Cours F.A.O Fabrication Assistée Par Ordinateur [PDF]

Zitiervorschau

Ecole Nationale d’Ingénieurs de Monastir

Département Génie Mécanique

La F.A.O La Fabrication Assistée par Ordinateur Chapitre I : Architecture des MOCN

Mihed BEN SAID 2018/2019 1

Processus de conception – fabrication 

Étude et Conception

Introduction Idée  besoins  Cahier de charge 

Bureau  d’études

Dessin dʹensemble Surfaces fonctionnelles Cotation fonctionnelle Choix du brut

Préparation à la fabrication

Dessin de définition 

Analyse du dessin de définition Détermination, chronologie des opérations dʹusinage Bureau des  Choix des machines, outils, outillage Conception des montages dʹusinage et outillage spécial méthode Détermination des paramètres de coupe Calcul des temps de réalisation Définition des procédures de contrôle Gamme d’usinage

Atelier  2

Introduction Le but de la Fabrication Assistée par Ordinateur (FAO) est d'écrire le fichier contenant le programme de pilotage d'une machine-outil à commande numérique. Ce fichier va décrire précisément les mouvements que doit exécuter la machine-outil pour réaliser la pièce demandée. On appelle également ce type de fichiers : programme ISO ou blocs ISO.

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Introduction

Ce cours est organisé en trois parties: Architecture des machines-outils à commande numérique Les systèmes FAO Langage de programmation en FAO 4

Chapitre I : Architecture des MOCN Définitions Machine-outil à commande numérique MOCN c’est un moyen de fabrication par enlèvement de matière, dont les mouvements sont motorisés et pilotés par ordinateur. L’armoire de commande qui reçoit le programme d’usinage et pilote les mouvements de la machine est appelée directeur de commande numérique (DNC). • dédiée à la fabrication en petites et moyennes séries renouvelables • Permet la réalisation, sans démontage, de pièces complexes comportant beaucoup d'opérations d'usinage. • se situe à mi-chemin entre les machines conventionnelles très "flexibles" (souple d'utilisation) réservées aux travaux unitaires (prototypes, maintenance) et les machines transferts, très productives, réservées aux grandes séries.

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Chapitre I : Architecture des MOCN Définitions Centre d'usinage (CU) C'est une MOCN dotée d'équipements périphériques qui assurent : • le changement automatique d'outils stockés dans les magasins d'outils, • le changement automatique de pièces (palettisation), • éventuellement le convoyage des copeaux (convoyeur). Il est dédié à des fabrications variées de pièces différentes. Axe numérique Sur un tour ou une fraiseuse, l’axe à CN est un organe en déplacement pour lequel une infinité de positions peut être atteinte à la résolution de positionnement près. Il peut être un chariot, une table ou une broche. Il est asservi en déplacement et en vitesse.

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Chapitre I : Architecture des MOCN Le système d’axes des MOCN Le système de coordonnées est un système cartésien rectangulaire de sens direct avec les trois principaux axes appelés X, Y et Z et avec des axes de rotation autour de chacun de ces axes appelés respectivement A, B et C. Mouvements de translation X, Y, Z Axe Z de mouvement L'axe Z est parallèle à la broche principale de la machine. Lorsque la broche principale est pivotante ou orientable, l'axe Z doit être parallèle à l'axe de la broche quand cette dernière est dans la position zéro. La position zéro de référence est de préférence celle où la broche est perpendiculaire à la surface de bridage de la pièce. Axe X de mouvement Quand cela est possible, l'axe X doit être horizontal et parallèle à la surface de bridage de la pièce. Pour les machines avec des pièces en rotation, l'axe X doit être radial et parallèle aux glissières du chariot transversal. Axe Y de mouvement L'axe Y de mouvement forme avec les axes X et Z un trièdre de sens direct. 7

Chapitre I : Architecture des MOCN Le système d’axes des MOCN Mouvements de rotation A, B, C Les angles A, B et C définissent les mouvements de rotation effectués respectivement autour d'axes parallèles à X, Y et Z.

Mouvements additionnels Mouvements de translation Quand, en plus des mouvements de translation primaire X, Y et Z, il existe des mouvements de translation secondaires parallèles à ceux-ci, ils seront respectivement désignés par U, V et W.

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Chapitre I : Architecture des MOCN Le système d’axes des MOCN Direction : Le sens positif des axes est défini de manière telle qu’un mouvement dans une direction positive d'axes de translation ou de rotation, augmente les valeurs positives de la position de la pièce par rapport à l’outil. Axe X = axe longitudinal Axe associé, en général, aux plus longues glissières Axe Z = axe de broche Pour CV (en avant de la Z +: s’éloigne de la pièce Z - : s’approche de la pièce machine regard vers bâti): Pour CH (regard en direction de Z -, vers la pièce ):

Axe Y = axe transversal Axe complétant le trièdre orthogonal: Pour CV (en avant de la machine, regard vers bâti): Y +: s’éloigne de l’opérateur Y - : s’approche de l’opérateur Pour CH Y +: vers le haut Y - : vers le bas

X +: vers la droite (mvt. relatif; broche par rapport à la pièce) X - : vers la gauche

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Chapitre I : Architecture des MOCN Classification des machines-outils Type d’opération Tournage

Type de machine Tours

Fraisage

Fraiseuse CN

Nombre d’axes 2 axes (X, Z) Point à point

Opération possible et remarques Toutes les formes obtenues ont le même axe de symétrique Perçage

Paraxials

Les deux axes ne travaillent pas en même temps on ne peut pas faire des courbes. Exemple : poche, surfaçage. Désignation d’une machine 3 axes qui génère des trajectoires dans le plan par interpolation linéaire et circulaire. La "troisième" dimension n'est utilisée que pour changer de plan d'interpolation. réalisation d’une pièce gauche (quelconque) L’outil reste parallèle à une direction fixe par rapport à la pièce

2 axes 1/2

Centre d’usinage

3 axes (X, Y, Z)

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Chapitre I : Architecture des MOCN Classification des machines-outils Type d’opération Fraisage

Type de machine Centre d’usinage vertical CUV Centre d’usinage horizontal CUH

Centre d’usinage

Fraisage - tournage

Centre de tournage

Nombre d’axes Opération possible et remarque 4 axes pour les formes complexes (X, Y, Z + A ou B) Exemples : opération de fraisage sur une pièce de révolution 4 axes Formes hélicoïdales (X, Y, Z, B) Gravures sur une pièce de révolution 5 axes Pièces de géométrie complexe, en particulier des outillages et des moules. 3 - 8 axes Pièces de géométrie complexe

Machine multitâche : 5 - 9 axes Centre de tournage -fraisage

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Chapitre I : Architecture des MOCN Classification des machines-outils : Tours CN 2 axes (X, Z)

X Z

Vidéoscours\1 ‐ SIDERMECA   Tour CN KC6x550.flv

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Chapitre I : Architecture des MOCN Classification des machines-outils : Centre d’usinage 3 axes (X, Y, Z)

Vidéoscours\usinage CNC 3 axes.wmv ‐ YouTube.mp4

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Chapitre I : Architecture des MOCN Classification des machines-outils : Centre d’usinage Broche horizontale 4 axes (X Y Z B)

Broche verticale 4 axes (X Y Z C)

Broche verticale (X Y Z A)

Vidéoscours\Centre dʹusinage  horizontal CNC 4 axes ‐ 560 x  560 x 600 mm   a51 ‐ MAKINO.flv

Vidéoscours\4th Axis.mp4

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Chapitre I : Architecture des MOCN Classification des machines-outils : Centre d’usinage 5 axes - Plusieurs configurations

2 axes rotatifs dans la tête

2 axes rotatifs dans la table

1 axe rotatif dans la tête + 1 axe rotatif dans la table

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Chapitre I : Architecture des MOCN Classification des machines-outils : Centre d’usinage 5 axes – Exemples d’application

Vidéoscours\3 ‐ Breton Ultrix ‐ manufacture gear ‐ centre de  fraisage 5 axes.flv Vidéoscours\4 ‐ Concept car CAD CAM‐ CNC 5 axis machining ‐ centre de fraisage 5  axes.flv

Cours FAO - Asma BELHADJ

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Chapitre I : Architecture des MOCN Classification des machines-outils : Centre de tournage 3 - 8 axes

3 axes X1, Z1, C1 1 broche + 1 tourelle 6 axes X1, Z1, C1, Y C2, B 2 broches + 1 tourelles

4 axes X1, Z1 X2, Z2 2 tourelles

7 axes X1, Z1, C1 X2, Z2, C2, B 2 broches + 2 tourelles

5 axes X1, Z1, C1 (X2, Z2) OU (B, C2) Broche + 2 tourelles Ou bien 2 broches + 1 tourelle 8 axes X1, Z1, C1, Y X2, Z2, C2, B 2 broches + 2 tourelles

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Chapitre I : Architecture des MOCN Classification des machines-outils : Centre de tournage 8 axes – deux broches (3 axes) + deux tourelles (4 axes) + axe Y

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Chapitre I : Architecture des MOCN Classification des machines-outils : Centre de tournage 3 axes (X, Z, C)

Vidéoscours\2 ‐ MACHINE OUTIL EMCO E25 CNC  MachineOutil.TV ‐ centre de tournage 3 axes.flv

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Chapitre I : Architecture des MOCN Classification des machines-outils : Centre de tournage 4 axes (X, Z, C,Y) – une broches (1 axe) + une tourelles (3 axes)

Vidéoscours\HAAS ST‐20Y Y‐Axis Lathe Turn Mill  utilizing Exsys Eppinger Tools ‐ YouTube.flv

7 axes – deux broches (3 axes) + deux tourelles (4 axes)

Vidéoscours\5 ‐Mazak QTN‐100MS ‐ centre de  tournage 7 axes.flv

8 axes – deux broches (3 axes) + deux tourelles (4 axes) + axe Y

Vidéoscours\6 ‐ Mazak Hyper Quadrex 200MSY ‐ Addy Machinery ‐ centre de tournage  8 axes.flv

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Chapitre I : Architecture des MOCN Classification des machines-outils : Machine de tournage - fraisage 5 - 9 axes

5 axes X1, Z1, Y, B C1

1 broche de tournage + 1 broche de fraisage

7 axes X1, Z1, Y, B C1 X2, Z2 ou A, C2

9 axes X1, Z1, Y, B C1 X2, Z2, A, C2

1 broche de fraisage 1 broche de fraisage + + 1 broche de tournage 2 broches de tournage + + 1 tourelle ou 1 tourelle 1 broche de tournage

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Cours FAO - Asma BELHADJ

Chapitre I : Architecture des MOCN Classification des machines-outils : Machine de tournage - fraisage 9 axes

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Chapitre I : Architecture des MOCN Classification des machines-outils : Machine de tournage - fraisage 6 - 7 axes – une broche de fraisage (4 axes) + deux broches de tournage (3 axes)

Vidéoscours\7 ‐ Axis Mazak Integrex at Magnus Hi‐Tech ‐ Machine multitâche.flv

9 axes – une broche de fraisage (4 axes) + deux broches de tournage (3 axes) + une tourelle (2 axes)

Vidéoscours\8 ‐ Mazak Integrex 2004ST_  machine Multitache 9 axes.flv

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Chapitre I : Architecture des MOCN Choix d’une machine outil: introduction Lors de l’établissement de l’avant-projet de fabrication, on est amené à choisir le type de machine capable de réaliser la pièce. Il n’existe pas de méthode simple de choix de la machine. Le choix provient d’un processus de synthèse de l’analyse des mouvements possibles des différentes machines utilisables. Au niveau morphologique, on distingue encore nettement les deux types de pièces réalisables : prismatiques et cylindriques. De manière générale, il est toujours plus productif d’usiner les cylindres sur un tour, et les formes prismatiques sur une fraiseuse. Les axes supplémentaires servent à finir les pièces sans démontage.

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Chapitre I : Architecture des MOCN Choix d’une machine outil: terminologie Opération d’usinage C’est le travail d’un outil qui produit ou usine une seule forme géométrique. Exemples : Opération de perçage, une passe de surfaçage, une opération de lamage. Séquence d’usinage C’est une suite ordonnée non interruptible d’opérations d’usinage en vue de réaliser une géométrie donnée . Exemple : Cycle de chariotage sur un tour à CN. SX

op1

op2

op3

op4

Processus d’usinage C’est une suite ordonnée interruptible de séquence d’usinage. Il représente l’enchainement de séquences d’usinage conduisant à la réalisation d’une forme géométrique connue. L’ordre des séquences est impératif. Exemple : l’ébauche qui précède la finition. Il est possible d’imbriquer des séquences d’usinage appartenant à différent processus. SX1

SX2

SX3

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Chapitre I : Architecture des MOCN Choix d’une machine outil: terminologie Sous-phase C’est un processus d’usinage réalisé sans démontage ni transfert du couple pièce – porte pièce d’une broche à une autre. Une phase d’usinage C’est une succession de sous-phases réalisés sur une même cellule ou sur un ilot de fabrication. Gamme d’usinage En terme général, la gamme d’usinage regroupe l’ensemble des informations relatives à la réalisation d’une pièce (machine-outil, outil de coupe, trajectoire de génération).

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Chapitre I : Architecture des MOCN Choix d’une machine outil: terminologie Entité d’usinage (1/4) Définition Une entité d’usinage est une forme géométrique et un ensemble de spécifications pour les quelles un processus d’usinage est connu. Ce processus est quasi indépendant des processus des autres entités d’usinage.

Géométrie Spécifications

MO

Entité d’usinage

Opération

Outil de coupe

Cinématique de génération 27

Chapitre I : Architecture des MOCN Choix d’une machine outil: terminologie Entité d’usinage (3/4) Bibliothèque d’entité d’usinage : Norme STEP AP-224 Entité Opération Direction Illustrations d’usinage d’usinage Z+ Y+ Surface plane Fraisage En bout Z+ XEn roulant X+ ou XY+ ou Y-

X+

Y-

Trou non débouchant

Pointage + perçage

Trou alésé débouchant Alésage

Z+

Z+ ou Z-

Z+

Z+

Z-

Trou chanfreiné

Perçage + chanfreiner Z+

Z+

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Chapitre I : Architecture des MOCN Choix d’une machine outil: terminologie Entité d’usinage (4/4) Bibliothèque d’entité d’usinage : Norme STEP AP-224 Entité Opération Direction Illustrations d’usinage d’usinage Z+ Trou lamé Lamage Z+

Trou lamé chanfreiné

Lamage + chanfreiner Z+

Z+

Poche

Fraisage en bout

Z+

Rainure

Fraisage

Z+

En roulant Y+ ou YEn bout Z+

X-

Z+

Y-

Y+

X+

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Chapitre I : Architecture des MOCN Choix d’une machine outil: terminologie Direction d’usinage Les directions d’usinage sont associées à l’attribut d’usinabilité des entités. La définition des directions d’usinage n’est pas triviale. Elle dépend de la cinématique de génération, de la possibilité de l’outil de coupe et de la qualité de surface générée. On définit la direction d’usinage comme la direction parallèle à l’axe de l’outil, en tenant compte de la direction d’approche.

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Chapitre I : Architecture des MOCN Choix d’une machine outil: terminologie Accessibilité L’accessibilité est l’ensemble de direction d’outil permettant d’atteindre une surface S à réaliser sans collision dans cette direction. Elle se définit comme une trajectoire le long de laquelle l’outil de coupe a un accès à l’entité sans aucun obstacle compte tenu de la morphologie de la pièce et/ou avec les dispositifs du posage et/ou du bridage.

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Chapitre I : Architecture des MOCN Choix d’une machine outil: méthodologie L’étude de la morphologie de la pièce peut consister à associer un polyèdre à la pièce. A chaque entité à usiner, on associe une facette plane perpendiculaire à l’axe de l’outil usinant cette entité et un vecteur. • Entité de perçage :

axe de l’outil (axe du trou).

• Plan :

normale à la surface (fraisage en bout), normale à la surface (fraisage en roulant).

• Contour ou poche :

perpendiculaire à la surface en bout.

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Chapitre I : Architecture des MOCN Choix d’une machine outil: méthodologie L’augmentation du nombre d’axes diminue le nombre de mises en position de la pièce et de démontages nécessaires, et vice-versa. Pour usiner un polyèdre à n faces quelconque: MOCN 3 axes  n mises en position MOCN 4 axes  au plus n / 2 mises en position MOCN 5 axes  deux mises en position.

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Chapitre I : Architecture des MOCN Choix d’une machine outil: méthodologie • Si la cinématique d’une machine donnée permet de rendre perpendiculaire la facette à l’axe de la broche, alors la machine est capable d’usiner l’entité. • Si les entités retenues ont toutes une facette identique, une machine-outil à trois axes suffit. • Si les facettes sont toutes perpendiculaires à un même plan, un centre à quatre axes suffit. • Dans le cas contraire, on restreint le nombre d’entités à réaliser sans démontage  machine cinq axes. Les contraintes autres que cinématiques restreignent l’étendue de cette méthode: • La mise en position et le bridage de la pièce empêchent l’usinage sur certaines faces. • Les courses des axes influent sur les dimensions de la pièce à usiner. • Les courses des axes de rotation peuvent être faibles (200 degrés d’amplitude sur certaines machines en cinq axes), et les longueurs d’outil limitent le volume usinable. 34

TD1 FAO On se propose d’élaborer un projet de gamme d’usinage de la pièce «fond arrière d’un vérin piqueur ». Le brut est une pièce prismatique fraisée. 1) En se basant sur le repérage des surfaces, identifier et repérer les entités de perçage. 2) Déterminer les sous-phases nécessaires pour la réalisation de la pièce dans le cas d’utilisation de centre d’usinage: a) 3 axes b) 4 axes c) 5 axes Pour chaque sous-phase, préciser les surfaces usinées, les surfaces d’appui et la direction de la broche.

Définition des entités Repère

Nombre

Type de l’entité

F1

1

Surface plane

F2

1

F3

1

F4

1

F7

1

F8

1

F15

1

F5 + D5

1

F6 + D6

1

G1

1

G2

1

C1

1

C2

1

D2

1

Contour

D21

1

Lamage

Poche Gorge Chanfrein

Définition des entités de perçage

Repère

Nombre

Type de l’entité

Notation des entités

D10 + D20

6

Trou lamé

E1

D17 + D21

3

E2

D13 + H1 + D8

1

D14 + H2 + D9

1

Trou taraudé avec E4 lamage E5

D11

1

Trou simple

D12

1

E7

D16

1

E3

D18

1

E8

D22

2

E9

D19

2

Trou taraudé

E6

E10

Gamme d’usinage Centre d’usinage 3 axes Nombre de sous phase: 6 sous phases

Phase

Direction de la broche

Entités usinées

1

 F2

F1 – F2 – (D5 - F5) – (D6 – F6) - D2 – C1 – C2 – G1 – G2

2

 F7

E9

3

 F15

6E1– 2E10 – 3 E2 – E8

4

// D16

E3

5

 F3

E6 – E4

6

 F4

E7 – E5

Gamme d’usinage Centre d’usinage 4 axes BH Nombre de sous phase: 3 sous phases

Phase

Direction de la broche Entités usinées

1

 F2

F1 – F2 – D5 - F5 – D6 – F6 – D2 – C1 – C2 – G1 – G2

2

 F15 puis // D16

6E1– 3E2 – E3 – 2E10– E8

3

 F7 puis  F3 puis  F4

E9 – E4 – E5 – E6 – E7

Gamme d’usinage Centre d’usinage 5 axes Nombre de sous phase: 2 sous phases Phase

Direction de la broche

Entités usinées

1

 F2 puis  F7

F1 – F2 – D5 - F5 – D6 – F6 - D2 – C1 – C2 – G1 – G2 – 2E9

2

 F3 Puis  F15 puis // D16 puis  F4

6E1 – 3E2 – E3 – E4 – E5 – E6 –E7 – E8 – 2E10

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Département Génie Mécanique

La F.A.O La Fabrication Assistée par Ordinateur Chapitre II : Les systèmes FAO

Mihed ben said 2018/2019 1

Chapitre II : Les systèmes FAO Introduction Un programme CN est la transcription, dans un langage compréhensible par le directeur de commande numérique d’une machine, des opérations d’usinage à effectuer sur une pièce. Les différentes manières de programmer sont : − La programmation manuelle, − La programmation assistée : • Soit conversationnelle par le DCN (sur la machine outil) • Soit avec un langage d’aide à la programmation APT (autamatic programmed tool). − La programmation automatique: utilisation d’un logiciel de F.A.O (fabrication assisté par ordinateur )

2

Chapitre II : Les systèmes FAO Introduction Classification des différentes méthodes de programmation en fonction des compétences du programmeur et de la complexité des machines à piloter

3

Chapitre II : Les systèmes FAO La programmation manuelle La première étape de la programmation consiste à déterminer et organiser, à partir de la gamme d'usinage, les données nécessaires au programme CN. Ces données sont soit technologiques soit géométriques. Les données technologiques  choix de la machine, des processus d'usinage, des outils et des conditions de coupe. Les données géométriques  choix des paramètres définissant la trajectoire de l'outil pour obtenir la forme désirée. Le programmeur doit présenter de manière chronologique toutes les opérations élémentaires. Ensuite, pour chaque séquence d'opérations, il doit préciser les données technologiques correspondantes ainsi que les coordonnées des points caractéristiques de la trajectoire de l'outil. Une fois ce travail terminé, le programmeur est en mesure de rédiger le programme CN.  Programmation adéquate pour réaliser des pièces en mode P à P  Programmes CN simples 4

Chapitre II : Les systèmes FAO La programmation manuelle : Limites •

Certaines étapes de la programmation manuelle nécessitent un effort important pour aboutir à la rédaction du programme CN. Une des étapes la plus délicate est le calcul des points caractéristiques de la trajectoire des outils pour des géométries de pièces où figurent des formes telles que les raccordements, les arcs de cercle, voire même des surfaces complexes.  Travail fastidieux et lent.

•

Il est difficile de vérifier un programme CN et de trouver toutes les erreurs de syntaxe ou de calcul. Cette tâche devient absurde quand le programme CN a une taille importante.  Corriger le programme au pied de la machine  Une immobilisation de la machine et une perte d'un temps précieux qui pourrait être exploité pour la production.

•

Un atelier de fabrication peut être équipé de plusieurs machines ayant des contrôleurs différents.  Le programmeur doit maîtriser toutes les fonctions de chacune des MOCN. 5

Chapitre II : Les systèmes FAO La programmation assistée conversationnelle Le but de la programmation conversationnelle est de permettre à un opérateur de créer un programme pièce directement au pied de sa machine, sans avoir recours au langage machine codé en ISO. Dans ce mode, l’élaboration de la géométrie de la pièce et la génération des trajectoires d’outils font essentiellement appel à des fonctions graphiques (pages écrans) et à des menus déroulants. Le logiciel résident dans la CN (PROCAM) :  en utilisant le pupitre de la CN: création, modification, visualisation, simulation d'un ou plusieurs programmes pièces pendant que la machine usine une pièce définie par un autre programme en mémoire.  La programmation de fichiers divers.  La programmation est faite en temps masqué  La CN convertit le programme en langage ISO. MAIS l’utilisation du pupitre de la machine nécessite la présence d'un programmeur sur le site au cours de la production. 6

Chapitre II : Les systèmes FAO La programmation assistée : Système APT Il est clair que l'aide de l'ordinateur peut apporter énormément en gain de temps de préparation de la fabrication pour mieux exploiter la MOCN. De nombreux systèmes d'aide à la programmation CN (programmation CN assistée par ordinateur) ont été développés. Dans la majorité de ces systèmes un langage évolué (APT) plutôt que le code G est utilisé pour indiquer à l'ordinateur comment la pièce va être usiner. Un processeur traduit le langage source APT en un programme CN et fait la plupart des calculs nécessaires pour décrire la trajectoire des outils. Cependant, des erreurs peuvent subsister jusqu'à ce que le programme CN soit corrigé sur la machine.

7

Chapitre II : Les systèmes FAO La programmation assistée : Avantages et inconvénients L’implication de l'ordinateur dans l'aide à la programmation présente de nombreux avantages : • Réduction du calcul manuel pour la détermination des points caractéristiques de la trajectoire  élimination de nombreuses erreurs. •

Un ensemble d'actions peut être programmé avec moins de commandes  un programme plus court et plus facile à gérer.

•

Un langage évolué est certes plus facile à apprendre et à programmer. Ceci est particulièrement important quand l'atelier est équipé de CN différentes

•

Simplification de la génération du programme CN puisque le programmeur utilise le même langage pour toutes les pièces indépendamment de la machine utilisée. Mais le programmeur doit convertir les informations géométriques (dessin de définition) à une autre (langage APT), ce qui est une source d'erreurs non négligeable. 8

Chapitre II : Les systèmes FAO La programmation automatique Dans un système de programmation automatique, l'opérateur peut exploiter directement les possibilités offertes par l'ordinateur à travers une interface graphique. Il peut ainsi décrire la géométrie sous forme de points, de lignes, d'arcs de cercle, etc. comme dans un dessin de définition, plutôt que de la traduire en une représentation textuelle. L'utilisation de l'interface graphique permet aussi de visualiser la trajectoire des outils et donc une vérification rapide du programme évitant ainsi des corrections coûteuses au pied de la machine. Les fonctionnalités de programmation automatique sont fournies par les systèmes de fabrication assistée par ordinateur (FAO).

9

Chapitre II : Les systèmes FAO •

La programmation automatique: Avantages Les systèmes FAO permettent à l'utilisateur de définir rapidement la géométrie de la pièce.  Gain important de productivité

•

Les systèmes FAO permettent la visualisation de la trajectoire des outils sur un écran graphique et la correction des erreurs avant exécution sur la machine.

•

La visualisation des trajectoires d'outils peut être utilisée, non seulement, pour vérifier les collisions entre l'outil et la pièce, mais aussi entre l'outil et les éléments de bridage.  le contrôle de collision dans les systèmes FAO offre une fonctionnalité qui n'existait pas avant.

•

L'utilisation des données géométriques de la pièce issues d’une conception assistés par ordinateur (CAO) permet d'éviter toute retranscription de ces données et de faciliter la prise en compte de tout changement dans la conception de la pièce. 10

Chapitre II : Les systèmes FAO Dessin de la pièce

Gamme d’usinage

Modélisation de la pièce Données  numériques 

Programmation manuelle

Programmation assistée centralisée sur système informatique

Langage évolué  aide au calcul et au choix  des condition opératoire 

Programmation assistée par la CN

Calculs

Préprocesseur

Etapes  manuelles 

Rédaction

Traitement

Conversationnelle

Etapes  automatique  à l’extérieur  de la MOCN

Saisie au pupitre Choix d’une MOCN

Edition

Post-processeur Programme 

Chargement 

Programme 

Programme chargé et opérationnel

Chargement 

11

Chapitre II : Les systèmes FAO Définitions d’un système FAO Un système FAO est un modèle qui permet la génération des parcours d’outil en vue d’usiner une pièce. Il ne concerne pas seulement les procédés classiques tels que le fraisage et le tournage. On peut ajouter l’électroérosion à fil, le découpage laser, le poinçonnage à commande numérique, le défonçage du bois, le soudage et même le contrôle dimensionnel. La démarche à suivre est donnée par la figure suivante Géométrie et processus Géométrie

CAO Etude

Génération de gamme Méthode

FAO

Prog CN

DNC

MOCN1 MOCN2 Atelier

Deux configurations des systèmes FAO : systèmes interfacés et systèmes intégrés. 12

Chapitre II : Les systèmes FAO Systèmes FAO intégrés Le système intègre à la fois les fonctionnalités du CAO et de la FAO. Il n’est pas nécessaire de faire des transferts des données. En effet, la base de données géométriques sur laquelle la FAO travail est la même que pour la CAO. Dans ce cas, une fois la conception est réalisée, l’utilisateur peut accéder directement aux fonctionnalités de la FAO. Exemples

TopSolid/TopCam, Pro-E, Catia, SMARTCAM, etc…

Avantages • Utilisation du code natif • Pas de perte d’information • Suivi des modifications CAO - FAO • Corruption des fichiers d’échange évitée Désavantages • Systèmes dispendieux (réalité changeante toutefois) • Assujettissement de la démarche à l’évolution d’un seul logiciel

13

Chapitre II : Les systèmes FAO Systèmes FAO interfacés La FAO constitue un module séparé. Le passage de la CAO vers la FAO doit être réalisé en utilisant une interface normalisée type IGES, STEP, VDA… Pour que le fabriquant puisse modifier la géométrie, il dispose d’un certain nombre de fonctionnalité de CAO mais ne représente pas la même richesse que l’on trouve sur le système de CAO. Exemples

MasterCam, Surfcam, DelCAM, Vericut, etc…

Avantages • Systèmes souvent plus perfectionnés et flexibles que les modules intégrés • Indépendance relative des différentes étapes de la FAO • Moins couteux Désavantages • Nécessité d’un fichier d’échange  perte d’information possible dans cet échange  réparation de fichier échange ou erreur générée • Pas encore de fichier d’échange compatible à tous les systèmes (DXF, IGES, STEP, STL…) 14

Chapitre II : Les systèmes FAO Structure d’un système FAO Système FAO  3 modules

FAO BD Préprocesseur Technique

Processeur

Géométrie

Programme CN

Post-processeur

Programme CL File

15

Chapitre II : Les systèmes FAO Structure d’un système FAO : Préprocesseur Le préprocesseur joue le rôle d’un CAO à l’intérieur de la FAO seulement du point de vue fonctionnalité mais il est loin du point de vue performance et richesse de fonction. Il est plutôt destiné à créer des géométries utiles pour l’usinage, donc pour des modifications complexes, il est plutôt utile de recourir à une CAO. L’avantage majeur du système intégré c’est l’unicité de la base de données, toutes les modifications peuvent être visible pour tous les acteurs travaillant sur le produit.

Préprocesseur

CAO

Accès Direct à la BD Accès par interface (STEP, IGES..)

Création de la géométrie Géométrie

Processeur

Conversion

16

Chapitre II : Les systèmes FAO Structure d’un système FAO : Processeur (1/6) Le processeur a comme fonction d'aider l'utilisateur à déterminer tous les paramètres nécessaires à la génération du CLfile.

Processeur

Préprocesseur

Géométrie

Trajectoire d’outil

APT CL File

Post-processeur

Simulation Interactive

Utilisateur

17

Chapitre II : Les systèmes FAO Structure d’un système FAO : Processeur (2/6)

Création de la trajectoire d’outil Processeur FAO

Atelier ou module 2D fraisage Filaire

Fraisage 3 axes

Fraisage 5 axes

Surfacique et volumique

Tournage 2 axes

Electroérosion à fil

Filaire

Opérations d’usinage: • Perçage • Surfaçage • Contournage • Poche • Autre : rainurage fraisage hélicoïdale… 18

Chapitre II : Les systèmes FAO Structure d’un système FAO : Processeur (3/6)

Création de la trajectoire d’outil • Arborescence simplifiée • Sous- Phase unique

 Sélection d’une seule machine et postprocesseur • Sous-Phases multiples  Sélection d’un référentiel par sous-phase • Opération d’usinage  Sélection d’un outil

• Définition d’une opération • Type de l’opération (perçage, surfaçage, vidage de poche…) • Outil de coupe (outil monté ou assemblé) • Géométrie à usiner • Stratégie d’usinage (type, paramètres radiaux, axiaux) • Paramètres d’usinage (Vc, Va en usinage, en approche, en plongée…) • Trajectoires d’entrée et de sortie

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Chapitre II : Les systèmes FAO Structure d’un système FAO : Processeur (4/6)

Création de la trajectoire d’outil Module fraisage : opération de surfaçage Paramètres: • Dépassement latérale • Dépassement sens de l’avance • Recouvrement des passes • Stratégie d’usinage

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Chapitre II : Les systèmes FAO Structure d’un système FAO : Processeur (5/6)

Création de la trajectoire d’outil Module fraisage : opération de contournage Paramètres: • Type: 2D ou rampe • Prises de passe axiales et radiales • Paramètres ébauche et finition • Type de correction

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Chapitre II : Les systèmes FAO Structure d’un système FAO : Processeur (6/6) • •

Techniques de simulation Vérification visuelle de la trajectoire de l’outil générée Simulation du programme  Simulation filaire: affichage de la pièce finie, de l’outil, du porte outil

 Simulation solide : affichage du brut , de l’outil, du porte outil, machine

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Chapitre II : Les systèmes FAO Structure d’un système FAO : Post -processeur Le rôle du Post-Processeur consiste à traduire, en fonction du type du contrôleur de la MOCN, le programme APT pour générer le programme CN. Ce programme est ensuite téléchargé dans la mémoire de la CN de la MO. Dans un atelier équipé de plusieurs MOCN, il n'est pas rare d'avoir des contrôleurs de MOCN différents. Pour cela un système FAO doit disposer d'autant de Post-Processeurs que de contrôleurs différents.

PostProcesseur

Processeur

APT CL File

Post-Processeur 1 Post -Processeur 2

Prog CN

MOCN

Post- Processeur n

Utilisateur

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Chapitre II : Les systèmes FAO Etape d’une FAO • Création ou saisie d’un modèle 3D • Fichier d’échange sur systèmes interfacés • Trajectoires d’outil sur logiciel ou module FAO, création d’un CLfile (cutter location file) en langage APT • Interprétation directe si compilateur APT (rare, cas de SmartCam…) • Post-processeur pour convertir en code G (courant sur MOCN moderne) • Transfert à la machine du programme complet

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Ecole Nationale d’Ingénieurs de Monastir

Département Génie Mécanique

La F.A.O La Fabrication Assistée par Ordinateur Chapitre III : Programmation en FAO

Mihed ben said 2018/2019 1

Chapitre III : Programmation en FAO Définition d’un système APT APT : Automatically Programmed Tool • • • •

Paru à la fin des années 50 et raffiné dans les années 60. Conçu pour faciliter la programmation des trajectoires des outils, Presque abandonné comme langage de programmation directe des MOCNs utilisé encore comme intermédiaire entre les logiciels plus performants et les post-processeurs.

2

Chapitre III : Programmation en FAO Structure d’un programme APT Un programme de pièce en APT est constitué d'un ensemble d'instructions qui peuvent être de l'un des types suivants : Partie 1

• Instructions de définition de la géométrie, • Instructions de définition de l’outil, • Instructions de définition des Partie 2 mouvements de l'outil, • Instruction du post processeur, • Instructions diverses (calcul, macro, etc.). Partie 3

Ordre standard Définition de la géométrie Ordre d’usinage

Chaque instruction d’un programme APT est composée d’éléments respectant un certain nombre de règles de syntaxe. Ces éléments sont : • la ponctuation, • les mots réservés du vocabulaire APT (mots clefs), • les nombres, • les symboles, • et les étiquettes. 3

Chapitre III : Programmation en FAO Syntaxes du langage APT : Ponctuation Pour supporter le calcul, APT possède des opérateurs arithmétiques comme l'addition (+), la multiplication (*), la division (/) et la puissance (**). Une instruction APT comprend également des caractères spéciaux pouvant être utilisés comme opérateur spécifique. Symbole

Utilisation

/

Séparer une instruction en mots mineurs et mots majeurs. Le mot majeur est situé à gauche et le mot mineur à droite.

,

Séparer les éléments dans une instruction.

.

La partie décimale d'un nombre réel.

=

Assigner une valeur à un paramètre.

)

Terminer une étiquette.

;

Séparer les instructions sur une même ligne.

$

Indiquer la suite d'une ligne sur la ligne suivante.

$$

Indiquer un commentaire. 4

Chapitre III : Programmation en FAO Syntaxes du langage APT : Mots Chaque instruction dans un programme APT consiste en un ou deux mots majeurs. Le mot majeur détermine le type de l'instruction, tel que la définition de la géométrie ou les commandes de mouvement. Selon les instructions le mot majeur est généralement suivi par une barre oblique (/) et un ou plusieurs mots mineurs suivis par des paramètres. Un mot du langage APT est constitué de un à six caractères alphanumériques. Certains mots sont réservés au système (mots clefs). mots utilisés pour

Exemples

La définition de la géométrie

POINT, PLANE, SPHERE, etc.

Les calculs

IF, SINF, COSF, SQRTF, etc.

Les instructions du post-processeur

STOP, END, etc.

modificateurs

XLARGE, LEFT, SMALL, etc.

définir les déplacements

GO, GODLTA, GOTO, etc.

5

Chapitre III : Programmation en FAO Syntaxes du langage APT : Nombres Tous les nombres utilisés dans un programme APT sont des nombre réels. La forme exponentielle peut être utilisée. Un nombre peut être présenté de l’une des manières suivantes :

125

.563236E2

12.365

+269

-2.025E-1 -189.3244

6

Chapitre III : Programmation en FAO Syntaxes du langage APT : Symboles Les mots utilisés pour définir les entités géométriques sont appelés symboles. Les symboles peuvent aussi être utilisés comme paramètres de valeurs numériques. Ainsi, un symbole est utilisé pour définir une entité (géométrique ou scalaire) qui va être référencée ultérieurement dans le programme APT (c’est l’équivalent d’une variable dans un langage de programmation). Les symboles sont constitués d’un à six caractères alphanumériques, commençant obligatoirement par un caractère. RAYON = 25.325 X1 = 123 Y1 = 96 CENTR1 = POINT / X1 , Y1 CERCL1 = CIRCLE / CENTER , CENTR1 , RADIUS , RAYON TAB(1) = 10 $$ 10 EST AFFECTEE AU 1er ELEMENT DU TABLEAU TAB TAB(I) = J

$$ J EST AFFECTEE AU Iième ELEMENT DU TABLEAU TAB 7

Chapitre III : Programmation en FAO Syntaxes du langage APT : Etiquettes Une instruction d’un programme APT peut avoir une étiquette de sorte qu’une autre instruction du programme peut la référencer. Les étiquettes sont constituées de un à six caractères numériques ou alphanumériques commençant par un caractère ou un nombre. ••• IF(M) NEG , 111 , 41E NEG) I = 5 $$ Si M < 0 Alors I = 5 ••• 111) J = 9 $$ Si M = 0 Alors J = 9 ••• 41E) K = 0 $$ Si M > 0 Alors K = 0 ••• ••• DEBUT) I = I + 1 ••• ••• JUMPTO DEBUT $$ Saut inconditionnel •••

8

Chapitre III : Programmation en FAO Syntaxes du langage APT Définition de la géométrie Les instructions de définition de la géométrie sont utilisées pour décrire la forme de la pièce à réaliser et les trajectoires de l'outil pour générer la forme voulue. APT supporte jusqu'à 16 types d'entités géométriques. Parmi ces entités, les plus couramment utilisées sont le point (POINT), la ligne (LINE), le cercle (CIRCLE), le plan (PLANE), la sphère (SPHERE) et le cône (CONE). Symbole = Type_Entité / Définition_Entité Exemples POINT / x , y [ , z ] LINE / point1 , point2 CIRCLE / CENTER , point1 , point2 PLANE / point , PERPTO , vecteur

P10 = POINT/ 12 , 5 , 10 L10=LINE / P10 , (POINT/ (0 ,32 ,10)) CERCL1 = CIRCLE / CENTER, P1, P2 PLN1 = PLANE / P6 , PERPTO , V1

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Chapitre III : Programmation en FAO Syntaxes du langage APT Nous ne pouv ons pas afficher l’image.

Définition de l’outil CUTTER / d, r, e, f, α, β, h avec: d = diamètre de l’outil r = rayon de coin e, f = centre du rayon de coin β = conicité de l’outil α = angle du bout de l’outil h = hauteur de la partie active Nous ne pouv ons pas afficher l’image.

Forme réduite: CUTTER / d [ , r ] CUTTER / 16 , 8 CUTTER / 63 10

Chapitre III : Programmation en FAO Syntaxes du langage APT Définition de l’outil •

Chargement de l’outil • En fraisage LOADTL / n°_outil [ , LENGTH , l ] LOADTL / n°_outil [ , OSETNO , n°_Correcteur ] •

•

En tournage TURRET / n°_outil [ , OSETNO , n°_Correcteur ]

Segmentation de courbes INTOL / valeur OUTTOL / valeur

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Chapitre III : Programmation en FAO Syntaxes du langage APT Instructions de définition des mouvements de l'outil •

En mode point à point FROM / point_de_départ GOTO / point GODLTA / [∆x , ∆y ,] ∆z

point de départ déplacement absolu déplacement relatif

•

En mode contournage GO / Rel , DS [ , [ Rel , PS ] , Rel , CS] Exemple : GO/TO, PL1, TO, PL2, TO, PL3 déplacement sur une trajectoire définie par les 3 surfaces : -PL1 : Surface guide (drive surface) - PL2 : Surface de la pièce (part surface) - PL3 : Surface limite (check surface)

•

Six commandes de déplacement selon le changement de direction GOFWD (avant), GOBACK (arrière), GOLFT (gauche), GORGT (droite), GOUP (haut), GODOWN (bas) 12

Chapitre III : Programmation en FAO Syntaxes du langage APT Instructions de définition des mouvements de l'outil •

En mode point à point FROM / point_de_départ GOTO / point GODLTA / [∆x , ∆y ,] ∆z

point de départ déplacement absolu déplacement relatif

•

En mode contournage GO / Rel , DS [ , [ Rel , PS ] , Rel , CS] Exemple : GO/TO, PL1, TO, PL2, TO, PL3 déplacement sur une trajectoire définie par les 3 surfaces : -PL1 : Surface guide (drive surface) - PL2 : Surface de la pièce (part surface) - PL3 : Surface limite (check surface)

•

Six commandes de déplacement selon le changement de direction GOFWD (avant), GOBACK (arrière), GOLFT (gauche), GORGT (droite), GOUP (haut), GODOWN (bas) 13

Chapitre III : Programmation en FAO Syntaxes du langage APT •

•

Instruction du Post-Processeur Initialisation et terminaison PARTNO référence_pièce MACHIN / référence_postprocesseur , numéro UNITS / unité END , FINI Commande de définition des conditions technologiques SPINDL / vitesse , (SMM ou RPM) , (CCLW ou CLW ) SPINDL / (OFF ou ON) COOLNT / (OFF ou ON) FEDRAT / valeur, unités

•

Commande de définition des cycles CYCLE / type, paramètres Type : cycles de perçage (DRILL) , perçage (DEEP), alésage (REAM), alésage à l’alésoir (BORE) et taraudage (TAP) 14

Chapitre III : Programmation en FAO Syntaxes du langage APT Instructions diverses (calcul, macro, etc.) • •

Calcul arithmétiques et trigonométriques Opérateurs logiques pour les tests et les boucles IF(condition) label1 , label2 , label3 label1 si la condition est négative label2 si la condition est égale à zéro label3 si la condition est positive JUMPTO / label

•

Opérateur pour les macros : sous programme MACRO / paramètres définition TERMAC terminer CALL / appel

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Chapitre III : Programmation en FAO Exemple d’application Ecrire le programme APT pour l’usinage en finition la pièce suivante. Nous ne pouv ons pas afficher l’image.

Nous ne pouv ons pas afficher l’image.

16

Chapitre III : Programmation en FAOPartie 1

PARTN0 EXEMPLE CONTOURNAGE Exemple d’application MACHIN/Mill,1 PPRINT/CONTOURNAGE UNITS/MM O=POINT/0,0,0 P1 = POINT/40,20,0 P2 = POINT/40,80,0 L1 = LIGNE/P1,P2

Partie 2:

L2 = LIGNE/P2, ATANGL, 45, XAXIS

définition

L3 = LIGNE/XAXIS,120

de la

L4 = LIGNE/YAXIS,140

géométrie

L5 = LIGNE/P1, PARLEL,XAXIS C1 = CIRCLE/CENTER,(POINT/120,100,0),RADIUS,20 Cours=FAO - Asma BELHADJ C2 CIRCLE/CENTER,(POINT/140,20,0),RADIUS,30

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INTOL/0 Chapitre III : Programmation en FAO OUTTOL/.005 Définition de l’outil Exemple d’application CUTTER/50 LOADTL/2,OSETNO, 4 SPINDL/800,RPM,CLW SPINDL/ON Paramètres de coupe COOLNT/ON FEDRAT/60,MMPM FROM/SP GO/TO, L1 TLLFT, GOFWD/L1, PAST, L2 Trajectoire de l’outil: Partie 3 GORGT/L2, PAST, L3 Contournage GORGT/L3,TANTO, C1 GORGT/C1,TANTO, L4 GOBACK/L4, PAST, C2 GOLEFT/C2, PAST, L5 GOLEFT/L5, PAST, L1 GOTO/SP SPINDL/OFF COOLNT/OFF Cours FAO - Asma BELHADJ 18 FINI

Chapitre III : Programmation en FAO Exemple d’application 2 Ecrire le programme APT pour l’usinage en demi finition et en finition du contour extérieur de la pièce suivante ainsi que le centrage et le perçage des deux trou de diamètre 10 mm.

19

Chapitre III : Programmation en FAO Exemple d’application 2 Les paramètres d’usinage sont : • • • • • • •

Surépaisseur pour la finition est égale à 1mm. Le point de départ PTDEPA a pour coordonnées (-150 -20 17) Fraise de diamètre 20 mm, Vc = 28 m/min , Va = 90 mm/min. Forêt à centre de diamètre 4 mm, Vc = 22 m/min , f = 0.1 mm/tr. Forêt de diamètre 9.5 mm, Vc = 18 m/min , f = 0.08 mm/tr. Alésoir de diamètre 10 mm, Vc = 24 m/min , f = 0.06 mm/tr. Les distances d’approche et de dégagement sont de : 10 mm pour le contournage 5 mm pour le perçage des trous

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PARTNO EXEMPLE III : Programmation en FAO Chapitre MACHIN/ MILL , 1 Exemple d’application 2 NOPOST UNITS/ MM INTOL / 0.01 REMARK Définition de la géométrie P0 = POINT/-150,-20,-1 $$ Coordonnées des points P1 = POINT/-135,0,0 P2 = POINT/0,150,0 P3 = POINT/-105,15,0 P4 = POINT/-105,90,0 P5 = POINT/-30,30,15 P6 = POINT/-44.7,59.7,15 L1 = LINE/XAXIS $$ L1 est l'axe des X L2 = LINE/YAXIS $$ L2 est l'axe des Y L3 = LINE/P1,ATANGL,90 L4 = LINE/P2,ATANGL,0 L5 = LINE/YAXIS,-60 C1 = CIRCLE/CENTER,P3,RADIUS,30 C2 CIRCLE/CENTER,P4,RADIUS,45 Cours=FAO - Asma BELHADJ 21

LOADTL/1 $$ chargementen et définition Chapitre III : Programmation FAO de CUTTER/20 l'outil 1 Exemple d’application 2 FEDRATE/ 90 ; MMPM SPINDL / 446 , RPM , CLW REMARK début des déplacements RAPID , GOTO/-150,-20,17 RAPID , GOTO/P0 FROM/ P0 $$ Usinage ébauche du contour THICK/1 $$ 1mm de surép. en finition GO/TO,L1,TO,L3 COOLNT/ ON TLLFT , GOFWD/L3,TANTO,C1 GOFWD/C1,TANTO,C2 GOFWD/C2,TANTO,L5 GOFWD/L5,PAST,L4 GORGT/L4,PAST,L2 RAPID , GODLTA/0,0,20 RAPID , GOTO/-150,-20,20 RAPID , GOTO/P0 FROM/P0 Cours FAO - Asma BELHADJ 22

THICK/0Chapitre III : Programmation $$ Usinage finition enenFAO GO/TO,L1,TO,L3 Exemple d’application 2 TLLFT , GOFWD/L3,TANTO,C1 GOFWD/C1,TANTO,C2 GOFWD/C2,TANTO,L5 GOFWD/L5,PAST,L4 GORGT/L4,PAST,L2 RAPID , GODLTA/0,0,20 RAPID , GOTO/-150,-20,20 SPINDL / OFF REMARK Centrage des deux trous LOADTL/2 $$ Forêt à centrer CUTTER/4 SPINDL / 1752 , RPM , CLW CYCLE/DRILL , 5 , MMPM , 175 , 5 GOTO/P5 GOTO/P6 CYCLE/OFF RAPID ; GOTO/-150,-20,17 SPINDL / OFF Cours FAO - Asma BELHADJ

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REMARK Perçage des trous Chapitre IIIdeux : Programmation en FAO LOADTL/3 Exemple d’application 2 CUTTER/9.5 $$Forêt diam. 9.5mm SPINDL / 603 , RPM , CLW CYCLE/DRILL , 20 , MMPM , 48 , 5 GOTO/P5 GOTO/P6 CYCLE/OFF RAPID , GOTO/-150,-20,17 SPINDL / OFF REMARK Alésage des deux trous LOADTL/4 CUTTER/10 $$Alésoir diam 10 mm SPINDL / 764 , RPM , CLW CYCLE/DRILL , 20 , MMPM , 46 , 5 GOTO/P5 GOTO/P6 CYCLE/OFF RAPID , GOTO/-150,-20,17 24

SPINDL/OFF Chapitre III : COOLNT/OFF ENDExemple d’application 2 FINI

$$ Arrêt broche Programmation en FAO $$ Arrêt arrosage

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