Brevet FR2624420A1 — publié le 19890616

L'invention a pour objet un procédé de surveillance du travail d'une machine outil. En l'occurence, il s'agit tout simplement de contrôler si une machine outil travaille correc- tement ou non, afin de pouvoir éventuellement prendre des mesu- res. Un travail défectueux peut avoir les origines les plus diverses. L'origine la plus importante est l'état émoussé de l'outil. Les conditions défectueuses de fonctionnement se font remarquer par une croissance de la consommation de courant de la commande d'avance concernée. Dans ce cas, le courant monte généralement, avant que les influences n'aient provoqué un endommagement sérieux. Si par exemple, l'ou- til devient de plus en plus émoussé pendant l'usinage d'une pièce à usiner, le courant monte jusqu'à l'arrivée à une certaine valeur maximale, volontairement réglée. En atteignant cette valeur maximale, la machineoutil est arrêtée, ce qui peut se faire soit à la main, soit automatiquement. Parallèlement à cela, on aura généralement installé un arrêt de sûreté comme protection contre les surcharges. Après l'arrêt de la machine-outil, on peut ensui- te, en général, facilement découvrir l'origine de la montée du courant et ainsi de l'influence nuisible, et y remédier. Dans la pratique, il existait, jusqu'ici un problème dans le fait que l'arrêt de sûreté ne réagissait pas au moment approprié. En général, l'arrêt de sûreté ne doit pas fonctionner trop tôt, mais non plus trop tard, ou en d'autres termes: la valeur de consigne ne doit pas se trouver trop élevée, mais non plus trop basse. Si elle se trouve trop élevée, il existe le danger d'une apparition d'endommagement. Si par contre, elle se trouve trop basse, ceci signifie souvent une fausse alarme, c'est-à-dire un déclenchement de l'arrêt de sûreté sans vraie raison, ce qui diminue le rendement. Jus- qu'ici ce problème n'a pas été résolu: il s'est surtout toujours revélé que l'arrêt de sûreté répondait sans un réel inconvénient, et que tous les composants se trouvaient dans un état sans défaut et que le tranchant de l'outil était net. L'invention a comme objectif de proposer un procédé de surveillance, de telle manière que la surveillance fonctionne de façon plus précise qu'auparavant, c'est-à-dire avec une précision de discrimination plus grande afin de pouvoir diminuer la marge de tolérance de la réaction de l'arrêt. Ce problème est résolu par un procédé caractérisé en ce qu'en plus de la consommation de courant on mesure d'autres paramètres desquels on puisse déduire si l'état correspondant du processus d'usinage est acceptable ou non; en ce que l'on prend des mesures pour arrêter la machine-outil en cas de dépassement d'une certaine valeur maxi- male, et en ce que la valeur maximale est modifiée selon l'état du processus. Il est avantageux pour l'utlllsa- tion du procédé selon l'invention d'équiper la machine-outil concernée d'un système de mesure de déplacement direct et/ou indirect, incrémentiel. Pour réaliser l'invention il peut être nécessaire d'intercaler une résistance de précision dans le circuit du moteur de commande, qui peut faire partie d'un engrenage d'essieux ou d'une commande de broches. De telles commandes sont cependant souvent pourvues d'une sortie qui four- nit la consommation de courant. Généralement un microprocesseur avec un enregistrement logique pour des systèmes de mesure de déplacement et des convertisseurs A/D sera nécessaire. Les paramètres nécessaires peu- vent être saisis par une double utilisation des sorties des systèmes de mesure. Ceci signifie que par une saisie directe de la position sans capteurs supplémentaires, on peut indirec- tement saisir la vitesse et l'accélération de l'axe ou de la broche qu'il faut surveiller. En outre le convertisseur A/D mesure les valeurs du courant. I1 faut, ensuite un micro-oralna- teur qui soit en mesure d'enregistrer une valeur de courant, par axe ou par broche, à des intervalles de temps déterminés, par exemple toutes les cents mico-secondes, et qui, toutes les vingt milli-secondes, à partir de cette valeur, forme une valeur moyenne à l'aide d'une élimination "des valeurs non-plausibles". Sur la base des paramètres alors saisis, tous ensembles selon l'invention, c'est-à-dire du courant, de la position, de la vitesse, de l'accélération et éventuellement aussi des valeurs de déformation, on peut différencier les conditions inacceptables de conditions acceptables. L'ordinateur sert à cette fin, en saisissant les valeurs selon certaines stratégies d'interroga- tions et en les comparant avec les données mémorisées. iO Le procédé selon l'invention rend ainsi possible, comme déjà indiqué, de reconnaître et dis- tinguer les conditions non-tolérées du processus, comme par exemple: - l'usure de l'outil, - l'ébréchement du trancnant d'un outil, - la cassure totale d'un outil, - un défaut dans la comma.anae numérique par calculateur, - une fausse manoeuvre, par exemple: une fausse sélection de l'axe ou une vitesse trop élevée de l'avance. Puisque le procédé de l'invention peut fonctionner sans détecteurs de force, il est aussi approprié pour l'équipement ultérieur de machines-outils déjà existantes. En outre, le procédé de l'inven- tion est approprié pour le diagnostic de l'état des machines, comme par exemple, l'état du palier-guide ou le réglage d'ampli- ficateurs de commande. Naturellement le système est aussi en mesure de prélever des données de valeurs de consigne de la commande CNC pour concrétiser sur cette base, les valeurs de base de données. Un exemple pourrait être la distinction entre l'usure à laquelle est un sujet un foret plus grand par rapport à l'usure à laquelle est sujet un foret plus petit. De cette façon il est possible de changer des valeurs de base en valeurs de consigne pour un certain outil. Dans ce contexte, l'inventeur a reconnu les faits suivants: Mises à part les influences indiquées qui ont dans une certaine mesure des effets nuisibles (mauvaise surface de la pièce à usiner, forces élevées non tolérées qui influencent la machine-outil, etc) et qui augmentent la consommation du courant, on connait encore d'autres influences qui modifient la consommation du courant, mais qui sont parfai- tement inoffensives. Parmi ces influences comptent les modifi- cations de la vitesse de l'avance, de l'accélération, de la composition du matériau, etc. Partant de ces faits, l'inventeur a recommandé de ne pas seulement saisir la consommation globale de courant mais en plus d'elle, les paramètres qui sont inoffen- sifs mais qui influencent également la consommation de courant. i5 Les plus importants de ces paramètres sont la vitesse et l'accé- lération de l'avance. Dans la pratique, certains dépla- cements sont tout à fait typiques d'une machine. Dans ce cas, il s'est par exemple très clairement montrer que l'accélération et la consommation de courant d'une commande d'avance se compor- tent toujours de manière proportionnelle l'une par rapport à l'autre. Cela signifie que le courant monte considérablement dans le cas d'une accélération de l'avance. Un freinage a comme conséquence normale, un contre-courant dans le moteur d'avance. La machine est freinée par l'accélération négative qui apparaît. Dans ce cas, aussi le courant et l'accélération évoluent dans le même sens. L'accélération de l'avance est tout à fait habi- tuelle pour le travail d'une machine-outil. En général elle est voulue. Elle possède, comme démontré, une influence sur la consommation de courant. Ainsi elle représente une donnée d'influence typique, qui en même temps est inoffensive, dans l'esprit de l'invention, et pourtant influence la consommation de courant. L'invention est expliquée plus amplement à l'aide des diagrammes des planches annexées dans lesquelles: - la fig.1 représente schémati- quement des évolutions de la vitesse de l'accélération d'un outil ainsi que de la consommation du courant; dans ce cas, les modifications de la consommation du courant sont basées sur des influences inoffensives, - la fig.2 montre des diagrammes semblables à ceux de la fig.1; dans ce cas, les modifications de la consommation du courant sont cependant basées sur des influences nuisibles. lu - la fig.3 montre un diagramme d'enregistrement réel de vitesse et d'accélération d'une avance ainsi que de la consommation du courant de la commande d'avance. Dans la fig.l, on a représenté l'influence de l'accélération de l'outil (diagramme supérieur) ainsi que du freinage (diagramme inférieur). Dans ce cas, l'accé- lération a été désignée par a, la vitesse par v, et la consomma- tion de courant par 1. Comme on peut le constater dans le dia- gramme supérieur, la consommation de courant augmente brusquement dès la montée de la vitesse, avec une accélération constante mais avec une augmentation de la vitesse, et reste sur une valeur constante pendant toute la montée. Après avoir atteint la vitesse maximale et un maintien constant de la vitesse, la consommation du courant diminue un peu et reste ensuite également constante. Une constation correspondante peut être faite sur le diagramme inférieur. Les diagrammes représentés dans la fig.2 montrent des influences qui sont caractérisées comme nuisibles dans le sens oe cette invention. Dans la partie supé- rieure, la ligne verticale en tirets indique le moment auquel le foret est devenu inutilisable à cause d'un ébréchement du tranchant. Comme on peut le voir, un freinage brusque a lieu l'accélération est ainsi abaissée sur une certaine valeur, sur laquelle elle reste de manière constante. La vitesse diminue constamment à partir de ce moment. Encore plus significatif est l'influence d'un choc selon le diagramme inférieur. Le diagramme représenté sur la fig.3 montre de nouveau les trois données a (accélération), v (vitesse) et I (courant). D'abord on voit, dans la repré- sentation à gauche du point 1, l'outil à l'arrêt. L'accélération et la vitesse sont approximativement égal à zéro, tandis que le courant oscille légèrement, pour maintenir l'état. Après un court temps, l'outil commence sont mouvement, ce qui est exprimé par une montée des trois données dans le diagramme. Au 2, le courant et l'accéléra- tion atteignent un maximum, qui représente en même temps un point de retour. L'accélération tombe ensuite à un minimum 3, remonte à un maximum 4, etc. Ce procédé représente un balancement qui est basé sur le fait que dans ce cas l'amplificateur de la commande n'était pas réglé de façon optimale. La vitesse par contre augmente dans la première section montante encore plus que l'accélération et le courant. Elle atteint finalement une valeur pour 5 qui est d'abord maintenue de manière plus ou moins constante. Au point 6-6 quelque chose d'im- portant se passe alors: pour les besoins de l'essai, on a simulé un choc dans lequel un outil a heurté une pièce à usiner à une vitesse trop élevée. Dans ce cas, une disposition était prévue de telle manière que la machine ne pouvait pas être sérieusement endommagée. La conséquence de ce choc peut être clairement reconnue: l'accélération tombe fortement et atteint un minimum sur 7. En même temps le courant augmente fortement et atteint un maximum sur 8. Comme on peut le voir, il s'ensuit une augmentation de l'accélération sur la valeur 9. Cette montée est basée sur le fait que le frottement statique de la pièce à usiner sur son support a été surmonté, et que la pièce à usiner a ensuite été poussée à une vitesse essentiel- lement égale. Comme on peut le voir ensuite, ceci n'est possible seulement que pendant un certain temps, car le point 9 représente en même temps un point de retour; l'accélération diminue ensuite de nouveau, comme on peut le constater. Pour être complet, il faut indi- quer que l'évolution de la vitesse v n'a pas été représentée pour des raisons de techniques de mesure, comme elle s'est dérou- lée dans la réalité. La vitesse ne joue cependant dans ce con- texte qu'un rôle secondaire. Grâce à l'invention il est possi- ble, comme on le constate, de reconnaître ces différentes étapes sur la ligne 6-6 de résistance. A partir de cette connaissance on peut naturellement, alors que tout ceci n'était pas possible avant, introduire immédiatement des mesures correspondantes qui peuvent naturellement aussi être automatisées. REV E N D I C A T I O N S 1.- Procédé pour surveiller le déroulement du travail d'une machine-outil, destiné à saisir des influences nuisibles en mesurant l'évolution de la consommation du courant, caractérisé: en ce qu'en plus de la consommation de courant on mesure d'autres paramètres desquels on puisse déduire si l'état correspondant du processus d'usinage est acceptable ou non, en ce que l'on prend des mesures pour arrêter la machine-outil en cas de dépassement d'une certaine valeur maximale, et en ce que la valeur maximale est modifiée selon l'état du processus; 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé: en ce que la position d'un axe, la vitesse, l'accélération, la déformation du système de commande, etc... sont saisis en tant qu'autres paramètres, soit séparemment, soit ensembles; 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé: en ce que la différence entre des résultats de mesure d'un système de mesure direct et indirect (système de saisie des mesures de déplacement) est utilisée comme autre paramètre.