Commande numérique informatisée – Qu’est-ce que la CNC ?

Les commandes numériques, également dénommées commandes NC, sont des dispositifs de commande ciblée des machines. Elles convertissent les données codées fournies à la commande contrôle NC sur un support de données en commandes de contrôle correspondantes et en séquences de travail et de mouvement résultantes. L’introduction de l’ordinateur a ouvert de nouvelles possibilités pour améliorer les commandes NC et pour les faire progresser en intégrant l’ordinateur aux commandes CNC. Ces deux systèmes sont examinés plus en détail dans cet article. Il aborde en outre la commande PLC, qui est également une approche de contrôle des machines et des équipements industriels et est souvent utilisée en combinaison avec les commandes (C)NC.

Comment fonctionne une commande NC ?

Les premières commandes NC ont été réalisées dans les années 1970 en installant des composants câblés. Il existait une solution personnalisée pour chaque application. La commande NC lit les commandes du contrôle, qui sont précédemment saisies en tant que code à l’aide d’un support de données, la commande convertit ensuite ces commandes de contrôle en séquences de travail ou de mouvement. L’adaptation à divers produits est relativement facile dans le cadre des capacités de la machine et des paramètres disponibles, c’est pourquoi les commandes NC sont principalement utilisées dans les machines-outils.

L’inconvénient des commandes NC est qu’elles sont limitées en termes de capacité de mémoire et de commandes de contrôle utilisables. Par conséquent, les commandes NC pures ne sont presque plus utilisées. Elles sont plutôt utilisées avec des ordinateurs dans les commandes CNC.

Structure du programme

La norme DIN 66025 définit la structure de programme suivante pour une commande NC :

• La première ligne commence par un caractère % suivi du nom du programme.
• Les lignes supplémentaires commencent par N et un nombre consécutif, idéalement par incréments de dix.
• Le deuxième paramètre est une commande initiée par la lettre G.
• Les informations de chemin sont ensuite fournies en spécifiant des valeurs pour X, Y, Z, U, V et W. Si un mouvement circulaire doit se produire, on ajoute les valeurs I, J et K.
• Les autres options sont : Fonctions T pour la sélection de l’outil, fonctions S pour la vitesse de broche et fonctions F ou M pour l’avance.
• Il y a toujours une fonction M à la fin du programme. Cela réinitialise le programme.

Exemple :

%MSM

N10 G00 T32

N20 G01 X-10 Y0 Z-10

N30 M20

Il est important de remarquer que les commandes restent actives jusqu’à leur remplacement par de nouvelles commandes :

Par exemple, si vous saisissez des coordonnées pour les axes X, Y et Z sur la ligne 2 et si cet alignement reste également le même à l’avenir, il n’est pas nécessaire de le répéter dans les lignes suivantes. La nouvelle coordonnée n’est saisie que lorsque l’on modifie l’orientation enregistrée.

Avancement vers la commande CNC

Grâce à l’intégration des ordinateurs, il est possible de les utiliser pour contrôler directement les machines. Les commandes CNC offrent une flexibilité nettement supérieure à celle des commandes NC seules. Les logiciels de CAO ou de FAO peuvent facilement adapter les paramètres de traitement sans avoir à changer le matériel de l’unité de contrôle elle-même.

Principes de la commande CNC

Un programme est exécuté via un ordinateur ou un microcontrôleur pour la commande CNC. Les signaux souhaités sont ensuite envoyés via un circuit électrique au système de commande de la machine et mis en œuvre à cet endroit. Généralement, une commande CNC possède les composantes suivantes :

• Système d’entraînement : Composé de moteurs et d’électroniques de commande. Le système d’entraînement sert au mouvement des axes CNC. Moteurs pas-à-pas, servomoteurs, etc. Les entraînements sont utilisés.
• Mémoire : La mémoire contient le code G (programme de commande) et d’autres informations pour faire fonctionner la machine CNC.
• CPU : L’unité centrale de traitement traite les commandes et contrôle les mouvements et les fonctions.
• Interface d’entrée et de sortie : Les interfaces permettent la communication entre la commande CNC et les capteurs et d’autres dispositifs ou systèmes.
• Panneau de commande : Le panneau de commande est l’interface homme-machine. Il permet à l’utilisateur de définir des paramètres, de surveiller le processus ou d’exécuter des programmes.

Lors de la mise en œuvre physique des commandes aux machines, divers composants sont utilisés tels que les entraînements à vis à billes, les actionneurs, etc. les guides linéaires, les moteurs, les codeurs et les porte-outils. MISUMI en propose une large variété de versions.

Types de commandes CNC

Les concepts de commande peuvent être divisés en contrôlée par point, contrôlée par piste et contrôlée par chemin.

Contrôlée par point désigne la commande d’un point spécifique ou d’un positionnement de machine individuel, par exemple pour le perçage ou le poinçonnage. L’outil est déplacé exactement vers une position de pièce à usiner, où l’outil commence ensuite le traitement. Le positionnement se fait point à point. Une influence flexible sur, par exemple, la vitesse de déplacement vers la nouvelle position elle-même n’est pas possible.

Contrairement à la commande de point, les commandes par piste permettent la commande d’un axe à la fois en termes de vitesse et de position. Cela signifie que les distances axiales ou paraxiales peuvent également être parcourues. Les mouvements sont limités à gauche, à droite, à l’avant ou à l’arrière.

Contrôlée par le chemin signifie que la machine déplace plusieurs axes simultanément afin de suivre une trajectoire avec l’outil. Le contrôle de l’avancée est généralement utilisé pour le contrôle du chemin. En fonction du système, les chemins peuvent être toutes les lignes droites s’exécutant n’importe où dans l’espace ou les courbes et les cercles.

Une autre option de différenciation est le nombre d’axes contrôlés. Les variantes possibles ici sont le contrôle de 3, 4 ou 5 axes. Plus la pièce à usiner à traiter est complexe, plus les axes sont utilisés. Fondamentalement, l’axe X, l’axe Y et l’axe Z sont toujours contrôlés. Les axes rotatifs peuvent toujours être ajoutés comme quatrième et cinquième axes. Cinq axes permettent le traitement de formes spatiales complexes.

Avantages et inconvénients de la commande CNC

Les commandes CNC sont très précises et permettent de réaliser des processus de fabrication complexes. Elles permettent une production de masse et réduisent le travail humain. Cependant, une quantité plus importante de personnel plus qualifié est nécessaire. Les coûts d’acquisition élevés entraînent également des dépenses initiales élevées. Cependant, ces derniers peuvent être rapidement compensés par l’optimisation des processus à long terme et l’augmentation des chiffres de production.

PLC - Le contrôleur logique programmable

Le PLC est une autre approche du contrôle des machines et des systèmes industriels. Cependant, les contrôleurs programmables ne sont pas seulement utilisés pour contrôler les mouvements, mais ils sont principalement utilisés pour surveiller et contrôler les processus industriels. Ils effectuent des opérations logiques complexes et contrôlent les entrées et sorties numériques et analogiques.

La conception minimale d’un contrôleur PLC consiste toujours en une unité d’entrée, une unité de traitement et une unité de sortie, ce que l’on appelle le principe EVA. De plus, il comprend des indicateurs d’état, un support de stockage et une alimentation électrique. Par conséquent, les composants sont similaires à ceux d’une commande CNC. Les entrées telles que les capteurs et les scanners communiquent avec les sorties telles que les moteurs et les lumières via un CPU. Les fonctions peuvent être réalisées via divers modules. À ces fins, on utilise des modules dits logiques.

Mode de fonctionnement et fonctions logiques d’un PLC

Le PLC exécute fondamentalement les fonctions suivantes : collecte de données, traitement de données, prise de décision et contrôle de l’actionneur. Par exemple, les données sont obtenues à partir de capteurs qui surveillent l’état du système pendant la collecte des données.

Les paramètres peuvent être : température, informations de position, pression, etc. Ces données constituent la base des prochaines étapes : La température ambiante est-elle trop élevée ? Une chute de pression s’est-elle produite ?

Le traitement des données compare ensuite les valeurs ou effectue des opérations logiques pour décider en fin de compte quelles actions doivent être effectuées. La décision prise, par exemple la modification des paramètres de la machine, est désormais mise en œuvre en actionnant les actionneurs. Le PLC envoie des signaux de commande aux actionneurs (par ex. moteurs, vannes, etc.), qui mettent ensuite en œuvre l’action souhaitée.

Les fonctions logiques utilisées pour relier les entrées peuvent être les suivantes :

• Fonctionnement « ET » : Si les deux valeurs d’entrée sont vraies, « vrai » est signalé et la fonction est exécutée. Exemple : une porte doit être automatiquement sécurisée par une alarme de sécurité active après sa fermeture. La fonction d’alarme ne peut être activée que si la porte est verrouillée et que l’alarme de sécurité est activée.
• Fonctionnement « OU » : Il signale « vrai » si au moins une valeur d’entrée est vraie. Exemple : J’ai une porte qui peut être ouverte avec une carte-clé ou un code PIN. Les deux options ouvrent la porte.
• Le fonctionnement « X OU » : désigne « Exclusif OU » (uniquement OU). Il signale « vrai » lorsqu’une seule valeur d’entrée est vraie. Il permet de comparer plusieurs entrées. Exemple : Commutation avant exécution/retour d’un treuil à câble avec deux boutons. Si aucun bouton n’est enfoncé, il n’y a pas de signal (moteur éteint). Si vous appuyez sur le bouton de pré-exécution ou de retour, le signal de pré-exécution ou de retour est transmis. Si les deux boutons sont enfoncés, il n’y a pas de signal (moteur désactivé).
• Fonctionnement « NON » : Inverse la valeur d’entrée. Exemple : Le système d’alarme d’une porte ne doit être actif que si la porte est fermée.

La liaison logique des variables d’entrée et de sortie est indiquée dans un plan de fonction : Ici, toutes les entrées et sorties, les blocs fonctionnels ainsi que les connexions et les directions sont visualisés dans un type de schéma de circuit. Le plan fonctionnel prend en charge la conception, la mise en œuvre et l’analyse des systèmes de contrôle PLC.

Avantages et applications possibles du contrôle PLC

De nombreuses applications industrielles peuvent bénéficier de l’utilisation d’un contrôle PLC. Dans l’automatisation, ils servent à contrôler les machines, automatiser les lignes de production et augmenter l’efficacité. Ils sont également idéaux pour le contrôle des processus en raison des fonctions logiques qui peuvent être reliées selon les besoins.

Les avantages du contrôle PLC comprennent :

• les modifications et corrections sont faciles à effectuer sans modifications
• les erreurs peuvent être rapidement corrigées, en effet, le circuit peut être testé directement sur le dispositif de programmation
• les courbes de signal peuvent être observées

interaction de différents modes de contrôle

Pour des exemples d’application plus complexes, les commandes PLC et (C)NC peuvent être utilisées ensemble, par exemple pour effectuer les tâches suivantes :

• échange de données et communication
• Contrôle parent
• Sécurité et surveillance

Les contrôleurs PLC sont, par exemple, très flexibles et peuvent être facilement adaptés. Les commandes CNC garantissent à leur tour un haut degré de précision et sont optimisées pour des tâches de traitement spécifiques. Ensemble, un système précis et simultanément flexible est créé pour diverses applications industrielles. La combinaison du contrôle des processus (PLC) et des machines (CNC) crée une coordination transparente pour une fabrication efficace.

Exemple d’application

Les commandes NC et PLC peuvent être utilisées, par exemple, pour réguler la température. Par exemple, une bande bimétallique peut être connectée à un PLC et à une chaudière. Lorsque la température correcte est atteinte, le circuit se ferme et l’API reçoit le signal indiquant que la chaudière peut être éteinte. Si la température chute, la chaudière se rallume de la même manière.