Avec les progrès constants de l'intelligence dans le secteur manufacturier, les machines-outils à commande numérique (CNC), équipements essentiels de la production moderne, sont confrontées à des exigences de plus en plus strictes en matière d'automatisation et de précision d'usinage.
Le système porte-outil, composant essentiel des machines-outils à commande numérique, a un impact direct sur l'efficacité d'usinage et la qualité du produit.
Une étude approfondie des mécanismes de fonctionnement des porte-outils revêt une importance considérable pour l'amélioration des normes de maintenance des équipements.
Structure du porte-outil et commande électrique externe
Le porte-outil de tour est le mécanisme de changement automatique d'outil sur un tour, et constitue un composant essentiel.
Il permet de monter différents outils de coupe, et sa structure influe directement sur les performances de coupe et l'efficacité opérationnelle de la machine-outil.
Il existe de nombreux types de porte-outils : des porte-outils simples utilisant des capteurs à effet Hall pour la détection de la position de l’outil, des porte-outils automatiques avec des codeurs de position permettant un changement d’outil bidirectionnel et des porte-outils motorisés capables d’entraîner les outils.
La commande de rotation utilise soit des moteurs à courant alternatif standard , soit des servomoteurs, avec différents modèles de tourelles porte-outils.
En règle générale, le contrôle du changement d'outil nécessite des fonctions telles que l'identification de la position actuelle de l'outil et sa comparaison avec la position cible.
Les tourelles porte-outils courantes des machines CNC se répartissent en deux grandes catégories : les tourelles verticales et les tourelles horizontales, comme illustré sur les figures 1 et 2.
Le porte-outil à tourelle est une configuration de porte-outil largement adoptée qui permet un changement d'outil automatique sur les machines-outils grâce à la rotation, l'indexation et le positionnement de la tourelle.
Comprenant le corps du porte-outil, la tourelle porte-outils (4 stations), le mécanisme de positionnement (engrenage d'extrémité/capteur à effet Hall), le moteur (standard ou servo) et la transmission par vis sans fin, il effectue les changements d'outils grâce à la commande PMC de la rotation du moteur, de la réduction par vis sans fin, de l'indexation de la tourelle et du verrouillage de la goupille de positionnement.
Contrôle électrique
Le porte-outil simplifié à quatre faces utilise un système de commande de moteur à courant alternatif triphasé .
En régulant la rotation avant et arrière du moteur conjointement à la structure mécanique, il assure les fonctions de rotation avant, de rotation arrière, de positionnement et de verrouillage.
Les opérateurs contrôlent le sens de rotation et l'arrêt du moteur en commutant la logique du circuit, ce qui modifie activement la séquence de phases de l'alimentation électrique de l'enroulement du stator.
Cette modification inverse le champ magnétique rotatif, permettant ainsi au moteur de tourner dans un sens ou dans l'autre.
Les opérateurs arrêtent le moteur en coupant l'alimentation électrique ou en interrompant le circuit.
L'approche la plus classique consiste à utiliser un circuit de verrouillage avec contacteurs et boutons-poussoirs, ce qui empêche la mise sous tension simultanée des contacteurs avant et arrière pouvant provoquer un court-circuit.
Le circuit se compose principalement d'un circuit principal et d'un circuit de commande.
Le circuit principal se connecte directement à l'alimentation triphasée (L1, L2, L3 ) et au moteur ( M ).
Ses composants principaux sont deux contacteurs AC , KM1 et KM2 , dont les contacts principaux contrôlent la séquence de phases de l'alimentation électrique du moteur.
Le circuit de commande comprend des relais à bouton-poussoir équivalents ( Y2.2 pour la rotation avant, Y2.3 pour la rotation arrière) et des bobines de relais ( KA1, KA2 ), le noyau étant la logique d'interverrouillage.
Ce verrouillage logique est ajouté au sein du programme PMC.
Le circuit matériel de commande électrique, comprenant le circuit principal et la boucle de commande du porte-outil à quatre voies, est illustré à la figure 3.
Flux de travail du changeur d'outils quadruple
Le flux de travail du changeur d'outils quadruple fonctionne en saisissant les commandes de sélection d'outils T1-T4 sur le panneau de commande de la machine CNC.
La CNC transmet ensuite le numéro d'outil ( code T ) au PMC pour réception et traitement.
Dès réception du signal de sélection d'outil, le PMC contrôle la rotation avant/arrière du moteur pour entraîner la tourelle porte-outils.
La tourelle sélectionne l'outil le plus proche. Pendant sa rotation, elle reçoit des données de position de capteurs à effet Hall ou d'encodeurs pour un positionnement précis.
L'inversion du moteur verrouille mécaniquement le disque denté d'extrémité, et enfin, un signal de fin de sélection d'outil est renvoyé à la CNC.
Lors des changements d'outils manuels, appuyer sur le bouton de changement d'outil permet une sélection séquentielle des outils dans le même sens de rotation.
Lorsque la tourelle porte-outils change d'outil, le programme PMC gère généralement des processus tels que l'identification du numéro d'outil à la position de travail actuelle et la détermination de la validité de ce numéro d'outil dans la plage de changement.
Le PMC contrôle la rotation du moteur de la tourelle porte-outils pour gérer la sélection des outils.
Programmes de changeur d'outils manuel et automatique (PMC)
Allocation manuelle et automatique des adresses de programme, comme indiqué dans le tableau 1.
Conditions d'exécution du changement automatique d'outils
La figure 4 illustre la connexion du signal de sélection d'outil. Lorsque la machine CNC reçoit la commande T, elle active R119.0.
La machine CNC transmet le signal F au PMC.
F7.3 est le signal d'accusé de réception envoyé par le système CNC au PMC après réception de la commande T , tandis que F1.3 est le signal d'accusé de réception d'inhibition de l'axe d'avance.
La figure 5 montre le programme de codage des numéros d'outils T, et le tableau 2 présente le tableau de codage des numéros d'outils.
La figure 6 transfère les quatre bits de poids faible de l'emplacement mémoire R120 au registre K.
Ce transfert facilite la détermination du code d'outil.
Lorsque le numéro d'outil requis est saisi via le panneau de la machine CNC, le système CNC génère le code binaire correspondant dans F26.
L' instruction COIN compare l'unité de mémoire K avec le signal du code d'outil.
Lorsque les données de K9 correspondent aux données de F26 , le système génère un signal de sortie, ferme le relais intermédiaire et termine l'identification de l'outil.
De même, le système peut gérer les messages d'erreur lorsque les opérateurs saisissent des commandes illégales ou entrent TO.
Des explications détaillées des instructions de fonctionnement sont disponibles dans la documentation FANUC correspondante.
Méthode de mise en œuvre de la sélection manuelle et automatique des outils
(a) Se déplacer vers la position d'outil suivante.
- Étape 1 : X0.2 conduit le Y2.3 Le moteur du porte-outil tourne vers l'avant.
- Étape 2 : Localisez la position de l'outil suivant dans le temps imparti.
- Étape 3 : Après Y2.3=0 Après un temps tampon spécifié, inversez le sens de rotation du moteur.
- Étape 4 : Après Y2.2 inverse et rétracte pendant la durée spécifiée, Y2.2 déconnexions.
Programmez la rotation du moteur du porte-outil, définissez les conditions de connexion et les signaux d'arrêt pour activer les fonctions avant/arrière et d'arrêt.
Le circuit marche avant/arrière/arrêt représente un circuit de commande typique, nous n'entrerons donc pas dans les détails ici.
(b) Sélection manuelle des outils.
Les opérateurs doivent effectuer la sélection manuelle des outils en mode manuel. Lors de la programmation, ils doivent configurer la machine en mode de sélection manuelle.
La différence réside dans l'étape 2 : ne définissez pas de délai d'inversion tant que X0.2 n'est pas déconnecté. Toutes les autres étapes restent inchangées.
(c) Sélection automatique des outils.
La différence réside dans l'étape 1 : R119.0=1 lance le démarrage.
Enfin, ajoutez une fonction auxiliaire pour compléter le signal G4.3 , en définissant G4.3=1 , comme indiqué sur la figure 7.
Le programme de changement d'outils repose sur une logique rigoureuse, prenant en compte à la fois la mise en œuvre fonctionnelle et les exceptions potentielles.
Ces scénarios incluent notamment les défaillances de délai d'attente de sélection d'outil dues à des dommages aux capteurs, la saisie de codes invalides, les erreurs de sélection de mode et les blocages de moteur.
Tous ces cas nécessitent un traitement approfondi dans le cadre du programme PMC.
Le PMC de la machine-outil CNC sert de « pont » reliant le système de commande numérique ( CN ) aux actionneurs de la machine-outil.
Il gère l'échange de signaux de commande logiques et utilise la gestion, constituant le composant central permettant l'usinage automatisé dans les machines-outils CNC.
Pour le programme complet, reportez-vous au programme intégré de la machine-outil. Ce document explique uniquement les principes d'application.
Conclusion
Grâce à une solide compréhension des principes de fonctionnement des systèmes PMC des machines-outils à commande numérique , l'utilisation des capacités de diagnostic du système FANUC peut réduire considérablement le temps nécessaire au personnel de maintenance pour résoudre les pannes.
En interrogeant les états des entrées / sorties, les opérateurs peuvent rapidement identifier et résoudre les pannes, améliorant ainsi l'efficacité de la maintenance et de la gestion des équipements.
De plus, les ingénieurs peuvent effectuer des développements fonctionnels selon les besoins, en se concentrant sur des mises à niveau basées sur PMC telles que des modifications de la logique haute tension pour les machines-outils, des commandes de protection de sécurité, la gestion de l'état des machines-outils et des fonctions auxiliaires personnalisées.
QFP
Quel est le rôle d'un porte-outil dans les machines-outils à commande numérique (CNC) ?
Le porte-outil est un composant essentiel qui permet de fixer les outils de coupe sur une machine CNC. Il influe directement sur l'efficacité d'usinage, les performances de coupe et la qualité des produits. Les porte-outils de pointe, notamment les modèles motorisés et automatiques, permettent un positionnement précis de l'outil et des changements d'outils bidirectionnels ou par tourelle.
Quelles sont les différences entre les porte-outils à tourelle verticale et horizontale sur les tours CNC ?
Les tourelles verticales et horizontales sont les deux principales configurations de porte-outils pour machines-outils à commande numérique. Les tourelles verticales font pivoter les outils autour d'un axe vertical, optimisant ainsi l'espace et l'accès à l'outil, tandis que les tourelles horizontales pivotent autour d'un axe horizontal, améliorant la stabilité et la répartition des efforts d'usinage pour les opérations intensives.
Comment le système PMC contrôle-t-il l'outil de changement sur les machines CNC ?
Le contrôleur de machine programmable (PMC) assure la liaison entre le système CNC et les actionneurs de la machine. Il reçoit les commandes de sélection d'outil, contrôle la rotation du moteur pour l'indexage de la tourelle, surveille la position via des capteurs à effet Hall ou des codeurs, et garantit le verrouillage correct de l'outil. Le système gère également les erreurs et les changements d'outils manuels.
Quelles sont les principales méthodes de commande électrique d'un porte-outil CNC à quatre faces ?
Un porte-outil à quatre faces utilise généralement un moteur triphasé à courant alternatif commandé par une logique de marche avant/arrière. Des circuits de verrouillage empêchent l'alimentation simultanée des contacteurs de marche avant et arrière, garantissant ainsi un fonctionnement sûr. Les circuits de commande gèrent les entrées des boutons-poussoirs et les signaux des relais pour automatiser la rotation, le positionnement et le verrouillage de l'outil.
Comment les processus de sélection d'outils manuels et automatiques sont-ils mis en œuvre sur les tours CNC ?
La sélection manuelle des outils s'effectue en mode manuel, l'opérateur déplaçant la tourelle jusqu'à la position souhaitée. La sélection automatique utilise la logique PMC : les commandes d'outil provenant du panneau CNC déclenchent la rotation du moteur, l'indexation de la tourelle et le verrouillage de l'outil. Des signaux auxiliaires confirment la fin du changement d'outil et garantissent un positionnement précis.
Comment la compréhension des opérations PMC permet-elle d'améliorer la maintenance et les mises à niveau des machines CNC ?
Une solide compréhension de la logique PMC et des états d'E/S permet au personnel de maintenance de diagnostiquer et de résoudre rapidement les pannes. Ces connaissances permettent également des mises à niveau fonctionnelles, notamment des ajustements de la logique haute tension, des dispositifs de sécurité et des fonctions auxiliaires personnalisées, améliorant ainsi les performances, la fiabilité et l'efficacité opérationnelle de la machine.
Solomon Yang est un professionnel du secteur manufacturier possédant une vaste expérience dans la fabrication de composants électroniques, mécaniques et industriels. Ayant occupé divers postes au sein d'entreprises manufacturières américaines et taïwanaises, il a acquis une connaissance approfondie des processus de fabrication, de la gestion de la production, du contrôle de la qualité et des opérations de la chaîne d'approvisionnement mondiale.
Fort d'une expertise en développement commercial, opérations de vente, commerce international, gestion de la relation client et accompagnement de projets d'ingénierie, Solomon allie savoir-faire technique et stratégie commerciale pour proposer des solutions de fabrication innovantes et rentables. Passionné par les technologies de pointe en matière de fabrication, l'amélioration des processus et le développement professionnel continu, il s'engage pleinement à créer de la valeur pour ses clients et partenaires à travers le monde.
