes, des instructions et le logiciel permettant le fonctionnement du dispositif. La mémoire E Eo P R O M contient les paramètres de la machine, c'est-à-dire les définitions des courses des or- ganes mobiles et des gains d'asservissement. La mémoire R A M peut être constituée d'un ensemble de- mémoires vives et contient tout le reste des informations nécessaires au fonctionnement du dispositif, comme on l'expliquera dans la suite. Le bus 4 est également relié à une carte 6 jouant le rôle de coupleur série et assurant la transmission et la mise en forme des signaux qui transitent par le bus et sont destinés à un ensemble 10 comportant un clavier de commande et, un or- gane de visualisation. - Une deuxième carte de couplage série assure la liaison entre le bus et un lecteur de ruban 12. Le procédé d'usinage d'une ébauche est mis en oeuvre au moyen du dispositif décrit en se référant à la figure 1. Lorsqu'on veut par exemple, usiner la pièce 2 suivant un profil fini représenté par le tracé Pl à P 7 de la figure 2, et que la pièce 2 a été obtenue par exemple en sortie de fonderie ou de matriçage avec un profil brut défini par les points A, B, C, D de la figure 2, le programmeur fait entrer dans le dispositif, soit à partir du lecteur de ruban 12, soit à partir du clavier avec contrôle sur le dispositif de visualisation, le programme qui définit le profil fini de la pièce et son profil brut, ainsi que les indications qui pré- cisent si l'ébauche doit s'effectuer parallèlement à l'axe X, ou parallèlement à l'axe Z. De même, dans ses instructions, le programme précisera la surépaisseur suivant l'axe X et Z qui devra être admise pour que, en fin d'usinage,-on puisse appeler un cycle de fini- tion de la pièce qui la terminera avec la précision et la finition souhaitées. Le programme précisera aussi la profondeur de passe, la vitesse d'avance de l'outil et la vitesse de broche. -Ces précisions seront définies dans le format explicité ci- après: Format:G 64 N N XA ZA I K P ou'R F S Pli P N Pl à NP 7: définition du profil fini: ébauche de N Pl vers Np 7, l'ordre des séquences donnant le sens de l'usinage. XA ZA: coordonnées d'arrêt pour les premières passes d'ébauche. I, K: surépaisseur en X et Z. P ou R: profondeur de passe P ébauche longitudinale R ébauche transversale 6 - F S: vitesse d'avance et vitesse de broche. P ou R, F, S peuvent être modifies en cours d'ébauche. Un exemple de programmation permettant de définir les profils brut et fini de la figure 2 est donné ci-dessous: Programmation: N 10 G XO Z O: Initialisation en X et Z pour début de lîébau- che. N 20 G 79 N 100: Saut à la séquence d'appel du cycle d'ébauche G 1 Xp 7 Zp 7 XP 6 A 45 B- A 180 Xp 4 Zp 4 P 4 P A 60 B- A 90 Xp 2 Zp 2 Xp Zp Pl Pl G 64 N 90 XB ZB XC ZC: XD ZD: XE ZE e Définition du profil fini N 30 XA ZA I K P F S Zone d'ébauche Séquence de changement de Définition du profil brut valeurs de P, F, et S G 80 X Z: Fin du Programme d'ébauche (dégagement) G 77 N 30 N 90 G 41 T D F S: Exécution de la finition Cet exemple ne comporte pas de gorge; toutefois, dans le cas représenté à la figure 3, le profil fini peut comporter deux gorges F et G. N 30 N 40: N 50 N 60 N 70 N 80 j N 90 N 100 N 120 N 130 N 140 N 150 N 160 N 170 7 m Dans ce cas, le programmeur modifiera en conséquence son programme de profil fini. Le programme ci-dessous correspond à celui écrit par le pro- grammeur dans le cas d'un profil conforme à celui de la figure 3: N 10 GX O Z O N 20 G 79 N 100 N 30 G 1 Xp 15 Zp 15 N 31 X Xp 14 N 32 Xpi 3 Zp 13 N 33 ZP 12. N 34 X P 11 BR 1 l B Rl = rayon du congé N 35 Z Plo O BR 10 BR 10 = rayon du congé N 36 Xp N 37 Z Zp 8 N 38 Xp 7 Zp 7 N 39 Xp 6 N 40 Xp 5 Zp 5 N 41 X N 42 Xp 3 Zp 3 N 43 X N 44 P 2 N'44 Zp 1 _ 8-_ Le programme sera rangé dans une zone de la R A MO 7. On supposera que le programme du prof-il brut est rangé dans la zone 70 de la R A M; le dispositif va alors fonctionner de la façon suivante lors du traitement d'un cycle d'ébauche: Une fois que le profil fini a été introduit dans la zone 71 de la R A M 7, le microprocesseur effectue une recherche des parties concaves du profil fini, en recherchant d'abord les gorges telles que F (figure 3) Pour cela, le micropro- cesseur, grâce au logiciel inclus dans la mémoire 9, compare les valeurs des mots contenus dans les mémoires et cherche s'il existe des X i+ tels que xi+ i+ Xi ( 1) Dans l'exemple, ce sera X 13- Ensuite, il recherche le plus grand des Xir satisfaisant la relation ( 1) Dans l'exemple, ce sera P 13 Cette opération est seulement effectuée lorsque l'on a plusieurs gorges incluses successivement l'une dans l'autre. Enfin, le microprocesseur cherche, dans les valeurs X'i pré- cédant la valeur X i celle qui est égale ou supérieure à X* i+l Dans l'exemple considérée X'i correspond à Xp 9. Le microprocesseur prend alors la portion du programme comprise entre les deux adresses N 32 et N 362 o se trouvent respectivement les valeurs XP 13 et X et range cette por- tion de programme dans une deuxième zone 72 de la mémoire vive 7 R A M, zone que l'on appellera 'zone de stockage des programmes de profil fini de gorge". Après cette opération, le programme de l'ébauche du profil fini ne comprend plus les instructions N 33 à N 36 incluse. De même, pour les gorges dont la concavité est orientée selon Z, le microprocesseur 5 va rechercher dans le contenu de la zone 71 s'il existe des Ziln+l tel que Z* n+l t Zn -9 _ Dans l'exemple considéré, il s'agit de Zp 5. Ensuite, le microprocesseur recherche le plus grandparmi les Z N précédant un* Z n+l Dans l'exemple, il s'agit de Z aà l'adresse N 42 Enfin, le microprocesseur recherche l'adresse o se trouve un Zn qui soit supérieur ou égal à Z* N Dans 1 l'exemple, ce sera N 38. Le microprocesseur élimine du programme du profil fini les instructions comprises entre les adresses N 39 à N 42 incluse, et va ranger ces instructions dans la zone de la mémoire vive 7. Le nouveau programme de profil fini, débarrassé des portions concaves, est rangé dans une troisième zone 73 de la R A M. Une fois cette opération réalisée, le microprocesseur va partir du nouveau profil fini défini dans la zone mémoire 73, profil ne comportant plus de parties concaves et effectuer une translation suivant X d'une valeur I, et suivant Z d'une valeur K du nouveau profil fini, en ajoutant une valeur K à chaque mot mémoire contenant une valeur Z, et une valeur I à chaque mot mémoire contenant une valeur X. Enfin, partant de cette table définissant le nouveau profil fini translaté, rangée dans une quatrième zone 74,-ou bien élaborée au fur et à mesure des besoins du microprocesseur à partir de la table 73, le microprocesseur calcule les coor- données des points représentatifs du déplacement de l'outil et transmet les valeurs représentatives des déplacements à effectuer au coupleur 3 pour asservir la machine Dans le cas d'une ébauche réalisée parallèlement à l'axe Z, le microprocesseur va déterminer, grâce à son logiciel, le dernier point précédant une variation de A X sur le profil brut et ordonner le déplacement de l'outil de la position de repos Xo, Z 0, jusqu'au point B (figure 2). Le microprocesseur calcule les coordonnées du point X 1, Z 1 le long de la droite BC, pour lequel la variation du i X est égale à la profondeur de passe fixée par le programme. Le microprocesseur ordonne le déplacement de l'outil du point B au point de coordonnées X 1 Z 1, puis du point X 1, Z 1 au point X 1, Za + K. L'outil monte ensuite jusqu'a X + I, Za + et va, en passant par le point B, au point de coordonnées X 2, Z 2 qui correspond à un nouveau à X égal à la profondeur de passe P - L'outil se déplace ensuite du point X 22 Z 2 au point X Zp 2 -+ K, puis remonte vers le point XP 2 + I ZP 2 + K pour repartir vers le point XP 2 + I, Za+ K L'outil remonte enfin en X 1, Za + K pour retourner sur le profil brut et venir, le long de la droite BC, se positionner en X 3 Z 30 Les cycles se poursuivent ainsi jusqu'à ce que l'outil atteigne le point de coordonnées Xe Ze- On comprend aisément que l'outil, partant des positions éva- luées par le microprocesseur à partir des données du profil brut, perd moins de temps en déplacements inutiles et est toujours en train de couper, sauf dans les phases de déga- gement et de retour de l'outil, au point suivant-du profil brut non encore usiné Par rapport au procédé classique qui consiste à utiliser- comme profil brut l'image d'un barreau cylindrique, on gagne le temps des déplacements de l'outil dans la zone hachurée Ces déplacements sont surtout pénali- sants en ce qui concerne les déplacements de l'outil effec- tués dans le sens de passe, car, dans les phases de dégage- ment et de retour de l'outil, on peut utiliser une plus grande vitesse de déplacement. D'autre part, comme le profil fini est exécuté sans les gorges, on peut utiliser des outils 13 du type représenté à la figure 2, avec un seul bord de coupe 14 orienté du côté du sens de passe. Ces outils ont une résistance et une capacité de coupe plus grandes que celles des outils présentant deux surfaces de coupe et permettent donc d'effectuer des passes de profon- deur plus grande, donc une ébauche plus rapide. Ensuite, dans le cas o l'ébauche du profil fini doit comporter des gorges; le programmeur, dans le programme d'exécution rangé dans la mémoire 9, écrit deux instructions G 65 commandant d'abord l'usinage de la portion de gorge à droite d'une droite de descente, puis l'usinage de la por- tion de gorge à gauche de la droite de descente. il - Le format de l'instruction de cycle de gorge est le sui- vant: Format: G 65 Nl N 2 A P ou R X ou Z I K F S Nl et N 2 sont deux séquences du profil fini de part et d'autre de la gorge. A est l'angle de pénétration pour l'usinage (la pénétration s'effectue à la vitesse F programmée). P ou R sont les profondeurs de passe suivant X ou Z. F, S sont les vitesses d'avance et de broche. L'ordre des séquences Ni N 2 donne la partie devant être usinée: Nl N 2: usinage à gauche de la droite A. N 2 Nl: usinage à droite de la droite A. Le programmeur ajoute donc, à la suite du programme d'ébauche du profil sans gorge, les instruction suivantes: N 180 G 65, P 12 P 9 A, Pu ZP, K, FP S. N 190: Instruction de changement d'outil N 200 G 65, P 9 P 12 ? A, P, ZP 12 K, F, S Le microprocesseur utilise les profils de gorges de la mémoire 72 pour exécuter les calculs grâce au logiciel et commander les déplacements, comme représenté à la figure 4, amenant l'outil ayant le bord d'attaque à gauche, à decendre le long de la droite 40 et à prendre une passe de profondeur P jusqu'à la rencontre avec le profil translaté 41. Ensuite, l'outil se dégage de la pièce, revient le long de la droite 40, effectue une seconde plongée et une deuxième passe 2 Le procédé se réitère, et les calculs se font comme indiqué précédemment, jusqu'à ce que l'outil ait enlevé toute la matière n'appartenant pas au profil fini, augmenté d'une surépaisseur comme représenté en 50, figure 5. 12 - Ensuite, le microprocesseur commande un changement d'outil et exécute le cycle d'ébauche de gorge à droite avec l'outil ayant le bord d'attaque à droite. Le processus se déroule comme précédemuient a seul le sens de passe a changé, et le microprocesseur utilise le profil fini translaté 51 et la droite de descente pour calculer les déplacements et les commandes. Le profil fini est représenté par 52 et les hachures 53 représentent les portions de gorge restant à enlever, La description a été faite par rapport à une gorge dont la concavité est orientée suivant l'axe X g mais le procédé reste identique pour une gorge dont la concavité est orien- tée suivant l'axe de Z, Les exemples des figures-4 et 5 concernent des gorges simples Si l'on doit traiter une concavité complexe, telle que celle représentée à la figure 6, le programmeur va pro- grammer l'usinage du profil de cette concavité Le micropro- cesseur va commencer par traiter le profil à gauche de la droite de descente, constitué par les concavités 61 et 63 et va éliminer les concavités incluses dans ce profil Il éli- mine donc la concavité 63 et usine le profil 61. Ensuite, le dispositif traite la partie droite, constituée des profils 62 et 64, et usine le profil 62 sans tenir compte de la concavité 64 Par la suite, chacune des conca- vités simples 63, 64 sera traitée comme on l'a expliqué plus haut. Il est bien évident que, si la droite de descente tombe dans la concavité 63 par exemple, on usine alors en une seule fois le profil gauche constitué par 61 et la partie de 63 située à gauche de la droite de descente; puis, le profil droit constitué par' 62 et la partie de 63 située à droite de la droite de descente, et dans ce cas, l'usinage de 64 (concavité simple) devrait être programmé séparément comme on l'a indiqué plus haut. Il est bien évident que toute modification à -la portée de l'homme de l'art fait également partie de l'invention. Revendications de brevet 1 Procédé d'usinage d'un profil fini par une machine- outil à commande numérique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: 1) Introduction d'une description du profil fini, puis du profil brut, dans un premier et un deuxième moyens de mémorisation; 2) Traitement de la description du profil fini pour suppri- mer, après analyse, les portions de profil présentant une concavité et rangement de la description des portions de profil présentant une concavité dans un troisième moyen de mémorisation; 3) Rangement du profil fini "dit épuré", débarrassé des por- tions concaves dans un quatrième moyen de mémorisation. 4) Elaboration de l'ébauche du profil fini épuré par passes successives, en déplaçant l'outil entre les coordonnées fournies par la mémoire du profil fini épuré et celles fournies par la mémoire du profil brut. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire de prise en compte des modifications des conditions de coupe (profondeur de passe, vitesse d'avance, vitesse de broche) programmées en même temps que la description du profil brut. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par une opération de finition permettant d'ache- ver le profil-fini épuré. 4 Procédé selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par une opération de tournage des concavités. 5 Procédé seion la revendication 4, caractérisé en ce que, lors de l'opération de tournage d'une cavité complexe, la commande numérique: a) récupère le profil d'une concavité rangée dans le troi- sième moyen de mémorisation et examine les portions de profil situées à droite et à gauche d'une droite de des- cente programmée; 14 - b) élimine, des profils situés à droite et à gauche de la droite de descente, les concavités incluses dans l'un des profils droit ou gauche pour transformer la concavité complexe en concavité simple e c) effectue l'opération d'usinage de la concavité simple S d) réitère les opérations précédentes sur une autre conca- vité simple de la concavité complexe. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la commande numérique, lors de l'opé- ration de tournage des concavités complexes, a) Récupère le profil d'une concavité simple, rangé dans le troisième organe de mémorisation, et détermine la portion de profil située à droite d'une droite de descente de l'outil, la partie gauche étant conservée dans un moyen de mémorisation; b) usine, par passes successives, avec un outil dont la face de coupe est -à droite, ce profil droit de concavité simple à droite de la droite de descente, jusqu'à la ren- contre par l'outil du profil fini translaté d'une valeur représentant les surépaisseurs en X et en Z v c) commande un changement d'outil et usine, par passes suc- cessives et de profondeur donnée, avec un outil dont la face de coupe est à gauche, le profil de concavité à gauche de la droite de descente jusqu'à la rencontre par l'outil du profil gauche translaté d'une valeur représen- tant les surépaisseurs en X et en Z déterminées par pro- grammation. 7 Dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé- de l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens ( 6, 10, 11, 12) de délivrer à un microproces- seur ( 5), relié à un bus ( 4), un programme définissant le profil brut et le profil fini, ledit microprocesseur, -15 - après compilation, adressant lesdits profils brut et fini respectivement dans des premières mémoires vives ( 70, 71) des secondes mémoires mortes ( 8 et 9), reliées au bus ( 4 >, comprenant respectivement les paramètres de la machine d'usinage (l) à commander et un logiciel; une troisième mémoire vive ( 72 >, destinée à recevoir la description des parties concaves ( 3), une quatrième mémoire vive ( 73), destinée à recevoir le profil fini dit épuré, c'est-à-dire ne comprenant plus de concavité; et des moyens d'assurer la liaison et la transmission des commandes entre le bus ( 4) et la machine à commander ( 1). 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une cinquième mémoire ( 74) destinée à recevoir les valeurs définissant un profil fini épuré et translaté en X et en Z suivant des valeurs définies par programmation. v