old plane rotating

LA CHAINE CFAO

Cette page a pour but de présenter succinctement ce que peut être une chaîne CFAO complète.

La connaissance de ce que peut être une chaîne CFAO complète est indispensable avant de se lancer dans la construction d'une machine CN car ce type de machine est très dépendant de son environnement logiciel.

Cette chaîne permet de transformer un plan numérique (la représentation de la pièce à usiner en dessin technique sur ordinateur) en une pièce réelle. Dans sa version la plus générale elle peut être représentée de la façon suivante :

 

schéma CFAO

 

Plan de la pièce à usiner :

Il peut être uniquement constitué de profils en 2D situés à des altitudes différentes. Cette façon de faire permet de travailler en 2 axes et demi (fabrication de pièces prismatiques). Il peut être aussi constitué de surfaces et volumes en 3D. C'est alors un modèle volumique. Avec ce type de fichier on peut modéliser des pièces qui seront usinées en 3 axes simultanés (usinage 3D ou usinage 3 axes simultanés).

Les formats les plus courants sont le DXF pour le 2D et les formats STL, IGES et STEP pour les formats 3D. Ces trois derniers formats sont des formats dit "neutres" car standardisés et destinés à faciliter les échanges entre logiciels. De nombreux autres formats existent car chaque logiciel de DAO ou CAO possède son propre format propriétaire.

Les plans de la pièce à usiner sont donc produits par un logiciel de DAO/CAO (Dessin Assisté par Ordinateur / Conception Assistée par Ordinateur). Il existe une multitude de logiciels permettant d'obtenir des plans en 2D (largement suffisant pour des pièces prismatiques). Un bon nombre d'entre eux est décliné en version "light" à prix raisonnable voire gratuit.

J'estime important de travailler avec un logiciel qui génère (ou peut exporter) un format standard. Cela permet d'échanger des fichiers et de gagner un temps précieux dans de nombreuses situations.

 

Logiciel de FAO :

C'est le logiciel qui se sert de la représentation numérique de la pièce pour créer des trajectoires d'usinage adaptées à ce que l'on souhaite faire. Il est faux de croire que ce logiciel peut être complètement automatique. Le choix du type de trajectoire à utiliser en fonction de l'entité choisie (profil, poche, trou ou autre...) doit être fait par l'utilisateur.

Tous les logiciels ne proposent pas les mêmes stratégies d'usinage. Certains sont très automatisés et les choix restant à faire sont très peu nombreux. Le temps gagné est conséquent mais les possibilités restent restreintes. C'est le cas du logiciel CNFraise (mis au point par Guillaume COQUERY dans le cadre de l'utilisation de machines CN amateur). Il est quasi exclusivement destiné au détourage et est très optimisé en ce sens. Il ne pourra pas être mis à contribution pour faire de l'usinage en 3 axes simultanés.  D'autres logiciels sont plus complets en termes de stratégies d'usinage et permettent de mieux maîtriser le travail de la machine. Le logiciel NINOS de Jean-Noël CARLIER en est un exemple. Il constitue un choix intermédiaire intéressant entre les logiciels de détourage simple comme CNFraise et les logiciels de FAO du domaine industriel.

Ces logiciels génèrent des fichiers contenant les trajectoires d'usinage et les fonctions annexes (mise en route de la broche, changement d'outil...). Différents formats sont possibles. Certains formats sont neutres et permettent de transférer ces programmes sans perte d'un logiciel à un autre. Ces formats neutres sont cependant assez basiques et les ordres complexes sont décomposés en une succession d'ordres simples. C'est ce cas que nous allons traiter.

 

Trajectoires en format neutre :

Ce sont des trajectoires d'outil qui sont exprimées dans un repère lié à la pièce à usiner. Ces trajectoires ne tiennent compte ni de la cinématique de la machine ni de la position de la pièce sur le plateau de la machine. Elles ne sont plus modifiables dans la plupart des cas, seul un programmeur expérimenté peut modifier à ce niveau de la chaîne car chaque ligne de programme comporte des informations sur les trajectoires mais aussi sur l'attitude de la machine en tout point de la trajectoire. Pour exprimer ces trajectoires dans un repère lié à la machine et dans un langage compréhensible par la commande numérique on utilise un post-processeur. Les formats neutres les plus courants sont le APT et le CLFILE.

 

Post-Processeur :

C'est un petit programme utilitaire qui transforme les trajectoires en format neutre en trajectoires en repère "machine". Il ne faut pourtant pas croire que c'est un simple traducteur. Il tient compte de la cinématique de la machine, de ses courses et des ses capacités. Il signale les erreurs et exprime les trajectoires dans le langage spécifique à la machine. Chaque machine possède donc son propre post-processeur.

 

Trajectoires en format "machine" :

Trajectoires exprimées dans un langage décryptable par la commande numérique. Le langage de programmation le plus courant est le langage ISO (souvent nommé G-code ou M-code). Il n'est malheureusement pas neutre et dépend fortement de la machine sur laquelle on travaille. Seules les fonctions de base du langage ISO sont communes à toutes les machines qui l'utilisent (et encore...). Ces fonctions sont les lignes droites, les arcs de cercle, quelques fonctions annexes. Ces trajectoires sont modifiables dans la plupart des cas car le langage de programmation est généralement simple et compact. Le langage ISO comporte deux types d'ordre : les ordres "G" et les ordres "M". Les ordres "G" (comme GO) ont un rapport avec la trajectoire à suivre (avancer, tourner, percer de telle ou telle manière, décaler la trajectoire à droite ou à gauche en fonction du diamètre de la fraise), les ordres "M" s'occupent de tout ce qui n'a pas de rapport direct avec les mouvements de la machine (état de la broche, changement d'outil, fonctions pré-câblées, arrêt du programme...).

On peut décomposer les ordres en deux autres types : les ordres instantanés et les ordres modaux. Un ordre instantané n'est valable que lors de sa lecture, un ordre modal est valable tant qu'on ne l'a pas annulé.

Par exemple :

G81 (cycle de perçage simple) est un ordre modal, chaque ligne de programme suivante comportant une série de coordonnées sera considérée comme étant précédée de G81. Pour annuler le cycle de perçage on doit introduire G80 dans une ligne de programme (si possible seul).

 

Commande numérique :

Ensemble logiciel et matériel interprétant le programme en langage "machine" en mouvements des axes de la machine. La commande numérique est paramétrée en fonction de la machine qu'elle commande, chaque commande numérique est donc spécifique...

On ne parlera ici que de la partie logicielle de la commande numérique. C'est cette partie qui décrypte le programme et en déduit les mouvements ou suites de mouvements à faire. Chaque commande numérique possède son propre vocabulaire. Si on prend par exemple une fonction ISO telle que G151. Cette fonction peut ne pas exister dans le vocabulaire de la machine, peut entraîner un couplage d'axes afin de faire des trajectoires complexes, elle peut même devenir un simple appel de changement d'outil (normalement M6) si on l'a assignée comme telle.

Heureusement le langage ISO permet de travailler à partir d'un vocabulaire commun à beaucoup de machines. Toutes les fonctions essentielles sont normalisées et permettent à la machine de travailler. Seules les fonctions spécifiques à chaque machine sont différentes et sont donc à implémenter "à la demande" dans un post-processeur spécifique.

 

Les logiciels du domaine amateur :

Ce sont des logiciels simples et destinés à faire fonctionner des machines du type "amateur". Je cite les quatre logiciels que je trouve les plus sympathiques et complet avec la fonction pour laquelle je trouve qu'ils sont les plus adaptés.

 

Cahier des charges

La mécanique

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