Brevet FR3064514A1 — publié le 20181005

PROCEDE DE CONTROLE D'UNE OPERATION D'USINAGE D'UNE MACHINE DE FRAISAGE DU TYPE A COMMANDE NUMERIQUE La présente invention concerne un procédé de contrôle d'une opération d'usinage d'une machine de fraisage du type à commande numérique. Elle concerne plus particulièrement une machine de fraisage du type à commande numérique qui comporte une unité de commande numérique de pilotage d'une vitesse de coupe programmée d'une fraise d'usinage et des moyens de détermination, lors de l'opération d'usinage, de la valeur de la température de la fraise, qui soit adaptée pour permettre un pilotage de la vitesse de coupe programmée de la fraise à la fois efficace en terme de temps d'usinage, tout en préservant la fraise d'une usure accélérée et tout en protégeant la machine de fraisage des conséquences pouvant résulter de la casse de la fraise. Sur les machines de fraisage à commande numérique, il est connu d'avoir une gestion adaptative des paramètres de coupe d'une fraise qui soit réalisée à partir des relevés de puissance d'une broche d'entrainement de la fraise. Ce système nécessite un apprentissage où il en ressort un process figé qui ne tient pas compte de la variation des conditions de coupe de la fraise. La variation des conditions de coupe de la fraise peut entrainer une utilisation inappropriée de celle-ci, accélérant l'usure de la fraise et pouvant entrainer éventuellement la casse de la fraise. Dans le cas de machine équipée d'un changeur automatique de l'outil de fraisage, le changement de l'outil par un outil « frère » est piloté par un paramètre d'atteinte du temps maximum d'usinage de la fraise. Ce paramètre est généralement déterminé lors d'une campagne d'essais. Une fraise qui présente une usure anormale ne sera pas détectée comme usée et ira inéluctablement jusqu'à la casse, risquant d'endommager la machine de fraisage et bloquant la chaine de production. La présente invention a pour objectif de pallier ces problèmes et de proposer un procédé de contrôle d'une opération d'usinage d'une machine de fraisage du type à commande numérique qui comporte une unité de commande numérique de pilotage d'une vitesse de coupe d'une fraise 3064514 2 d'usinage et des moyens de détermination, lors de l'opération d'usinage, de valeurs de température de la fraise, tel que les moyens de détermination permettent en outre de déterminer lors de l'usinage des valeurs de la pente d'évolution de la température de la fraise, le pilotage de la fraise par l'unité de 5 commande se faisant en fonction de ces valeurs de la pente d'évolution de la température de la fraise et de la température de la fraise. Selon une première caractéristique de l'invention, pour déterminer une valeur de pente d'évolution de la température de la fraise, le calculateur détermine une série de valeurs de la température de la fraise. 10 Préférentiellement, la détermination d'une valeur de pente d'évolution de la température de la fraise se fait après détermination de cinq valeurs de la température de la fraise. Selon une deuxième caractéristique de l'invention, durant l'opération d'usinage, les valeurs de pente et de température de la fraise sont comparées 15 à des valeurs seuils prédéterminées, l'atteinte ou le dépassement de ces valeurs seuils déclenchant le calcul d'une nouvelle valeur de la vitesse de coupe programmée de la fraise ou l'arrêt de l'opération d'usinage pour signaler une demande de remplacement de la fraise ou déclencher le remplacement de la fraise. 20 Selon une troisième caractéristique de l'invention, une valeur de la vitesse de coupe programmée de la fraise est préalablement déterminée comme étant égale à une vitesse de coupe théorique de la fraise qui dépend des caractéristiques de la pièce à usiner et de caractéristiques de la fraise utilisée pour l'usinage, L'évolution de la valeur de vitesse de coupe 25 programmée de la fraise se faisant selon des paliers. La valeur de la vitesse de coupe programmée de la fraise peut être réduite d'un palier pour : - une valeur de la température de la fraise qui est supérieure à une valeur de température maximum de régulation ; ou - Une valeur de la pente d'évolution de la température de la fraise qui 30 est supérieure à une valeur de pente maximum de régulation de la température de la fraise. 3064514 3 La valeur de la température maximum de régulation et la valeur de pente maximum de régulation de la température de la fraise sont des valeurs préalablement déterminées qui correspondent à des valeurs limites au-delà desquelles une régulation de la température de la fraise ou de la pente 5 d'évolution de la température de la fraise ne pourra se faire sans diminuer la valeur de la vitesse de coupe programmée de la fraise. Sans intervention, une température maximum de fonctionnement de la fraise sera inéluctablement atteinte entrainant une demande de remplacement de la fraise ou déclenchant le remplacement de la fraise. 10 Selon une quatrième caractéristique de l'invention, une variable de comparaison de la vitesse de coupe est calculée comme étant égale à la valeur de la vitesse de coupe programmée de la fraise multipliée par le rapport entre la valeur de la température maximum de régulation et la valeur de la température de la fraise, permettant d'avoir : 15 - la valeur de la vitesse de coupe programmée de la fraise qui est réduite d'un palier pour une valeur de la vitesse de coupe calculée inférieure à au moins 5% de la valeur de la vitesse de coupe programmée de la fraise. La nouvelle valeur de vitesse de coupe programmée de la fraise devient alors égale à la vitesse de coupe 20 calculée. - la valeur de la vitesse de coupe programmée de la fraise qui est augmentée d'un palier pour une valeur de la vitesse de coupe calculée supérieure à au moins 5% de la valeur de la vitesse de coupe programmée de la fraise, mais sans dépasser la valeur de la 25 vitesse de coupe théorique. Ainsi : - si la valeur de la vitesse de coupe calculée est supérieure à la valeur de la vitesse de coupe théorique, alors la valeur de la vitesse de coupe programmée de la fraise est égale à la valeur de la vitesse de coupe théorique ; 30 - sinon, la valeur de la vitesse de coupe programmée est égale à la valeur de la vitesse de coupe calculée. 3064514 4 Selon une cinquième caractéristique de l'invention, une demande de remplacement de la fraise ou de remplacement de la fraise est déclenchée pour une valeur de la vitesse de coupe calculée qui est inférieure à une vitesse de coupe minimum. La vitesse de coupe minimum correspond à une 5 valeur minimum de vitesse de coupe programmée de la fraise nécessaire pour effectuer l'opération d'usinage, telle que préalablement déterminée. Selon une sixième caractéristique de l'invention, la valeur de la vitesse de coupe programmée de la fraise peut être augmentée d'un palier pour : - une valeur de la température de la fraise qui est inférieure à 15% de 10 la température maximum de régulation ; et - Une valeur de la pente d'évolution de la température de la fraise qui est inférieure à 15% de la valeur maximum de la pente de régulation. D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention 15 apparaîtront plus en détail à la lecture de la description qui suit, ainsi qu'à l'aide des dessins annexés, fournis à titre purement illustratif et non limitatif, parmi lesquels : - La figure unique représente un organigramme qui décrit le fonctionnement d'un procédé de contrôle d'une opération d'usinage 20 d'une machine de fraisage du type à commande numérique. La figure unique représente un organigramme qui décrit le fonctionnement d'un procédé de contrôle d'une opération d'usinage d'une machine de fraisage du type à commande numérique. La machine de fraisage comporte une unité de commande numérique de pilotage d'une vitesse de 25 coupe d'un outil de fraisage, appelé par la suite fraise et des moyens de détermination, lors de l'opération d'usinage, de la température de la fraise Tfraise- A une étape initiale 0 du procédé, une nouvelle pièce est installée sur le poste d'usinage et un certain nombre de valeurs sont définis en fonction du 30 type de métal (acier, aluminium...) utilisé pour la pièce à usiner et en fonction 3064514 5 de la forme et de la dureté de la fraise utilisée. Ces valeurs sont mémorisées et ne sont pas modifiées durant toute l'opération d'usinage. Ces valeurs sont : - VCtheo : une valeur de la vitesse de coupe théorique de la fraise ; - Tregui : une valeur de la température maximum de régulation de la 5 fraise, qui définit une valeur maximum à partir de laquelle une surveillance particulière de la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise doit être contrôlée pour être éventuellement modifiée, permettant de maintenir la valeur de température de la fraise Tfraise sous cette valeur maximum de 10 régulation ; - ATregui une valeur d'une pente maximum de régulation de la variation de la température de la fraise, qui définit une valeur d'une pente maximum à partir de laquelle une surveillance particulière de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise doit être 15 contrôlée pour être éventuellement modifiée, permettant de maintenir la valeur de la pente d'évolution de la température de la fraise ATfraise sous cette valeur maximum de régulation ; - Tmax une valeur d'une température maximum de la fraise, qui définit une valeur maximum de fonctionnement que ne doit pas atteindre la 20 valeur de la température de la fraise Tfraise, impliquant son remplacement lors de l'atteinte d'une telle valeur maximum ; et - ATmax : une valeur d'une pente maximum de variation de la température de la fraise, qui définit une valeur maximum que ne doit pas atteindre la valeur de la pente d'évolution de la température de 25 la fraise ATfraise, l'atteinte ou le dépassement d'une telle valeur maximum impliquant le remplacement de la fraise. - VCmini : une valeur minimum de la vitesse de coupe programmée de la fraise. 3064514 6 Lors d'une première étape 1, une valeur de la vitesse de couple programmée VCprog de la fraise est déterminée et mémorisée pour la fraise. Dans un premier temps, la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise correspond à la valeur de la vitesse de coupe théorique VCtheo telle 5 que définie à l'étape initiale 0 du procédé. Lors d'une deuxième étape 2, une série de cinq mesures de la température de la fraise Tfraise est déterminée. Les cinq mesures sont prisent successivement lors de cinq temps réel de l'horloge de l'automate. Une valeur moyenne de la température Tfraise de la fraise en est déterminée et mémorisée 10 comme étant la température de la fraise Tfraise de référence pour la suite du procédé. Lors d'une troisième étape 3, au moyen de la série de cinq mesures de la température de la fraise Tfraise, est calculée une valeur de la pente d'évolution de la température ATfraise de la fraise. Cette valeur de la pente 15 d'évolution de la température ATfraise de la fraise est mémorisée. Lors d'une quatrième étape 4, la valeur de la température de la fraise Tfraise est comparée à une valeur nulle, signifiant que la fraise est cassée et que les différents capteurs utilisés par estimer ou mesurer la température de la fraise ne sont plus en état de fonctionner. Si une telle comparaison est 20 positive, alors l'opération d'usinage est immédiatement arrêtée et le procédé passe à une étape de remplacement de la fraise 4.1. Sinon le procédé de contrôle de l'opération d'usinage passe à une cinquième étape 5. Lors de l'étape de remplacement de la fraise 4.1, une demande de remplacement de la fraise est déclenchée et/ou un remplacement de manière 25 automatique est réalisé, lorsque le poste d'usinage le permet. Une fois que la fraise est remplacée, un nouveau cycle est relancé en rebouclant sur la première étape 1. Lors de la cinquième étape 5, la valeur de la température de la fraise Tfraise est comparée à la valeur de la température maximum Tmax de la fraise et 30 la valeur de la pente d'évolution de la température de la fraise ATfraise est comparée à la valeur de la pente maximum de montée en température de la 3064514 7 fraise ATmax. Chacune de ces deux valeurs maximum correspondent à des valeurs que seule une fraise fortement usée peut atteindre. L'atteinte d'au moins une de ces deux valeurs maximum est causée par l'usure excessive de la fraise qui n'est plus en état d'enlever progressivement de fines couches de 5 matière de la pièce à usiner. Ainsi, l'usinage de la pièce se fait alors essentiellement par friction de la fraise contre la pièce. Ce mouvement de friction crée une très forte montée en température de la fraise et par suite, une très forte température d'usinage de la fraise. Le dépassement de la valeur de température maximum de la fraise Tmax va inévitablement conduire à la casse 10 de la fraise. Le dépassement d'au moins une de ces deux valeurs maximum conduit à l'étape de replacement 4.1. Une fois que la fraise de remplacée, un nouveau cycle est relancé en retournant à la première étape 1. Si les valeurs de température de la fraise Tfraise et d'évolution de la température de la fraise ATfraise sont en dessous des deux valeurs maximums Tmax et ATmax, alors le 15 procédé de contrôle de l'opération d'usinage continue et passe à une sixième étape 6. Lors d'une sixième étape 6, la valeur de la température de la fraise Tfraise est comparée la valeur de la température limite de régulation de la fraise Tregui et la valeur de la pente d'évolution de la température de la fraise ATfraise 20 est comparée la valeur de la pente maximum de régulation de l'évolution de température de la fraise ATregul. Si au moins une de ces deux valeurs est dépassée alors le procédé passe à une première étape de calcul de correction de la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise 6.1. Sinon, le procédé passe à une étape 7. 25 Lors de la première étape de calcul de correction de la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise 6.1, une variable de comparaison VCcab, qui correspond à une vitesse de coupe calculée de la fraise, est définie. La vitesse de coupe calculée VCcalc est obtenue par le produit de la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise 30 avec le rapport entre la valeur de la température limite de régulation Tregul et la valeur de la température de la fraise Tfraise. Dans l'étape suivante, une première étape de comparaison 6.2, la vitesse de coupe calculée VCcalc est 3064514 8 comparée à la vitesse de coupe minimum de la fraise VCmini. Si vitesse de coupe calculée VCcalc est inférieure à la vitesse de coupe minimum de la fraise VCmini, alors c'est que la fraise est usée et donc qu'un changement de la fraise est ordonnée et cela en passant à l'étape de remplacement de la fraise 4.1 tel 5 que précédemment définie. Sinon, le procédé passe à une deuxième étape de comparaison 6.3. La deuxième étape de comparaison 6.3 compare la valeur de la vitesse de coupe calculée VCcalc et la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise. Si la valeur de la vitesse de coupe calculée VCcalc de la 10 fraise est inférieure de 5% en dessous de la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise, alors le procédé passe à une première étape de réévaluation de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise 6.4. Sinon, le procédé reboucle directement à la deuxième étape 2. La première étape de réévaluation de la vitesse de coupe programmée 15 VCprog de la fraise 6.4 remplace la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise par la valeur de la vitesse de coupe calculée VCcab. Une fois cette opération d'effectuée, le procédé reboucle à la deuxième étape 2. Lors d'une septième étape 7, le procédé vérifie si la valeur de la température de la fraise Tfraise est inférieure de 15% en dessous de la valeur 20 de la température limite de régulation Tregul de la fraise, et si la valeur de la pente d'évolution de la température de la fraise ATfraise est inférieure de 15% en dessous de la valeur de la pente de montée en température limite de régulation ATregul de la fraise. Si ces deux valeurs sont en dessous de ces deux valeurs de comparaison, alors le procédé passe à une seconde étape de 25 calcul de correction de la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise 7.1. Sinon, le procédé reboucle sur l'étape 2. Lors de la seconde étape de calcul de correction de la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise 7.1, la variable de comparaison qui correspond à la vitesse de coupe calculée VCcalc, est 30 calculée conformément à la première étape de calcul de correction de la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise 6.1. 3064514 9 A une troisième étape de comparaison 7.2, qui fait suite à la seconde étape de calcul de correction de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise 7.1, est comparée la valeur de la vitesse de coupe calculée VCcalc et la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise. Si la valeur de 5 la vitesse de coupe calculée VCcalc est supérieure de 5% au-dessus de la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise, alors le procédé passe à une quatrième étape de comparaison 7.3, sinon, le procédé reboucle sur l'étape 2. La quatrième étape de comparaison 7.3 compare la valeur de la vitesse 10 de coupe calculée VCcaic à la valeur de la vitesse de couple théorique VCtheo de la fraise. Si la valeur de la vitesse de coupe calculée VCcalc est supérieure à la valeur de la vitesse de couple théorique VCtheo alors le procédé passe à une deuxième étape de réévaluation de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise 7.4. Sinon, le procédé passe à une troisième étape de 15 réévaluation de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise 7.5. La deuxième étape de réévaluation de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise 7.4 remplace la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise par la valeur de la vitesse de coupe théorique VCtheo. Une fois cette opération d'effectuée, le procédé reboucle à la deuxième étape 2. 20 La troisième étape de réévaluation de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise 7.5 remplace la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise par la valeur de la vitesse de coupe calculée VCcab. Une fois cette opération d'effectuée, le procédé reboucle à la deuxième étape 2. Un tel procédé se prolonge sur l'ensemble de la phase d'usinage de la 25 pièce pour permettre une gestion fine de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise permettant de limiter les arrêts de chaine par une surveillance accrue de l'état d'usure de la fraise tout en ajustant toujours au mieux, par pallier, la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle d'une opération d'usinage d'une machine de fraisage du type à commande numérique qui comporte une unité de commande numérique de pilotage d'une vitesse de coupe programmée VCprog d'une fraise d'usinage et des moyens de détermination, lors de l'opération d'usinage, de valeurs de température de la fraise Tfraise, caractérisé en ce que les moyens de détermination permettent en outre de déterminer lors dudit usinage des valeurs de la pente d'évolution de la température de la fraise ATfraise, le pilotage de la fraise par l'unité de commande se faisant en fonction desdites valeurs de la pente d'évolution de la température de la fraise ATfraise et de la températures de la fraise Tfraise. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour déterminer une valeur de pente d'évolution de la température de la fraise ATfraise, le calculateur détermine une série de valeurs de la température de la fraise Tfraise, préférentiellement, la détermination d'une valeur de pente d'évolution de la température de la fraise ATfraise se fait après détermination de cinq valeurs de la température de la fraise Tfraise. 3. Procédé de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que durant l'opération d'usinage, lesdites valeurs de pente ATfraise et de température Tfraise de la fraise sont comparées à des valeurs seuils prédéterminées (ATmax, ATregul, Tmax ou TreguI), l'atteinte ou le dépassement desdites valeurs seuils déclenchant le calcul d'une nouvelle valeur de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise ou l'arrêt de l'opération d'usinage pour signaler une demande de remplacement de la fraise ou déclencher le remplacement de ladite fraise. 4. Procédé de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une valeur d'une vitesse de coupe théorique VCtheo de la fraise est préalablement déterminée en fonction des caractéristiques de la pièce à usiner et de caractéristiques de la fraise utilisée pour l'usinage, la valeur initiale de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise étant égal à la valeur de la vitesse de coupe théorique VCtheo, l'évolution de la valeur de 3064514 11 vitesse de coupe programmée VCprag de la fraise se faisant lors de l'opération d'usinage selon des paliers. 5. Procédé de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que une valeur de température maximum de régulation Tregul et une valeur 5 d'une pente maximum de régulation de l'évolution de température de la fraise ATregal sont préalablement déterminée en fonction des caractéristiques de la pièce à usiner et des caractéristiques de la fraise utilisée pour l'usinage, la valeur de température maximum de régulation Tregal et la valeur de la pente maximum de régulation de l'évolution de la température de la fraise ATregal 10 constituant des valeurs seuils d'alerte, le dépassement d'une de ces deux valeurs seuils par respectivement la valeur de la température de la fraise Tfraise ou la valeur de la pente d'évolution de la température de la fraise ATfraise pouvant entrainer une baisse de la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprag de la fraise d'un palier. 15 6. Procédé de commande selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une variable de comparaison de la vitesse de coupe VCcalc est calculée comme étant égale à la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprag de la fraise multipliée par le rapport entre la valeur de la température maximum de régulation Tregal et la valeur de la température de la 20 fraise Tfraise, la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprag de la fraise étant réduite d'un palier pour une valeur de la vitesse de coupe calculée VCcalc inférieure à au moins 5% de la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprag de la fraise et en ce que la nouvelle valeur de vitesse de coupe programmée VCprag de la fraise devient alors égale à la vitesse de coupe 25 calculée VCcalc. 7. Procédé de commande selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une vitesse de coupe minimum VCmini est préalablement déterminée, ladite vitesse de coupe minimum VCmini correspond à une valeur minimum de vitesse de coupe programmée VCprag de la fraise nécessaire pour 30 effectuer l'opération d'usinage, si la vitesse de coupe calculée VCcaic est inférieure à la vitesse de coupe minimum VCmini alors est déclenchée une demande de remplacement de la fraise ou le remplacement de ladite fraise. 3064514 12 8. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise peut être augmentée d'un palier pour : - une valeur de la température de la fraise Tfraise qui est inférieure de 5 15% à la température maximum de régulation Tregul ; et - Une valeur de la pente d'évolution de la température de la fraise ATfraise qui est inférieure de 15% à la valeur de la pente maximum de régulation de l'évolution de température de la fraise ATregul. 9. Procédé de commande selon l'une quelconque des 10 revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise peut être augmentée d'un palier pour une valeur de la vitesse de coupe calculée VCcalc supérieure à au moins 5% de la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise. 10. Procédé de commande selon la revendication précédente, 15 caractérisé en ce que, pour une valeur de la vitesse de coupe calculée VCcalc supérieure à au moins 5% de la valeur de vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise, la valeur de la vitesse de coupe programmée VCprog de la fraise est égale à: - la valeur de la vitesse de coupe théorique VCtheo pour une valeur de 20 la vitesse de coupe calculée VCcalc supérieure à la valeur de la vitesse de coupe théorique VCtheo ; ou - à la vitesse de coupe calculée VCcab. 25