2610f Production a Commande Numerique Fraisage

Version pour apprenants, n° d’art. 2110f Version pour instructeurs et maîtres d’apprentissage n° d’art. 2610f

Index

Les sujets de la formation

Les techniques de production à commande numérique . . . . 3Introduction / historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Le CNC, les généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4Qu’est-ce que le NC, le CNC et le DNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Les différents types de commande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5Les commandes point par point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5Les commandes de déplacement paraxial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5Les commandes de déplacement continu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Le fraisage CNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7Les formes de construction des fraiseuses CNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7Les guidages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8Les entraînements électriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9Les entraînements d’avance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10Les entraînements par vis à billes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10Les magasins d’outils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11Les fixations des outils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12La qualité de la concentricité & l’excentricité résiduelle . . . . . . . . . . . . . 14

Les systèmes de coordonnées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Les axes principaux, auxiliaires et de rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Une règle de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

La préparation du travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16La préparation des outils/ le référencement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Le référencement externe des outils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Le référencement interne des outils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Les plans d’usinage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Les points de référence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17La position initiale de référence de la machine R . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Le point d’origine de la machine M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Le point zéro de la pièce W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Le point de référence de l’outil T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Les travaux de préparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18La liste de contrôle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18La documentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18La liste des outils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Le plan d’opération . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4e édition – juin 2009 © by SWISSMECHANIC 1

Module Production à commande numérique - Fraisage


© by SWISSMECHANIC 4e édition – juin 20092

Les sujets de la formation

Les bases de la programmation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21La structure des programmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Un exemple de programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21La structure d’une phrases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Un exemple de structure de phrase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Les fonctions G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Les fonctions M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Les programmes principaux et les sous-programmes . . . . . . . . . . . . . . 24La programmation absolue G90 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25La programmation incrémentale G91 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25L’interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Les coordonnées carthésiennes du point cible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Les coordonnées polaires du point cible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26L’interpolation circulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Les valeurs des coordonnées X, Y, Z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27La compensation du rayon de l’outil G41/G42 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28La trajectoire équidistante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29La programmation de la trajectoire équidistante . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Les cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Exercices G90/G91 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

L’approche des contours extérieurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32L’approche des contours intérieurs (poches circulaires) . . . . . . . . . . . . . 33Exemple d’une plaque de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34Exemple d’un bloc fixe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Les termes de base de la préparation du travail . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Questions d’examen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37


34e édition – juin 2009 © by SWISSMECHANIC

Les techniques de production à commande numérique

Introduction / historique

L’introduction des techniques NC en Europe ne date que de quelques 50 années. A l’époque, per-sonne ne soupçonnait la révolution que cela allait entraîner dans la construction des machines-outils et dans la production. C’était le début d’une histoire fascinante dans la technique. Mais lesdébuts furent très difficiles.

Les facteurs suivants freinaient d’abord le développement :

– des commandes et une programmation des machines trop compliquées,– nécessitant de grands investissements (achat de machines, formation des

collaborateurs, développement, mise en service et entretien),– futur incertain concernant le développement des techniques.

Le pas décisif dans le développement est venu en 1972. C’était le passage des techniques NC versle CNC. La puissance des nouveaux processeurs était de 32 Ko et la fréquence d’horloge de 16kHz. Mais, à côté de leurs dérangements fréquents, le manque de puissance de ces ordinateurs res-tait le problème principal.

Les développements suivants ont apporté des améliorations :

– les moniteurs en couleur– les mémoires RAM– les systèmes de mesure de chemin– les moteurs linéaires– les systèmes de production flexibles– les systèmes de programmation– les systèmes de FAO– la mise en réseau des données– le développement des ordinateurs

Aujourd’hui, les machines CNC permettent une production économique et rentable. Le contrôle descoûts reste une préoccupation importante. La diminution des quantités des séries et le raccourcis-sement de la longévité des produits finaux demandent des déroulements de production de plus enplus flexibles.

Les dates clés dans le développement NC :

1954 première machine NC produite industriellement.1958 développement du premier langage de programmation symbolique.1965 premier changement d’outils automatique.1969 première installation DNC.1972 première machine CNC avec microprocesseur intégré.1984 première machine CNC avec aide à la programmation graphique.1994 bouclement de la chaîne de processus entre CAO, FAO et CNC.2000 des interfaces par Internet permettent un échange de données au niveau

mondial et un diagnostique de défauts intelligent.



Le fraisage CNC

Les formes de construction des fraiseuses CNC

Les petites machines sont construites en forme de table ou de console. Les machines plus lourdessont construites en forme de banc ouvert (colonne) ou fermé (portique).

forme de construction en colonne

forme de construction en table et console

forme de construction en portique



Les entraînements électriques

Selon l’objectif recherché, les entraînements électriques sont classés en :

– entraînement d’avance pour tous les axes NC p. ex. X, Y, Z– entraînement de la broche principale p. ex. broche porte-fraise d’un centre d’usinage,

entraînement de la broche d’un tour– entraînements auxiliaires p. ex. changeur d’outils ou de palettes, table tournante

Les machines NC modernes et les nouvelles techniques de production posent des exigences éle-vées à la dynamique, à la précision et à la flexibilité des entraînements. On demande aux entraîne-ments électriques que la fréquence de rotation et la position d’avance de la broche principale etdes entraînements auxiliaires soient réglables et obéissent aux valeurs NC demandées avec uneprécision et une dynamique élevée.

Ces exigences à la machine sont :

– une précision d’usinage élevée,– une vitesse d’usinage élevée,– des temps morts minimaux.

entraînementauxiliaire

entraînementde l’avance

entraînement de labroche principale Illustration: Berthold Hermle AG



Les magasins d’outils

Par rapport aux tourelles revolver, les magasins d’outils à chaîne présentent l’avantage de pouvoirhéberger un plus grand nombre d’outils (plus de 100 outils sur les grands centres d’usinage). A leurdésavantage, le temps de changement d’outils est un peu plus long. En raison des efforts méca-niques et de commandes importants, ces temps peuvent difficilement être réduits.

magasin en chaîne magasin tourelle

Pour réduire le temps de changement des outils, on fait volontiers intervenir des grappins doublesqui prélèvent simultanément un outil dans la broche et un autre dans le magasin. Puis un grappinpivote et introduit le nouvel outil dans la broche pendant que l’autre met l’ancien outil à sa placedans le magasin.

grappin double (Reiden Technik AG)



Les porte-pinces pour pinces biconiques :

Particularité : concentricité, selon la classe de pince,entre 0.025 et 0.003 mm

Application : selon DIN 6388, fixation d’outils à queuecylindrique, mandrins universels pourle fraisage (ébauche/finition) et le perçage.

Les mandrins hydro-expansibles :

Le fonctionnement :

A) La vis de serrage est tournée jusqu’à la butée avec une clé à six pans.

B) Le piston de serrage pousse le liquide hydraulique.

C) Celui-ci crée une augmentation de la pression dans la chambre de compression.

D) La douille d’expansion à paroi fine se gonfle régulièrement contre la queue de l’outil. Ce pro-cessus de serrage centre d’abord la queue de l’outil, puis serre l’outil fortement sur toute sasurface.

E) Le joint spécial = garantit une étanchéité absolue et donc une grande longévité.

Le résultat : une fixation absolument précise, puissante et concentrique avec des propriétés deconcentricité exceptionnelles et une précision de répétition après changement de < 0.003 mm.



Les mandrins de frettage :

Les caractéristiques :

– précision de concentricité : < 0.003mm,– fréquence de rotation max 40’000 t/min,– convient aux fréquences de rotation élevées,– diamètre de serrage prévu pour une tolérance

de la queue h6,– convient aux outils en métal dur et en HSS,– transmission de la force par frottement absolu-

ment sûre,– force portante très élevée, transmission du couple

2 à 4 fois plus élevée que pour les mandrinshydro-expansibles et pinces de serrage,

– optimal pour l’usinage HSC, surtout aussi pour les outils de petits diamètres,

– garantit une grande longévité grâce à l’utilisati-on d’aciers spéciaux résistants à la chaleur ; desprocédés spéciaux de trempe et de revenu leur donne une longévité et une stabilité de forme particulièrement élevée,

– le procédé de frettage est réversible et peut être répété à volonté : la concentricité, laforce de serrage et l’élasticité se maintiennent au-delà de 5’000 frettages.

La qualité de la concentricité & l’excentricité résiduelle

Du matériel bien équilibré ! Du matériel mal équilibré !

Des déséquilibres de concentricité surviennent lorsque le centre de gravitation du rotor sesitue en-dehors de l’axe de rotation.



axes principaux

axes auxiliaires pour des indicationsincrémentielles

axes de rotation

• L’axe Z correspond à la broche de travail principale.

Z

C

Y X

BW

+ Z

+ Y

+ X

Le majeur représente labroche principale ou de travail !

X Y

I J

A B

Z

K

C

Les systèmes de coordonnées

Les axes principaux, auxiliaires et de rotation

La définition des axes de coordonnées et les sens du mouvement des machines CNC sont fixéset normés par ISO. La définition des axes principaux X, Y et Z, qui se trouvent perpendiculaires lesuns par rapport aux autres, est basée sur la règle des 3 doigts de la main droite.

Le pouce correspond à l’axe X, l’index à l’axe Y et le majeur à l’axe Z. Les trois bouts des doigts montre la direction positive.

Une règle de base

• Le programmateur part toujours du principe que c’est l’outil qui se déplace.

Tous les autres axes s’orientent selon ces 3 axes principaux. A, B et C sont des axes de rotationou de pivotement combinés avec X, Y ou Z comme axe central. Cela signifie que A tourne autourde X, B autour de Y, et C autour de Z. Le sens de rotation positif des axes de rotation correspondà une rotation à droite dans la direction du regard dans la direction de l’axe positif.

Attribution des axes auxiliaires et de rotation :Exemple d’une fraiseuse verticale à 6 axes



Les programmes principaux et les sous-programmes

Les programmes principaux :

Les programmes principaux sont composés d’une tête de programme, des opérations et de la findu programme. Ils contiennent toutes les données géométriques et techniques.

Les sous-programmes (de contour) :

Les sous-programmes ne tournent jamais de façon autonome. Leur but est simplement de rac-courcir les travaux de programmation. Si une partie de programme est utilisée à plusieurs endroits,mais sur des pièces différentes, il est alors avantageux d’écrire cette partie de programme en tantque sous-programme indépendant.

Exemple : des formes de contours, perçages, usinages répétitifs ou d’autres parties de program-me identiques.

Hauptprogramm

••N17 L70 N18•••

Unterprogramm/70

N1 G91 • .. • .. • .. N5 G90 N6 M17

Unterprogramm Aufruf

Unterprogramm Ende Rücksprung

programme principal

sous-programme/70

appel au sous-programme

fin du sous-progr.retour au prog. princ.



L’interpolation

Lorsque l’outil doit faire un déplacement à partir d’un point de départ en ligne droite vers un pointcible donné, cela s’appelle une in ter polation en ligne droite (calcul de la valeur intermédiaire). Celasignifie que la commande des avances de l’outil dans tous les axes coordonne le déplacement demanière à atteindre le point cible en ligne droite.

vitesse d’avance axe X = 100 mm/min

vitesse d’avance axe Y = mm/min

vitesse d’avance axe Z = mm/min

Les coordonnées cartésiennes du point cible

Grâce au système de coordonnées à 2 axes, tous les points du dessin d’une pièce peuvent êtredéfinis dans leur position avec précision. En indiquant une paire de coordonnées (X et Z) la posi-tion d’un point est clairement définie.

P1 X 0 Y 12P2 X -8 Y 16P3 X -28 Y 16P4 X -44 Y 12P5 X -56 Y 12P6 X -56 Y 24P7 X -68 Y 24P8 X -76 Y 32

Les coordonnées polaires du point cible

Dans un système de coordonnées, il estaussi possible de définir avec précision laposition d’un point à l’aide d’angles et dedistances. L’angle 0 se situe toujours surl’axe X dans la direction positive.L’indication de l’angle se fait toujours dansle sens contraire aux aiguilles d’une montreet en valeurs positives. L’indication del’angle dans le sens des aiguilles d’unemontre se fait en valeurs négatives.

WX-Achse

Y-Achse

P1P2P3

P4P5

P6P7

P8

(trame de 4 mm) axe Z

axe X

calcul valeur intermédiaire(interpolation linéaire)



L’interpolation circulaire

Dans l’interpolation circulaire, deux axes de la machine sont déplacés simultanément afin d’obte-nir un arc de cercle. Pour la définition précise d’un contour circulaire, les indications suivantes sontnécessaires :

méthode de travail : 1. sens de rotation G02, G032. point final X,Y3. définition du point médian I, J, (K)

I coordonnée du point médian dans le sens de l’axe XJ coordonnée du point médian dans le sens de l’axe YK coordonnée du point médian dans le sens de l’axe Z

Les valeurs des coordonnées X, Y, Z

G02 G03

Exemple G02 G03 (I et J absolu)

• La valeur des coordonnées (X, Y et Z) pour le point final de l’arc et les coordonnées auxi-liaires (I, J et K) peuvent, selon la commande, être indiquées de manière absolue (G90) ouincrémentale (G91).

Wegbedingung X

Start 0 0

Y R I J

G1 40 0

G2 50 -10 10 40 -10

G1 0 -34.5

G3 30 -54.5 20 50 -54.5

G1 15 -54.5

G3 0 -40.13 20 -5 -59.5

G1 0 0

axe Y

axe Y

axe Y

cond. de chem.

sens avance

sens avancesens avance

axe Xaxe X

axe X



La trajectoire équidistante

Le contour de la pièce finie et le cheminement de l’outil sont deux trajectoires différentes.

La trajectoire équidistante est l’écart régulier entre l’axe de l’outil et le profil programmé.

• On ne programme pas le trajet de l’outil, mais la forme de la pièce finie.• A cet effet, on saisit dans la commande la dimension des outils engagés et la

manière de calculer les dimensions de l’outil.

pièce finie

fraise 1

fraise 2T2

trajet fraise 2

trajet fraise 1

La trajectoire équidistante T1

C = écart entre la pièceet l’axe de la fraise

C

La programmation de la trajectoire équidistante



• Les machines proposent de nombreux cycles d’opération spécifiques à la commande.• Des indications détaillées se trouvent dans les manuels des fabricants.

Z

sens de rotation

temporisation

avance

retrait rapide

plan de référence R

profondeur duperçage

Les cycles

Qu’est-ce qu’un cycle ? – dans les dictionnaires on trouve cycle = cercle, circuit,– quelque chose qui se répète,– simplifications essentielles de la programmation.

Mise en oeuvre générale :

La définition du cycle (selon la commande) détermine l’usinage. Par l’appel du cycle (selon lacommande) on définit les coordonnées où le cycle se déroule.

Quelques exemples : – cycle de perçage et de centrage– cycle de filetage– cycle de rainures– cycle d’opérations d’ébauche et de finition

Exemple de cycle de perçage selon les supports d’enseignement européen : pour un perçage profond de 20 mm

Grâce à des paramètres modifiables, le cycle peut être défini avec précision.

ParamètresY distance de sécuritéZ profondeur du perçageX temporisation (-s)B distance de retrait rapide

G81 X 0.2 Y2 Z-20 M3

temporisation distance de profondeur sens de la rotationsécurité du perçage



L’approche de contours intérieurs (poches circulaires)

Méthode de travail :

1. approche de la position centrale, ensuite approche de la profondeur2. trajet d’approche 1 (a) avec valeur de compensation du rayon (G41/G42)3. trajet d’approche 2 (b – a) perpendiculaire au point final c4. avance de travail du contour5. contour de la poche circulaire6. retrait d’avance de travail du contour7. désélection de la compensation du rayon (G01 G40)

Exemple : poche circulaire Ø20 avec fraise à queue d’EBAUCHE Ø16 et valeur de compensationdu rayon = 8.25

1. approche de la position centrale, ensuite approche de la profondeurG00 G90 X40 Y-30G01 Z-14 F90

2. trajet d’approche 1 (a) avec compensation du rayon (G41/G42)G01 G41 G91 X9 F270 (valeur de compensation du rayon plus min. 0.5 = 8.25 + 0.75 = 9)

3. trajet d’approche 2 (b – a) perpendiculaire au point final cG01 Y1 (rayon contour moins trajet d’approche 1) b – a = 10 – 9 = 1

4. avance de travail du contourG03 X-9 Y9 I-9 J0 (rayon R9)

5. contour de la poche circulaireG03 X0 Y0 I0 J-10 (arc de cercle 360°)

6. retrait d’avance de travail du contourG03 X-9 Y-9 I0 J-9 (rayon R9)

7. désélection de la compensation du rayon (G01 G40 G90)G01 G90 X40 Y-30

Exemple : Partie du programme :poche circulaire Ø20 G00 G90 X40 Y-30fraise à queue de FINITION Ø16 G01 Z-14 F500compensation du rayon = 8.00 G01 G41 G91 X9 F180

G01 Y1G03 X-9 Y9 I-9 J0G03 X-0 Y0 I0 J-10G03 X-9 Y-9 I0 J-9G01 G90 X40 Y-30

Légende :

R = rayon d’approche du contourvaleur R de compensation plus min. 0.5 mm

a = trajet d’approche 1 (G01 G41 G91)(point final incrémental = R)

b = rayon du contour(Ø de poche / 2)

c = trajet d’approche 2 (b moins a)



correction

1. Enumérez trois types de commandes de fraiseuses CNC.

commandes point par point, de déplacement paraxial ou continu

2. Quels sont les trois types de construction des fraiseuses CNC ?

à colonne, en portique, à table et console

3. Enumérez des caractéristiques de construction typique d’une fraiseuse CNC !

guidage à plat, en V, en queue d’aronde, circulaire,

vis à billes, avance pour tous les axes NC p. ex. X, Y, Z,

entraînement de la broche principale, p. ex. broche de fraise,

entraînement auxiliaire p. ex. changeur d’outils,

magasin d’outils (à chaîne, en tambour), changeur d’outils,

grappin double

4. Quelle est la différence entre une commande NC et CNC ?

Les commandes NC pures ne disposent en général pas de mémoire ou

d’une mémoire très limitée de données de programme. Les données

sont en général lues et exécutées à partir d’une bande perforée.

Les commandes CNC utilisent des microprocesseurs qui disposent

d’une mémoire plus importante. De grandes quantités de données

peuvent être traitées rapidement et plusieurs axes peuvent être

commandés simultanément.

5. Quelle méthode de travail doit être respectée pour garantir la reproductibilité del’usinage d’une pièce ?

Pour garantir la reproductibilité d’un usinage NC, les documents

suivants sont nécessaires : plan des opérations / liste des outils /

programmes NC mémorisés.

6. En plus du dessin de la pièce, quels sont les documents importants ?

liste des outils / feuille d’équipement / plan d’opération /

programme NC

Questions d’examen

Documents

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