FR2577698A1 - Method and installation for control of the simultaneous movements of the two ends of a gantry which carries a high-speed precision machining head - Google Patents

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Abstract

The invention relates to machine tools working with very high advance speeds (of the order of 10 m/min). The installation comprises: two electrical motors M1, M2 fitted with speed sensors CV1, CV2; a numerical control installation CN; a sensor CP of the position of the gantry; and two speed regulators RV1, RV2 for the motors. The output of an electronic module ME is linked to the input of the speed regulator RV2 of one of the motors, while its input is linked, simultaneously, to two resolvers (RES1, RES2) coupled to the shafts of the motors, the said electronic module delivering a correction voltage which is a function of the angular offset existing between the two resolvers. The invention is applicable to the control of the simultaneous movements of the two ends of a gantry which carries a high-speed precision machining head and which is supported by two parallel slides.

Description

Procédé et installation de commande des déplacements simultanés des deux extrémités d'un portique qui porte une tête d'usinage de précision à grande vitesse.Method and installation for controlling the simultaneous movements of the two ends of a gantry which carries a high speed precision machining head.

L'invention concerne la commande des déplacements simultanés des deux extrémités d'un portique (traverse simple ou supportée par deux montants) qui porte une tête d'usinage de précision à grande vitesse (pour le fraisage ou le découpage, par exemple) et qui est supporté par deux glissières parallèles. The invention relates to the control of the simultaneous movements of the two ends of a gantry (simple cross member or supported by two uprights) which carries a precision machining head at high speed (for milling or cutting, for example) and which is supported by two parallel slides.

Pour de telles applications, il est évidemment exclu d'envisager l'entraînement du portique par une seule de ses extrémités et même par chacune de ses extrémités au moyen de deux transmissions entrainées par un moteur unique central, car les décalages possibles entre les vitesses d'avancement des deux extrémités du portique seraient incompatibles avec l'obtention d'un usinage rapide de précision.L'invention se place dans le cadre des installations connues qui comportent : deux moteurs électriques munis de capteurs de vitesse, servant à l'entraînement des deux extrémités du portique par l'intermédiaire de deux transmissions mécaniques aussi courtes que possible ; une installation de commande numérique ; un cap teur de position du portique relié à l'entrée de l'installation de commande numérique par une boucle de régulation de position ; et deux régulateurs de vitesse desdits moteurs, respectivement. For such applications, it is obviously excluded to envisage driving the gantry by only one of its ends and even by each of its ends by means of two transmissions driven by a single central motor, because the possible offsets between the speeds d advancement of the two ends of the gantry would be incompatible with obtaining rapid precision machining. The invention takes place in the context of known installations which include: two electric motors provided with speed sensors, used for driving the two ends of the gantry via two mechanical transmissions as short as possible; a digital control installation; a gantry position sensor connected to the input of the digital control installation by a position regulation loop; and two speed regulators of said motors, respectively.

En vue d'essayer de bien synchroniser lesmouvements d'avance des deux extrémités du portique, on a déjà proposé d'agir sur le régulateur de vitesse de l'un des deux moteurs en y injectant un signal de correction fourni, par l'installation de commande numérique, en réponse à la différence des informations fournies par deux capteurs de position des deux extrémités du portique, respectivement.Toutefois, une telle solution ne donne pas entière satisfaction dans des machines d'usinage de précision à grande vitesse, car le temps de réponse de l'installation de commande numérique est trop long, cette dernière fonctionnant, en effet, par échantillonnage avec une fréquence qui est seulement de l'ordre de 120 Hz; sa fréquence de coupureét,nt.de l'ordre de ; Si l'on considère une machine-outil qui travaille avec une vitesse d'avance de 10 m/mn par exemple, une correction à une fréquence de 120 Hz se produit à des intervales de temps pendant lesquels le portique parcourt 1,4mm. In order to try to synchronize the advance movements of the two ends of the gantry well, it has already been proposed to act on the speed regulator of one of the two motors by injecting a correction signal supplied by the installation control, in response to the difference in information provided by two position sensors at the two ends of the gantry, respectively. However, such a solution is not entirely satisfactory in high-speed precision machining machines, because time response of the digital control installation is too long, the latter operating, in fact, by sampling with a frequency which is only of the order of 120 Hz; its cut-off frequency, nt. of the order of; If we consider a machine tool that works with a feed speed of 10 m / min for example, a correction at a frequency of 120 Hz occurs at intervals of time during which the gantry travels 1.4mm.

Or, il est clair qu'on ne peut pas tolérer qu'une extrémité du portique puisse prendre une avance de 1,4mm par rapport à l'autre extrémité.However, it is clear that one cannot tolerate that one end of the gantry can take a lead of 1.4mm compared to the other end.

L'invention a pour but de perfectionner les installations existantes en vue de remédier à l'incon vénient qu'on vient de signaler. The object of the invention is to improve existing installations with a view to remedying the inconvenience which has just been mentioned.

A cet effet, l'invention vise d'abord un procédé qui consiste en ce qu'on informe, en outre, le régulateur de vitesse de l'un des moteurs par la différence algébrique des indications fournies par deux résolvers montés directement respectivement sur les arbres des deux moteurs. On réalise ainsi une boucle de synchronisation dont le temps de réponse peut être extrêmement court, par exemple cinq fois plus court que par l'utilisation d'une correction effectuée par l'intermédiaire de l'installation de commande numérique. To this end, the invention aims firstly at a method which consists in informing, moreover, the cruise control of one of the motors by the algebraic difference of the indications provided by two resolvers mounted directly on the shafts of the two motors. A synchronization loop is thus produced, the response time of which can be extremely short, for example five times shorter than by the use of a correction carried out by means of the digital control installation.

L'invention vise aussi une installation pour la mise en oeuvre du procédé préconisé, qui comporte une boucle de synchronisation composée d'un module électronique dont la sortie est reliée à l'entrée du régulateur de vitesse de l'un des deux moteurs et dont l'entrée est reliée, simultanément, à deux résolvers accouplés directement aux arbres des deux moteurs respectivement, ledit module électronique étant conçu et agencé pour délivrer une tension algébrique de correction qui est fonction de l'écart angulaire instantané existant entre les deux résolvers. The invention also relates to an installation for implementing the recommended method, which comprises a synchronization loop composed of an electronic module, the output of which is connected to the input of the speed regulator of one of the two motors and of which the input is connected, simultaneously, to two resolvers directly coupled to the shafts of the two motors respectively, said electronic module being designed and arranged to deliver an algebraic correction voltage which is a function of the instantaneous angular difference existing between the two resolvers.

L'invention est applicable aussi bien aux portiques constitués par une simple traverse reposant directement sur les deux glissières, qu'à ceux dont les deux extrémités sont solidaires des parties supe- rieures de deux montants dont les pieds reposent euxmêmes sur les glissières. The invention is applicable both to gantries constituted by a simple cross-member resting directly on the two rails, and to those whose two ends are integral with the upper parts of two uprights whose feet themselves rest on the rails.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin dont la figure unique illustre, à titre d'exemple, un mode de réalisation d'une installation suivant l'invention pour la commande des déplacements d'un portique de machine à fraiser ou à découper à grande vitesse. The invention will be better understood on reading the description which follows and on examining the drawing, the single figure of which illustrates, by way of example, an embodiment of an installation according to the invention for controlling the displacements of a gantry of milling or cutting machine at high speed.

Sur le dessin, on a représenté, d'une manière simplifiée, la silhouette du portique désigné dans son ensemble par 1 qui fait corps avec les parties sur rieures de deux montants 2, 3 dont les pieds coulissent sur deux glissières horizontales parallèles 4, 5 d'un banc 6. La pièce à usiner 7 est fixée sur le banc, tandis que la tête d'usinage 8 coulisse horizontalement sur le portique dans une direction ortho- - gonale à celle des glissières 4, 5 du banc. In the drawing, there is shown, in a simplified manner, the silhouette of the gantry designated as a whole by 1 which is integral with the parts on laughing of two uprights 2, 3 whose feet slide on two parallel horizontal rails 4, 5 of a bench 6. The workpiece 7 is fixed on the bench, while the machining head 8 slides horizontally on the gantry in a direction orthogonal to that of the slides 4, 5 of the bench.

Les déplacements du portique le long des glissières 4, 5 sont assurés par deux moteurs electriques Ni, M2 dont les carcasses sont respectivement solidaires des pieds des deux montants 2, 3, tandis que leurs arbres sont reliés au banc fixe par l'in termédiaire de deux transmissions mécaniques aussi courtes que possible, que l'on a représentées schématiquement sous la forme de deux pignons dentés 11, 12 respectivement fixés sur les arbres des deux moteurs et en prise avec deux crémaillères 13, 14 fixées de chaque coté du banc 6 dans des directions parallèles à celles des deux glissières 4, 5. On pourrait utiliser d'autres types de transmissions mécaniques, par exemple des vis à billes. The movements of the gantry along the slides 4, 5 are ensured by two electric motors Ni, M2 whose carcasses are respectively secured to the feet of the two uprights 2, 3, while their shafts are connected to the fixed bench by means of two mechanical transmissions as short as possible, which have been represented schematically in the form of two toothed pinions 11, 12 respectively fixed on the shafts of the two motors and in engagement with two racks 13, 14 fixed on each side of the bench 6 in directions parallel to those of the two slides 4, 5. One could use other types of mechanical transmissions, for example ball screws.

Le fonctionnement des moteurs est régi par une installation de commande numérique CN à l'entrée de laquelle sont amenés les signaux de consigne de marche et de vitesse des moteurs. L'arrêt des moteurs est assuré par une boucle de régulation de position
BRP qui conduit aussi, à l'entrée de l'installation de commande numérique CN, le signal émis par un capteur de position CP placé d'un côté du portique.The operation of the motors is governed by a CNC digital control system at the input of which the engine run and speed setpoint signals are supplied. The motors are stopped by a position regulation loop
BRP which also leads, at the input of the CN digital control installation, the signal emitted by a position sensor CP placed on one side of the gantry.

La vitesse des deux moteurs Ml, M2 est maintenue à la valeur de consigne au moyen de deux régulateurs de vitesse RV1, RV2 informés, à la fois par la commande numérique CN et par deux boucles de régulation de vitesse BRVl et BRV2 qui leur amènent les signaux émis, respectivement par deux capteurs de vitesse CVl, CV2 des deux moteurs Mi, M2. Ces capteurs de vitesse peuvent être, par exemple, des alternateurs ou des dynamos tachymétriques. The speed of the two motors Ml, M2 is maintained at the set value by means of two speed regulators RV1, RV2 informed, both by the digital control CN and by two speed control loops BRVl and BRV2 which bring them the signals transmitted, respectively by two speed sensors CVl, CV2 of the two motors Mi, M2. These speed sensors can be, for example, alternators or tachometers.

La précision de la régulation simultanée des vitesses des deux moteurs, est considérablement améliorée, suivant l'invention, par l'adjonction d'une boucle de synchronisation B.SYN qui comporte un module électronique ?4E dont la sortie est reliée à l'entrée du régulateur de vitesse de l'un des deux moteurs, en l'occurence le régulateur de vitesse RV2 du moteur M2, et dont l'entrée est reliée, simultanément, à deux résolvers RES1, RES2 accouplés directement aux arbres des deux moteurs Mi, M2, respectivement. Le module électronique ME est conçu et agencé pour délivrer une tension algébrique de correction "tc" qui est fonction de l'écart angulaire instantané a11 existant entre les deux résolvers.Il est, par exemple du type EM 113 fabriqué par la
Société INLAND 17 Bis avenue de Stalingrad 78190TRAPPES.The precision of the simultaneous regulation of the speeds of the two motors is considerably improved, according to the invention, by the addition of a synchronization loop B.SYN which comprises an electronic module? 4E whose output is connected to the input the speed regulator of one of the two motors, in this case the speed regulator RV2 of the motor M2, and the input of which is connected, simultaneously, to two resolvers RES1, RES2 directly coupled to the shafts of the two motors Mi, M2, respectively. The electronic module ME is designed and arranged to deliver an algebraic correction voltage "tc" which is a function of the instantaneous angular difference a11 existing between the two resolvers. It is, for example of the type EM 113 manufactured by the
INLAND Company 17 Bis avenue de Stalingrad 78190TRAPPES.

On peut ainsi réaliser une boucle de synchronisation des vitesses des deux moteurs avec une fréquence de coupure au moins égale à 650 Hz, c'est-àdire avec une constante de temps inférieure à 1,5 milliseconde, performance que l'on peut considérer comme très satisfaisante dans l'état actuel de la technique des machines-outils travaillant avec des grandes vitesses d'avance. Cette boucle de synchronisation des vitesses des deux moteurs constitue une sorte de liaison connue sous le nom d"'arbre électrique", avec une fréquence de coupure plus de six fois supérieure à celle de l'asservissement de vitesse des moteurs régie par les deux boucles de régulation de vitesse BRV1 et BRV2 sous le contrôle des capteurs de vitesse CV1, CV2. L'ensemble mécanique est réduit à sa plus simple expression de sorte qu'il peut posséder une grande rigidité en harmonie avec celle de l'installation électronique de commande des mouleurs  It is thus possible to produce a synchronization loop for the speeds of the two motors with a cutoff frequency at least equal to 650 Hz, that is to say with a time constant of less than 1.5 milliseconds, a performance which can be considered as very satisfactory in the current state of the art of machine tools working with high feed speeds. This speed synchronization loop of the two motors constitutes a kind of connection known as an "electric shaft", with a cut-off frequency more than six times higher than that of the speed control of the motors governed by the two loops. speed control BRV1 and BRV2 under the control of speed sensors CV1, CV2. The mechanical assembly is reduced to its simplest expression so that it can have a high rigidity in harmony with that of the electronic installation for controlling the molders

Claims (3)

REVENDICATIONS 1. Procédé de commande des déplacements simul tanés à grande vitesse des deux extrémités d'un portique qui porte une tête d'usinage de précision et qui est supporté par deux glissières parallèles, à partir d'une installation de commande numérique, au moyen de deux transmissions mécaniques entrainees, respectivement, par deux moteurs électriques équipés de régulateurs de vitesse informés, à la fois, par l'installation de commande numérique et par deux capteurs de vitesse des deux moteurs, respectivement, la mise en position du portique étant assure, par l'intermédiaire des deux moteurs sous le contrôle d'un capteur de position dudit portique, caractérisé en ce qu'on informe, en outre, le régulateur de vitesse de l'un des moteurs par la différence algébrique des indications de décalage angulaire entre les deux arbres fournies, par exemple par deux résolvers montés directement respectivement sur les arbres des deux moteurs. 1. Method for controlling the simultaneous movements at high speed of the two ends of a gantry which carries a precision machining head and which is supported by two parallel slides, from a digital control installation, by means of two mechanical transmissions driven, respectively, by two electric motors equipped with speed regulators informed, at the same time, by the numerical control installation and by two speed sensors of the two motors, respectively, the positioning of the gantry being ensured, by means of the two motors under the control of a position sensor of said gantry, characterized in that the speed regulator of one of the motors is also informed by the algebraic difference of the indications of angular offset between the two shafts supplied, for example by two resolvers mounted directly respectively on the shafts of the two motors. 2. Installation de commande des déplacements simultanés à grande vitesse des deux extrémités d'un portique qui porte une tête d'usinage de précision et qui est supporté par deux glissières parallèles, comportant : deux moteurs électriques munis de capteurs de vitesse, servant à l'entraînement des deux extrémités du portique par l'intermédiaire de deux transmissions mécaniques, respectivement ; une installa tion de commande numérique ; un capteur de position du portique relié à l'entrée de l'installation de commande numérique par une boucle de régulation de position ; et deux régulateurs de vitesse desdits moteurs, respectivement ; caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, une boucle. de synchronisation (B.SYN) composée d'un module électronique (ME) dont la sortie est reliée à l'entrée du régulateur de vitesse (RV2) de l'un (M2) des deux moteurs et dont l'entrée est reliée, simultanément, à deux résolvers (RESl, RES2) accouplés directement aux arbres des deux moteurs (M1, M2) respectivement, ledit module électronique étant conçu et-agencé pour délivrer une tension algébrique de correction (tc) qui est fonction de l'écart angulaire.instantané existant entre les deux résolvers. 2. Installation for controlling the simultaneous movements at high speed of the two ends of a gantry which carries a precision machining head and which is supported by two parallel slides, comprising: two electric motors fitted with speed sensors, used for the drive of the two ends of the gantry by means of two mechanical transmissions, respectively; a digital control installation; a gantry position sensor connected to the input of the digital control installation by a position regulation loop; and two speed regulators of said motors, respectively; characterized in that it further comprises a loop. synchronization (B.SYN) composed of an electronic module (ME) whose output is connected to the speed controller input (RV2) of one (M2) of the two motors and whose input is connected, simultaneously, with two resolvers (RESl, RES2) directly coupled to the shafts of the two motors (M1, M2) respectively, said electronic module being designed and arranged to deliver an algebraic correction voltage (tc) which is a function of the angular deviation snapshot existing between the two resolvers. 3. Installation suivant la revendication 2, 3. Installation according to claim 2, caractérisée en ce que les deux extrémités du porti characterized in that the two ends of the porti que (l) sont supportées par les glissières (4, 5) that (l) are supported by the slides (4, 5) par l'intermédiaire de deux montants (2, 3), tandis via two uprights (2, 3), while que les deux transmissions mécaniques précitées (11,  that the two aforementioned mechanical transmissions (11, 13 et 12, 14) sont interposées entre les pieds des 13 and 12, 14) are interposed between the feet of the dits montants et les glissières correspondantes.  said uprights and the corresponding slides.
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