Nous proposons de valider l’impact des erreurs d’exécution sur la surface usinée dans le cadre du passage de la discontinuité en tangence par l’usinage d’une pièce test.
Figure 3.33. Résultats de mesure
De façon à comparer les écarts mesurés aux résultats issus du modèle de prédiction, l’empreinte laissée par l’outil est simulée à partir des positions calculées par le modèle d’asservissement. Les consignes de position et de vitesse en entrée de régulateur (à basse et haute vitesse d’avance) sont enregistrées pendant l’exécution de la trajectoire sur la machine. Ces relevés sont ensuite traités par le modèle afin de simuler la position réelle des axes ; une fois cette étape réalisée, les résultats de simulation sont donnés en entrée d’un simulateur d’enlèvement de matière de type N-Buffer développé au laboratoire [LAVERNHE et al. 08a]. Les résultats de la prédiction des écarts géométriques sur la pièce sont présentés sur la Figure 3.34. Nous pouvons constater que les résultats obtenus par simulation sont proches des valeurs mesurées. La géométrie de la marque engendrée sur la pièce est bien représentée ; la prédiction de l’écart maximal est de 30 µm pour quasiment la même valeur repérée sur la pièce physique.
Les phénomènes tels que la coupe, les sollicitations dynamiques de la structure de la machine ou encore la géométrie réelle de l’outil et des axes ne sont pas modélisés, mais interviennent dans l’usinage réalisé. Cependant, les écarts géométriques obtenus par simulation et ceux mesurés sont dans ce cas quasiment identiques. Ainsi, les écarts géométriques de structure sont quasiment négligeables vis-à-vis des écarts géométriques d’exécution. Cet essai permet de valider l’intérêt de l’utilisation du modèle de suivi de trajectoire pour la prédiction des écarts géométriques sur la pièce.
0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0
0 1
2 0
-0,5 0,5
X (mm)
Z (mm)
0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0
0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0
0 1
2 1 0
2 0
-0,5 0,5
0
-0,5 0,5
X (mm)
Z (mm)
0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0
0 2 1
0
-0,5 0,5
X (mm)
Z (mm)
0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0
0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0
0
2 11 0
2 0
-0,5 0,5
0
-0,5 0,5
X (mm)
Z (mm)
Figure 3.34. Comparaison de la surface finale
valeurs en mm Mesure de surface par capteur STIL®
8 Conclusions
Nous avons présenté dans ce chapitre une modélisation de la partie asservissement des axes de machine outil industrielle. Ce modèle est relativement simple pour être rapidement construit, à partir d’expérimentations faciles à mettre en œuvre sur centres UGV comportant des CN modernes. Le modèle reprend les principaux éléments influents sur le comportement dynamique des axes : inerties, frottements, correcteurs, boucles d’anticipation. Des paramètres de recalage sont également implémentés afin de prendre en compte simplement les traitements numériques et les phénomènes complexes non modélisés. Une procédure d’identification, basée sur des mesures de signaux au travers de la CN, est ensuite proposée puis mise en œuvre sur deux machines de structure et technologies différentes. Une série d’expérimentations menées sur les deux machines pour des trajectoires de nature variée a permis de valider le modèle. Nous avons alors proposé deux types d’applications différentes au modèle : l’implémentation d’une nouvelle architecture de commande basée sur la commande prédictive (Commande Prédictive Généralisée) et la prédiction des écarts de suivi complétée par leur impact géométrique sur les pièces fabriquées. Ces deux applications amènent les commentaires suivants :
La conception d’un environnement virtuel d’axe de machine outil basé sur une modélisation simple générique mais réaliste des asservissements apporte deux avantages non négligeables.
Le premier est que ce modèle permet de tester et valider grâce à des simulations reflétant bien la réalité de nouvelles architectures de commandes que l’on nommera « avancées ». Ces tests et validations n’auraient pas été possibles sinon sur ce type de Commande Numérique Siemens, qui reste une structure fermée. Le deuxième est que le modèle permet à travers plusieurs simulations de trouver le meilleur réglage de paramètres de la nouvelle correction pour satisfaire à la fois les contraintes de stabilité et de robustesse tout en essayant d’optimiser le suivi de trajectoire en relation avec les spécificités géométriques de la trajectoire à exécuter.
Ainsi constitué, le modèle prédictif permet de simuler le suivi de la trajectoire. En effet, les différences relativement faibles obtenues lors d’essais entre les écarts mesurés et les écarts simulés valident la pertinence d’une telle modélisation. La comparaison d’une surface obtenue en usinage et par simulation confirme la validité du modèle de prédiction d’écarts géométriques entre surfaces construites à partir des enveloppes des mouvements de l’outil. En conséquence, la trajectoire obtenue par la simulation donne une très bonne représentation de la trajectoire réelle mesurée aux règles de mesures. Les essais confirment également l’importance des écarts associés à l’étape d’exécution. Ainsi, nous proposons dans le Chapitre 4 une méthode de compensation permettant d’annuler les écarts résultants de l’étape d’exécution et s’appuyant sur le modèle prédictif précédent.
C C h h a a p p i i t t r r e e 4 4
Compensation des Ecarts de Contour
(CEC)
1 Introduction – [PREVOST et al. 10b]
Si nous nous intéressons plus particulièrement aux écarts associés au processus d’exécution (Figure 4.1) qui permet de passer d’une trajectoire numérique écrite dans un programme FAO au mouvement relatif de l’outil par rapport à la pièce, les écarts d’exécution sont la somme des écarts d’interpolation et des écarts d’asservissements.
Figure 4.1. Processus d'exécution
L’impact des écarts d’exécution sur la géométrie des pièces a été présenté dans le chapitre précédent, au travers de l’usinage d’une pièce test. La quantification des écarts d’exécution et l’importance relative des écarts d’interpolation et des écarts d’asservissements a également été soulevée précédemment (Chapitre 2 et Chapitre 3). Nous proposons dans ce chapitre une méthode de Compensation des Ecarts de Contour (méthode CEC) qui a pour objectif d’annuler les écarts de contour entre la trajectoire exécutée et la trajectoire FAO. Pour pouvoir évaluer l’intérêt de cette méthode sur un centre UGV industriel, il est nécessaire d’avoir recours à la simulation. Ainsi, la méthode CEC exploite le modèle d’asservissement développé au chapitre précédent. La performance de la méthode CEC est appréhendée au travers de trajectoires planes. Les écarts d’exécution sont en effet plus importants lorsque seulement deux axes sont mis à contribution diminuant les effets des axes limitant qui entraînent une baisse de la vitesse globale le long du parcours. Toutes les expérimentations sont menées sur le centre d’usinage Mikron UCP710 équipé d’une commande numérique Siemens 840D.
2 Réduction des écarts de contour – Bref état de l’art
De nombreux travaux de recherche ont démontré qu’il était possible de réduire les écarts de contour entre une trajectoire de référence et une trajectoire réelle selon deux stratégies majeures : soit par réduction des écarts de suivi axe par axe, soit par réduction directe des écarts de contour. Un état de l’art des méthodes de réduction des écarts par l’une ou l’autre des approches est proposé dans [RAMESH et al. 05]. Nous présentons dans la suite un aperçu des principales méthodes de réduction des écarts.
Trajectoire FAO
Interpolateurs CN
Trajectoire FAO
Cartes d’axes Servo-entrainement
Trajectoire articulaire (=exécutée)
Ecarts d’interpolation : e2.1 Ecarts d’asservissements : e2.2