Les CN de NUM pour l'asservissement de broches

Les CN de NUM pour
l'asservissement de broches
Y a-t-il encore quelque chose d'intéressant à dire au sujet de l'asservissement
des broches? Certainement, car les CN de NUM se distinguent par diverses
spécialités, que nous désirons vous présenter dans ce tutorial sur la base des
commandes NUM 10xx.
La programmation des broches
Il est possible, à partir du programme-pièce, d'asservir directement jusqu'à 4 broches
par l'intermédiaire des fonctions auxiliaires bien connues M3, M4 et M5 et de la
fonction S pour la vitesse de rotation désirée. La plage de vitesse programmable peut
être définie à l'aide du paramètre machine P6 entre 1 et 65'000 t/min ou entre 0,01 et
650 t/min pour chaque broche. Ce paramètre permet également, tout en conservant
les autres paramètres de la broche, de sélectionner la plage 10 – 600'000 pour la
commande de broches à haute fréquence.
Huit fonctions modales supplémentaires sont encore à disposition pour définir la
broche désirée:
M64 pour l'asservissement de la broche 1
M65 pour l'asservissement de la broche 2
M62 pour l'asservissement de la broche 3
M63 pour l'asservissement de la broche 4
M66 pour l'activation du système de mesure de la broche 1
M67 pour l'activation du système de mesure de la broche 2
M68 pour l'activation du système de mesure de la broche 3
M69 pour l'activation du système de mesure de la broche 4
La commande choisit bien entendu automatiquement la broche 1 ou celle définie dans
le paramètre P6 comme valeur par défaut.
Exemple: M65 M67 M3 S1000
Activation de la broche 2 en rotation à droite
à 1000 t/min
Les commandes NUM sont aussi capables de gérer plusieurs groupes d'axes
(fonction multicanal). Dans ce cas, différentes possibilités sont à disposition.
A l'aide des fonctions énumérées ci-avant, chaque groupe d'axes peut accéder à
n'importe quelle broche. Cela signifie qu'une broche utilisée dans un groupe d'axes
peut, ensuite, être asservie par un autre groupe d'axes, pour autant qu'elle ait été
préalablement libérée par la fonction M61.
Une autre possibilité consiste à attribuer les broches à un groupe d'axes de façon fixe
à l'aide du paramètre P6. Cette approche permet de réduire la programmation à la
définition des fonctions M3, M4, et M5 dans le groupe concerné. Le changement
d'attribution est toutefois en tout temps réalisable en cours d'usinage par
l'intermédiaire des fonctions M61 et M62 à M69.
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Sur les fraiseuses, la vitesse de la broche est généralement programmée en
tours/minute. Cet état est défini par la fonction G97, qui est proposée comme valeur
par défaut par la commande.
Cette fonction est également proposée d'entrée sur les tours. Il est aussi possible
d'activer par la fonction G95 F…une avance programmée en millimètres par tour. On
peut toutefois aussi définir une vitesse de coupe constante. Dans ce cas, la
programmation a lieu par l'intermédiaire de la fonction G96 et de l'adresse S pour la
valeur de la vitesse de coupe en m/min. L'usinage s'effectue alors à vitesse de coupe
constante. Dans ce contexte, la vitesse de rotation est fonction du diamètre usiné. La
fonction G92 permet toutefois de la limiter à une valeur maximale pour éviter tout
dépassement d'une vitesse maximale admissible pour la broche.
Exemple: G92 S3000
Vitesse maximale 3'000 t/min
G96 S250
Vitesse de coupe 250 m/min
Vitesse de coupe
constante
NUM AG
Vitesse constante
Figure 1 Tournage à vitesse de coupe constante
L'utilisateur dispose de 6 gammes de broche pour chacune des 4 broches, activables
par l'intermédiaire des fonctions M40 à M45. Il est bien entendu aussi possible de
confier la sélection automatique de la gamme appropriée à la CN sur la base de la
vitesse de rotation programmée. Cette fonction est définie dans le paramètre P7.
Ainsi, c'est la comparaison entre la vitesse de rotation programmée d'une part et les
vitesses minimales ou limites d'autre part qui permet de commuter sur une autre
gamme.
Les plages de vitesses des différentes gammes de broche sont définies à l'aide des
paramètres machine P46, P47, P48 et P49.
L'arrêt orienté de la broche est défini par la fonction M19 et le système de mesure de
la broche, à condition bien entendu que la broche soit équipée d'un dispositif de
mesure. Dans ce contexte, la position de référence de la broche est tout simplement
enregistré dans le paramètre P42 lors de la mise en service. Cette particularité permet
de réduire considérablement les interventions de réglage nécessaires.
Il n'est pas uniquement possible d'orienter une broche mais également de l'indexer,
c'est-à-dire de l'arrêter précisément dans un angle situé entre 0 et 360 degrés. La
fonction utilisée est M19, complétée par l'indication de l'angle désiré. L'adresse est
dans ce cas C pour une broche de tournage ou EC pour une broche de fraisage. La
définition du type de broche a lieu dans le cadre du paramètre P6.
Exemple: M19 EC75
La broche de fraisage est indexée à 75 degrés.
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Vitesse
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Diamètre
2

Asservissement des broches
Les CN de NUM font la différence entre les broches dites "mesurées" ou "non
mesurées". Il s'agit d'une broche mesurée avec sortie d'une valeur de consigne et de
l'exploitation de la mesure par l'intermédiaire de la carte d'axe concernée si, lors de
l'initialisation, le système trouve une adresse 24 à 27 au niveau d'un connecteur d'axe
pour une broche définie dans le paramètre P6 de la machine.
Dans le cas d'une broche non mesurée, la valeur de consigne pour la vitesse de
rotation est transmise au variateur par l'intermédiaire d'une sortie analogique de
l'automate. Cette valeur dépend de la vitesse de rotation programmée, de la gamme
de broche sélectionnée et de la position du potentiomètre de modulation. La mesure
de la broche est ici simulée par la CN.
La vitesse de rotation programmée peut normalement être modulée à l'aide du
potentiomètre dans une plage située entre 50 et 100%. Par l'intermédiaire du
paramètre P67, il est possible de définir une plage allant de 0 à 255%.
La tension maximale de consigne s'élève à +ou – 10V selon le sens de rotation
désiré. La résolution, qui dépend du type de commande, est de 8 ou de 12 bits.
Il est toutefois possible d'employer une valeur de consigne avec une résolution de 14
bits en passant par la sortie analogique d'une carte d'axe, ce qui peut être un
avantage lorsque l'automate n'a plus de sorties à disposition ou si une résolution plus
élevée est exigée. Il faut ici également mentionner une variante intéressante
d'utilisation de la carte d'axe. Si la commande est équipée d'une manivelle ou d'une
entrée de mesure, la sortie analogique libre de ce connecteur peut être utilisée pour la
sortie de la valeur de consigne.
Exemple: Entrée manivelle à l'adresse 28 et broche avec l'adresse 24 déclarée dans
P6. L'affectation de la valeur de consigne à l'adresse 28 s'effectue avec la fonction
E94228=24, de la façon la plus judicieuse dans le programme Reset %11000.
Dans le cas d'une broche mesurée, la sortie de la valeur de consigne a lieu par
l'intermédiaire d'une carte d'axe de la CN. Les caractéristiques de la tension de
consigne sont identiques à celles présentes dans le cas d'une sortie par le processeur
de l'automate. La résolution s'élève toutefois à 14 bits. La polarité de la valeur de
consigne est définie dans le paramètre P41 de la machine. Cette particularité permet
une définition individuelle du sens de rotation du moteur pour chaque gamme de
broche, ce qui permet de simplifier la construction du réducteur.
La broche mesurée est équipée d'un générateur d'impulsions pour pouvoir saisir sa
position. Il s'agit d'une condition essentielle pour l'indexation et les cycles de
taraudage et de filetage.
Le nombre d'impulsions par tour de ce système de mesure est défini dans le
paramètre machine P40. La résolution interne du compteur d'impulsions est au
minimum de 1/4'096 tours ou, en d'autres termes, de 0.088 degré. Certains systèmes
de mesure permettent toutefois des résolutions encore plus fines. Le sens de
comptage est défini par l'intermédiaire du paramètre P6 de façon à obtenir une
incrémentation de la mesure lorsque le sens de rotation programmé est M4. Ce sens
de comptage peut être vérifié dans le paramètre E79'000 ainsi que dans les
paramètres E90100 à E90103.
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Tâches de l'automate
L'indexation de la broche a lieu avec asservissement pour atteindre la position cible.
Le genre d'accostage de la position cible est défini dans le paramètre P6. La
commande proprement dite du processus d'indexation s'effectue à l'aide de trois
autres paramètres machine, soit:
P43 pour la vitesse d'accostage
P44 pour la fenêtre de la cible
P45 ou P32 pour la pente de la rampe
Fig. 2 Processus d'indexation de la broche
L'automate programmable commande et contrôle la mise en route, l'arrêt et le
fonctionnement des broches. A cet effet, le processeur de la CN lui fournit les
informations nécessaires telles que les fonctions M3, M4, M5 et M19. L'automate
traite alors ces informations et les transmet au variateur. De son côté, le dispositif
d'entraînement de la broche lui fournit des quittances telles que "Variateur prêt",
"Broche arrêtée" ou "Vitesse atteinte". L'automate est donc l'élément de liaison entre
la commande numérique générale et la machine spéciale.
Contrôle de la vitesse de rotation:
Cette fonction fournit les quittances suivantes à l'automate:
"n atteint" (%R12.0 à %R12.3) et "n = 0" (%R12.4 à %R12.7). Le contrôle s'effectue
également pour une broche non mesurée, asservie par l'automate.
La définition des limites a par contre lieu par l'intermédiaire des paramètres du
programme:
E9034b: tolérance constante en T/min pour les deux quittances
E9035b: tolérance en fonction du nombre de tours en 1/256 pour "n atteint"
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V ite s s e
e ffe c tiv e
n a tte in t
n = 0
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S p ro g
Fig. 3 Contrôle de la vitesse de rotation
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E 9 0 '3 4 b
V ite s s e
p ro g ra m m é e
L'automate offre des possibilités très spécifiques pour le traitement et la génération de
la valeur de consigne destinée aux broches non mesurées.
Les valeurs de consigne programmées peuvent être lues dans les mots %R1C.W à
%R22.W. Le contenu est la valeur hexadécimale 7FFF pour la vitesse maximale dans
la gamme de broche sélectionnée et une modulation de 100%.
La fonction anao de l'automate permet de contrôler le convertisseur digital/analogique
désiré avec définition du signe par analyse des informations M3/M4. Les sorties
analogiques décentralisées de l'automate sont contrôlées de façon numérique, sans
cette fonction.
Dans le cas d'une broche mesurée, l'envoi de la valeur de consigne s'effectue
directement par l'intermédiaire d'une carte d'axe de la CN.
Dans ce cas, les adresses à utiliser sont:
@24 à @27 pour les broches 1 à 4
Il est également possible de générer la valeur de consigne de vitesse à partir du
programme de l'automate. La commutation a lieu par l'intermédiaire des bits %W23.0
à %W23.3 pour les broches 1 à 4. La valeur de consigne peut ensuite être définie
dans les mots %W24.W à %W2A.W. La tension de sortie s'élève à 10V en présence
de la valeur hexadécimale 7FFF. C'est le bit 15 de ces mots de 16 bits qui définit le
signe.
Il est donc possible, dans les deux cas, (broches mesurées ou non mesurées) d'agir
en cas de besoin sur la valeur de consigne de vitesse par l'intermédiaire du
programme de l'automate, par exemple pour générer une rampe d'accélération ou de
freinage spécifique. Bien qu'une telle rampe soit définie dans la CN à l'aide du
paramètre machines P32, N48, 50, 52 et N54, elle peut être corrigée en cas de besoin
par l'intermédiaire de l'automate.
5

CNC
%R1C.W
Automate
Autres nouveautés
Programme CNC
S...
%W24.W %W23.0
Programme automate
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Carte d'axe
Convertisseur
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Entraînement
de broche
Fig. 4 Génération de la valeur de consigne pour la vitesse de rotation
La position du potentiomètre de modulation est transmise par l'intermédiaire d'une
entrée analogique – ou digitale avec un pupitre machine NUM – au processeur de la
CN en passant par le programme de l'automate. Cette modulation peut donc
également être adaptée aux besoins de l'utilisateur.
Rampe en fonction de la vitesse de rotation:
La rampe de la broche, définie dans le paramètre machine P32, peut être modifiée
temporairement par le paramètre programme E9033b.
Il est également possible de programmer une rampe en fonction de la vitesse de
rotation en utilisant les paramètres E9036b pour le type de rampe, E9037b pour la
vitesse maximale et couple constant et E9038b pour la vitesse maximale et puissance
constante. La lettre b désigne les broches 1 à 4 et englobe les valeurs entre 0 et 3.
Si E9036b est supérieur à 0:
• La rampe est fonction de la vitesse de rotation
• n < E9037b (couple constant)
– Accélération = E9033b (P32)
• E9037b < n < E9038b (puissance constante)
– Accélération = E9033b * E9037b / n
• N > E9038b (puissance décroissante)
– Accélération = E9033b * E9037b * E9038b / n 2
Puissance
Couple
n E9037b n E9038b
6
Vitesse

Commutation broche/Axe C
Sur les tours, il est souvent nécessaire d'effectuer une commutation entre la broche et
l'axe d'usinage C. La machine étant en règle générale équipée d'un dispositif
d'entraînement commun pour la broche et l'axe C ainsi que de 1 ou 2 systèmes de
mesure, il est possible, au sein de la CN, de procéder à une commutation par des
moyens très simples.
La programmation s'effectue à l'aide de la fonction E942xx = yy
xx est l'adresse de la sortie de la valeur de consigne ( 0 à 31 )
yy est l'adresse du système de mesure (0 à 31 )
Cela signifie que la valeur de consigne pour l'axe yy sortira par l'intermédiaire du
connecteur d'axe avec l'adresse xx. Cet état est conservé, même après un Reset.
Exemple:
Broche avec l'adresse 24
Axe C avec l'adresse 5
Etat initialisé: E94224 = 24
E94205 = 5
Utilisation axe C: G0 C50
¦
Utilisation broche: E91005 = 0 (axe C uniquement mesuré)
E94205 = 24 (consigne broche sur le
connecteur d'axe adresse 5)
( E94224 = -1)
M3 S1000
¦
M5
Utilisation axe C: E94205 = 5 (consigne axe C sur le
connecteur d'axe adresse 5)
E91005 = 1 (axe C à nouveau asservi)
G1 F500 C200
Variateur
NUM 10x0
Axe C @5 Broche @24
E94205 = 5 E94205 = 24
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E94224 = -1 E94224 = 24
Cons. Eff. Cons. Eff.
Moteur Mesure 1 Mesure 2
Figure 5 Commutation broche / Axe C
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Synchronisation de broches
Il est parfois utile de pouvoir synchroniser deux broches en position, par exemple pour
la reprise d'une pièce pendant l'usinage. Cette possibilité peut être programmée de
façon très simple.
Exemple simplifié de synchronisation entre la broche 1 et la broche 3.
..
..
E91024=1 E91026=1 Asservissement en position activé pour les deux
broches
M64 M3 S... Démarrage de la broche 1 ( esclave )
M62 M3 S... EC... Démarrage de la broche 3 (maître). La valeur EC
correspond au décalage désiré entre le maître et
l'esclave en degrés.
E94124=26 Activation de la synchronisation
WHILE E93524=0
DO G4 F.1 Attente de synchronisation de la broche 1
ENDW
.. Poursuite du programme
::
E94124=-1 Suppression de la synchronisation
..
Possibilités offertes par les opérateurs dynamiques
Pour une raison d'exhaustivité, nous ne voudrions en aucun cas manquer de vous
présenter encore d'autres possibilités offertes par les opérateurs dynamiques car ils
permettent en effet non seulement de lire la position des broches mais également de
procéder à une modification de leur vitesse.
Il est ainsi possible d'asservir l'avance des axes à la rotation d'une broche, par
exemple pour le filetage au grain. Il est d'autre part aussi possible de synchroniser
deux broches tant sur le plan de la vitesse que sur celui de la position. Une telle
synchronisation permet par exemple de transférer une pièce de la broche 1 à la
broche 2 en cours d'usinage. Il est en plus possible de synchroniser l'entraînement de
la pièce et celui de l'outil pour permettre des opérations de polygonage (réalisation de
formes polygonales sur le pourtour de pièces de révolution).
T 2028 (V 1) © Num 2000
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