FR 2096604 A1 19720218 FR 7123616 A 19710629 RÉPUBLIQUE FRANÇAISE ; - INSTITUT NATIONAL LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE PARIS © N de publication • - -.i/A ul ! s r ; 2.096.604 71.23616 ta DEMANDE DE BREVET D'INVENTION V° PUBLICATION (22) Date de dépôt 29 juin 1971, à 14 h 13 mn. (ÎT) Date de la mise à la disposition du public de la demande B.O.P.I. — «Listes» n. 7 du 18-2-1972. 5l) Classification internationale (Int. Cl.).. G 05 b 13/00//B 23 q 3/00. (7j) Déposant : Société dite : MAKINO MILLING MACHINE COMPANY LIMITED, résidant au Japon. Titulaire : /déni (7T) (74) Mandataire : Cabinet Guerbilsky, 38, avenue Hoche, Paris (8). 54) Machine-outil à changeur automatique d'outils. 72) Invention de : ?@© Priorité conventionnelle : Demande de brevet déposée au Japon !e 30 juin 1970, n. 57.072 1970 an nom de la demanderesse. .1 » I VPR'MER H NATIONALE 27. rue de la Corv->:„,n PARIS 71 23616 2096604 La présente invention se rapporte à une machine-outil à commande numérique comportant un changeur automatique d'outils comme dans un centre d'usinage et elle a trait plus particulièrement à une machine-outil comportant un dispositif de commande nu-5 mérique et un dispositif de commande adaptée. Dans une machine-outil à commande numérique classique,des conditions de coupe doivent être programmées à l'avance par un programmeur. Ces conditions de coupe sont déterminées intrinsèquement par la matière à usiner, par la forme et le type de l'outil, 10 ainsi que par la largeur et la profondeur de coupe. Cependant,la forme de la plupart des pièces est compliquée du fait des différentes largeurs de coupe, rainures et surfaces incurvées. En conséquence, dans la plupart des cas, on effectue d'une façon générale la programmation des conditions de coupe en adoptant des va-15 leurs moyennes. Il en résulte que le rendement d'usinage risque de varier en fonction du programmeur. En outre, dans des cas où les conditions de coupe sont incorrectes, le programme de la commande numérique doit être modifié. Il est nécessaire de consacrer beaucoup de temps et d'efforts pour déterminer des conditions de 20 coupe appropriées. Par ailleurs, une machine-outil à co^iande adaptée est une machine-outil dans laquelle l'effort de coupe est automatiquement mesuré et les conditions optimales de coupe, pour une application particulière d'usinage, sont automatiquement déterminées de façon 25 à exécuter un travail correct. Cependant, comme décria plus haut, les conditions de ccupe diffèrent sensiblement en fonction de l'outil. Ainsi, un système classique de commande adaptée est difficilement applicable à une machine-outil cui utilise de nombreux outils, en particulier une machine--oui; il le conception moderne où 50 les outils sont changés automatiquement. L'invention a pour but principal de permettre une commande ad-ptée aux outils individuels par assimilation automatique des conditions de chaque outil changé auterneciquement. L'invention a également pour b:r; de fournir une commande T5 adeptes permettant d'établir toujours les performances optimales en réponse au char.-r errent automatique er. ou-il» L'inventier. \ également pour . - -.r5neni:er au msninum 12 71-2361 6 2 2096604 rendement d'une machine-outil. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple non-limitatif, un mode de réalisation de l'invention. Sur les dessins : - la Fig. 1 est un schéma synoptique du dispositif suivant l'invention ; - la Fig. 2 représente un exemple d'usinage effectué suivant l'invention ; - la Fig. 5 représente une machine-outil munie du dispositif suivant 1'invention ; - la Fig. 4 est un diagramme montrant des fonctions d'évaluation ; - la Fig. 5 est une vue permettait d'expliquer comment des conditions optimales sont déterminées par utilisation de fonctions d'évaluation pour un outil N° I ; - la Fig. 6 est un diagramme montrant une variation automatique d'une vitesse d'avance en correspondance à la variation d'une condition de coupe. Sur 1?, Fig, 1, qui est un schéma synoptique d'un mode de réalisation l'invention, un dispositif d'entrée numérique 1 effectue la lecture d'une entrée numérique (par exemple une bande 2) et détermine une distance de déplacement t mm et un numéro I d'outil à utiliser peur l'usinage ; une borne de sortie 3 transmet le signal représentant la distança de déplacement fc. mm à une commande numérique 4 et, lorsqu'une vitesse d'avance F et une vitesse de broche iï sont déterminées par une procédure qui va Stre décrite dans la suite et sont transmises à la commande numérique 4, la distance de déplacement ^ mm est convertie en un signal établi en fonction du temps ; un signal d'avance est recueilli à une berne de sortie 5, tandis qu'un signal de vitesse de broche lï est recueilli à une borne de sortie. Un mécanisme d'avance de pièce 7 et un mécanisme d'avance de broche 8 entraînent respectivement une pièce et une broche S d'une machine-outil 9 et établissent une vitesse d'avance f par lame eu dent et une vitesse de coupe v en fonction du mouvement 71 23616 5 2096604 relatif d'un outil Tj et d'une matière W à usiner. On a désigné par 10 un détecteur du déplacement de la machine-outil 9 qui transmet le signal représentant ce déplacement à la commande numérique 4- par l'intermédiaire d'une borne de sortie 5 11. D'autre part, le ÎI° I d'outil transmis au dispositif d'entrée numérique 1 devient un signal transmis par l'intermédiaire d'une borne de sortie 12 et il est appliqué à' une mémoire de données d'outils 1p. La mémoire de données d'outils 13 transmet un 10 numéro d'emplacement d'outil Pj dans lequel un outil de numéro I est contenu sous la forme d'un signal fourni par l'intermédiaire d'une borne de sortie 14 à une commande de changement automatique 15 parmi d'autres données d'outils. La commande de changement automatique d'outil 15 transmet la position M d'un ma-15 gasin et la position C d'une cartouche à un changeur automatique d'outil 18 pair l'intermédiaire d'une borne de sortie 17 afin de sélectionner le N° d'emplacement d'outil P-j- lorsqu'une instruction de changement d'outil est donnée par l'intermédiaire d'une borne de sortie 16 de la commande numérique 4. Le changeur auto-20 matique d'outil 18 déplace le magasin et la cartouche en fonction de l'instruction transmise par la borne de sortie 17, il saisit l'outil T-j- correspondant au N° I dans l'emplacement Fj-, il enlève de la broche S un outil T précédemment monté sur cette broche et il met en place le nouvel outil Tj (Fig. 3). 25 Lorsque la machine-outil 9 effectue une opération d'usinage, ."i un effort de coupe L est engendré, un détecteur 19 détecte cet effort de coupe et le transmet à un convertisseur de signaux £1 psr l'intermédiaire d'une borne de sertie 2C , le convertisseur 21 transformant l'effort L en un signal L par 1'intermédiaire 30 d'une borne de sortie 22 de manière à îe transmettre à un calculateur de conditions optimales 23. les données d'outils 2v nécessaires peur dos outils utiliser dans la machine 9 sont transmises .1 la rr.é.noire et emmagasinées dans celle-ci sous la forme le riçr.av.:: f c i s r ar une 35 corne de- sortie 2-5 en étanc/ agencées :-r. cc-rr = .;p..-n^a;:c ^ •; des numéros d'outils respectifs par un dispos le:.:; .: ' -rnt.r-': i- le • vannée s •i 1 outils 25. In outre, lorsque le numéro d ! cutil 1 est cran s mi s , 71 23616 2096604 par -l'intermédiaire de la borne de sortie 12 du dispositif d'entrée numérique 1, la mémoire 15 transmet diverses données d'outils correspondant au numéro » à un dispositif de compilation de perforxances 26 par 1 *inrsrnédiaire d'une borne de sortie 27. Les 5 différentes données concernent le type c-'c le raycn u (en mr.) de l'outil, l'effort: maximal L niax. admissible pour l'outil, la fonction d * évaluation v mm/min. » g (.f ) et d'autres données. Lorsqu'on utilise différentes données c* outils transmises par le berne de sortie 27, le dispositif de compilation de per-1G formances 28 établit une condition de fonctionnement de la commande -'adapta*ion sous la forme d'une fonction d'évaluation v mm/min. = g (f) ainsi qu'un effort maximal admissible L max. et il transmet ces valeurs au dispositif de calcul de condition optimale 25 par l'intermédiaire d'une borne de sortie 29. 15 Le dispositif de compilation de performances 28 établit une telle performance de la commande adaptée sous la forme d'une fonction d'évaluation v mm/'min, = g (f) et d'un effort maximal admissible L max. en utilisant différentes données d'outils transmises par la borne de sortie 27* Le dispositif de calcul de con-20 ditions optimales 23 détermine les conditions optimales de coupe f et v adaptées à un signal d'effort de coupe L transmis par la berne de sortie 22 sur la base d'une performance de commande adaptée représentée par un signal transmis par l'intermédiaire d'une terne de sortie 29 et il calcule me vitesse d'avance F 25 st une vitesse de broche N en transmettant ces valeurs à la commande numérique d par l'intermédiaire d'une borne de sortie pC. £n conséquence, lorsque la distance de déplacement _ mm et le numére l'outil I sont donnés sous lu ferme d'une entrée numérique 2, une commande adaptée opère par sélection automatique 5C et en utilisant à un instant approprié les données d'eutils fournies l'avance oemme décrit plus haut et la machine-outil exécute '•n- j. -'nation d'usinage avec un haut rendaient de travail tout en ' ~ .'-H'tée à l'effort de coupe sur la base de la performance . ■ .lus souhaitable pour chaque outil. n v. n^mtenant décrire une séquence _ ' opérations du mooe ; : 13a'rior. décrit plus haut en prenant à titre i' exc-mpl e "n n; réalisation mis en évidence sur la lig. 2 où 'me machine- 71 23616 5 2096604 outil à commande adaptée est munie d'un changeur automatique d'outil, comme représenté sur la Fig. 3« Sur la Fig. 2 qui représente une des opérations de coupe, on a mis en évidence une pièce dont une partie A doit être enle-5 vée par usinage à l'aide d'un outil Tj qui se déplace d'une distance ^ 3 nias, la matière étant désignée par W. Lorsque le numéro d'outil I et la distance de déplacement 1 sont donnés par l'entrée numérique 2 et lorsque la seconde phase est définie par une instruction, le dispositif d'entrée numérique '10 1 transmet la distance d'entraînement (L & la commande numérique 4 par l'intermédiaire de la borne de sertie 3 et il transmet le N° d'outil I à la mémoire 13 par l'intermédiaire de la borne de sertie 12. La mémoire 13 sélectionne des données d'outils correspondant au N° I et elle les transmet par l'intermédiaire de la 15 borne de sortie 27. Les données d'outils suivantes sont transaises : - d'outil I - Hayon d'outil R (I) - Nombre de laces ou de dents de 20 1!outil S (I) - Vitesse maximale de rotation de broche N Cl) ■71 c. l*~ s * - Vi-esse na.-.cxmale d'avance (1) .-U cL. v - Zifcrt maximal admissible L;ricv (I) 25 - Jonction- d*évaluation ■' r/i./'xir-.- g (I) (f) Le. dispositif de compilation dv établit une perfersense ds commande adaptée avv 1.- .,:vcédv.-v-; - .rivante av. utilisait le3 donnas ' eu-ils treasiusc n-.ir c ; rr. de sortie v- h coupe est dstr-:. 1- fonction d'i vît .or indexant infl - -t la fonction d* évalu-r*. 1 ' è\ ~ : a: v 3- . en cens; 3 c -- * : :. r.0 "• - ? - .. c"-'.'à i. e / à. 7 aus/lfii-*. - £ •'!) i*/, 71 23616 6 2096604 En outre, les relations entre les vitesses N et F de la machine et les conditions de coupe v et f sont géométriquement déterminées par les formules suivantes v mm/min.= 2 IIR (I) N (1) et f mm/lame = F (2). 5 rirn En outre, une valeur maximale admissible Lmar est fournie comme donnée d'outil pour chaque outil, Pour obtenir un rendement d'usinage maximal, la commande d'adaptation sélectionne les conditions de coupe de manière eue l'effort de coupe puisse 10 être égal i L znax (I), c'est-à-dire que le dispositif de compila tion de performance 28 établit une performance de commande d'adaptation en sélectionnant les conditions de coupe f et v de manière que, lorsque les données d'outils mentionnés plus haut et concernant l'outil Tj sont fournies; l'effort de coupe L puis 1S se devenir un effort maximal admissible;. L max (I) est transmis, sur la base de la fonction d'évalua tion v mm/min. = g (I) (f), au dispositif de calcul de conditions optimales 23 par l'intermédiaire de la borne de sortie 29 et en outre ^(Ij son''' transmis également au calculateur 20 pour convertir II max (I) , v et f en fonction de la vitesse de la sachine dans la cas où le calcul est impossible dans le dispositif dr cair-l la conditions optimales 23- La dispositif de calcul de conditions optimales 23 calcule les mouvements cpfinaux ? et N de la machine dans la procédure 25 suivant:- et en adaptation au signal représentant l'effort de cou pe L et transmis par 1'intsrmédiaire ds la borne de sortie 22 du convertis;? iur de signaux 21 pour la performance de commande adap t; = e tr?.n.-_-.5.3-.: par l'intermédiaire de la borna de sortie 29 • Oogone cela est c:anu à partir d'expérience, l'effort de cou 3- pa L est sensiblement proportionnel à l'avance f par lame ou d?nt ' • £'rte pue le dispositif de calcul de conditions optimale 23 c-il-nai- une avance optimale f par lame en augmentant ou en ré àuisan , l'avance f anciennement utilisée pour l'usinage par com-; .irai:-or. de l'effort de coupe L à l'effort maximal admissible ? 3 3 2 ax {.1 ) : f nouvelle mm/'lame = L max (1) f ancienne (3) En outre, la vitesse de ^ coupe est calculée à partir de la c • 71 23616 7 " • 20%604 fonction d'évaluation g (I) (f) de manière à pouvoir obtenir une durée de service cptiraale : v nouvelle mm/min.= g (I) (f) La procédure de calcul décrite ;>lus haut a été représentée 5 sur la Fig. 5 où le point a correspond à 1'.-. condition de coupe nouvellement utilisée dans l'usinage, tandis que les v ileurs f et v correspondent, respectivement, à f ancienne et v ancienne- En outre, le point établissant une condition optimale dans cet état d'effort de coupe a été désigné par (b). f et v corres-10 pendant au point b dans ce cas sont respectivement désignés par f nouvelle et v nouvelle qui satisfont à la condition de performance de la commande adaptée. Lorsque l'effort de coupe 1 est détecté, f nouvelle est calculée par la formule (3) et f est corrigée de f ancienne à f nouvelle. En outre, v nouvelle est calcu-15 lée en remplaçant f nouvelle dans la formule ^ et v est corrigée de v ancienne à v nouvelle. En conséquence, les conditions de coupe f et v sont corrigées par la commande adaptée à partir des conditions de coupe correspondant au point a de manière à passer aux conditions de coupe correspondant à un point b qui est opti-2C mal peur l'état d'usinage à cet instant. Ensuite, par les formules (5 et 6) dérivées respectivement des formules 1 et 2, les valeurs de f nouvelle et v nouvelle sont converties en vitesses optimales d? machine F nouvelle et F nouvelle : 2 5 N nouvelle t/min.= V nouvelle (5) 2 MR (ï) ? nouvelle mm/min. = f nouvelle Z (I) nouvelle (6) Far ailleurs, dans le cas du démarrage de l'opération de la Fig. i, f ancienne est nulle lorsque la machine est arrêtés,1'ei-;C fort de coupe L est également nul et, ver eonséquene, le calcul est impossible. Dans ce cas, la valeur F ~-r-; dee --.or.;-. ' ; 'cutil ï:: rendue égale à F, le valeur N ma:c rendue ég?le et .m signal est transmis ù la commande nur -re. ;u~ 4 1: in-:erre d:. . i- le lerne de sertie 5*, . ;; la rr.eti-:re '.'î è "sên^r er luçe ' : - ; : ;i :: - : ' 1 •ÙJ"V "• "L S r: t: • 1 -, C c. 'j[_ ,r. r. jLS. C 0 'j. ^ 11 L. ~ 71 23616 8 2096604 F max et la broche S tourne à la vitesse N max. Ensuite, lorsque l'outil Tj s'est déplacé d'une distance de manière à entrer en contact avec une matière '■«' à usiner et à commencer une opération •i ' usinage. ui: effort :e coupe 1 es; engendré, et lorsqu'un signal ^ c* effort L est transmis par 1' interciécLiairo de la borne de sortie Cci oii de calcul de conciticns «ptimaxes caleu— le une valeur optimale f nouvelle de 1'avance f par laine à l'aide de la formule C ;. lens ce cas, f ai:;ienr.e est calculée à l'avance connue --ans la formule 7 en utilisant la formule 2 : x ancienne mm/lame = F max (I) (7) Z CI) K max ( j-) Ensuite, on calcule à l'aide ôe la formule 4 la condition optimale v nouvelle de la vitesse de coupe. En outre, à l'aide des formules 5 et 6, on calcule la vi-1e '.esse optimale d'avance F nouvelle et la vitesse optimale de broche l. nouvelle- Ces valeurs H nouvelle et F nouvelle sont transmise?, à la commande numérique 4 par l'intermédiaire de la borne de sortie J>G, la machine fonctionne dans les conditions optimales de coupe pendant cette période et l'opération d'usinage est ef-2C fsetuée avec le maximum de rendement. En outre, la matière W à usiner sur la Fig. 2 présente une forme dans laquelle la largeur ce coupe augmente graduellement. Cependant, suivant l'invention, l'effort de coupe est détecté momentanément, l'opération est réalisée dans les conditions optimales adaptées à l'effort et er: 2? se:.séquence f nouvelle diminue lorsque ls. largeur de coupe augmente. En outre, lorsque 1'outil Tj s'est déplacé d'une distance : , l'effort L s'annule et, en conséquence, f nouvelle devient infinie du fait de la formule 5» le calcul devient impossible et :r. vnséquenc ? g et g deviennent respectivement i et g max et jO l'outil se déplace sur la distance restante - à une vitesse •:1 avr-.tce maximale tour terminer l'opéra':-:::, Ainsi. 1' cp l-ratit.: i:':n :• g •. de la Fig. _ peut être exécutée : :.es les ccr.c,it:. -r.s 1:: - û :r..: 7:tr r :ue la vitesse i ' en - 1 cnc-r.g : eue :mat_ g.-: - ' : eeg-'l 1--itees : :ptimale en repense - le --.-r_u :icn oe 1.-. • iit-c-r. i • en utilisant la die~eu:c^ ee iétl .-.cernent : .g. s risses et le vitesse d'avance F en ordonné es dai:_ le o-recesuus 71 23616 9 2096604 d'usinage de la Fig. 2. Lorsque le cycle de l'outil Tj est terminé et lorsque le dispositif d'entrée numérique 1 effectue la lecture des données concernant l'outil suivant » ces données étant transmises par 5 la mémoire 13, le dispositif de compilation de performances 28 établit une performance d'une commande adaptée correspondant à l'outil suivant de manière que la commande adaptée puisse agir dans l'état le plus favorable pour l'outil suivant Tj + ^ de la même manière que décrit plus haut» 10 Dana une machine-outil à commande numérique, les conditions de coupe doivent être décrites pour chaque phase dans l'entrée numérique 2. En outre, dans l'exemple de la Fig. 2, la largeur de coupe varie mais elle est adaptée à la forma de la pièce à usiner. Comme le montre l'ensemble du processus, des conditions 15 d'usinage modérées doivent être sélectionnées et l'on perd du temps dans la coupe dans des proportions telles qu'on ne puisse plus obtenir un rendement élevé. Far ailleurs, lorsqu'on utilise une conaandc adaptée, le rendement de fonctionnement peut être élevé dans une opération 20 d'usinage ordinaire. Cependant, il est naturel que les données d'outil et la performance de la commande adaptée scient respectivement différentes en fonction des outil.: respectifs. Eu conséquence, dans une machine-cutil où 1 'on utilise de nonoreux types d'outils, comme dans un centre d'usinage, 3I les données d'outil 25 et la ~erfcréance de ionmande adaptés au-coxati :uesent réen registrées eu concordance avec le3 eu- '.1rss^ectif s utiliser, l'effet d Twi • l'irve..;ion :'aiinnervenz.r pie; : le dispo - 30 sitif d'en i- d J-. ea d'outil 2; . ; - i de !.. \ées d;c.- -. i '. '3, 1- eenunn:>..e \- éradique de i.'i — . . : ; ■ ' . - . . : , ; . le n: e^.a^ls n.on de pari or-:.", an - - .. : e - ~nf ne — ... ; 0.. ; _ en , . e^-ci ,.j.e 2? de -nan... ■* ; • . ; e e - ..s eun;- " . . . 1 ..' - • "V .. . .m s. % . -T .. ^ . .. .. » - ' C J — ~ C--»_ Z- 71 23616 10 2096604 adaptée d'un changeur automatique d'outils amplifiant l'effet d'une commande adaptée au maximum et augmentant également le ren dement de la machine-outil au maximum. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée à l'ensemble décrit et représenté, elle est susceptible do nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art suivant les application envisagées et sans qu'on s'écarte peur cela de l'esprit de l'invention. 7 ï 2361 6 11 2096604 - REVENDICATIONS -Machine-outil à commande adapté', munie d'un changeur automatique d'outils, caractérise --- :-.î qu'elle comprend un dispositif d'entrée numérique r _ _re une àist?-r.;-o ce déplacement ce façon à déterminer u.imen£icns de travail eo un numéro d'cutil, un dispositif d'entrée de données d'outil pour lire des données d'outil telles que les dimensions d'outil ei la fonction d'évaluation correspondant à chaque outil, une mémoire de données d'outil pour emmagasiner les données d'out:1 correspondant à des numéros d'outil respectifs, un dispositif de compilation de performance pour établir une performance de ce mm aride d'adaptation en correspondance à chaque outil sur la base des données concernant l'outil utilisé, un détecteur d'eifor^s de coupe, un dispositif de calcul de condition optimale pour calculer les conditions optimales de ccupe pour une performance établie par un effort ce coupe détecté, et une commande automatique de changement d'outil agissant en fonction de la mémoire de données d'outil de manière qu'une performance de commande adaptée corresponcant à un cutil monté sur une croche puisse être automa tiquement établie chaque fois qu'un changement automatique d'cutil est effectué par sélection de chaque outil à utiliser.