FR2492555A1 - Ensemble de memorisation et de commande de mouvement des parties mobiles d'une machine-outil - Google Patents

Abstract

ENSEMBLE DE MEMORISATION ET DE COMMANDE DE MOUVEMENT D'UNE MACHINE-OUTIL NOTAMMENT EN VUE DU PILOTAGE EN BOUCLE OUVERTE DES DIFFERENTES PARTIES MOBILES DE CELLE-CI. SELON L'INVENTION, ON PREVOIT AU MOINS UN MOTEUR PRINCIPAL 14 COMMANDANT LE MOUVEMENT D'UNE PARTIE MOBILE 13 ET PILOTE PAR DES MOYENS D'ENREGISTREMENT-LECTURE 18 AU MOYEN D'UNE CHAINE DE COMMANDE EN BOUCLE OUVERTE 22 ET EVENTUELLEMENT UN MOTEUR AUXILIAIRE 15, CORRECTEUR, PILOTE AU MOYEN D'UNE CHAINE DE COMMANDE EN BOUCLE FERMEE 24. L'INVENTION UTILISE NOTAMMENT DES MOTEURS DU TYPE PAS A PAS.

Description

ENSEMBLE DE MEMORISATION ET DE COMMANDE DE
MOUVEMENT DES PARTIES MOBILES D'UNE MACHINE-OLsTIL.

L'invention concerne un ensemble de mémorisation et de commande de mouvement d'une ou plusieurs parties mobiles d'une machine-outil, notamment en liaison avec des moyens d'enregistrement-lecture sur lesquels sont regroupées des informations représentatives de l'usinage d'une pié- ce donnée.

On connait une installation du type visé qui est constituée d'une machine-outil conventionnelle dont les parties mobiles (porteoutil, chariot(s) mobile(sj ) sont associées à des capteurs incrêmentaux faisant partie de boucles d'asservissement respectives dont les grandeurs de commande sont lues sur un système enregistrement-lecture, le plus souvent à bande magnétique. La précision de l'usinage peut être très importante depuis l'apparition de capteurs numériques performants et notamment les systèmes dits "règles optiques" qui donnent une précision du micron et les interféromètres qui permettent d'obtenir une précision du centième de micron.

Un tel capteur numérique connu est généralement conçu pour délivrer deux séries d'impulsions distinctes (par exemple de polarité dif férente ou transmises sur des voies distinctes) qui sont représentatives de déplacement dans deux directions opposées de la partie mobile à laquelle il est associé. Par ailleurs il existe aussi des moteurs pas à pas suffisamment fiables et précis pour pouvoir être pilotés par une succession d'impulsions.On a donc pu mettre au point une installation réalisant la combinaison d'un système enregistrement-lecture susceptible de reproduire un programme d'impulsions représentatif d'un usinage déterminé (c'est-à-dire d'un enchalnement voulu des déplacements de toutes les parties mobiles de la machine-outil) d'un ou plusieurs capteurs numériques précité, un capteur étant associé à chaque partie mobile, et d'un ou plusieurs moteurs pas à pas assurant le déplacement de la ou les parties mobiles. Ainsi, le système d'enregistrement-lecture d'une part et les capteurs et moteurs d'autre part, étaient associés pour former autant de chaînes de commande en boucle fermée qu'il y avait de parties mobiles à piloter.Une telle installation fonctionne correctement mais nécessite un choix judicieux de certains paramètres et notamment le rapport entre la vitesse de défilement de la bande magnétique et la vitesse de déplacement de la partie mobile considéree de la machine-outil.

D'autre part, le fonctionnement en boucle fermée entraîne une certaine limitation de la vitesse de déplacement maximum de cette partie mobile, en raison notamw:eat de la réponse limltee en fréquence du système.

L invention permet de résoudre ce inconvenient tout en propo set. un e.sems~t ce memorisatlol; et de commande plus simple que par le passé. La structure de base de l'invention résulte principalement de ce qu on a constaté que, contrairement à toute attente, les moteurs pas à pas pouvant être commandés !'en boucle ouverte" par la simple lecture (après ampiification adaptée) des impulsions en provenance du système enregistrement-lecture, chaque impulsion déterminant la rotation d'un pas d moteur dans un sens dépendant par exemple de sa polarité, la commande en boucle ouverte étant le plus souvent suffisante lorsqu'une grande précision de l'usinage n' est pas requise.

Dans cet esprit, invention a principalement pour objet un ensemble de mémorisation et de commande de mouvement d'au moins une partie mobile d'une machine-outil, du type comportant au moins un capteur incrémental associé à ladite partie mobile ou à un palpeur en contact avec une pièce à reproduire, susceptible de fournir deux séries d'informations distinctes, par exemple impulsionnelles, correspondant à deux sens opposés de déplacement de ladite partie mobile ou dudit palpeur et un moteur principal commandant le déplacement de celle-ci, caractérisé par des moyens d'enregistrement, par exemple à bande magnétique, susceptibies d'enregistrer lesdites deux séries d'informations en synchronisme, par exemple sur deux pistes indépendantes, et par une chaî- ne de commande en boucle ouverte dudit moteur principal, comportant notamment des moyens de lecture desdites deux séries d'information.

Par ailleurs, le système décrit ci-dessus peut facilement être complété pour permettre d'atteindre n'importe quel degré de précision en associant une chaine auxiliaire de commande "en boucle fermée" à chaque chaine en "boucle ouverte". Ainsi, la chaine en "boucle fermée" assurera les corrections indispensables du mouvement de la partie mobile qui lui est associée mais la rapidité d'usinage ne sera pas limitée par la présence de cette chaîne auxiliaire dont le rôle se limitera à assurer une correction de position, l'essentiel de la commande du mouvement étant assuré par la chaine en boucle ouverte.

En d'autres termes, selon une particularite avantageuse de l'invention, l'ensemble de mémorisation et de commande défini ci-dessus est caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moteur auxiliaire mecani- quement couplé audit moteur principal pour que leurs mouvements de rotation se combinent et une chaine de commande en boucle fermée dudit moteur auxiliaire.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celleci apparaitront mieux à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un ensemble de mémorisation et de commande de mouvement d'une partie mobile d'une machine-outil et de quelques variantes d'exécution selon l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels
- la figure 1 est un schéma de principe d'un ensemble conforme à l'invention, pilotant l'une des parties mobiles d'une machine-outil;
- la figure 2 illustre une variante dans l'assemblage des moteurs de l'ensemble de la figure 1; et
- la figure 3 illustre une autre variante analogue à celle de la figure 2.

En se reportant plus particulièrement à la figure 1, on a représenté une partie d'une machine-outil 11 et notamment un bâti fixe 12 sur lequel est monté coulissant un chariot mobile 13 (la partie mobile précitée) grâce à des glissières à queue d'aronde, classiques. Ainsi, si la machine-outil considérée est une fraiseuse, la partie représentée concerne l'un des mouvements de la table porte-pièce mais il est bien entendu que tout ce qui sera décrit ci-dessous en liaison avec ce chariot mobile 13 est valable pour les deux autres parties mobiles dans des directions perpendiculaires bien que celles-ci ne soient pas repré sentées. Il suffit de prévoir un nombre correspondant de chaines de commande, identiques. Le déplacement du chariot 13 est assuré par deux moteurs pas à pas, un moteur principal 14 et un moteur auxiliaire 15.Le moteur 15 est axialement intercalé entre l'arbre du moteur 14 et le chariot mobile 13 qu'il actionne par l'intermédiaire d'une vis de commande 16. Le boîtier du moteur 14 est solidaire du bâti fixe 12. Ainsi, les moteurs 14 et 15 sont mécaniquement couplés pour que leurs mouvements de rotation se combinent. On a par ailleurs associe au chariot mobile 13 un capteur incrémental 17, du type indiqué ci-dessus ("règle optique" ou interféromètre) susceptible de délivrer à ses sorties (+), (-), deux series d'impulsions représentatives de la décomposition pas à pas du mouvement du chariot 13 dans un sens ou dans l'autre. En d'autres termes, lorsque le chariot se déplace d'un pas donné dans une direction, une impulsion est délivrée à la sortie (+) par exemple et lorsque le chariot se déplace de ce même pas dans l'autre direction possible, une impulsion est délivrée à la sortie (-). Si le chariot reste immobile, aucune impulsion n'apparais ni à la sortie (+), ni à la sortie (-).

D'autre part, des moyens d1enregistrement-lecture 18 sont schématisés sur la figure 1, notamment par une bande magnétique 19 et une tête d'enregistrement-lecture multipistes 20. Deux cellules d 'enregistrement lecture (C+), (C-) de cette tête de lecture multipistes sont nécessaires pour définir deux pistes (a+), (a-) sur la bande magnétique 19, sur lesquelles les impulsions délivrées aux sorties (+), (-) du capteur 17 sont enregistrées en synchronisme. En effet, ces dernières sont reliées aux deux cellules d'enregistrement-lecture (C+), (C-) par l'intermediai- re de moyens de sélection 21 (symbolisés ici par un système d'inverseurs) qui, dans une position donnée, connectent les cellules (C+), (C-) aux sorties (+), (-) du capteur.

On comprend donc aisément, à ce stade de la description, que l'ensemble décrit permet la programmation de la bande 19 (par un simple positionnement convenable des moyens de sélection 21) en usinant normalement une pièce témoin que l'on désire reproduire en grand nombre à l'identique. Toutes les passes d'usinage se trouveront ainsi retranscrites en impulsions (ou "tops") enregistrées sur la bande magnétique 19, que l'on fait défiler à vitesse constante. Il est à noter que cette phase de programmation peut aussi être assurée à partir d'une pièce à reproduire déjà existante.Dans ce cas, on déplace un palpeur (non représenté) à la surface de cette pièce dans une direction correspondant à celle du déplacement du chariot mobile 13 et on associe le capteur 17 au palpeur lui-même. Si deux pistes sont suffisantes pour enregistrer toutes les informations relatives au déplacement du chariot 13, on con çoit que six pistes seulement permettront de rassembler toutes les informations relatives aux mouvements de toutes les parties mobiles d'une fraiseuse pendant l'usinage d'une pièce.

Selon une particularité essentielle de l'invention, une chaine de commande en boucle ouverte 22 est prévue entre la tête d'enregistrement-lecture 20 et le moteur principal 14. Cette chaine de commande comporte simplement un double amplificateur 23 recevant les impulsions délivrées à la lecture par les cellules (C+), (C-) et les amplifiant suffisamment pour commander la rotation du moteur 14.Lorsque la précision d'usinage requise le justifie, on prévoit aussi le moteur auxiliaire 15 et une chaine de commande en boucle fermée 24 de ce moteur auxiliaire, qui comprend, dans l'exemple décrit, un premier compteur double 25 relié aux cellules (C+), (C-) pour élaborer deux premières séries d'impulsions (premiers signaux) représentatives du mouvement désiré et un second compteur double 26 relié au capteur 17 par l'inter mediaire des moyens de sélection 21 pour élaborer deux secondes séries d'impulsions (seconds signaux) représentatives du mouvement réel du chariot. Le compteur 25 a donc pour fonction de totaliser les "tops" enre gistrés sur les pistes (a+),(a-), tandis que le compteur 26 totalise les impulsions délivrées par le capteur 17.La chaine 24 est complétée par des moyens comparateurs 27 (ou compteur différentiel) qui reçoit sur ses deux groupes d'entrées el, e2 les impulsions délivrées par les compteurs 25, 26, respectivement et dont les sorties S sont reliées aux bornes du moteur auxiliaire via un amplificateur double 28 analogue à l'amplificateur 23.

Lorsque l'ensemble décrit est dans la fonction d'usinage automatique d'une pièce, le mouvement du chariot 13 est essentiellement assujetti à la rotation pas à pas du moteur 14, c'est-à-dire sous le con trolle de la chaine de commande en boucle ouverte 22. Ainsi, chaque fois qu'une impulsion est lue par la cellule (C+) le moteur 14 tourne dans un sens d'un angle de valeur donnée (un pas) et chaque fois qu'une impulsion est lue par la cellule (C-) le moteur tourne dans l'autre sens de la même valeur donnée.En revanche, si un écart se manifeste entre la position souhaitée du chariot 13 (représentée par l'état du compteur 25) et sa position réelle (représentée par l'état du compteur 26), le déséquilibre résultant sur les entrées el, e2 des moyens comparateurs 27 permet à ceux-ci d'élaborer des impulsions de commande correctrices pilotant la rotation du moteur auxiliaire 14.

La variante de montage de la figure 2 montre que les moteurs 14 et 15 peuvent être dissociés l'un de l'autre. Le moteur principal 14 est toujours fixé sur le bâti fixe 12 mais commande le déplacement d'un chariot intermédiaire 12a monté coulissant sur le bâti 12. Le moteur auxiliaire 15 est fixé sur le chariot intermédiaire 12a et commande le déplacement du chariot 13 monté coulissant sur ledit chariot intermédiaire.

La figure 3 illustre une autre variante dans laquelle le chariot 13 est monte coulissant par rapport au bâti 12 de la même façon que dans l'exemple de la figure 1. Cependant, le moteur principal 14 et le moteur auxiliaire 15 sont mécaniquement couplés au chariot 13 par l'intermédiaire d'un système différentiel D ou analogue.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation de lXappareil qui vient d'être décrit, mais comprend tous les équivalents techniques des moyens mis en jeu, si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Ensemble de mémorisation et de commande de mouvement d'au

moins une partie mobile d'une machine-outil, du type comportant au

moins un capteur incrémental (17) associé à ladite partie mobile ou à

un palpeur en contact avec une pièce à reproduire, susceptible de four

nir.deux séries d'informations distinctes, par exemple impulsionnelles,

correspondant à deux sens opposés de déplacement de ladite partie mobile

(13) ou dudit palpeur et un moteur principal (14) commandant le dépla

cement de celle-ci, caractérisé par des moyens d'enregistrement (18),

par exemple à bande magnétique, susceptibles d'enregistrer lesdites

deux séries d'informations en synchronisme, par exemple sur deux pistes

indépendantes, et par une chaine de commande en boucle ouverte 22 dudit

moteur principal (14) comportant notamment des moyens de lecture (20) desdites deux séries d'information.

2. Ensemble de mémorisation et de commande selon la revendica

tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moteur auxiliaire

(15) mécaniquement couplé audit moteur principal (14) pour que leurs

mouvements de rotation se combinent et une chaine de commande en boucle

fermée (24) dudit moteur auxiliaire.

3. Ensemble de mémorisation et de commande selon la revendica

tion 2, caractérisé en ce que ladite chaine de commande en boucle fermée

comporte

- les moyens de lecture (20) précités et des premiers moyens de compta

ge (25) reliés auxdits moyens de lecture pour élaborer des premiers si

gnaux représentatifs du mouvement désiré,

- un capteur incrémental (17) associé à ladite partie mobile et relié à

des seconds moyens de comptage (26) pour élaborer des seconds signaux

représentatifs du mouvement réel, et

- des moyens comparateurs (27) connectés pour recevoir lesdits premiers

et seconds signaux et pour piloter ledit moteur auxiliaire (15).

4. Ensemble de mémorisation et de commande selon la revendica

tion 2 ou 3, caractérisé en ce que le capteur incrémental (17) de ladite

chaine de commande en boucle fermée (24) est associé à des moyens de sé

lection (21) reliés auxdits moyens d'enregistrement (18), pour la pro

grammation de ceux-ci.

5. Ensemble de mémorisation et de commande selon la revendica

tion 3 ou 4, comprenant des moyens d'enregistrement à bande magnétique,

caractérisé par une tête d'enregistrement-lecture multipistes (20) reliée auxdits premiers moyens de comptage (25) et auxdits moyens de sélection (21).

6. Ensemble de mémorisation et de commande selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'un des moteurs précités (15) est axialement intercalé entre l'arbre de l'autre moteur (14) et la partie mobile (13) précitée; le boîtier de ce moteur (15) étant solidaire d'un bâti fixe.

7. Ensemble de mémorisation et de commande selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le moteur principal (14) est solidaire d'un bâti fixe (12) et qu'il est monté pour entraîner une partie intermédiaire mobile (12a) supportant ledit moteur auxiliaire (15), lequel est monté pour entraîner la partie mobile (13) précitée.

8. Ensemble de mémorisation et de commande selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le moteur principal (14) et le moteur auxiliaire (15) sont mécaniquement couplés à ladite partie mobile (13) par l'intermédiaire d'un système différentiel (D) ou analogue.