Pour une rectification de très haute précision

CNC - RECTIFICATION
Pour une rectification de
très haute précision
Source : GE Fanuc Automation CNC
Fig. 1 La rectification
cylindrique exige
la plus grande
rigidité
mécanique
possible de la
part des
machines et des
systèmes
d’entraînement
ainsi que la plus
grande précision
et des fonctions
d’aide de la
commande
numérique.
Seules ces conditions permettent
d’atteindre des
tolérances
inférieures à
1 µm.
Photos : GE Fanuc
Les systèmes de
commande CNC
et les systèmes
d’entraînement
sont des
composants
essentiels dans
les procédés de
rectification
haute précision.
Du fait qu’elles produisent des finis de surface de qualité inégalée, les rectifieuses occupent une place à part dans le monde de la
machine-outil. Cependant, des besoins spécifiques en matière de systèmes de commande et
d’entraînement voient le jour. Par conséquent,
GE F ANUC travaille étroitement avec de nombreux fabricants de machines afin de proposer
des solutions toujours plus performantes, au
bénéfice de l’utilisateur final.
La rectification est utilisée dans les applications exigeant les surfaces les plus lisses possibles. Sous ses différentes formes, la rectification
de surfaces cylindriques présente des
contraintes particulièrement élevées en terme
de système de commande et systèmes d’entraînement. Pour toutes les techniques de rectification cylindrique centrée/excentrée, intérieure/extérieure et ovale, une rigidité mécanique
extrême est requise au niveau des machines et
des systèmes d’entraînement. Le système CNC
doit commander les systèmes d’entraînement
avec la plus grande précision possible. C’est uniquement dans ces conditions que des précisions
inférieures à 1 µm peuvent être obtenues.
GE Fanuc, leader mondial des systèmes de
commande et systèmes d’entraînement, peut
aider à obtenir des résultats optimaux grâce à
ses solutions d’automatisation parfaitement
coordonnées, utilisées aujourd’hui par des
constructeurs de rectifieuses reconnus tels que
JUNKER, STUDER ou encore SCHNEEBERGER.
Intelligence intégrée avec fonction de
correction d’erreur
Grâce à une fonction appelée “Learning Control”, les commandes numériques GE Fanuc offrent des avantages spécifiques pour des appli-
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cations de rectification cylindrique et ovale,
nécessaires pour la production de vilebrequins,
pistons, etc. Cette fonction d’apprentissage
est capable de corriger de façon autonome
les erreurs générées par le système d’entraînement lors des déplacements d’axes. Elle
“mémorise” le type de l’erreur qui est survenue et
anticipe cette erreur par une répétition cyclique
de la fonction. Ceci concerne particulièrement
l’usinage de pièces cylindriques et ovales, car
chaque tour de la pièce correspond à un cycle
pendant lequel les axes exécutent le même
déplacement. “Learning Control” compense les
erreurs résultant de l’inertie, du déplacement
libre et des variations de température.
Contrairement à des fonctions telles que les
fonctions d’anticipation, d’anticipation erreur de
poursuite et de table qui sont exécutées pour la
plupart de manière statique, “Learning Control”
offre une compensation dynamique qui s’adapte
aux conditions. Elle augmente la précision de
rectification, en particulier lors des phases délicates d’usinage de pièces ovales et représente
un plus indéniable pour ce type de procédé de
fabrication, un plus que seul GE Fanuc est capable de proposer à ce jour.
Commandes de positionnement
incrémental - Interpolation Nano
Disponible à partir de la Série i, l’option
d’interpolation Nano, importante pour les applications d’usinage de haute précision, constitue
une autre caractéristique des commandes numériques GE Fanuc. Une application CNC utilisant
l’interpolation Nano se base sur un programme
CNC standard. Un code G spécifique active alors
l’option d’interpolation Nano dans le programme.
Ce module de calcul de haut niveau permet de
s’assurer que les commandes de positionnement
des amplificateurs et des moteurs s’effectuent en
mode d’interpolation Nano.
Les amplificateurs et les systèmes d’entraînement Série Alpha i GE Fanuc peuvent gérer des
pas aussi faibles. Les amplificateurs et les systèmes d’entraînement sont couplés à un logiciel
servo appelé HRV Control (High Response Vector
Control), qui apporte une importante rigidité de
commande. HRV 4, par exemple, fonctionne avec
un temps de cycle de boucle de courant de
31,2 µs. Le système de commande devient alors
très rigide consécutivement à ces temps de cycle
courts et la machine également, par voie de
conséquence. Avec ce système de commande
très rapide, les perturbations extérieures
RECTIFICATION
Fig. 2 - Les systèmes d’entraînement directs sont de plus
en plus utilisés sur les rectifieuses, que ce soit en
conception linéaire ou rotative. Entre autres, leur rigidité,
obtenue grâce à l’absence de composants mécaniques,
constitue un réel avantage.
telles que les déséquilibres ou les impacts produits par
la meule peuvent être compensées en un temps record.
Il existe une fonctionnalité GE Fanuc fréquemment utilisée en rectification et classée parmi les fonctions d’interpolation Nano. Il s’agit du “Lissage Nano”. Cette fonction
convient particulièrement pour convertir automatiquement
les mouvements linéaires dans le système de commande
en courbes NURBS. Le Lissage Nano prend en compte le
tracé du contour générant de petits segments linéaires
grâce à des programmes CAO. La fonction utilise ensuite
l’interpolation Nano pour rectifier le contour sous forme de
courbe, obtenant ainsi des mouvements dynamiques et
doux assurant une qualité d’usinage uniforme.
Les avantages des systèmes
d’entraînement directs
L’utilisation de systèmes d’entraînement directs gagne du
terrain dans le domaine de la rectification et ceci vaut aussi
bien pour les modèles linéaires que rotatifs. Les récents progrès en technologie de mesure ont donné une réelle impulsion dans ce domaine. Jusqu’à récemment, les systèmes de
mesure linéaires directs ne pouvaient offrir une résolution
supérieure à 20 µm. Aujourd’hui, il existe une nouvelle
électronique d’interpolation (Circuits de Haute Résolution) qui
interpole de manière interne ces 20 µm 2 048 fois, offrant
ainsi une résolution de 10 nm.
Une précision de mesure de position similaire est disponible sur les moteurs rotatifs. La remarque consistant à dire
que les moteurs linéaires présentaient des résolutions grossières et qu’ils ne pouvaient convenir à la rectification n’est
donc plus fondée. Au contraire, les moteurs linéaires
peuvent afficher leurs autres points forts, dont le plus
important est une extrême rigidité due à l’absence d’éléments mécaniques intermédiaires tels que vis à billes
ou embrayages. Afin de maintenir le guide aussi rigide que
possible, on utilise principalement des solutions hydro-statiques ou encore des roulements à rouleaux de re-circulation, évitant la présence de jeu interne.
L’utilisation d’un moteur linéaire présente des avantages
particuliers pour l’axe d’avance d’une rectifieuse de pièces
ovales. En effet, des mouvements d’avance courts mais
très fréquents sont ici nécessaires, ce qui entraînerait l’usuwww.trametal.com, code
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Fig. 3 - Un système complexe :
ce clapet à disque rotatif de
ZF Lenksysteme, le cœur d’une
unité de direction
hydraulique, est basé sur trois
à quatre procédés de
rectification. Des systèmes
CNC assurent la précision de
l’usinage.
Photo : ZF Lenksysteme
re prématurée des pièces
mécaniques telles que les vis
à billes. Par contre, cela ne
provoquera aucune usure sur
un système d’entraînement
linéaire direct. Les systèmes
d’entraînement
rotatifs
directs présentent également
des avantages au niveau des
broches et des contre-poupées, permettant ainsi aux
arbres d’être maintenus aux
deux extrémités. Le système
d’entraînement synchrone direct des deux moteurs aboutit
à une grande rigidité de commande, qui, encore une fois,
permet un usinage de très haute précision.
Ouvert à des interfaces de marque spécifique
Les systèmes de commande haut de gamme de GE
Fanuc respectent également une autre exigence des fabricants de rectifieuses: ils offrent une architecture ouverte
qui permet de les adapter aux interfaces de commande
d’autres fabricants. Dans l’industrie des machines-outils, la
rectification représente une technologie spécialisée qui,
comparativement au fraisage et au tournage, requiert d’autres exigences sur la machine, ce qui implique souvent l’utilisation de techniques de rectification développées à titre
individuel. Par conséquent, la plupart des fabricants de rectifieuses essayent de faire de leur technologie un produit fini
exclusif, notamment en le présentant muni de sa propre interface homme-machine avec des écrans conviviaux.
GE Fanuc satisfait toutes ces exigences en proposant
des produits CNC standard, d’une part et des modèles
“Open CNC”, d’autre part. Des outils sont disponibles sur les
deux gammes de produits pour la modification de l’interface. Il est possible d’adapter l’interface d’une CNC standard à
des besoins spécifiques, grâce à des outils de développement comme par exemple le Macro-Executor, le CExecutor et FANUC Picture qui s’appliquent directement sur
la commande numérique. Les produits OpenCNC comprenant notamment les Séries 160i, 180i, 210i ou encore les
Séries 300i, 310i et 320i, sont équipés d’un PC additionnel
(Windows XP). Ils offrent des options supplémentaires plus
pratiques pour créer des guides d’utilisation clairs et conviviaux. Comme le PC ne sert qu’au niveau de l’interface, la
fiabilité du système CNC et de la machine est préservée. En
cas de défaillance du PC, pour cause de virus par exemple,
le traitement du programme par la machine ne sera pas
affecté et la pièce ne sera pas détériorée. Les meilleurs chiffres de fiabilité attribués aux systèmes de commande GE
Fanuc ont été confirmés par différentes enquêtes. Ce point
est crucial si l’on tient à respecter la plus grande exigence des utilisateurs: La disponibilité de la machine !
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En technologie de mesure, le “nano”
représente un “milliardième” de l’unité
considérée. Il est, bien sûr, difficile de matérialiser quelque chose d’aussi petit. Par exemple,
un cheveu a environ 10 000 nanomètres d’épaisseur. Ou encore, une cellule biologique a
une taille de quelques milliers de nm. Les molécules ont une plage de 1 nm à peine, alors que
les atomes sont de l’ordre d’un dixième de
nanomètres.
En attendant, l’ordre de grandeur représenté par un nanomètre a été intégré dans les systèmes de commande et d’entraînement. On
parle habituellement de l’interpolation Nano.
Dans le monde de la machine-outil et des systèmes CNC, une interpolation signifie que la
vitesse et l’accélération des axes qui sont
déplacés dans différentes directions sont
calculées de telle façon qu’ils arrivent au
point souhaité en même temps. Pendant la
phase d’interpolation Nano, cette commande
est exécutée par pas d’un nanomètre.
Malgré toute cette théorie, l’interpolation
Nano seule ne sert pas à grand chose. En
effet, elle doit faire partie d’un système nanoCNC complet comprenant des codeurs, des
amplificateurs et des moteurs appropriés. Le
système doit également intégrer des géométries et des procédures d’interpolation stoc-
Fig. 4 - Des
systèmes CNC
high-tech,
rapides et précis,
pouvant
commander
simultanément
cinq axes ou
plus sont
également
nécessaires pour
l’affûtage
d’outils.
De nombreux
fabricants de
machines
choisissent par
conséquent les
produits GE
Fanuc.
CNC - RECTIFICATION
Quelle est la taille d’un nano ?
kées dans la commande numérique et calculant les commandes de positionnement des
axes par pas nanométriques. L’interpolation
Nano constitue la base de différentes fonctions, pour produire au final un résultat de
grande précision.
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