Sept types de tests de précision de positionnement des machines-outils à commande numérique
La précision de positionnement d'une machine-outil à commande numérique (CNC) désigne la précision de position que peut atteindre chaque axe de coordonnées de la machine sous le contrôle du système CNC. On peut également la définir comme la précision de mouvement de la machine. Les machines-outils conventionnelles fonctionnent par avance manuelle et leur précision de positionnement est principalement déterminée par les erreurs de lecture. En revanche, le mouvement d'une machine-outil à commande numérique est réalisé par des instructions de programme numérique ; par conséquent, sa précision de positionnement dépend du système CNC et des erreurs de transmission mécanique.
Une machine-outil à commande numérique (CNC) est une machine-outil automatisée équipée d'un système de commande par programme. Ce système traite logiquement les programmes contenant des codes de contrôle ou d'autres instructions symboliques, les décode et les représente par des nombres codés. Ces informations sont transmises à la machine CNC via un support de données. Après traitement, la machine CNC émet différents signaux de commande pour piloter ses mouvements et usiner automatiquement les pièces selon la forme et les dimensions requises par les plans.
Le déplacement de chaque pièce mobile de la machine-outil est assuré par la commande numérique (CNC). La précision de positionnement de chaque pièce, guidée par les instructions du programme, influe directement sur la précision des pièces usinées. C'est pourquoi la précision de positionnement est un critère de contrôle essentiel.
1. Test de précision du positionnement en mouvement linéaire
La précision du positionnement linéaire est généralement testée à vide sur la machine-outil et la table de travail. Conformément aux normes nationales et aux normes de l'Organisation internationale de normalisation (ISO), la mesure laser est la méthode de référence pour le contrôle des machines-outils à commande numérique. En l'absence d'un interféromètre laser, une règle graduée et un microscope de lecture optique peuvent être utilisés pour des mesures comparatives. Toutefois, la précision de l'instrument de mesure doit être supérieure d'un à deux ordres de grandeur à la précision mesurée.
Pour tenir compte de toutes les erreurs dans les opérations de positionnement multiples, la norme ISO spécifie que la moyenne et la dispersion de cinq mesures pour chaque point de positionnement sont calculées, formant ainsi la bande de dispersion du point de positionnement.
2. Tests de précision de positionnement et de répétabilité du mouvement linéaire
Les instruments utilisés pour les essais sont identiques à ceux utilisés pour tester la précision de positionnement. La méthode générale consiste à effectuer des mesures en trois points quelconques, proches du milieu et des extrémités de la course de chaque coordonnée. Chaque position est positionnée par déplacement rapide, et le positionnement est répété sept fois dans les mêmes conditions. Les valeurs aux points d'arrêt sont mesurées, et la différence maximale entre les lectures est calculée. La moitié de cette différence, positive ou négative, est considérée comme la précision de positionnement répétable de la coordonnée. Il s'agit de l'indicateur fondamental de la stabilité de la précision du mouvement d'un axe. 3. Détection de la précision du retour à l'origine du mouvement linéaire
La précision du retour à l'origine correspond essentiellement à la précision de répétabilité d'un point précis sur l'axe des coordonnées. Par conséquent, sa méthode de détection est exactement la même que celle utilisée pour la précision de répétabilité.
4. Détection d'erreur d'inversion de mouvement linéaire
L'erreur inverse de mouvement linéaire, également appelée perte de quantité de mouvement, reflète l'ensemble des erreurs, notamment la zone morte inverse des composants d'entraînement (tels que les servomoteurs, les servomoteurs hydrauliques et les moteurs pas à pas) dans la chaîne de transmission de l'axe de coordonnées, le jeu des différents accouplements mécaniques et la déformation élastique. Plus l'erreur est importante, plus la précision et la répétabilité du positionnement sont faibles.
La méthode de détection d'erreur d'inversion consiste à déplacer l'axe de coordonnées d'une certaine distance dans le sens direct ou inverse de sa course, en utilisant cette position d'arrêt comme référence. Ensuite, une commande de déplacement est appliquée dans le même sens, provoquant un déplacement d'une certaine distance. Puis, le même déplacement est effectué dans le sens inverse. La différence entre la position d'arrêt et la position de référence est mesurée. Plusieurs mesures sont réalisées (généralement sept) à trois positions proches du milieu et des extrémités de la course. La valeur moyenne est calculée pour chaque position, et la valeur maximale parmi ces moyennes correspond à l'erreur d'inversion.
5. Tests de précision de positionnement des tables rotatives
Les outils de mesure comprennent des plateaux tournants standard, des polyèdres angulaires, des réseaux circulaires et des collimateurs, qui peuvent être sélectionnés en fonction des circonstances. La méthode de mesure consiste à faire tourner le plateau vers l'avant (ou vers l'arrière) d'un angle précis, à l'arrêter, le verrouiller et le positionner. En utilisant cette position comme référence, le plateau est ensuite rapidement tourné dans le même sens, avec verrouillage et positionnement tous les 30 degrés, et la mesure est effectuée. Une rotation complète est mesurée dans les deux sens. L'écart maximal entre l'angle de rotation réel à chaque position et la valeur théorique (valeur de consigne) correspond à l'erreur d'indexage. Pour les plateaux tournants à commande numérique (CNC), chaque intervalle de 30 degrés constitue une position cible. Pour chaque position cible, un positionnement rapide est effectué 7 fois dans les deux sens. La différence entre la position réelle et la position cible correspond à l'écart de position. L'écart de position moyen et l'écart type sont ensuite calculés selon la méthode spécifiée dans la norme GB10931-89 « Méthode d'évaluation de la précision de position des machines-outils à commande numérique ». La différence entre la somme maximale de tous les écarts moyens de position et des écarts types et la somme de toutes les sommes minimales des écarts moyens de position et des écarts types représente l'erreur de précision de positionnement de la table rotative CNC.
Compte tenu des exigences pratiques des transformateurs secs, les mesures clés sont généralement effectuées aux points de division à angle droit, tels que 0°, 90°, 180° et 270°. La précision de ces points doit être supérieure d'un degré à celle des autres positions angulaires.
6. Test de précision de répétabilité de la table rotative
La méthode de mesure consiste à sélectionner aléatoirement trois positions sur une rotation complète de la table rotative et à répéter le positionnement trois fois, en effectuant le test dans les deux sens de rotation. La différence maximale entre toutes les mesures et la valeur théorique pour la position correspondante correspond à la précision de répétabilité. Pour les tables rotatives à commande numérique (CNC), un point de mesure doit être sélectionné tous les 30° comme position cible. Pour chaque position cible, un positionnement rapide est effectué cinq fois dans les deux sens de rotation. La différence entre la position réellement atteinte et la position cible est mesurée, c'est-à-dire l'écart de position. L'écart type est ensuite calculé selon la méthode spécifiée dans la norme GB10931-89. Six fois l'écart type maximal parmi tous les points de mesure correspond à la précision de répétabilité de la table rotative à commande numérique.
7. Test de précision de retour à l'origine de la table rotative
La méthode de mesure consiste à effectuer un test de retour à l'origine à sept positions arbitraires, à déterminer la position d'arrêt et à utiliser la différence maximale comme précision du retour à l'origine.
Il convient de noter que les tests de précision de positionnement actuels sont réalisés dans des conditions de positionnement à haute vitesse. Pour certaines machines-outils à commande numérique (CNC) dotées de systèmes d'avance moins performants, la précision de positionnement variera selon la vitesse d'avance utilisée. De plus, les résultats de mesure de la précision de positionnement sont influencés par la température ambiante et l'état de fonctionnement de l'axe de coordonnées. Actuellement, la plupart des machines-outils CNC utilisent des systèmes semi-fermés, et les capteurs de position sont généralement montés sur le moteur d'entraînement. Une erreur de 0,01 à 0,02 mm sur une course de 1 m n'est pas surprenante. Cette erreur est due à la dilatation thermique ; certaines machines-outils utilisent des méthodes de précontrainte pour en réduire l'influence.
La précision de répétabilité de chaque axe de coordonnées est l'indicateur de précision fondamental reflétant la stabilité de son mouvement. Il est inconcevable d'utiliser une machine-outil de faible précision en production. Actuellement, grâce aux fonctionnalités croissantes des systèmes CNC, les erreurs systématiques de précision de mouvement de chaque composant, telles que l'erreur d'accumulation de pas et l'erreur de jeu, peuvent être compensées. Cependant, les erreurs aléatoires sont incompressibles. La précision de répétabilité reflète l'erreur aléatoire globale du mécanisme d'entraînement d'avance, erreur que le système CNC ne peut corriger. Lorsqu'elle dépasse les tolérances, un réglage fin de la chaîne de transmission d'avance est nécessaire. Par conséquent, si le choix d'une machine-outil est possible, il convient d'opter pour une machine à haute précision de répétabilité.