FR2830476A1 - Procede et installation de coupage par jet de plasma module au niveau des changements brutaux de trajectoire, notamment des angles - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé et un système de découpe à l'arc plasma d'une pièce de travail avec adaptation automatique des caractéristiques du jet de plasma par corrections, simultanées et en temps pratiquement réel, de plusieurs paramètres, en particulier dans les portions de trajectoire de coupe complexes. Le procédé de l'invention peut être utilisé pour la réalisation de découpe de formes plus ou moins complexes pouvant impliquer des changements brutaux de direction au sein des trajectoires de découpe, par exemple lors de l'exécution d'un angle aigu ou un profil en pointe, ou des motifs de petites dimensions ou de formes complexes constituant des évidements au sein de la tôle. L'invention est basée sur une modulation de l'énergie thermique et de l'énergie cinétique du jet de plasma, et de la tension (U) d'arc plasma.
Description
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La présente invention concerne un procédé et un système de découpe à l'arc plasma d'une pièce de travail avec adaptation automatique des caractéristiques du jet de plasma par corrections, simultanées et en temps pratiquement réel, de plusieurs paramètres, en particulier dans les portions de trajectoire de coupe complexes.
Pour la réalisation de découpe de pièces de travail de formes plus ou moins complexes pouvant impliquer des changements brutaux de direction au sein des trajectoires de découpe, par exemple lors de l'exécution d'un angle aigu pour former par exemple un profil en pointe, il est habituel d'utiliser un système de découpe plasma comprenant une torche de coupage plasma, un générateur d'alimentation en courant électrique de la torche et de la pièce de travail, une machine à axes motorisés de déplacement de la torche par rapport à la pièce, ou réciproquement, selon des trajectoires de découpe bidimensionnelles ou tridimensionnelles, des moyens de programmation et de gestion des mouvements des axes de la machine, telle une console à contrôle numérique (CNC), et des moyens d'alimentation en gaz plasmagène et éventuellement en gaz de protection de la torche à plasma.
Or, il a été constaté en pratique que tout changement brutal de direction au cours de l'exécution de la trajectoire de coupe nécessite une variation de
vitesse de déplacement de la torche sur la trajectoire de la part de la machine (CNC) afin de garantir l'exactitude de la trajectoire exécutée par rapport à la trajectoire programmée.
vitesse de déplacement de la torche sur la trajectoire de la part de la machine (CNC) afin de garantir l'exactitude de la trajectoire exécutée par rapport à la trajectoire programmée.
Ainsi, par rapport au point ou site de changement brutal de direction, il existe une première zone, dite de décélération, située en amont dudit point de changement brutal de direction, devant être prise en compte pour diminuer la vitesse du ou des axes de déplacement concernés afin d'atteindre le point de changement de direction sans dépassement du profil de trajectoire programmée.
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Cette première zone est suivie d'une deuxième zone, dite d'accélération, située en aval du point de changement brutal de direction, devant aussi être prise en compte pour augmenter la vitesse du ou des axes de déplacement concernés pour que, partant de la vitesse résultante en fin de décélération au point de changement brutal de direction, la vitesse de déplacement de la torche sur la trajectoire initialement programmée soit à nouveau rétablie en fin d'accélération.
Par ailleurs, lorsque la machine modifie la vitesse de découpe initialement programmée pour négocier un changement de direction de la trajectoire de coupe, le jet de plasma issu de la torche, dont les caractéristiques étaient initialement adaptées et optimales pour la vitesse de coupe initialement programmée, n'a plus alors ses caractéristiques parfaitement adaptées à ces nouvelles conditions temporaires de vitesse de coupe, notamment du point de vue de l'énergie thermique servant à fondre localement le matériau et du point de vue de l'énergie cinétique servant à expulser le matériau fondu hors de la saignée de coupe.
Il s'ensuit alors une détérioration de la qualité de coupe dans les zones où la vitesse de coupe est différente de celle initialement programmée.
A titre d'exemple, la détérioration de la qualité de coupe peut se caractériser par une formation de bavures plus ou moins adhérentes à la base de la saignée de coupe et/ou par un élargissement de la saignée de coupe et/ou par une perte de perpendicularité des faces de coupe et/ou encore par
une modification de l'angle formé par la face de coupe et le plan formé par la pièce de travail. Ceci est illustré notamment en Figure 2 ci-jointe.
une modification de l'angle formé par la face de coupe et le plan formé par la pièce de travail. Ceci est illustré notamment en Figure 2 ci-jointe.
Pour tenter de résoudre ces problèmes, le document EP-A-1048387 propose une méthode permettant d'adapter l'énergie thermique du jet plasma en fonction du degré d'avance linéaire de la torche et/ou d'un paramètre de commande proportionnel à ce degré d'avance linéaire, par exemple le diamètre de coupe d'une trajectoire circulaire.
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Toutefois, cette méthode n'est pas entièrement satisfaisante notamment car elle ne prévoit pas l'adaptation de l'énergie cinétique du jet de plasma en fonction dudit degré d'avance linéaire.
Dès lors, en l'absence d'une telle adaptation complémentaire de l'énergie cinétique, adapter uniquement l'intensité du courant de coupe en fonction du degré d'avance linéaire ne saurait garantir l'opération de découpe de la formation de toute ou partie des défauts et problèmes précités.
Par ailleurs, pour concourir au maintien d'une constance de qualité de coupe sur toute la trajectoire de découpe, il est aussi nécessaire de pouvoir maintenir la torche à une distance sensiblement constante par rapport au plan formé par la pièce, pendant tout le temps de l'exécution de la trajectoire de découpe.
A cet effet, les machines de coupage plasma sont généralement dotées d'un axe Z motorisé permettant le déplacement de la torche, selon un axe perpendiculaire au plan formé par la pièce (axe XY), afin de régler la distance séparant la torche du plan formé par la pièce.
Cette distance est maintenue sensiblement constante grâce à un dispositif mesurant en permanence la tension de l'arc plasma et en la comparant à une valeur préprogrammée correspondant aux conditions optimales de travail. De tels procédés et dispositifs sont notamment décrit par les documents WO-A-99/04924 et EP-A-562111.
Lorsqu'un écart est détecté entre la valeur mesurée et la valeur de référence, selon le besoin, l'axe Z motorisé écarte ou rapproche la torche par rapport au plan formé par la pièce afin de retrouver une valeur de tension mesurée égale à la valeur de tension de référence.
Cependant, le réglage automatique de cette distance optimale en fonction d'une mesure de la tension d'arc perd son efficacité lorsque les caractéristiques de l'arc plasma sont modifiées, notamment du fait d'un changement de vitesse de coupe et/ou d'un changement de l'intensité du courant de coupe et/ou d'un changement du débit et/ou de la pression du gaz plasmagène et éventuellement du gaz de protection.
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Outre, le cas des changements brutaux de direction, tels les angles susmentionnés, impliquant une décélération suivie d'une accélération, il existe d'autres cas où des problèmes de détérioration de la qualité de coupe surviennent.
Ainsi, le problème se pose aussi lors de la découpe au plasma de petites formes dans des plaques métalliques, tels des trous de petites dimensions et de formes variées, par exemples ronds, oblongs... ou des parties de trajectoire comportant des détails fins, telles des courbes et arrondis de petites dimensions, pour lesquels la CNC va déplacer la torche à une vitesse inférieure à la vitesse programmée, pour les mêmes raisons que dans le cas de la découpe d'angles, à savoir le respect de la géométrie programmée.
Il n'est pas possible, dans ce cas, de fixer le rayon minimum à partir duquel la CNC va modifier la vitesse car cela dépend de la commande numérique et des paramètres "machine", par exemple de l'erreur maximale de poursuite imposée dans le programme machine.
Toutefois et à titre illustratif, si une CNC est programmée pour une erreur de poursuite donnée et un rayon minimum de 50 mm pour une vitesse réelle de 10 m/min, toute trajectoire d'un rayon ou comportant un rayon de 5 mm sera exécutée, dans cette portion, à une vitesse maximale de 1 m/min (10 x 5/50), ce qui signifie que, si le procédé appelle une vitesse optimale de coupe de 3 m/min, il y aura des défauts de coupe dans cette zone.
Partant de là, le problème qui se pose est alors d'améliorer les procédés et dispositifs connus, c'est-à-dire de pouvoir éviter la formation des défauts susmentionnés et maintenir la qualité de coupe sensiblement constante sur tout le pourtour des pièces coupées quel qu'il soit, c'est-à-dire sur toute la trajectoire de coupe, surtout lorsque la trajectoire de coupe est complexe, par exemple lorsqu'elle présente des angles aigus ou analogues, ou que des formes de petites dimensions ou des parties de trajectoire comportant des détails fins doivent être découpées, et ce, quelles que soient les variations de vitesses générées par la machine pour en négocier les contours de coupe.
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L'invention concerne alors un procédé de coupage plasma selon une trajectoire de découpe prédéfinie dans une pièce de travail à couper, mettant en oeuvre une torche de coupage plasma, alimentée en un courant ayant une intensité moyenne (lm) ettou intensité efficace (le) et en au moins un gaz plasmagène, ladite torche délivrant un jet de plasma pour réaliser une saignée de coupe dans la pièce par déplacement relatif de la torche par rapport à la pièce à couper selon la trajectoire de coupe prédéfinie, ladite trajectoire de coupe comprenant au moins une portion de trajectoire où la vitesse de coupe est susceptible de varier, dans lequel on opère une adaptation des caractéristiques du jet de plasma au moins dans ladite au moins une portion de trajectoire de manière à maintenir la torche à une distance sensiblement constante de la pièce à couper au long de sensiblement toute la trajectoire de coupe et pendant la découpe de la pièce par : (a) modulation de l'énergie thermique (ET) apportée à la pièce de travail en fonction des variations de vitesse de coupe et en ajustant l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant de coupe, (b) modulation de l'énergie cinétique (EC) du jet de plasma en fonction des variations de vitesse de coupe et/ou en fonction de l'ajustement de l'intensité moyenne (Im) ou l'intensité efficace (le) du courant, et (c) modulation de la tension (U) d'arc plasma en fonction de la variation de vitesse de coupe, de l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant de coupe et/ou du débit ou de la pression de gaz plasmagène.
Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : - les modulations de l'énergie thermique (ET), de l'énergie cinétique (EC) et de la tension (U) d'arc plasma des étapes (a), (b) et (c), respectivement, sont opérées de façon sensiblement simultanée (Le. corrélée) et/ou pratiquement en temps réel.
- lorsque la vitesse de coupe instantanée (Vi) devient inférieure à la vitesse de coupe (Vp) initialement programmée, l'énergie thermique est ajustée
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à l'étape (a) en diminuant l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant de coupe.
- lorsque la vitesse de coupe (Vi) instantanée devient inférieure à la vitesse de coupe (Vp) initialement programmée, l'énergie cinétique (EC) est ajustée à l'étape (b) par diminution du débit et/ou de la pression du gaz plasmagène, et éventuellement du fluide de protection, en association (en corrélation) avec la variation de l'intensité moyenne (lm) ou efficace (le) du courant de coupe.
- la modulation de la tension (U) d'arc plasma de référence de l'étape (c) est opérée en fonction de la variation du débit et/ou de la pression du fluide de protection.
- la portion de trajectoire dans laquelle la vitesse de coupe est susceptible de varier correspond à une partie de ladite trajectoire de coupe où la torche doit être soumis à un brutal changement de direction.
- la portion de trajectoire correspond à une partie de ladite trajectoire de coupe comportant un angle aigu pour former un profil en pointe, c'est-à-dire un angle compris entre 1 et 160 , de préférence entre 50 et 120 , préférentiellement entre 100 et 1000 (l'angle est celui formé par la trajectoire de coupe ou la saignée au site de changement de direction).
- les diminutions de l'énergie thermique (ET), de l'énergie cinétique (EC) et de la tension (U) d'arc plasma des étapes (a), (b) et (c), respectivement, sont opérées approximativement au niveau d'une zone de décélération, située en amont du site de changement brutal de direction, à partir de laquelle on diminue la vitesse de déplacement de la torche afin d'atteindre le point de changement brutal de direction sans dépassement du profil de trajectoire programmée.
- les augmentations de l'énergie thermique (ET), de l'énergie cinétique (EC) et de la tension (U) d'arc plasma des étapes (a), (b) et (c), respectivement, sont opérées approximativement au niveau d'une zone d'accélération, située en aval du site de changement brutal de direction, à partir de laquelle on augmente la vitesse de déplacement de la torche pour
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que, partant de la vitesse résultante en fin de décélération au point de changement brutal de direction, la vitesse de déplacement de la torche sur la trajectoire initialement programmée soit à nouveau rétablie en fin d'accélération.
Bien entendu, la zone d'accélération et la zone de décélération peuvent avoir des longueurs variables en fonction par exemple de la vitesse de coupage, le type d'angle à couper, l'épaisseur du matériau ou sa nuance, le type ou la composition de gaz de coupe mis en oeuvre, lesdites longueurs pouvant aller de quelques millimètres à plusieurs centimètres.
L'invention porte aussi sur une installation automatique de coupage plasma d'au moins une pièce de travail à couper, mettant en oeuvre : - au moins une torche de coupage plasma pour couper la pièce selon une trajectoire de découpe prédéfinie dans la pièce à couper, - des moyens d'alimentation en courant électrique pour alimenter au moins la torche en un courant électrique ayant une intensité moyenne (lm) et/ou intensité efficace (le), - des moyens d'alimentation en gaz pour alimenter la torche en au moins un gaz plasmagène et éventuellement un gaz de protection, - des moyens de contrôle de gaz pour ajuster le débit ou la pression de gaz alimentant la torche, - des moyens support de torche pour porter ladite torche à plasma, - des moyens support de pièce pour maintenir et/ou supporter la pièce durant sa découpe, - des moyens de déplacement de torche permettant d'assurer un déplacement relatif de la torche par rapport à la pièce à couper, - des moyens de commande de trajectoire de coupe permettant de programmer et/ou de mémoriser au moins une trajectoire de coupe souhaitée, - des moyens de pilotage de torche coopérant avec au moins lesdits moyens de déplacement de torche et lesdits moyens de commande de trajectoire de coupe pour assurer une découpe de la pièce selon ladite trajectoire de coupe prédéfinie,
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- des moyens de modulation de la vitesse de coupe permettant d'assurer une augmentation, une diminution ou un maintien constant de la vitesse instantanée de déplacement de la torche, - des moyens d'adaptation des caractéristiques du jet de plasma pour permettre de maintenir la torche à une distance sensiblement constante de la pièce à couper au long de sensiblement toute la trajectoire de coupe et pendant la découpe de la pièce comprenant : (i) des moyens de modulation de l'énergie thermique permettant de moduler l'énergie thermique (ET) apportée à la pièce en fonction des variations de vitesse de coupe par les moyens de modulation de la vitesse de coupe, par ajustement de l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant de coupe, (ii) des moyens de modulation de l'énergie cinétique permettant de moduler l'énergie cinétique (EC) du jet de plasma en fonction des variations de vitesse de coupe par les moyens de modulation de la vitesse de coupe et/ou en fonction de l'ajustement de l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant par les moyens de modulation de l'énergie thermique, et (iii) des moyens de modulation de la tension pour moduler la tension (U) d'arc plasma en fonction des variation de vitesse de coupe par les moyens de modulation de la vitesse de coupe, de l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant de coupe par les moyens de modulation de l'énergie thermique et/ou du débit ou de la pression de gaz plasmagène par les moyens de contrôle de gaz.
Selon un autre mode de réalisation, l'invention porte aussi sur un procédé de coupage plasma selon une trajectoire de découpe prédéfinie dans une pièce de travail à couper, mettant en oeuvre une torche de coupage plasma, alimentée en un courant ayant une intensité moyenne (lm) et/ou intensité efficace (le) et en au moins un gaz plasmagène, ladite torche délivrant un jet de plasma pour réaliser une saignée de coupe dans la pièce par déplacement relatif de la torche par rapport à la pièce à couper selon la
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trajectoire de coupe prédéfinie, ladite trajectoire de coupe comprenant au moins les quatre portions successives suivantes, prises dans l'ordre suivant : - une première portion de trajectoire de coupe où la vitesse de coupe est supérieure ou égale à une première valeur-seuil non nulle fixée, - une portion de décélération où la vitesse de coupe diminue jusqu'à une valeur minimale inférieure à ladite première valeur-seuil, - une portion d'accélération où la vitesse de coupe augmente depuis ladite valeur minimale donnée jusqu'à au moins une seconde valeur-seuil non nulle fixée, - une deuxième portion de trajectoire où la vitesse de coupe est supérieure ou égale à ladite deuxième valeur-seuil fixée, et dans lequel on opère une adaptation des caractéristiques du jet de plasma, au moins pendant le déplacement de la torche dans ladite portion de décélération et dans ladite portion d'accélération, de manière à maintenir la torche à une distance sensiblement constante de la pièce à couper au long de sensiblement toute la trajectoire de coupe et pendant la découpe de la pièce par : (a) modulation de l'énergie thermique (ET) apportée à la pièce de travail en fonction des variations de vitesse de coupe et en ajustant l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant de coupe, (b) modulation de l'énergie cinétique (EC) du jet de plasma en fonction des variations de la vitesse de coupe et/ou en fonction de l'ajustement de l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant, et (c) modulation de la tension (U) d'arc plasma en fonction de la variation de vitesse de coupe, de l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant de coupe et/ou du débit ou de la pression de gaz plasmagène.
Selon le cas, le procédé de l'invention selon cet autre mode de réalisation peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : - la valeur minimale est comprise entre 0 et 0,1 x VS, de préférence la valeur minimale est nulle ou quasi-nulle.
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- la deuxième valeur-seuil VS2 et ladite première valeur-seuil VS1 sont telles que : 0,8 x VS1 < VS2 < 1.2 x VS1, de préférence la deuxième valeur- seuil et ladite première valeur-seuil sont approximativement égales.
- les longueurs respectives de la portion de décélération et de la portion d'accélération sont comprises entre 1 mm et 10 cm, de préférence entre 3 mm et 30 mm.
- la portion de décélération et de la portion d'accélération forment entre elles un angle compris entre 1 et 160 , de préférence entre 5 et 120 .
- on opère une diminution de l'énergie thermique (ET) apportée à la pièce de travail en diminuant l'intensité moyenne (lm) ou efficace (le) du courant, lorsque la vitesse de coupe devient inférieure à ladite première valeurseuil ou que l'écart de vitesse (Av), dans un intervalle de temps (At), entre la vitesse programmée et la vitesse réelle sur trajectoire excède une valeur prédéterminée.
Selon encore un autre aspect, l'invention un procédé de coupage plasma mettant en oeuvre une torche de coupage plasma, alimentée en un courant ayant une intensité moyenne (lm) et/ou intensité efficace (le) et en au moins un gaz plasmagène, ladite torche délivrant un jet de plasma pour réaliser une saignée de coupe dans la pièce par déplacement relatif de la torche par rapport à la pièce à couper selon la trajectoire de coupe prédéfinie à une vitesse de coupe de consigne préfixée, le déplacement et la vitesse de déplacement de ladite torche étant contrôlés par des moyens de pilotage, de préférence une console à commande numérique, la vitesse de coupe de consigne préfixée étant mémorisée par lesdits moyens de pilotage, dans lequel : - on réalise la découpe par jet de plasma d'un ou plusieurs motifs de petites dimensions ou de formes complexes dans ladite pièce, durant au moins une partie du temps total de découpe, à une vitesse de coupe modulée inférieure à la vitesse de coupe de consigne préfixée programmée, et simultanément on opère une adaptation des caractéristiques du jet de plasma
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pendant la durée de découpe du ou desdits motifs de manière à maintenir la torche à une distance sensiblement constante de la pièce à couper par : (a) modulation de l'énergie thermique (ET) apportée à la pièce de travail en fonction des variations de vitesse de coupe en ajustant l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant de coupe, (b) modulation de l'énergie cinétique (EC) du jet de plasma en fonction des variations de vitesse de coupe et/ou en fonction de l'ajustement de l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant, et (c) modulation de la tension (U) d'arc plasma en fonction de la variation de vitesse de coupe, de l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant de coupe et/ou du débit ou de la pression de gaz plasmagène.
De préférence, le ou les motifs de petites dimensions ou de formes complexes à découper constituent des évidements au sein de la tôle, a vitesse de coupe réelle est maintenue inférieure, constante ou non, à la vitesse de coupe de consigne préprogrammée, pendant l'exécution complète de chaque évidemment, et les paramètres d'intensité du courant de coupe (Ic), de pression du gaz de coupe (Pc) et de tension d'arc de référence (Uc) servant au réglage de la hauteur tuyère/pièce sont adaptés à la vitesse de coupe réelle.
Le ou les motifs de petites dimensions ou de formes complexes à découper constituent des évidements au sein de la tôle, en particulier des trous circulaires, oblongs ou toute autre forme complexe, à axe de symétrie ou non, formant un ajour dans la tôle, ayant typiquement des dimensions de l'ordre de quelques mm à au plus quelques cm.
L'invention va maintenant être décrite plus en détail grâce aux explications données ci-après et en références aux figures annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 représente le principe de réalisation d'une trajectoire de coupe avec une torche de coupage plasma ; - la Figure 2 montre une vue en gros plan de l'un des bords d'une saignée de coupe réalisée avec un procédé selon l'art antérieur ;
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- la Figure 3 représente le principe de modulation du type proportionnel de l'énergie thermique apportée à la pièce en corrélations des fluctuations de vitesse de coupe que l'on opère lors de la mise en oeuvre du procédé de la présente invention ; et - la Figure 4 est analogue à la Figure 3 mais porte sur une modulation du type par plage.
La Figure 1 représente schématiquement une torche TC de coupage plasma exécutant une trajectoire de coupe TRC dans une pièce de travail PT en formant une saignée de coupe SC présentant des changements de direction brutaux, à savoir des angles qui sont ici de l'ordre de 90 .
La Figure 2 montre une vue rapprochée de l'un des deux bords d'une saignée de coupe réalisée avec un procédé selon l'art antérieur, faisant apparaître les défauts susceptibles d'apparaître au niveau d'un changement brutal de direction dans la trajectoire de coupe, c'est-à-dire au niveau d'un des angles de la saignée de coupe SC de la figure 1.
La première zone Z1 correspondant à une portion de coupe optimale où la vitesse de coupe programmée a été respectée et qui ne présente donc pas de défaut.
Cette première zone Z1 précède une deuxième zone Z2 ou zone de décélération où la commande numérique gérant la trajectoire, à l'approche du changement brutal de direction, a commandé une décélération du mouvement des axes portant la torche de coupage plasma et permettant son déplacement selon la trajectoire souhaitée, pour amener celle-ci à une vitesse sensiblement nulle au point extrême PE dudit changement brutal de direction.
Cette zone Z2 comporte classiquement au moins deux types de défauts, à savoir un élargissement de saignée SE nuisant à la rectitude de la face coupée et des bavures B conduisant à un parachèvement ultérieur indispensable de la pièce coupée pour les éliminer, par exemple par brossage ou autres techniques connues.
A la suite de l'atteinte du point extrême PE et du changement brutal de direction, succède une troisième zone Z3, dite zone d'accélération, pendant
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laquelle la commande numérique accélère la vitesse des axes pour porter la torche de coupage plasma d'une vitesse quasiment nulle au point PE à la valeur de la vitesse programmée.
Cette zone Z3 comporte généralement au moins les mêmes types de défaut que la Zone Z2, à savoir un élargissement de saignée SE et des bavures B.
A la fin de la zone d'accélération Z3, lorsque la vitesse de coupe programmée est à nouveau atteinte, succède une quatrième zone Z4 de coupe optimale, c'est-à-dire à partir de laquelle les conditions de fonctionnement correct sont à nouveau atteintes ; ce qui explique l'absence de bavures et la rectitude de la surface coupée.
Selon l'invention et tel que schématisé en Figure 3, on opère une modulation de l'énergie thermique apportée à la pièce de travail en fonction des fluctuations de vitesse de coupe, par exemple lorsque la vitesse de coupe Vc devient inférieure (zone Z2) à la vitesse de coupe optimale initialement programmée, ou que l'écart Av, dans un espace de temps At, entre la vitesse programmée et la vitesse réelle sur trajectoire excède une valeur prédéterminée, l'énergie thermique communiquée à la pièce de travail est adaptée par une diminution de l'intensité Ic moyenne ou efficace du courant de coupe.
De plus, selon l'invention, on réalise aussi une modulation de l'énergie cinétique exerçant une poussée sur le métal fondu de manière à l'expulser hors de la saignée de coupe, en fonction des fluctuations de vitesse de coupe et/ou en fonction de l'adaptation de l'intensité moyenne ou efficace du courant de coup, par exemple, lorsque la vitesse de coupe devient inférieure à la vitesse de coupe optimale initialement programmée (première vitesse seuil), l'énergie cinétique est adaptée par une diminution du débit et/ou de la pression Pc du gaz plasmagène et éventuellement du fluide de protection en association avec la variation de l'intensité du courant de coupe.
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Par ailleurs, on module aussi simultanément la tension d'arc plasma Up de référence en association avec la variation de vitesse de coupe, de l'intensité du courant de coupe et du débit ou de la pression de gaz plasmagène, et éventuellement du débit ou de la pression du fluide de protection, afin de compenser les changements de caractéristique du jet de plasma et ainsi de maintenir la torche à une distance sensiblement constante de la pièce de travail et ce, quelles que soient les variations des paramètres cités précédemment.
Ce qui précède décrit les modifications de paramètres commandées lorsque la vitesse Vc optimale dans la zone Z1 diminue dans la zone de décélération Z2 jusqu'au point extrême PE, il faut considérer que ces mêmes paramètres subissent une modification inverse dans la zone d'accélération Z3 jusqu'à retrouver les conditions optimales de coupe de la zone Z4.
Les variations simultanées et quasi instantanées des paramètres déterminant les caractéristiques du jet de plasma, notamment intensité du courant de coupe, débit ou pression du gaz plasmagène et éventuellement du fluide de protection ainsi que de la tension d'arc plasma, corrélativement avec les variations de vitesse de coupe par rapport à une vitesse initialement programmée sont commandées automatiquement par un directeur de commande qui, en fonction des informations de variation de vitesse de coupe
qui lui sont délivrées par la CNC ou les génératrices tachymétriques des actionneurs d'axe de la machine de découpe, envoie les ordres de correction des paramètres selon des lois de détermination préétablies en garantissant ainsi une quasi constance de la qualité de coupe sur tout le pourtour des pièces coupées et ce, quelles que soient les variations de vitesse de coupe découlant d'un suivi géométrique précis de la trajectoire de coupe par le système de gestion des mouvements des axes de la machine.
qui lui sont délivrées par la CNC ou les génératrices tachymétriques des actionneurs d'axe de la machine de découpe, envoie les ordres de correction des paramètres selon des lois de détermination préétablies en garantissant ainsi une quasi constance de la qualité de coupe sur tout le pourtour des pièces coupées et ce, quelles que soient les variations de vitesse de coupe découlant d'un suivi géométrique précis de la trajectoire de coupe par le système de gestion des mouvements des axes de la machine.
Les corrections des paramètres précités commandées par le directeur de commande peuvent être du type proportionnel (rampes), comme schématisé en Figure 3, c'est-à-dire qu'à toute nouvelle valeur de la vitesse de coupe correspondent de nouvelles valeurs pour les paramètres précités, ou du type
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par plage, comme schématisé en Figure 4, c'est-à-dire qu'à une nouvelle valeur de la vitesse de coupe incluse dans une plage bornée par un minimum et un maximum correspondent des valeurs fixes pour les paramètres précités tant que les bornes de la plage de variation de vitesse ne sont pas franchies.
Lorsque qu'une des bornes de la plage est franchie, de nouvelles valeurs pour les paramètres précités sont commandées et restent valides tant que les bornes de la nouvelle plage de variation de vitesse de coupe ne sont pas franchies.
Concernant le réglage de la tension de l'arc plasma dans les zones de décélération et d'accélération, il peut être aussi appliqué un blocage en position de l'axe Z motorisé selon sa dernière position avant le début de décélération et ce, tant que la vitesse de coupe programmée n'est pas rétablie à la suite d'un changement brutal de direction de trajectoire de découpe. Bien que la gestion d'un tel système soit plus simple, il se révèle toutefois un peu moins efficace qu'un réglage de tension de type proportionnel ou par plage.
L'invention est aussi applicable à la découpe de trajectoires de coupe qui se rapprochent des trajectoires à angles, dans le sens où elles comportent une zone Z1 de vitesse maximale de consigne, une zone Z2 de décélération, une zone Z3 d'accélération suivie d'une zone Z4 de vitesse à nouveau maximale de consigne, avec toutefois la différence qu'entre Z2 et Z3, il n'y a pas de passage à une vitesse quasiment nulle, comme dans le cas d'un angle, mais une autre zone de vitesse réduite (pas forcément constante) correspondant à l'exécution des détails fins, c'est-à-dire que dans ce cas, il y a trois zones d'adaptation Z2, Z2'et Z3 pour lesquelles il y aurait nécessité d'adaptation de Ic, Pc et Uc.
L'invention repose donc sur une adaptation automatique des caractéristiques du jet de plasma par corrections, simultanées et en temps pratiquement réel, de plusieurs paramètres de manière à compenser les changements de caractéristique du jet de plasma et à maintenir la torche à une distance sensiblement constante de la pièce à couper sur toute la trajectoire de coupe, y compris dans les portions de cette trajectoire de coupe qui sont
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complexes, notamment dans les zones de changements de direction brutaux, tels des angles.
Bien entendu, la composition du gaz plasma utilisée doit être adaptée au procédé à mettre en oeuvre, notamment en fonction de l'épaisseur du matériau à couper, de sa nature et composition, du critère de qualité de coupe recherchée,... le choix au cas par cas de cette composition gazeuse est à la portée de l'homme du métier. Il en va de même des paramètres et valeurs numériques à choisir pour le procédé considéré, ainsi que de la manière de les programmer dans les appareils de contrôle et de pilotage de l'installation, notamment la CNC.
Claims (19)
- REVENDICATIONS 1. Procédé de coupage plasma selon une trajectoire de découpe (TRC) prédéfinie dans une pièce de travail (PT) à couper, mettant en oeuvre une torche de coupage (TC) plasma, alimentée en un courant ayant une intensité moyenne (lm) et/ou intensité efficace (le) et en au moins un gaz plasmagène, ladite torche (TC) délivrant un jet de plasma pour réaliser une saignée de coupe (SC) dans la pièce (PT) par déplacement relatif de la torche (TC) par rapport à la pièce à couper (PT) selon la trajectoire de coupe (TRC) prédéfinie, ladite trajectoire de coupe (TRC) comprenant au moins une portion (Z2, Z3) de trajectoire dans laquelle la vitesse de coupe est susceptible de varier, dans lequel on opère une adaptation des caractéristiques du jet de plasma au moins dans ladite au moins une portion (Z2, Z3) de trajectoire de manière à maintenir la torche (TC) à une distance sensiblement constante de la pièce (PT) à couper au long de sensiblement toute la trajectoire de coupe (TRC) et pendant la découpe de la pièce (PT) par : (a) modulation de l'énergie thermique (ET) apportée à la pièce de travail (PT) en fonction des variations de vitesse de coupe et en ajustant l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant de coupe, (b) modulation de l'énergie cinétique (EC) du jet de plasma en fonction des variations de vitesse de coupe et/ou en fonction de l'ajustement de l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant, et (c) modulation de la tension (U) d'arc plasma en fonction de la variation de vitesse de coupe, de l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant de coupe et/ou du débit ou de la pression de gaz plasmagène.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les modulations de l'énergie thermique (ET), de l'énergie cinétique (EC) et de la tension (U) d'arc plasma des étapes (a), (b) et (c), respectivement, sont opérées de façon sensiblement simultanée et/ou pratiquement en temps réel.<Desc/Clms Page number 18>
- 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, lorsque la vitesse de coupe instantanée (Vi) devient inférieure à la vitesse de coupe (Vp) initialement programmée, l'énergie thermique est ajustée à l'étape (a) en diminuant l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant de coupe.
- 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, lorsque la vitesse de coupe (Vi) instantanée devient inférieure à la vitesse de coupe (Vp) initialement programmée, l'énergie cinétique (EC) est ajustée à l'étape (b) par modulation du débit et/ou de la pression du gaz plasmagène, et éventuellement du fluide de protection, en association avec la variation de l'intensité moyenne (lm) ou efficace (le) du courant de coupe.
- 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la modulation de la tension (U) d'arc plasma de référence de l'étape (c) est opérée en fonction de la variation du débit et/ou de la pression du fluide de protection.
- 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la portion de trajectoire dans laquelle la vitesse de coupe est susceptible de varier correspond à une partie de ladite trajectoire de coupe où la torche doit être soumis à un brutal changement de direction.
- 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la portion de trajectoire correspond à une partie de ladite trajectoire de coupe comportant un angle aigu pour former un profil en pointe.
- 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les diminutions de l'énergie thermique (ET), de l'énergie cinétique (EC) et de la tension (U) d'arc plasma des étapes (a), (b) et (c), respectivement, sont opérées approximativement au niveau d'une zone de décélération, située en<Desc/Clms Page number 19>amont du site de changement brutal de direction, à partir de laquelle on diminue la vitesse de déplacement de la torche afin d'atteindre le point de changement brutal de direction sans dépassement du profil de trajectoire programmée.
- 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les augmentations de l'énergie thermique (ET), de l'énergie cinétique (EC) et de la tension (U) d'arc plasma des étapes (a), (b) et (c), respectivement, sont opérées approximativement au niveau d'une zone d'accélération, située en aval du site de changement brutal de direction, à partir de laquelle on augmente la vitesse de déplacement de la torche pour que, partant de la vitesse résultante en fin de décélération au point de changement brutal de direction, la vitesse de déplacement de la torche sur la trajectoire initialement programmée soit à nouveau rétablie en fin d'accélération.
- 10. Installation automatique de coupage plasma d'au moins une pièce de travail à couper, mettant en oeuvre : - au moins une torche de coupage plasma pour couper la pièce selon une trajectoire de découpe prédéfinie dans la pièce à couper, - des moyens d'alimentation en courant électrique pour alimenter au moins la torche en un courant électrique ayant une intensité moyenne (lm) et/ou intensité efficace (le), - des moyens d'alimentation en gaz pour alimenter la torche en au moins un gaz plasmagène et éventuellement un gaz de protection, - des moyens de contrôle de gaz pour ajuster le débit ou la pression de gaz alimentant la torche, - des moyens support de torche pour porter ladite torche à plasma, - des moyens support de pièce pour maintenir et/ou supporter la pièce durant sa découpe, - des moyens de déplacement de torche permettant d'assurer un déplacement relatif de la torche par rapport à la pièce à couper,<Desc/Clms Page number 20>- des moyens de commande de trajectoire de coupe permettant de programmer et/ou de mémoriser au moins une trajectoire de coupe souhaitée, - des moyens de pilotage de torche coopérant avec au moins lesdits moyens de déplacement de torche et lesdits moyens de commande de trajectoire de coupe pour assurer une découpe de la pièce selon ladite trajectoire de coupe prédéfinie, - des moyens de modulation de la vitesse de coupe permettant d'assurer une augmentation, une diminution ou un maintien constant de la vitesse instantanée de déplacement de la torche, - des moyens d'adaptation des caractéristiques du jet de plasma pour permettre de maintenir la torche à une distance sensiblement constante de la pièce à couper au long de sensiblement toute la trajectoire de coupe et pendant la découpe de la pièce comprenant : (i) des moyens de modulation de l'énergie thermique permettant de moduler l'énergie thermique (ET) apportée à la pièce en fonction des variations de vitesse de coupe par les moyens de modulation de la vitesse de coupe, par ajustement de l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant de coupe, (ii) des moyens de modulation de l'énergie cinétique permettant de moduler l'énergie cinétique (EC) du jet de plasma en fonction des variations de vitesse de coupe par les moyens de modulation de la vitesse de coupe et/ou en fonction de l'ajustement de l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant par les moyens de modulation de l'énergie thermique, et (iii) des moyens de modulation de la tension pour moduler la tension (U) d'arc plasma en fonction des variation de vitesse de coupe par les moyens de modulation de la vitesse de coupe, de l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant de coupe par les moyens de modulation de l'énergie thermique et/ou du débit ou de la pression de gaz plasmagène par les moyens de contrôle de gaz.<Desc/Clms Page number 21>
- 11. Procédé de coupage plasma selon une trajectoire de découpe (TRC) prédéfinie dans une pièce de travail (PT) à couper, mettant en oeuvre une torche de coupage (TC) plasma, alimentée en un courant ayant une intensité moyenne (lm) et/ou intensité efficace (le) et en au moins un gaz plasmagène, ladite torche (TC) délivrant un jet de plasma pour réaliser une saignée de coupe (SC) dans la pièce (PT) par déplacement relatif de la torche (TC) par rapport à la pièce à couper (PT) selon la trajectoire de coupe (TRC) prédéfinie, ladite trajectoire de coupe (TRC) comprenant au moins les portions (Z1, Z2, Z3, Z4) successives suivantes, prises dans l'ordre suivant : - une première portion (Z1) de trajectoire de coupe où la vitesse de coupe (Vc) est supérieure ou égale à une première valeur-seuil (VS1) non nulle fixée, - une portion de décélération (Z2) où la vitesse de coupe (Vc) diminue jusqu'à une valeur minimale (VM) inférieure à ladite première valeur-seuil (VS 1) - une portion d'accélération (Z3) où la vitesse de coupe augmente depuis ladite valeur minimale (VM) donnée jusqu'à au moins une seconde valeur-seuil (VS2) non nulle fixée, - une deuxième portion (Z4) de trajectoire où la vitesse de coupe (Vc) est supérieure ou égale à ladite deuxième valeur-seuil (VS2) fixée, procédé dans lequel on opère une adaptation des caractéristiques du jet de plasma, au moins pendant le déplacement de la torche dans ladite portion de décélération (Z2) et dans ladite portion d'accélération (Z3), de manière à maintenir la torche (TC) à une distance sensiblement constante de la pièce (PT) à couper au long de sensiblement toute la trajectoire de coupe (TRC) et pendant la découpe de la pièce (PT) par : (a) modulation de l'énergie thermique (ET) apportée à la pièce de travail (PT) en fonction des variations de vitesse de coupe et en ajustant l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant de coupe,<Desc/Clms Page number 22>(b) modulation de l'énergie cinétique (EC) du jet de plasma en fonction des variations de la vitesse de coupe (Vc) et/ou en fonction de l'ajustement de l'intensité moyenne (Im) ou l'intensité efficace (le) du courant, et (c) modulation de la tension (U) d'arc plasma en fonction de la variation de vitesse de coupe, de l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant de coupe et/ou du débit ou de la pression de gaz plasmagène.
- 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la valeur minimale (VM) est comprise entre 0 et 0,1 x VS, de préférence la valeur minimale (VM) est nulle ou quasi-nulle.
- 13. Procédé selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que la deuxième valeur-seuil (VS2) et ladite première valeur-seuil (VS1) sont telles que : 0,8 x VS1 < VS2 < 1.2 x VS1, de préférence la deuxième valeurseuil (VS2) et ladite première valeur-seuil (VS1) sont approximativement égales.
- 14. Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que les longueurs respectives de la portion de décélération (Z2) et de la portion d'accélération (Z3) sont comprises entre 1 mm et 10 cm, de préférence entre 3 mm et 30 mm.
- 15. Procédé selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que la portion de décélération (Z2) et de la portion d'accélération (Z3) forment entre elles un angle compris entre 1 et 160 , de préférence entre 5 et 120 .
- 16. Procédé selon l'une des revendications 11 à 15, caractérisé en ce qu'on opère une diminution de l'énergie thermique (ET) apportée à la pièce de travail en diminuant l'intensité moyenne (lm) ou efficace (le) du courant, lorsque la vitesse de coupe (Vc) devient inférieure à ladite première valeurseuil (VS1) ou que l'écart de vitesse (Av), dans un intervalle de temps (At),<Desc/Clms Page number 23>entre la vitesse programmée et la vitesse réelle sur trajectoire excède une valeur prédéterminée.
- 17. Procédé de coupage plasma mettant en oeuvre une torche de coupage (TC) plasma, alimentée en un courant ayant une intensité moyenne (lm) et/ou intensité efficace (le) et en au moins un gaz plasmagène, ladite torche (TC) délivrant un jet de plasma pour réaliser une saignée de coupe (SC) dans la pièce (PT) par déplacement relatif de la torche (TC) par rapport à la pièce à couper (PT) selon la trajectoire de coupe (TRC) prédéfinie à une vitesse de coupe de consigne préfixée, le déplacement et la vitesse de déplacement de ladite torche étant contrôlés par des moyens de pilotage, de préférence une console à commande numérique, la vitesse de coupe de consigne préfixée étant mémorisée par lesdits moyens de pilotage, dans lequel : - on réalise la découpe par jet de plasma d'un ou plusieurs motifs de petites dimensions ou de formes complexes dans ladite pièce (PT), durant au moins une partie du temps total de découpe, à une vitesse de coupe modulée inférieure à la vitesse de coupe de consigne préfixée programmée, et simultanément on opère une adaptation des caractéristiques du jet de plasma pendant la durée de découpe du ou desdits motifs de manière à maintenir la torche (TC) à une distance sensiblement constante de la pièce (PT) à couper par : (a) modulation de l'énergie thermique (ET) apportée à la pièce de travail (PT) en fonction des variations de vitesse de coupe en ajustant l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant de coupe, (b) modulation de l'énergie cinétique (EC) du jet de plasma en fonction des variations de vitesse de coupe et/ou en fonction de l'ajustement de l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant, et (c) modulation de la tension (U) d'arc plasma en fonction de la variation de vitesse de coupe, de l'intensité moyenne (lm) ou l'intensité efficace (le) du courant de coupe et/ou du débit ou de la pression de gaz plasmagène.<Desc/Clms Page number 24>
- 18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que : - le ou les motifs de petites dimensions ou de formes complexes à découper constituent des évidements au sein de la tôle, - la vitesse de coupe réelle est maintenue inférieure, constante ou non, à la vitesse de coupe de consigne préprogrammée, pendant l'exécution complète de chaque évidemment, et - les paramètres d'intensité du courant de coupe (Ic), de pression du gaz de coupe (Pc) et de tension d'arc de référence (Uc) sont adaptés à la vitesse de coupe réelle.
- 19. Procédé selon l'une des revendications 17 ou 18, caractérisé en ce que le ou les motifs de petites dimensions ou de formes complexes à découper constituent des évidements au sein de la tôle, en particulier des trous circulaires, oblongs ou toute autre forme complexe, à axe de symétrie ou non, formant un ajour dans la tôle, ayant typiquement des dimensions de l'ordre de quelques mm à au plus quelques cm.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20120629 |