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EP4133344A1 - Ensemble et procédé de formation d'opérateurs sur un dispositif d'usinage à commande numérique, ensemble de production comprenant un tel ensemble de formation - Google Patents

Ensemble et procédé de formation d'opérateurs sur un dispositif d'usinage à commande numérique, ensemble de production comprenant un tel ensemble de formation

Info

Publication number
EP4133344A1
EP4133344A1 EP21716449.0A EP21716449A EP4133344A1 EP 4133344 A1 EP4133344 A1 EP 4133344A1 EP 21716449 A EP21716449 A EP 21716449A EP 4133344 A1 EP4133344 A1 EP 4133344A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
machining
training
simulator
machine
tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21716449.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Cédric CHAISY
Franck COPIN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Areva NP SAS
Original Assignee
Framatome SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Framatome SA filed Critical Framatome SA
Publication of EP4133344A1 publication Critical patent/EP4133344A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G05B19/4069—Simulating machining process on screen
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B5/00—Electrically-operated educational appliances
    • G09B5/02—Electrically-operated educational appliances with visual presentation of the material to be studied, e.g. using film strip
    • G—PHYSICS
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    • G05B19/4155—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by programme execution, i.e. part programme or machine function execution, e.g. selection of a programme
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/36—Nc in input of data, input key till input tape
    • G05B2219/36063—During machining, compare simulated with detected profile, correct, modify program
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B2219/36—Nc in input of data, input key till input tape
    • G05B2219/36071—Simulate on screen, if operation value out of limits, edit program
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    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49123—Simulation of clamping workpiece, modeling fixture and workpiece

Definitions

  • TITLE Set and process for training operators on a numerically controlled machining device, production set including such a training set
  • the present invention relates generally to the training of operators on CNC machining devices.
  • a company must train its operators in the use of its fleet of CNC machining devices. These devices are, for example, lathes, milling machines, or machining centers.
  • the training to be provided is either basic training for operators who have never worked with company machines, or advanced training for operators who are already experienced.
  • Operators are typically trained first outside the company, in schools or training centers. Secondly, they are trained by experienced operators directly on the company's machining devices and on production parts.
  • Schools and training centers do not always train on the machining device models with which the company is equipped, or do not train in the working methods implemented in the company with the machining devices.
  • the invention aims to provide an approach for the training of operators which does not have the above shortcomings.
  • the invention relates according to a first aspect to an assembly for training operators on a numerically controlled machining device comprising a control panel and a numerically controlled machining machine with at least one axis having at least one axis. minus one frame, at least one manipulator and at least one machining tool capable of being manipulated by at least one manipulator member, the numerically controlled machining machine being controlled by the control console, the training assembly comprising:
  • a digital twin of the CNC machining machine comprising a simulator and an interface module connecting the training control console to the simulator, the interface module being configured to transmit commands generated by the simulator to the simulator. operator in training using the training control console, the simulator being configured to simulate the effect of the commands transmitted on the CNC machining machine;
  • - a display device configured so that an operator in training can visualize the current state of the simulator.
  • the operator in training manipulates a training control panel substantially identical to the control panel of the CNC machining device. He can familiarize himself with all the commands available from this console.
  • a digital twin comprising a simulator of the numerically controlled machining machine, and a device for displaying the current state of the simulator makes it possible to place the operator in training in an environment very close to his real working environment.
  • an interface module transmits commands generated by the operator in training using the training control panel to the simulator, the operator can see the effect of the commands on the machine. CNC machining.
  • this calculation means can be remote or local;
  • the training package may also have one or more of the characteristics below, considered individually or in any technically possible combination:
  • the assembly comprises at least one machining program that can be used by the numerically controlled machining machine to machine a part, the training digital control panel being configured so that the operator in training can generate the following commands:
  • the assembly comprises at least one digital model of a blank of the part to be machined, the simulator being configured to simulate the execution of said machining program by the numerically controlled machining machine on said blank using said model digital crude oil;
  • the digital training control panel is configured so that the operator in training can generate one or more of the following commands:
  • the simulator being configured to simulate the execution of said command by the numerically controlled machining machine;
  • the assembly comprises at least one digital model of a crude clamping tool, the training control panel being configured so that the operator in training can generate and transmit to the interface module the digital information necessary for setting place the stock and the stock clamping tools on the frame at a determined position, the simulator being configured to simulate the clamping of the stock on the frame at said determined position using the at least one digital model of the stock and the at least one digital model of the stock clamping tool;
  • the assembly comprises at least one digital model of the part to be machined in the final state, and a module configured to determine dimensions of the blank in progress and / or at the end of machining and to compare said dimensions with corresponding dimensions the digital model of the workpiece in the final state;
  • the set includes a module configured to detect:
  • the assembly comprises at least one digital model of the at least one machining tool, the simulator being configured to simulate the execution of said machining program by the numerically controlled machining machine using said digital model of the at least one machining tool;
  • the digital training control panel is configured so that the operator in training can generate at least one of the following commands:
  • the simulator (37) being configured to simulate the effect of said at least one command on the CNC machining machine;
  • the simulator is configured to simulate:
  • the invention relates to a method for training operators on a numerically controlled machining device comprising a control panel and a numerically controlled machining machine having at least one frame, at least one manipulator member. with at least one axis and at least one machining tool capable of being manipulated by the at least one manipulating member, the numerically controlled machining machine being controlled by the control console, the method comprising the following steps:
  • the training process may also have one or more of the characteristics below, considered individually or in any technically possible combination:
  • - Orders generated by the trainee operator and acquired at the acquisition stage include at least:
  • the method comprises a step of supplying a digital model of a blank of the part to be machined, the simulator in the simulation step simulating the execution of said at least one machining program by the machining machine to numerically controlling using said digital model of the workpiece blank; - the commands generated by the operator in training and acquired at the acquisition stage include at least one of the following commands:
  • the simulator in the simulation step simulating the clamping of the stock to the frame at said determined position using at least one digital model of the stock and at least one digital model of the stock clamping tool;
  • the method comprises a step of providing a digital model of the part to be machined in the final state, the simulation step comprising a sub-step of determining the dimensions of the blank in progress and / or at the end of machining and a sub-step of comparing said dimensions with corresponding dimensions of said digital model of the workpiece in the final state;
  • the method comprises a step of providing at least one digital model of the at least one machining tool, the simulator in the simulation step simulating the execution of said machining program by the machining machine to numerically controlled using said digital model of the at least one machining tool;
  • the orders generated by the operator in training and acquired at the acquisition stage include at least one of the following orders:
  • the simulation step includes one or more of the following operations:
  • the invention relates to a production assembly comprising:
  • a numerically controlled machining device comprising a control panel and a numerically controlled machining machine with at least one axis having at least one frame, at least one manipulator member and at least one machining tool capable of be manipulated by at least one manipulator, the numerically controlled machining machine being controlled by the control panel,
  • the digital twin being connected to the production control console of the CNC machining machine, so that the simulator simulates the effect of commands generated by an operator on the control console on the machining machine to digital control.
  • the training set is thus configured to allow connection of the simulator to the production control console of the machining machine.
  • the virtual machining machine simulates in real time the operations performed by the real machining machine.
  • Figure 1 is a schematic representation of a CNC machining device
  • FIG. 2 is a simplified schematic representation of an assembly for training operators on the numerically controlled machining device of FIG. 1, according to the invention.
  • the training set of the invention is intended to provide training for operators on a numerically controlled machining device 1 of the type shown in Figure 1.
  • This numerically controlled machining device 1 is for example a lathe, a milling machine, or a multifunction machining center making it possible to perform both turning and milling operations.
  • the CNC machining device 1 comprises a control panel 3 and a CNC machining machine 5 with at least one axis.
  • the numerically controlled machining machine 5 comprises several axes driven simultaneously, for example between 1 to 9 axes driven simultaneously.
  • the machining machine 5 comprises at least one frame 7, at least one manipulator 9 and at least one machining tool 11 capable of being manipulated by at least one manipulator 9.
  • the frame 7 comprises a fixed structure T and a movable plate 7 ”movable relative to the fixed structure T through at least one of the axes.
  • the 7 "movable plate is movable relative to the 7" fixed structure by means of a rotary axis and / or by means of one or more linear axes.
  • the or each manipulator member 9 comprises a tool holder 9 ’and has one or more axes 9 ′′ allowing the movement of the tool holder 9’ relative to the fixed structure 7 ′′.
  • the 9 ’tool holder is a spindle in the case of a milling machine, boring machine or multifunction machine, and a turret in the case of a lathe.
  • the 9 ”axes are rotary and / or linear axes.
  • the machining tool 11 is of any suitable type: milling cutter, grinding wheel, drill, reamer, insert turning tool.
  • the machining tool 11 is typically fixed in a removable manner on the manipulator member 9, more precisely on the tool holder 9 ′.
  • the machining machine 5 is equipped with several machining tools 11 which are different from each other. These machining tools 11 are each capable of being mounted on the manipulator member 9, replacing each other.
  • the machining machine 5 comprises a single manipulator member 9.
  • the machining machine 5 comprises several manipulator members 9, each capable of handling a machining tool. These different manipulators are likely to be used simultaneously.
  • the CNC machining machine 5 is controlled by the control panel 3.
  • the control panel 3 is configured among other things for:
  • - Enter tool gauges these gauges are used to characterize the dimensions of a tool (i.e. diameter, length), and are entered via the control panel;
  • all the functions controlled from the control panel can be controlled from the training control panel: stopping the machine, manual manipulation of the axes, management of current machine programs, setting of machine origins, execution of program on the machine, emergency stop, etc.
  • the control console 3 typically comprises a console frame 12 carrying a screen 15, a keyboard 17, and a plurality of keys / buttons / control wheels 13.
  • the screen 15 can be touch-sensitive, the keyboard 17 then being formed on the screen.
  • the keypad 17 is used to enter digital information into the CNC machining machine.
  • the control console 3 typically also includes navigation menus 19.
  • the keyboard 17, the screen 15, and the plurality of keys / buttons / control wheels 13 are configured so that an operator can control the various functions listed below. above.
  • the control panel 3 can integrate a manual control of the machine.
  • the panel carrying the plurality of buttons / buttons / control knobs 13 may be in the form of a second keyboard semi-integral with the console frame 12, as shown in the figures. But it could also form a single element with the keyboard 17 or on the contrary be an independent element.
  • the control panel 3 can therefore take another form from that shown in the figures.
  • control console 3 comprises a remote control (not shown), communicating by wire or by waves with the console frame 12.
  • the machining device 5 is designed to machine a blank 21, so as to obtain a part machined according to predetermined specifications.
  • the blank 21 is typically a metal part, which can have any suitable shape.
  • the machining operation involves removing material from the blank 21, so as to create predetermined shapes such as bores 23.
  • the machining machine 5 further comprises at least one clamping tool 25, configured to clamp the blank 21 on the frame 7 at a determined position relative to the frame 7.
  • the blank 21 is typically clamped on the 7 ”movable plate.
  • the or each clamping tool 25 depends on the shape of the blank 21.
  • the or each clamping tool 25 comprises two sub-assemblies, each equipped with a cradle 27, two substantially vertical rods 29 integral with one another. of the cradle 27 and arranged on either side of the crude 21, and of a clamping clamp or jaw 31 mounted on the rods 29.
  • the crude 21 is clamped between the cradle 27 and the clamping clamp or the jaw 31.
  • the machining machine 5 is generally placed in a cabin, not shown, the control panel 3 being located outside the cabin.
  • the training set 33 includes:
  • a training control panel 35 substantially identical to the control panel 3 of the numerically controlled machining device 1;
  • a digital twin 36 of the CNC machining machine 5 comprising a simulator 37 and an interface module 41 connecting the training control panel 35 to the simulator 37;
  • the training control panel 35 has substantially the same appearance as the control panel 3 of the numerically controlled machining device 1.
  • it comprises a keyboard 47, a screen 45, a plurality of keys / knobs / knobs. control 43 and navigation menus 49. These elements are identical to those of the control panel 3 and arranged in the same way.
  • the display device 39 comprises for example a screen 51 and a projector 53 connected to the digital twin 37.
  • the display device 39 is a virtual reality headset, or any other suitable device.
  • the interface module 41 is configured to transmit to the simulator 37 commands generated by the operator in training using the training control console 35, the simulator 37 being configured to simulate the effect of the commands transmitted on the machine. CNC machining 5.
  • the interface module 41 includes one or more inputs 55 connected to the training control console 35. It also includes one or more outputs connected to the simulator 37.
  • the interface module 41 receives as input the commands generated by the operator in training using the training control panel 35. These commands are in the form of analog or digital signals. Interface module 41 is configured to convert operator-generated commands into digital control signals usable by simulator 37. These digital control signals are output from the output (s).
  • Interface module 41 is typically an API (Application Programming Interface) library used by simulator 37.
  • the simulator 37 allows the virtual copy of the CNC machining machine 5.
  • the interface module 41 and the simulator 37 are, for example, integrated into an electronic unit which comprises a plurality of analog electronic components and / or an information processing unit.
  • the information processing unit comprises for example a processor and a memory containing software for converting the control signals received as input into control signals usable by the simulator, and software for simulating the machining machine with control. digital.
  • the simulator 37 is configured to digitally simulate the various components of the CNC machining machine 5, in particular:
  • the training set 33 includes at least one machining program 59 that can be used by the CNC machining machine 5 to machine a part.
  • the or each machining program 59 is a series of instructions determining relative movements of the machining tool 11 with respect to the blank 21 under the effect of movements of the axis or axes of the machining machine 5.
  • the assembly 33 advantageously comprises several machining programs 59, corresponding to different real parts that can be manufactured using the numerically controlled machining machine 5.
  • machining programs 59 are pre-existing and are recorded in a computer, or are created by the operator in training on a computer.
  • the training digital control panel 35 is configured so that the operator in training can generate the following commands:
  • said machining program 59 is loaded into digital twin 36.
  • the simulator 37 is configured to simulate the execution of said machining program 59 by the CNC machining machine 5.
  • the simulator 37 is configured to calculate using the machining program the successive displacements of the different axes of the machining machine 5, and the positions of the machining tool 11 and the blank 21.
  • the simulator 37 is configured to calculate the material removals in the raw material 21 resulting from the various displacements, as well as the shape of the raw material 21 after material removal.
  • the simulator 37 is also configured to periodically generate signals allowing the display device 39 to generate images illustrating the current positions of the components of the numerically controlled machining machine 5 (in particular the frame 7, the manipulator member 9 and the 'machining tool 11) and the shape of the blank being machined, and to transmit these signals to the display device 39.
  • the training set 33 preferably comprises at least one digital model 61 of a blank of the workpiece, the simulator 37 being configured to simulate the execution of said machining program 59 by the numerically controlled machining machine. 5 on said stock using said digital model of stock 61.
  • training set 33 includes several digital stock models 61, corresponding to several different actual application cases. These digital models correspond to different blanks 21, which can be used to manufacture the same part or different parts.
  • the or each digital stock model 61 is generated with design software of the CATIA® type. It is preferably generated by the design office. It is recorded on a computer. It shapes the stock 21 to be machined with an accuracy of around a tenth or a hundredth of a millimeter.
  • the simulator 37 due to the use of such a digital model, is capable of calculating with great precision the material removals in the blank 21 resulting from the various displacements of the machining tool 11, as well as the shape crude 21 after removal of material.
  • the training set 33 comprises at least one digital model 63 of the at least one machining tool 11, the simulator 37 being configured to simulate the execution of said machining program by the machining machine. digital control 5 using said at least one digital model 63 of at least one machining tool 11.
  • the training set 33 includes several digital machining tool models 63, corresponding to different actual machining tools 11 used by the CNC machining machine 5.
  • the or each digital machining tool model 63 is generated with design software such as CATIA®. ®. It is advantageously generated by the company department in charge of manufacturing methods. It is recorded on a computer. It shapes the corresponding machining tool 11 with an accuracy of the order of a tenth or a hundredth of a millimeter.
  • the training set 33 further comprises at least one digital model 65 of a stock clamping tool 21, the training control console 35 being configured so that the operator in training can generate and transmit to the digital twin 36. the digital information necessary for placing the blank 21 and the tools for clamping the blank 21 on the frame 7 at a determined position.
  • the simulator 37 is configured to simulate the clamping of the rough 21 on the frame 7, typically on the movable plate 7 ”, at said position determined using at least one digital model 61 of the rough 21 and at least one digital model 65 of the stock clamping tool 25 21.
  • training set 33 includes several digital models 65 of stock clamping tool 25, corresponding to several different actual application cases. These digital models correspond to different clamping tools, which can be used for different stock 21, or to different clamping tools 25 which can be used for the same stock 21.
  • the or each digital clamping tool model 65 is generated with design software such as CATIA®. It is advantageously generated by the company department in charge of manufacturing methods. It is recorded on a computer. It shapes the clamping tool 25 with an accuracy of the order of a tenth or a hundredth of a millimeter.
  • the high precision of the models and of the numerical data contributes to the precision of the simulation of the removal of material in the stock 21, and to the precision of the calculation of the shape of the stock 21 after removal of material.
  • the training assembly 33 further comprises at least one digital model 67 of the workpiece in the final state.
  • the training assembly 33 comprises a module 68 configured to determine dimensions of the blank 21 during and / or at the end of machining, and to compare said dimensions with corresponding dimensions of the digital model 67 of the workpiece to be machined. final state.
  • Module 68 is typically a routine built into digital twin 36.
  • training set 33 includes a digital model 67 for each digital stock model 61.
  • the final state part digital model 67 is generated with design software such as CATIA®. It is preferably generated by the design office. It is recorded on a computer. It shapes the workpiece with precision in the order of a tenth or a hundredth of a millimeter.
  • the training assembly 33 comprises a module 69 configured to detect: interference between parts of the numerically controlled machining machine 5 or between a part of the numerically controlled machining machine 5 and the blank 21;
  • Module 69 is typically a routine built into digital twin 36.
  • It is configured to determine by calculation whether the movements of the movable parts of the CNC machining machine 5 will cause unwanted contact of the movable parts with one another, or of the movable parts with stationary parts.
  • the movable members are essentially the movable plate 7 ”, the manipulator member 9 and the machining tool 11.
  • the fixed parts comprise at least the fixed structure 7 'of the frame 7, the blank 21, the clamping device 25 and the cabin housing the machining machine 5.
  • the movements are the movements resulting from the application of the machining program 59 or the movements commanded directly by the operator in training from the training control panel 35 or from the remote control (not shown).
  • the training set 33 is configured to alert the trainee operator when interference is detected, by audible or visual signal.
  • the module 69 is also configured to detect if the machining tool 11 penetrates too quickly into the stock 21, which risks causing a quality defect in the part in the final state and / or breakage of the tool. and / or the machine.
  • the module 69 is configured to evaluate the speed of movement of the machining tool 11 when it comes into contact with the stock 21, and to compare this speed with a predetermined maximum limit.
  • Module 69 indicates an error if this speed is zero when the machining tool contacts the stock or if the rotational speed of the machining tool is greater than a defined maximum limit.
  • the movements considered are those resulting from the application of the machining program 59 or the movements commanded directly by the operator in training from the training control panel 35 or from the remote control (not shown).
  • the training set 33 is configured to warn the operator in training when a too rapid arrival is detected, by an audible or visual signal.
  • the training assembly 33 is configured to record the detected errors (interference, arrivals too fast) in a memory 70. It is configured so that the operator can view the errors detected, for example on the display device 39, after the end of the training session.
  • the digital training control console 35 is preferably configured so that the operator in training can generate at least one of the following commands:
  • Simulator 37 is configured to simulate the effect of said at least one command on CNC machining machine 5.
  • the loading of the identification of the machining tool is typically carried out by entering an alphanumeric reference using the keypad 47 of the training control panel 35. This reference is used by the simulator 37 to fetch in the order. digital data relating to said machining tool. This data is used to perform the simulation of the CNC machining machine 5.
  • the data relating to the dimensions of the at least one machining tool 11 are entered with the keyboard 47 and are used by the simulator 37 to perform the simulation of the numerically controlled machining machine 5. These data are also called gauges. tool.
  • the correction data is entered with the keyboard 47 and is used by the simulator 37 to perform the simulation of the CNC machining machine 5. These data are also called tool offsets.
  • the training control panel 35 is configured so that the operator in training can send commands to each axis of the manipulator member 9. He can control movements of each axis individually, or movements involving several axes simultaneously. These commands may or may not be integrated into a machining program.
  • the training digital control panel 35 is configured so that the operator in training can generate one or more of the following commands:
  • the simulator 37 is configured to simulate the execution of said command by the CNC machining machine 5.
  • the shape of the stock being machined is recorded. This shape differs from the initial shape of the rough.
  • output is meant here a definitive stop of the machining program, not allowing a subsequent resumption.
  • the execution of the machining program can be stopped, for example in order to take measurements on the stock being machined, and be resumed afterwards.
  • the simulator 37 is preferably configured to simulate:
  • the simulator 37 comprises a noise generator 71.
  • This noise generator typically generates a noise chosen from a library of noises, for example as a function of the type of machining tool used, of the speed of movement of the tool. machining, the speed of rotation of the machining tool, the material constituting the blank, etc.
  • the simulator 37 comprises a vibration generator 73.
  • This vibration generator typically generates a vibration chosen from a library of vibrations, for example as a function of the type of machining tool used, of the speed of movement of the tool. machining, the speed of rotation of the machining tool, the material constituting the blank, etc. These vibrations are transmitted by the vibration generator to the training control console 35 or to any other suitable structure.
  • the direction of rotation of the machining tool 11 is determined by the machining program or directly by a command from the training control panel 35. It is visible on the display device.
  • the simulator 37 comprises a lubrication simulator 75.
  • the lubrication is represented either by a graphic indication or / and by graphic modeling.
  • the machining program 59 is also prepared and loaded into the training control panel 35, by the operator in training or by another person.
  • the operator-in-training then generates commands using the training console 35.
  • the interface module 41 makes it possible to transcribe the information generated by the training control panel to the simulator 37.
  • Simulator 37 simulates the effect of commands transmitted to the CNC machining machine 5.
  • Simulator 37 simulates in particular:
  • the simulator 37 periodically generates signals allowing the display device 39 to generate images illustrating the current positions of the components of the numerically controlled machining machine 5 (in particular the movable plate 7 ”of the frame 7, the manipulator member 9 and the machining tool 11) and the shape of the blank being machined. It transmits these signals to the display device 39.
  • the display device 39 displays the current state of the simulator 37 during the simulation. It also displays the direction of rotation of machining tool 11 and the lubrication of machining tool 11.
  • the operator in training observes the current state of the simulator 37 on the display device 39.
  • the commands generated by the operator in training using the training control panel 35 include all or parts of the following commands:
  • the operator in training can also generate the following commands:
  • the training assembly 33 records the detected errors (interference, arrivals too fast) in the memory 70.
  • the operator can view the detected errors, for example on the display device 39, after the end of the training session.
  • the training assembly 1 is configured to allow connection of the digital twin 36, and more particularly of the simulator 37, to the production control console 3 of the machining machine 5.
  • the commands generated by an operator on the control panel 3 are thus transmitted to the interface module 41, the latter converting these commands into digital information that can be used by the simulator 37.
  • Simulator 37 simulates the effect of commands generated by an operator on the control panel 3 on the CNC machining machine 5.
  • the digital twin 36 is able to simulate in real time the operations performed by the real machining machine 5.
  • the digital twin 36 is also capable of simulating in advance operations which will be performed later by the actual machining machine.
  • the invention also relates to a method of training operators on a CNC machining device 1 comprising a control panel 3 and a CNC machining machine 5.
  • This machine 5 comprises at least one frame 7, at least one manipulator member 9 with at least one axis and at least one machining tool 11 capable of being manipulated by at least one manipulator member 9.
  • the machining machine digitally controlled 5 is controlled by the control panel 3.
  • the process is specially designed to be implemented with the training package described above.
  • the training set is specially adapted to implement the process which will be described here.
  • the control panel 3 is as described above.
  • the CNC machining machine 5 is as described above.
  • the process comprises the following steps:
  • the training console 35 is as described above.
  • Simulator 37 is as described above.
  • the display device 39 is as described above.
  • the commands generated by the operator in training on the training control panel 35 are as described above.
  • the orders generated by the operator in training and acquired at the acquisition stage include at least: loading into the digital training control panel 35 of a machining program 59 capable of being used by the numerically controlled machining machine 5 to machine a part;
  • the simulator 37 in the simulation step simulates the execution of said machining program by the CNC machining machine 5.
  • Machining program 59 is as described above.
  • the method comprises a step of supplying a digital model 61 of a blank 21 of the part to be machined, the simulator 37 at the simulation step simulating the execution of said machining program 59 by the machine of CNC machining 5 using said digital model 61 of the blank 21 of the workpiece.
  • Raw 21 is as described above.
  • the digital model 61 of the blank 21 is as described above.
  • the simulator 37 uses the digital model 61 of the stock 21 to calculate with great precision the material removals in the stock 21 resulting from the different movements of the machining tool 11, as well as the shape of the stock 21 after material removal.
  • the method comprises a step of supplying at least one digital model 63 of at least one machining tool 11, the simulator 37 at the simulation step simulating the execution of said machining program 59 by the numerically controlled machining machine 5 using said numerical model 63 of the at least one machining tool 11.
  • the numerical model 63 of the machining tool 11 is as described above.
  • the simulator 37 uses the digital model 63 to calculate with great precision the material removals in the stock 21 resulting from the different movements of the machining tool 11, as well as the shape of the stock 21 after material removal.
  • the method comprises:
  • the simulator 37 in the simulation step simulating the clamping of the stock 21 on the frame 7 at said determined position using at least one digital model 61 of the stock 21 and at least one digital model 65 of the tool 25 for clamping the stock.
  • the stock clamping tool 25 is as described above.
  • Numerical model 65 of the stock clamping tool 21 is as described above.
  • the simulator 37 uses at least one digital model 65 of the stock clamping tool and at least one digital model 61 of the stock 21 to simulate the clamping of the stock 21 on the frame 7, typically on the movable plate 7 ”, At said determined position.
  • the method further comprises a step of providing a digital model 67 of the part to be machined in the final state, the simulation step comprising a sub-step of determining the dimensions of the blank 21 in progress and / or in progress. end of machining and a sub-step of comparing said dimensions with corresponding dimensions of said digital model 67 of the part to be machined in the final state.
  • the dimensions of the blank 21 in progress and / or at the end of machining are determined by calculation using the data obtained from the simulation.
  • the corresponding dimensions of the workpiece in the final state are determined by calculation using the data of the digital model 67.
  • the comparison is made by calculating the difference between the dimension of the blank 21 in progress and / or at the end of machining. and the corresponding dimension of the workpiece.
  • the dimensional differences between the machined stock and the final state part are provided to the operator. They are, for example, displayed on a screen fitted to the interface module 39.
  • the method comprises the following steps:
  • the interference detection step includes a sub-step of warning the operator in training when interference is detected, by an audible or visual signal.
  • the step of detecting a too fast arrival includes a sub-step of warning the operator in training when an arrival too fast is detected, by an audible or visual signal.
  • the errors detected are recorded in a memory 70 of the training unit 33.
  • the operator can view the errors detected, for example on the display device 39, after the end of the training session.
  • the commands generated by the operator in training and acquired at the acquisition step preferably include one or more of the following commands:
  • the effect of said at least one command on the CNC machining machine is simulated by the simulator in the simulation step.
  • the controls are as described above.
  • Orders generated by the trainee operator and acquired at the acquisition stage preferably include one or more of the following orders:
  • the effect of said at least one command on the CNC machining machine is simulated by the simulator in the simulation step.
  • the controls are as described above.
  • the simulator 37 simulates:

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Abstract

Le dispositif d'usinage à commande numérique (1) comprend un pupitre de commande (3) et une machine d'usinage à commande numérique (5). L'ensemble de formation (33) comprend : - un pupitre de commande de formation (35) sensiblement identique au pupitre de commande (3) du dispositif d'usinage à commande numérique (1); - un jumeau numérique (36) de la machine d'usinage à commande numérique (5), comprenant un simulateur (37) configuré pour simuler l'effet des commandes issues du pupitre de commande de formation (35) sur la machine d'usinage à commande numérique (5); - un dispositif de visualisation (39) configuré pour qu'un opérateur en formation visualise l'état courant du simulateur (37).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Ensemble et procédé de formation d’opérateurs sur un dispositif d’usinage à commande numérique, ensemble de production comprenant un tel ensemble de formation
La présente invention concerne en général la formation des opérateurs sur des dispositifs d’usinage à commande numérique.
Une entreprise doit former ses opérateurs à l’utilisation de son parc de dispositifs d’usinage à commande numérique. Ces dispositifs sont par exemple des tours, des fraiseuses, ou des centres d’usinages. La formation à assurer est soit une formation de base, pour les opérateurs n’ayant jamais travaillé avec les machines de l’entreprise, soit une formation de perfectionnement, pour les opérateurs déjà expérimentés.
Les opérateurs sont typiquement formés d’abord à l’extérieur de l’entreprise, dans des écoles ou des centres de formation. Dans un second temps, ils sont formés par des opérateurs confirmés directement sur les dispositifs d’usinage de l’entreprise et sur des pièces de production.
Une telle approche présente de nombreux défauts.
Les écoles et les centres de formation ne forment pas toujours sur les modèles de dispositif d’usinage dont l’entreprise est équipée, ou ne forment pas aux méthodes de travail mises en œuvre dans l’entreprise avec les dispositifs d’usinage.
Les formations effectuées directement sur les machines de l’entreprise dégradent les cadences de production. Elles sont effectuées sur des pièces de production, c’est-à- dire sur des pièces destinées à la vente ou destinées à être employées par l’entreprise. Le fait que ces pièces soient usinées par des opérateurs en formation augmente le risque de non-qualité. L’opérateur n’a pas droit à l’erreur, de telle sorte que la situation est inconfortable pour lui et pour son formateur. En conséquence, il n’est pas possible de tester des situations à risque, et la gamme d’opérations que peut apprendre l’opérateur en formation est réduite.
Dans ce contexte, l’invention vise à proposer une approche pour la formation des opérateurs qui ne présente pas les défauts ci-dessus.
A cette fin, l’invention porte selon un premier aspect sur un ensemble de formation d’opérateurs sur un dispositif d’usinage à commande numérique comprenant un pupitre de commande et une machine d’usinage à commande numérique à au moins un axe ayant au moins un châssis, au moins un organe manipulateur et au moins un outil d’usinage susceptible d’être manipulé par l’au moins un organe manipulateur, la machine d’usinage à commande numérique étant commandée par le pupitre de commande, l’ensemble de formation comprenant :
- un pupitre de commande de formation sensiblement identique au pupitre de commande du dispositif d’usinage à commande numérique ;
- un jumeau numérique de la machine d’usinage à commande numérique, comprenant un simulateur et un module d’interface raccordant le pupitre de commande de formation au simulateur, le module d’interface étant configuré pour transmettre au simulateur des commandes générées par l’opérateur en formation à l’aide du pupitre de commande de formation, le simulateur étant configuré pour simuler l’effet des commandes transmises sur la machine d’usinage à commande numérique;
- un dispositif de visualisation configuré pour qu’un opérateur en formation visualise l’état courant du simulateur.
Ainsi, l’opérateur en formation manipule un pupitre de commande de formation sensiblement identique au pupitre de commande du dispositif d’usinage à commande numérique. Il peut se familiariser avec toutes les commandes disponibles à partir de ce pupitre.
L’utilisation d’un jumeau numérique comprenant un simulateur de la machine d’usinage à commande numérique, et d’un dispositif de visualisation de l’état courant du simulateur permet de placer l’opérateur en formation dans un environnement très proche de son environnement de travail réel.
Du fait qu’un module d’interface transmet au simulateur les commandes générées par l’opérateur en formation à l’aide du pupitre de commande de formation, l’opérateur peut se rendre compte de l’effet des commandes sur la machine d’usinage à commande numérique.
L’ensemble de formation présente de multiples autres avantages :
- diminuer le temps de formation sur les dispositifs d’usinages réels ;
- diminuer le risque de non-qualité ;
- donner le droit à l’erreur à l’opérateur en formation ;
- permettre de tester des situations à risque ;
- permettre de réaliser des formations à distance, à partir de salles équipées seulement d’un pupitre de commande de formation et d’un moyen de visualisation, le jumeau numérique étant chargé sur un moyen de calcul tel qu’un serveur, un PC portable ou tout autre support adapté ; ce moyen de calcul peut être distant ou local ;
- permettre facilement la création de multiples environnements de travail, correspondant à différents dispositifs d’usinage ; - former les opérateurs sur des modèles de pièces existantes ;
- permettre de travailler sur l’optimisation de l’existant, c’est-à-dire sur l’optimisation de programmes d’usinage existant, en vue par exemple d’un gain de temps ;
- tester facilement de nouvelles conceptions de produits ou de nouvelles méthodes d’usinage ;
- anticiper la formation d’opérateurs sur des machines non encore livrées à l’entreprise ;
- rendre possible la mise à disposition en libre-service d’une solution d’entraînement des opérateurs.
L’ensemble de formation peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- l’ensemble comprend au moins un programme d’usinage susceptible d’être utilisé par la machine d’usinage à commande numérique pour usiner une pièce, le pupitre de commande numérique de formation étant configuré pour que l’opérateur en formation puisse générer les commandes suivantes:
• chargement du ou d’un programme d’usinage dans le pupitre de commande numérique de formation ;
• exécution dudit programme d’usinage par le simulateur ; le simulateur étant configuré pour simuler l’exécution dudit programme d’usinage par la machine d’usinage à commande numérique;
- l’ensemble comprend au moins un modèle numérique d’un brut de la pièce à usiner, le simulateur étant configuré pour simuler l’exécution dudit programme d’usinage par la machine d’usinage à commande numérique sur ledit brut en utilisant ledit modèle numérique du brut ;
- le pupitre de commande numérique de formation est configuré pour que l’opérateur en formation puisse générer une ou plusieurs des commandes suivantes :
• arrêt à un point dudit programme d’usinage avec enregistrement d’une forme du brut audit point;
• reprise dudit programme d’usinage à partir dudit point, en utilisant ladite forme enregistrée ;
• sortie à un point dudit programme d’usinage avec enregistrement d’une forme du brut audit point; le simulateur étant configuré pour simuler l’exécution de ladite commande par la machine d’usinage à commande numérique; - l’ensemble comprend au moins un modèle numérique d’un outil de bridage du brut, le pupitre de commande de formation étant configuré pour que l’opérateur en formation puisse générer et transmettre au module d’interface les informations numériques nécessaires à la mise en place du brut et des outils de bridage du brut sur le châssis à une position déterminée, le simulateur étant configuré pour simuler le bridage du brut sur le châssis à ladite position déterminée en utilisant l’au moins un modèle numérique du brut et l’au moins un modèle numérique de l’outil de bridage du brut ;
- l’ensemble comprend au moins un modèle numérique de la pièce à usiner à l’état final, et un module configuré pour déterminer des dimensions du brut en cours et/ou en fin d’usinage et pour comparer lesdites dimension avec des dimensions correspondantes du modèle numérique de la pièce à usiner à l’état final ;
- l’ensemble comprend un module configuré pour détecter :
• des interférences entre des organes de la machine d’usinage à commande numérique ou entre un organe de la machine d’usinage à commande numérique et le brut ;
• une arrivée trop rapide de l’outil d’usinage dans le brut;
- l’ensemble comprend au moins un modèle numérique de l’au moins un outil d’usinage, le simulateur étant configuré pour simuler l’exécution dudit programme d’usinage par la machine d’usinage à commande numérique en utilisant ledit modèle numérique de l’au moins un outil d’usinage;
- le pupitre de commande numérique de formation est configuré pour que l’opérateur en formation puisse générer au moins une des commandes suivantes:
• chargement d’une identification de l’au moins un outil d’usinage ;
• entrée de données relatives aux dimensions de l’au moins un outil d’usinage;
• déplacement de l’au moins un axe de la machine d’usinage à commande numérique;
• entrée de données correctrices permettant de corriger l’utilisation de l’au moins un outil d’usinage en cas de défaut dû à un mauvais réglage de l’outil d’usinage sur la machine d’usinage à commande numérique ou dû à une usure de l’au moins un outil d’usinage;
• remplacement d’un outil d’usinage par un autre ; le simulateur (37) étant configuré pour simuler l’effet de ladite au moins une commande sur la machine d’usinage à commande numérique;
- le simulateur est configuré pour simuler :
• des bruits générés par la machine d’usinage à commande numérique; et/ou
• des vibrations générées par la machine d’usinage à commande numérique; et/ou • un sens de rotation de l’outil d’usinage; et/ou
• une lubrification de l’outil d’usinage.
Selon un second aspect, l’invention concerne un procédé de formation d’opérateurs sur un dispositif d’usinage à commande numérique comprenant un pupitre de commande et une machine d’usinage à commande numérique ayant au moins un châssis, au moins un organe manipulateur à au moins un axe et au moins un outil d’usinage susceptible d’être manipulé par l’au moins un organe manipulateur, la machine d’usinage à commande numérique étant commandée par le pupitre de commande, le procédé comprenant les étapes suivantes:
- fourniture d’un pupitre de commande de formation sensiblement identique au pupitre de commande du dispositif d’usinage à commande numérique;
- fourniture d’un jumeau numérique de la machine d’usinage à commande numérique comprenant un simulateur de la machine d’usinage à commande numérique ;
- acquisition de commandes générées par l’opérateur en formation à l’aide du pupitre de commande de formation ;
- simulation de l’effet des commandes transmises sur la machine d’usinage à commande numérique à l’aide du simulateur;
- affichage d’ un état courant du simulateur sur un dispositif de visualisation pendant la simulation.
Le procédé de formation peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- les commandes générées par l’opérateur en formation et acquises à l’étape d’acquisition comprennent au moins:
• chargement dans le pupitre de commande numérique de formation d’un programme d’usinage susceptible d’être utilisé par la machine d’usinage à commande numérique pour usiner une pièce;
• exécution dudit programme d’usinage par le simulateur ; le simulateur à l’étape de simulation simulant l’exécution dudit programme d’usinage par la machine d’usinage à commande numérique;
- le procédé comprend une étape de fourniture d’un modèle numérique d’un brut de la pièce à usiner, le simulateur à l’étape de simulation simulant l’exécution dudit au moins un programme d’usinage par la machine d’usinage à commande numérique en utilisant ledit modèle numérique du brut de la pièce à usiner ; - les commandes générées par l’opérateur en formation et acquises à l’étape d’acquisition comprennent au moins une des commandes suivantes:
• arrêt à un point dudit programme d’usinage avec enregistrement d’une forme du brut audit point;
• reprise dudit programme d’usinage à partir dudit point, en utilisant ladite forme enregistrée ;
• sortie à un point dudit programme d’usinage avec enregistrement d’une forme du brut audit point; l’effet de ladite au moins une commande sur la machine d’usinage à commande numérique étant simulé par le simulateur à l’étape de simulation ;
- le procédé comprend :
• une étape de fourniture d’au moins un modèle numérique d’un outil de bridage du brut ;
• une étape de génération et transmission au jumeau numérique des informations numériques nécessaires à la mise en place du brut et des outils de bridage du brut sur le châssis à une position déterminée ; le simulateur à l’étape de simulation simulant le bridage du brut sur le châssis à ladite position déterminée en utilisant l’au moins un modèle numérique du brut et l’au moins un modèle numérique de l’outil de bridage du brut ;
- le procédé comprend une étape de fourniture d’un modèle numérique de la pièce à usiner à l’état final, l’étape de simulation comprenant une sous-étape de détermination des dimensions du brut en cours et/ou en fin d’usinage et une sous-étape de comparaison desdites dimensions avec des dimensions correspondantes dudit modèle numérique de la pièce à usiner à l’état final ;
- le procédé comprend les étapes suivantes :
• détection des interférences entre des organes des organes de la machine d’usinage à commande numérique ou entre un organe des organes de la machine d’usinage à commande numérique et le brut ;
• détection d’une arrivée trop rapide de l’outil d’usinage dans le brut;
- le procédé comprend une étape de fourniture d’au moins un modèle numérique de l’au moins un outil d’usinage, le simulateur à l’étape de simulation simulant l’exécution dudit programme d’usinage par la machine d’usinage à commande numérique en utilisant ledit modèle numérique de l’au moins un outil d’usinage;
- les commandes générées par l’opérateur en formation et acquises à l’étape d’acquisition comprennent au moins une des commandes suivantes:
• chargement de l’identification de l’au moins un outil d’usinage ; • entrée de données relatives aux dimensions de l’outil d’usinage;
• déplacement de l’au moins un axe de la machine d’usinage à commande numérique;
• entrée de données correctives relatives aux dimensions de l’outil d’usinage;
• remplacement d’un outil d’usinage par un autre ; l’effet de ladite au moins une commande sur la machine d’usinage à commande numérique étant simulé par le simulateur à l’étape de simulation ; - l’étape de simulation comprend une ou plusieurs des opérations suivantes :
• simulation des bruits générés par la machine d’usinage à commande numérique;
• simulation des vibrations générées par la machine d’usinage à commande numérique;
• simulation d’un sens de rotation de l’outil d’usinage;
• simulation d’une lubrification de l’outil d’usinage
Selon une un troisième aspect, l’invention porte sur un ensemble de production comportant :
- un dispositif d’usinage à commande numérique comprenant un pupitre de commande et une machine d’usinage à commande numérique à au moins un axe ayant au moins un châssis, au moins un organe manipulateur et au moins un outil d’usinage susceptible d’être manipulé par l’au moins un organe manipulateur, la machine d’usinage à commande numérique étant commandée par le pupitre de commande,
- un ensemble de formation ayant les caractéristiques ci-dessus ;
- le jumeau numérique étant connecté au pupitre de commande de production de la machine d’usinage à commande numérique, de telle sorte que le simulateur simule l’effet des commandes générées par un opérateur sur le pupitre de commande sur la machine d’usinage à commande numérique.
L’ensemble de formation est ainsi configuré pour permettre la connexion du simulateur sur le pupitre de commande de production de la machine d’usinage.
Ainsi, la machine d’usinage virtuelle simule en temps réel les opérations exécutées par la machine d’usinage réelle.
Ceci permet à un superviseur distant de superviser les opérations exécutées par un opérateur en formation sur la machine réelle, ou encore de superviser de nouvelles méthodes/ procédures testées sur la machine d’usinage réelle. Ceci permet aussi à un opérateur de programmer et de tester des modifications de programme entrées directement sur la machine d’usinage réelle. S’il fait une erreur, la machine virtuelle pourra l’anticiper et stopper la machine d’usinage réelle.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
La figure 1 est une représentation schématique d’un dispositif d’usinage à commande numérique ; et
La figure 2 est une représentation schématique simplifiée d’un ensemble de formation d’opérateurs sur le dispositif d’usinage à commande numérique de la figure 1 , conforme à l’invention.
L’ensemble de formation de l’invention est prévu pour assurer la formation d’opérateurs sur un dispositif d’usinage à commande numérique 1 du type représenté sur la figure 1.
Ce dispositif d’usinage à commande numérique 1 est par exemple un tour, une fraiseuse, ou un centre d’usinage multifonction permettant de réaliser à la fois des opérations de tournage et de fraisage.
Le dispositif d’usinage à commande numérique 1 comprend un pupitre de commande 3 et une machine d’usinage à commande numérique 5 à au moins un axe.
Typiquement, la machine d’usinage à commande numérique 5 comprend plusieurs axes pilotés simultanément, par exemple entre 1 à 9 axes pilotés simultanément.
La machine d’usinage 5 comprend au moins un châssis 7, au moins un organe manipulateur 9 et au moins un outil d’usinage 11 susceptible d’être manipulé par l’au moins un organe manipulateur 9.
Le châssis 7 comprend une structure fixe T et un plateau mobile 7” mobile par rapport à la structure fixe T par le biais d’au moins un des axes. Le plateau mobile 7” est déplaçable par rapport à la structure fixe 7’ par le biais d’un axe rotatif et/ou par le biais d’un ou plusieurs axes linéaires.
Le ou chaque organe manipulateur 9 comporte un porte-outil 9’ et présente un ou plusieurs axes 9” permettant le déplacement du porte-outil 9’ par rapport à la structure fixe 7”. Le porte-outil 9’ est une broche dans le cas d’une machine de fraisage, d’une aléseuse ou d’une machine multifonctions, et une tourelle dans le cas d’un tour. Les axes 9” sont des axes rotatifs et/ou linéaires.
L’outil d’usinage 11 est de tout type adapté : fraise, meule, foret, alésoir, outil de tournage à plaquette. L’outil d’usinage 11 est typiquement fixé de manière démontable sur l’organe manipulateur 9, plus précisément sur le porte-outil 9’.
De préférence, la machine d’usinage 5 est équipée de plusieurs outils d’usinage 11 différents les uns des autres. Ces outils d’usinage 11 sont susceptibles d’être montés chacun sur l’organe manipulateur 9, en remplacement les uns des autres.
Typiquement, la machine d’usinage 5 comporte un seul organe manipulateur 9. En variante, la machine d’usinage 5 comporte plusieurs organes manipulateurs 9, chacun susceptible de manipuler un outil d’usinage. Ces différents organes manipulateurs sont susceptibles d’être utilisés simultanément.
La machine d’usinage à commande numérique 5 est commandée par le pupitre de commande 3.
Le pupitre de commande 3 est configuré entre autres pour :
- Charger un programme d’usinage, qui sera exécuté par la machine d’usinage à commande numérique 5 ;
- Démarrer la machine d’usinage par la mise sous tension du pupitre 3 ;
- Lancer l’usinage d’un brut de pièce, selon le programme d’usinage préalablement chargé ;
- Commander chaque axe de la machine d’usinage à commande numérique 5, individuellement ou en combinaison avec d’autres axes ;
- Effectuer la gestion des outils d’usinage, c’est-à-dire entrer dans la machine l’identification des outils d’usinage utilisés par le programme d’usinage chargé ;
- Entrer des jauges d’outils ; ces jauges permettent de caractériser les dimensions d’un outil (i.e. diamètre, longueur), et sont entrées via le pupitre de commande ;
- Entrer des correcteurs d’outils ; ces correcteurs sont des valeurs numériques entrées via le pupitre de commande et permettant de corriger l’utilisation de l’outil en cas de défaut dû à un mauvais réglage de l’outil d’usinage sur la machine d’usinage ou dû à une usure de l’outil ;
- Remplacer un outil d’usinage par un autre.
En règle générale, toutes les fonctions commandées à partir du pupitre de commande pourront être commandé à partir du pupitre de commande de formation : arrêt de la machine, manipulation manuelle des axes, gestion des programmes machine en cours, paramétrage des origines machine, réalisation de programme sur la machine, arrêt d’urgence, etc.
Le pupitre de commande 3 comprend typiquement un châssis de pupitre 12 portant un écran 15, un clavier 17, et une pluralité de touches/boutons/molettes de commande 13. L’écran 15 peut être tactile, le clavier 17 étant alors formé sur l’écran 15. Le clavier 17 sert à entrer des informations numériques dans la machine d’usinage à commande numérique. Le pupitre de commande 3 comporte typiquement également des menus de navigation 19. Le clavier 17, l’écran 15, et la pluralité de touches/boutons/molettes de commande 13 sont configurés pour qu’un opérateur puisse commander les différentes fonctions énumérées ci-dessus. En fonction des machines, le pupitre de commande 3 peut intégrer une commande manuelle de la machine.
Le panneau portant la pluralité de touches/boutons/molettes de commande 13 peut se présenter sous la forme d’un second clavier semi-solidaire du châssis de pupitre 12, comme représenté sur les figures. Mais il pourrait également ne former qu’un seul élément avec le clavier 17 ou au contraire être un élément indépendant.
Le pupitre de commande 3 peut par conséquent prendre une autre forme que celle représentée sur les figures.
Avantageusement, le pupitre de commande 3 comporte une télécommande (non représentée), communiquant de manière filaire ou par ondes avec le châssis de pupitre 12.
Le dispositif d’usinage 5 est prévu pour usiner un brut 21 , de manière à obtenir une pièce usinée selon des spécifications prédéterminées. Le brut 21 est typiquement une pièce métallique, pouvant avoir toute forme adaptée. L’opération d’usinage consiste à enlever de la matière dans le brut 21 , de manière à créer des formes prédéterminées telles que des alésages 23.
La machine d’usinage 5 comprend encore au moins un outil de bridage 25, configuré pour brider le brut 21 sur le châssis 7 à une position déterminée par rapport au châssis 7.
Le brut 21 est typiquement bridé sur le plateau mobile 7”.
Le ou chaque outil de bridage 25 est fonction de la forme du brut 21. Dans l’exemple représenté, le ou chaque outil de bridage 25 comprend deux sous-ensembles, chacun équipé d’un berceau 27, de deux tiges 29 sensiblement verticales solidaires du berceau 27 et disposées de part et d’autre du brut 21 , et d’une clame de bridage ou mors 31 monté sur les tiges 29. Le brut 21 est serré entre le berceau 27 et la clame de bridage ou le mors 31 .
La machine d’usinage 5 est généralement placée dans une cabine, non représentée, le pupitre de commande 3 étant situé à l’extérieur de la cabine.
Comme visible sur la figure 2, l’ensemble de formation 33 comprend :
- un pupitre de commande de formation 35 sensiblement identique au pupitre de commande 3 du dispositif d’usinage à commande numérique 1 ;
- un jumeau numérique 36 de la machine d’usinage à commande numérique 5, comprenant un simulateur 37 et un module d’interface 41 raccordant le pupitre de commande de formation 35 au simulateur 37 ;
- un dispositif de visualisation 39 configuré pour qu’un opérateur en formation visualise l’état courant du simulateur 37. Le pupitre de commande de formation 35 présente sensiblement le même aspect que le pupitre de commande 3 du dispositif d’usinage à commande numérique 1. De préférence, il comporte un clavier 47, un écran 45, une pluralité de touches/boutons/molettes de commande 43 et des menus de navigation 49. Ces éléments sont identiques à ceux du pupitre de commande 3 et disposés de la même façon.
Le cas échéant, il comporte une télécommande identique à celle du pupitre de commande 3.
Le dispositif de visualisation 39 comporte par exemple un écran 51 et un projecteur 53 raccordé au jumeau numérique 37. En variante, le dispositif de visualisation 39 est un casque de réalité virtuelle, ou tout autre dispositif adapté.
Le module d’interface 41 est configuré pour transmettre au simulateur 37 des commandes générées par l’opérateur en formation à l’aide du pupitre de commande de formation 35, le simulateur 37 étant configuré pour simuler l’effet des commandes transmises sur la machine d’usinage à commande numérique 5.
Le module d’interface 41 comprend une ou plusieurs entrées 55 raccordées au pupitre de commande de formation 35. Il comprend également une ou plusieurs sorties raccordées au simulateur 37.
Le module d’interface 41 reçoit en entrée les commandes générées par l’opérateur en formation à l’aide du pupitre de commande de formation 35. Ces commandes se présentent sous la forme de signaux analogiques ou numériques. Le module d’interface 41 est configuré pour convertir les commandes générées par l’opérateur en signaux de commande numériques utilisables par le simulateur 37. Ces signaux de commande numériques sortent par la ou les sorties.
Le module d’interface 41 est typiquement une bibliothèque d’API (Interface de Programmation d’Application) utilisée par le simulateur 37.
Le simulateur 37 permet la copie virtuelle de la machine d’usinage à commande numérique 5.
Le module d’interface 41 et le simulateur 37 sont par exemple intégrés dans un organe électronique qui comprend une pluralité de composants électroniques analogiques et/ou une unité de traitement d’informations. L’unité de traitement d’informations comprend par exemple un processeur et une mémoire contenant un logiciel de conversion des signaux de commande reçus en entrée en signaux de commande utilisables par le simulateur, et un logiciel de simulation de la machine d’usinage à commande numérique.
Le simulateur 37 est configuré pour simuler numériquement les différents composants de la machine d’usinage à commande numérique 5, notamment :
- le châssis 7 ; - l’organe manipulateur 9 ;
- l’outil d’usinage 11.
L’ensemble de formation 33 comprend au moins un programme d’usinage 59 susceptible d’être utilisé par la machine d’usinage à commande numérique 5 pour usiner une pièce.
Le ou chaque programme d’usinage 59 est une suite d’instructions déterminant des mouvements relatifs de l’outil d’usinage 11 par rapport au brut 21 sous l’effet de mouvements du ou des axes de la machine d’usinage 5.
L’ensemble 33 comprend avantageusement plusieurs programmes d’usinage 59, correspondant à différentes pièces réelles susceptibles d’être fabriquées en utilisant la machine d’usinage à commande numérique 5.
Ces programmes d’usinage 59 sont préexistants et sont enregistrés dans un calculateur, ou sont créés par l’opérateur en formation sur un calculateur.
Le pupitre de commande numérique de formation 35 est configuré pour que l’opérateur en formation puisse générer les commandes suivantes :
- chargement du ou d’un des programmes d’usinage 59 dans le pupitre de commande numérique de formation 35 ;
- exécution dudit programme d’usinage 59 par le simulateur 37.
En variante, ledit programme d’usinage 59 est chargé dans le jumeau numérique 36.
Le simulateur 37 est configuré pour simuler l’exécution dudit programme d’usinage 59 par la machine d’usinage à commande numérique 5.
En d’autres termes, le simulateur 37 est configuré pour calculer en utilisant le programme d’usinage les déplacements successifs des différents axes de la machine d’usinage 5, et les positions de l’outil d’usinage 11 et du brut 21 .
Le simulateur 37 est configuré pour calculer les enlèvements de matière dans le brut 21 résultant des différents déplacements, ainsi que la forme du brut 21 après enlèvement de matière.
Le simulateur 37 est également configuré pour périodiquement générer des signaux permettant au dispositif de visualisation 39 de générer des images illustrant les positions courantes des composants de la machine d’usinage à commande numérique 5 (notamment le châssis 7, l’organe manipulateur 9 et l’outil d’usinage 11) et la forme du brut en cours d’usinage, et pour transmettre ces signaux au dispositif de visualisation 39.
La période est suffisamment courte pour que l’opérateur en formation ait l’impression d’un mouvement continu quand il regarde le dispositif de visualisation 39. L’ensemble de formation 33 comprend de préférence au moins un modèle numérique 61 d’un brut de la pièce à usiner, le simulateur 37 étant configuré pour simuler l’exécution dudit programme d’usinage 59 par la machine d’usinage à commande numérique 5 sur ledit brut en utilisant ledit modèle numérique du brut 61 .
Typiquement, l’ensemble de formation 33 comprend plusieurs modèles numériques de brut 61, correspondant à plusieurs cas d’application réels différents. Ces modèles numériques correspondent à différents bruts 21 , utilisables pour fabriquer la même pièce ou des pièces différentes.
Le ou chaque modèle numérique de brut 61 est généré avec un logiciel de conception du type CATIA®. Il est de préférence généré par le bureau d’étude. Il est enregistré sur un calculateur. Il donne la forme du brut 21 à usiner avec une précision de l’ordre du dixième ou centième de millimètre.
Le simulateur 37, du fait de l’utilisation d’un tel modèle numérique, est capable de calculer avec une grande précision les enlèvements de matière dans le brut 21 résultant des différents déplacements de l’outil d’usinage 11 , ainsi que la forme du brut 21 après enlèvement de matière.
De préférence, l’ensemble de formation 33 comprend au moins un modèle numérique 63 de l’au moins un outil d’usinage 11, le simulateur 37 étant configuré pour simuler l’exécution dudit programme d’usinage par la machine d’usinage à commande numérique 5 en utilisant ledit au moins un modèle numérique 63 de l’au moins un outil d’usinage 11.
Typiquement, l’ensemble de formation 33 comprend plusieurs modèles numériques d’outil d’usinage 63, correspondant à différents outils d’usinage 11 réels utilisés par la machine d’usinage à commande numérique 5.
Le ou chaque modèle numérique d’outil d’usinage 63 est généré avec un logiciel de conception du type CATIA®. ®. Il est avantageusement généré par le service de l’entreprise en charge des méthodes de fabrication. Il est enregistré sur un calculateur. Il donne la forme de l’outil d’usinage 11 correspondant avec une précision de l’ordre du dixième ou centième de millimètre.
L’utilisation d’un tel modèle numérique contribue au fait que le simulateur 37 est capable de calculer avec une grande précision les enlèvements de matière dans le brut 21 résultant des différents déplacements de l’outil d’usinage 11 , ainsi que la forme du brut 21 après enlèvement de matière.
L’ensemble de formation 33 comprend encore au moins un modèle numérique 65 d’un outil 25 de bridage du brut 21 , le pupitre de commande de formation 35 étant configuré pour que l’opérateur en formation puisse générer et transmettre au jumeau numérique 36 les informations numériques nécessaires à la mise en place du brut 21 et des outils de bridage du brut 21 sur le châssis 7 à une position déterminée.
Le simulateur 37 est configuré pour simuler le bridage du brut 21 sur le châssis 7, typiquement sur le plateau mobile 7”, à ladite position déterminée en utilisant l’au moins un modèle numérique 61 du brut 21 et l’au moins un modèle numérique 65 de l’outil 25 de bridage du brut 21.
Typiquement, l’ensemble de formation 33 comprend plusieurs modèles numériques 65 d’outil 25 de bridage du brut, correspondant à plusieurs cas d’application réels différents. Ces modèles numériques correspondent à des outils de bridage différents, utilisables pour différents bruts 21 , ou à différents outils de bridage 25 utilisables pour le même brut 21 .
Le ou chaque modèle numérique 65 d’outil de bridage est généré avec un logiciel de conception du type CATIA®. Il est avantageusement généré par le service de l’entreprise en charge des méthodes de fabrication. Il est enregistré sur un calculateur. Il donne la forme de l’outil de bridage 25 avec une précision de l’ordre du dixième ou centième de millimètre.
La grande précision des modèles et des données numériques contribue à la précision de la simulation des enlèvements de matière dans le brut 21 , et à la précision du calcul de la forme du brut 21 après enlèvement de matière.
Avantageusement, l’ensemble de formation 33 comprend encore au moins un modèle numérique 67 de la pièce à usiner à l’état final.
L’ensemble de formation 33 comprend un module 68 configuré pour déterminer des dimensions du brut 21 en cours et/ou en fin d’usinage, et pour comparer lesdites dimensions avec des dimensions correspondantes du modèle numérique 67 de la pièce à usiner à l’état final.
Le module 68 est typiquement un sous-programme intégré au jumeau numérique 36.
Typiquement, l’ensemble de formation 33 comprend un modèle numérique 67 pour chaque modèle numérique de brut 61 .
Le modèle numérique de pièce à l’état final 67 est généré avec un logiciel de conception du type CATIA®. Il est de préférence généré par le bureau d’étude. Il est enregistré sur un calculateur. Il donne la forme de la pièce à usiner avec une précision de l’ordre du dixième ou centième de millimètre.
L’utilisation d’un modèle numérique de pièce à l’état final 67 par l’ensemble de formation 33 permet donc de détecter des écarts dimensionnels entre le brut usiné et la pièce à l’état final.
De préférence, l’ensemble de formation 33 comprend un module 69 configuré pour détecter : - des interférences entre des organes de la machine d’usinage à commande numérique 5 ou entre un organe de la machine d’usinage à commande numérique 5 et le brut 21 ;
- une arrivée trop rapide de l’outil d’usinage 11 dans le brut 21 .
Le module 69 est typiquement un sous-programme intégré au jumeau numérique 36.
Il est configuré pour déterminer par calcul si les mouvements des organes mobiles de la machine d’usinage à commande numérique 5 vont provoquer des contacts non souhaités des organes mobiles entre eux, ou des organes mobiles avec des pièces fixes.
Les organes mobiles sont essentiellement le plateau mobile 7”, l’organe manipulateur 9 et l’outil d’usinage 11. Les pièces fixes comprennent au moins la structure fixe 7’ du châssis 7, le brut 21 , le dispositif de bridage 25 et la cabine abritant la machine d’usinage 5.
Les mouvements sont les mouvements résultant de l’application du programme d’usinage 59 ou les mouvements commandés directement par l’opérateur en formation à partir du pupitre de commande de formation 35 ou de la télécommande (non représentée).
L’ensemble de formation 33 est configuré pour avertir l’opérateur en formation quand une interférence est détectée, par un signal sonore ou visuel.
Le module 69 est également configuré pour détecter si l’outil d’usinage 11 pénètre trop rapidement dans le brut 21 , ce qui risque de provoquer un défaut de qualité dans la pièce à l’état final et/ou la casse de l’outil et /ou de la machine.
Le module 69 est configuré pour évaluer la vitesse de déplacement de l’outil d’usinage 11 quand il entre en contact avec le brut 21 , et pour comparer cette vitesse avec une limite maximum prédéterminée.
Le module 69 indique une erreur si cette vitesse est nulle au moment du contact de l’outil d’usinage avec le brut ou si la vitesse de rotation de l’outil d’usinage est supérieure à une limite maximum définie.
Les déplacements considérés sont ceux résultant de l’application du programme d’usinage 59 ou les déplacements commandés directement par l’opérateur en formation à partir du pupitre de commande de formation 35 ou de la télécommande (non représentée).
L’ensemble de formation 33 est configuré pour avertir l’opérateur en formation quand une arrivée trop rapide est détectée, par un signal sonore ou visuel.
L’ensemble de formation 33 est configuré pour enregistrer les erreurs détectées (interférences, arrivées trop rapide) dans une mémoire 70. Il est configuré pour que l’opérateur puisse visualiser les erreurs détectées, par exemple sur le dispositif de visualisation 39, après la fin de la séance de formation. Le pupitre de commande numérique de formation 35 est de préférence configuré pour que l’opérateur en formation puisse générer au moins une des commandes suivantes:
- Chargement d’une identification de l’au moins un outil d’usinage 11 ;
- Entrée de données relatives aux dimensions de l’au moins un outil d’usinage 11 ;
- Déplacement de l’au moins un axe de la machine d’usinage à commande numérique 5 ;
- Entrée de données correctrices permettant de corriger l’utilisation de l’au moins un outil d’usinage 11 en cas de défaut dû à un mauvais réglage de l’outil d’usinage 11 sur la machine d’usinage à commande numérique 5 ou dû à une usure de l’au moins un outil d’usinage 11 ;
- Remplacement d’un outil d’usinage 11 par un autre.
Le simulateur 37 est configuré pour simuler l’effet de ladite au moins une commande sur la machine d’usinage à commande numérique 5.
Le chargement de l’identification de l’outil d’usinage est effectué typiquement en entrant une référence alphanumérique à l’aide du clavier 47 du pupitre de commande de formation 35. Cette référence est utilisée par le simulateur 37 pour aller chercher dans la commande numérique des données relatives audit outil d’usinage. Ces données sont utilisées pour effectuer la simulation de la machine d’usinage à commande numérique 5.
Les données relatives aux dimensions de l’au moins un outil d’usinage 11 sont entrées avec le clavier 47 et sont utilisées par le simulateur 37 pour effectuer la simulation de la machine d’usinage à commande numérique 5. Ces données sont appelées aussi jauges d’outil.
Les données correctrices sont entrées avec le clavier 47 et sont utilisées par le simulateur 37 pour effectuer la simulation de la machine d’usinage à commande numérique 5. Ces données sont appelées aussi correcteurs d’outil.
Le pupitre de commande de formation 35 est configuré pour que l’opérateur en formation puisse envoyer des commandes de chaque axe de l’organe manipulateur 9. Il peut commander des mouvements de chaque axe individuellement, ou des mouvements mettant en jeu plusieurs axes simultanément. Ces commandes sont intégrées ou pas dans un programme d’usinage.
Le pupitre de commande numérique de formation 35 est configuré pour que l’opérateur en formation puisse générer une ou plusieurs des commandes suivantes :
- arrêt à un point du programme d’usinage, avec enregistrement d’une forme du brut 21 audit point;
- reprise dudit programme d’usinage à partir dudit point, en utilisant ladite forme enregistrée ; - sortie à un point dudit programme d’usinage avec enregistrement d’une forme du brut 21 audit point.
Le simulateur 37 est configuré pour simuler l’exécution de ladite commande par la machine d’usinage à commande numérique 5.
En cas d’arrêt ou de sortie, la forme du brut en cours d’usinage est enregistrée. Cette forme diffère de la forme initiale du brut.
On entend ici par sortie un arrêt définitif du programme d’usinage, ne permettant pas une reprise ultérieure.
L’exécution du programme d’usinage peut être arrêtée par exemple en vue de prendre des mesures sur le brut en cours d’usinage, et être reprise après.
Le simulateur 37 est configuré de préférence pour simuler :
- des bruits générés par la machine d’usinage à commande numérique 5 ; et/ou
- des vibrations générées par la machine d’usinage à commande numérique 5 ; et/ou
- un sens de rotation de l’outil d’usinage 11 ; et/ou
- une lubrification de l’outil d’usinage 11.
Le simulateur 37 comporte un générateur de bruits 71. Ce générateur de bruits génère typiquement un bruit choisi dans une bibliothèque de bruits, par exemple en fonction du type d’outil d’usinage utilisé, de la vitesse de déplacement de l’outil d’usinage, de la vitesse de rotation de l’outil d’usinage, du matériau constituant le brut, etc.
Le simulateur 37 comporte un générateur de vibrations 73. Ce générateur de vibrations génère typiquement une vibration choisie dans une bibliothèque de vibrations, par exemple en fonction du type d’outil d’usinage utilisé, de la vitesse de déplacement de l’outil d’usinage, de la vitesse de rotation de l’outil d’usinage, du matériau constituant le brut, etc. Ces vibrations sont transmises par le générateur de vibration au pupitre de commande de formation 35 ou à tout autre structure adaptée.
Le sens de rotation de l’outil d’usinage 11 est déterminé par le programme d’usinage ou directement par une commande à partir du pupitre de commande de formation 35. Il est visible sur le dispositif de visualisation.
Le simulateur 37 comporte un simulateur de lubrification 75. La lubrification est représentée, soit par une indication graphique ou/et par modélisation graphique.
Le fonctionnement de l’ensemble de formation 33 va maintenant être détaillé.
Les modèles numériques suivants sont d’abord chargés sur un calculateur :
- Modèle numérique du brut 61 ;
- Modèle numérique de l’outil d’usinage 63 ;
- Modèle numérique de l’outil de bridage 65 ;
- Modèle numérique de la pièce à usiner à l’état final 67. Le programme d’usinage 59 est également préparé et chargé dans le pupitre de commande de formation 35, par l’opérateur en formation ou par une autre personne.
L’opérateur en formation génère ensuite des commandes à l’aide du pupitre de commande de formation 35.
Le module d’interface 41 permet de transcrire les informations générées par le pupitre de commande de formation au simulateur 37.
Le simulateur 37 simule l’effet des commandes transmises sur la machine d’usinage à commande numérique 5.
Le simulateur 37 simule en particulier :
- les bruits générés par la machine d’usinage à commande numérique 5 ; et/ou
- les vibrations générées par la machine d’usinage à commande numérique 5 ; et/ou
- le sens de rotation de l’outil d’usinage 11 ; et/ou
- la lubrification de l’outil d’usinage 11.
Le simulateur 37 génère périodiquement des signaux permettant au dispositif de visualisation 39 de générer des images illustrant les positions courantes des composants de la machine d’usinage à commande numérique 5 (notamment le plateau mobile 7” du châssis 7, l’organe manipulateur 9 et l’outil d’usinage 11) et la forme du brut en cours d’usinage. Il transmet ces signaux au dispositif de visualisation 39.
Le dispositif de visualisation 39 affiche l’état courant du simulateur 37 pendant la simulation. Il affiche également le sens de rotation de l’outil d’usinage 11 et la lubrification de l’outil d’usinage 11.
L’opérateur en formation observe l’état courant du simulateur 37 sur le dispositif de visualisation 39.
Les commandes générées par l’opérateur en formation à l’aide du pupitre de commande de formation 35 comprennent tout ou parties des commandes suivantes :
- Démarrer la machine d’usinage à commande numérique 5 par mise sous tension du pupitre de commande de formation ;
- Charger le programme d’usinage 59, qui sera exécuté par la machine d’usinage à commande numérique 5;
- Lancer l’usinage du brut de pièce 21 , selon le programme d’usinage préalablement chargé ;
- Commander chaque axe de l’organe manipulateur 9, individuellement ou en combinaison avec d’autres axes;
- Effectuer la gestion des outils d’usinage 11 ;
- Entrer des jauges d’outils ;
- Entrer des correcteurs d’outils ; - Remplacer un outil d’usinage 11 par un autre ;
- Arrêt à un point du programme d’usinage, avec enregistrement d’une forme du brut 21 audit point;
- Reprise dudit programme d’usinage à partir dudit point, en utilisant ladite forme enregistrée ;
- Sortie à un point dudit programme d’usinage avec enregistrement d’une forme du brut 21 audit point.
L’opérateur en formation peut aussi générer les commandes suivantes :
- Génération et transmission au jumeau numérique 36 des informations numériques nécessaires à la mise en place du brut 21 et des outils de bridage du brut 21 sur le châssis 7 à une position déterminée ;
- Prise de dimensions du brut 21 en cours et/ou en fin d’usinage, et comparaison avec les dimensions correspondantes du modèle numérique 67 de la pièce à usiner à l’état final.
Dans le cas où l’ensemble de formation 33 détecte :
- des interférences entre des organes de la machine d’usinage à commande numérique 5 ou entre un organe de la machine d’usinage à commande numérique 5 et le brut 21 ;
- une arrivée trop rapide de l’outil d’usinage 11 dans le brut 21 ; l'opérateur en formation est averti par un signal sonore ou visuel. Il peut alors chercher la cause de ce problème et corriger ce défaut.
L’ensemble de formation 33 enregistre les erreurs détectées (interférences, arrivées trop rapide) dans la mémoire 70. L’opérateur peut visualiser les erreurs détectées, par exemple sur le dispositif de visualisation 39, après la fin de la séance de formation.
Selon une variante particulièrement avantageuse, l’ensemble de formation 1 est configuré pour permettre la connexion du jumeau numérique 36, et plus particulièrement du simulateur 37, au pupitre de commande de production 3 de la machine d’usinage 5.
Les commandes générées par un opérateur sur le pupitre de commande 3 sont ainsi transmises au module d’interface 41 , celui-ci convertissant ces commandes en informations numériques utilisables par le simulateur 37.
Le simulateur 37 simule l’effet des commandes générées par un opérateur sur le pupitre de commande 3 sur la machine d’usinage à commande numérique 5.
Ainsi, le jumeau numérique 36 est capable de simuler en temps réel les opérations exécutées par la machine d’usinage 5 réelle.
Ceci permet à un superviseur distant de superviser les opérations exécutées par un opérateur en formation sur la machine réelle, ou encore de superviser de nouvelles méthodes/ procédures testées sur la machine d’usinage réelle. Le jumeau numérique 36 est également capable de simuler à l’avance des opérations qui seront exécutées ultérieurement par la machine d’usinage 5 réelle.
Ceci permet aussi à un opérateur de programmer et de tester des modifications de programme entrées directement sur la machine d’usinage réelle. S’il fait une erreur, la machine virtuelle pourra l’anticiper. L’opérateur pourra stopper la machine d’usinage réelle et adapter le programme.
L’invention concerne également un procédé de formation d’opérateurs sur un dispositif d’usinage à commande numérique 1 comprenant un pupitre de commande 3 et une machine d’usinage à commande numérique 5.
Cette machine 5 comprend au moins un châssis 7, au moins un organe manipulateur 9 à au moins un axe et au moins un outil d’usinage 11 susceptible d’être manipulé par l’au moins un organe manipulateur 9. La machine d’usinage à commande numérique 5 est commandée par le pupitre de commande 3.
Le procédé est spécialement conçu pour être mis en œuvre avec l’ensemble de formation décrit plus haut. Inversement, l’ensemble de formation est spécialement adapté pour mettre en œuvre le procédé qui va être décrit ici.
Le pupitre de commande 3 est comme décrit plus haut.
La machine d’usinage à commande numérique 5 est comme décrit plus haut.
Le procédé comprend les étapes suivantes:
- fourniture d’un pupitre de commande de formation 35 sensiblement identique au pupitre de commande 3 du dispositif d’usinage à commande numérique 1 ;
- fourniture d’un simulateur 37 de la machine d’usinage à commande numérique 5;
- acquisition de commandes générées par l’opérateur en formation à l’aide du pupitre de commande de formation 35;
- simulation de l’effet des commandes transmises sur la machine d’usinage à commande numérique 5 à l’aide du simulateur 37;
- affichage d’un état courant du simulateur 37 sur un dispositif de visualisation 39 pendant la simulation.
Le pupitre de commande de formation 35 est comme décrit ci-dessus.
Le simulateur 37 est comme décrit ci-dessus.
Le dispositif de visualisation 39 est comme décrit ci-dessus.
Les commandes générées par l’opérateur en formation sur le pupitre de commande de formation 35 sont comme décrit ci-dessus.
Les commandes générées par l’opérateur en formation et acquises à l’étape d’acquisition comprennent au moins: - chargement dans le pupitre de commande numérique de formation 35 d’un programme d’usinage 59 susceptible d’être utilisé par la machine d’usinage à commande numérique 5 pour usiner une pièce;
- exécution dudit programme d’usinage par le simulateur 37.
Le simulateur 37 à l’étape de simulation simule l’exécution dudit programme d’usinage par la machine d’usinage à commande numérique 5.
Le programme d’usinage 59 est comme décrit ci-dessus.
Avantageusement, le procédé comprend une étape de fourniture d’un modèle numérique 61 d’un brut 21 de la pièce à usiner, le simulateur 37 à l’étape de simulation simulant l’exécution dudit programme d’usinage 59 par la machine d’usinage à commande numérique 5 en utilisant ledit modèle numérique 61 du brut 21 de la pièce à usiner.
Le brut 21 est comme décrit ci-dessus.
Le modèle numérique 61 du brut 21 est comme décrit ci-dessus.
Le simulateur 37 utilise le modèle numérique 61 du brut 21 pour calculer avec une grande précision les enlèvements de matière dans le brut 21 résultant des différents déplacements de l’outil d’usinage 11, ainsi que la forme du brut 21 après enlèvement de matière.
Avantageusement, le procédé comprend une étape de fourniture d’au moins un modèle numérique 63 de l’au moins un outil d’usinage 11 , le simulateur 37 à l’étape de simulation simulant l’exécution dudit programme d’usinage 59 par la machine d’usinage à commande numérique 5 en utilisant ledit modèle numérique 63 de l’au moins un outil d’usinage 11.
Le modèle numérique 63 de l’outil d’usinage 11 est comme décrit ci-dessus.
Le simulateur 37 utilise le modèle numérique 63 pour calculer avec une grande précision les enlèvements de matière dans le brut 21 résultant des différents déplacements de l’outil d’usinage 11, ainsi que la forme du brut 21 après enlèvement de matière.
De préférence, le procédé comprend :
- une étape de fourniture d’au moins un modèle numérique 65 d’un outil 25 de bridage du brut 21 ;
- une étape de génération et transmission au jumeau numérique 36 des informations numériques nécessaires à la mise en place du brut 21 et des outils de bridage du brut 21 sur le châssis 7 à une position déterminée, le simulateur 37 à l’étape de simulation simulant le bridage du brut 21 sur le châssis 7 à ladite position déterminée en utilisant l’au moins un modèle numérique 61 du brut 21 et l’au moins un modèle numérique 65 de l’outil 25 de bridage du brut.
L’outil de bridage du brut 25 est comme décrit ci-dessus. Le modèle numérique 65 de l’outil de bridage du brut 21 est comme décrit ci-dessus.
Le simulateur 37 utilise l’au moins un modèle numérique 65 de l’outil de bridage du brut et l’au moins un modèle numérique 61 du brut 21 pour simuler le bridage du brut 21 sur le châssis 7, typiquement sur le plateau mobile 7”, à ladite position déterminée.
Ceci contribue à la précision de la simulation de l’usinage qui va être réalisé et à la précision de la simulation pour la détection de collisions.
Avantageusement, le procédé comprend encore une étape de fourniture d’un modèle numérique 67 de la pièce à usiner à l’état final, l’étape de simulation comprenant une sous-étape de détermination des dimensions du brut 21 en cours et/ou en fin d’usinage et une sous-étape de comparaison desdites dimensions avec des dimensions correspondantes dudit modèle numérique 67 de la pièce à usiner à l’état final.
Le modèle numérique 67 de la pièce à usiner à l’état final est comme décrit ci- dessus.
Les dimensions du brut 21 en cours et/ou en fin d’usinage sont déterminées par calcul en utilisant les données issues de la simulation. Les dimensions correspondantes de la pièce à usiner à l’état final sont déterminées par calcul en utilisant les données du modèle numérique 67. La comparaison est effectuée en calculant la différence entre la dimension du brut 21 en cours et/ou en fin d’usinage et la dimension correspondante de la pièce à usiner. Les écarts dimensionnels entre le brut usiné et la pièce à l’état final sont fournis à l’opérateur. Ils sont par exemple affichés sur un écran équipant le module d’interface 39.
De préférence, le procédé comprend les étapes suivantes :
- détection des interférences entre des organes de la machine d’usinage à commande numérique 5 ou entre un organe de la machine d’usinage à commande numérique 5 et le brut 21 ;
- détection d’une arrivée trop rapide de l’outil d’usinage 11 dans le brut 21 .
Ces détections sont effectuées comme décrit plus haut.
L’étape de détection d’une interférence comporte une sous-étape d’avertissement de l’opérateur en formation quand une interférence est détectée, par un signal sonore ou visuel.
L’étape de détection d’une arrivée trop rapide comporte une sous-étape d’avertissement de l’opérateur en formation quand une arrivée trop rapide est détectée, par un signal sonore ou visuel.
Les erreurs détectées (interférences, arrivées trop rapide) sont enregistrées dans une mémoire 70 de l’ensemble de formation 33. L’opérateur peut visualiser les erreurs détectées, par exemple sur le dispositif de visualisation 39, après la fin de la séance de formation. Les commandes générées par l’opérateur en formation et acquises à l’étape d’acquisition comprennent de préférence une ou plusieurs des commandes suivantes:
- Chargement d’une identification de l’au moins un outil d’usinage 11 ;
- Entrée de données relatives aux dimensions de l’au moins un outil d’usinage 11 ;
- Déplacement de l’au moins un axe de la machine d’usinage à commande numérique 5 ;
- Entrée de données correctrices permettant de corriger l’utilisation de l’au moins un outil d’usinage 11 en cas de défaut dû à un mauvais réglage de l’outil d’usinage 11 sur la machine d’usinage à commande numérique 5 ou dû à une usure de l’au moins un outil d’usinage 11 ;
- Remplacement d’un outil d’usinage 11 par un autre.
L’effet de ladite au moins une commande sur la machine d’usinage à commande numérique est simulé par le simulateur à l’étape de simulation.
Les commandes sont comme décrit ci-dessus.
Les commandes générées par l’opérateur en formation et acquises à l’étape d’acquisition comprennent de préférence une ou plusieurs des commandes suivantes :
- arrêt à un point du programme d’usinage, avec enregistrement d’une forme du brut 21 audit point;
- reprise dudit programme d’usinage à partir dudit point, en utilisant ladite forme enregistrée ;
- sortie à un point dudit programme d’usinage avec enregistrement d’une forme du brut 21 audit point.
L’effet de ladite au moins une commande sur la machine d’usinage à commande numérique est simulé par le simulateur à l’étape de simulation.
Les commandes sont comme décrit ci-dessus.
De préférence, à l’étape de simulation, le simulateur 37 simule :
- les bruits générés par la machine d’usinage à commande numérique 5 ; et/ou
- les vibrations générées par la machine d’usinage à commande numérique 5 ; et/ou
- le sens de rotation de l’outil d’usinage 11 ; et/ou
- la lubrification de l’outil d’usinage 11.
Cette simulation est effectuée comme décrit ci-dessus.

Claims

REVENDICATIONS
1. Ensemble de formation d’opérateurs sur un dispositif d’usinage à commande numérique (1) comprenant un pupitre de commande (3) et une machine d’usinage à commande numérique (5) à au moins un axe ayant au moins un châssis (7) , au moins un organe manipulateur (9) et au moins un outil d’usinage (11) susceptible d’être manipulé par l’au moins un organe manipulateur (9), la machine d’usinage à commande numérique (5) étant commandée par le pupitre de commande (3), l’ensemble de formation (33) comprenant :
- un pupitre de commande de formation (35) sensiblement identique au pupitre de commande (3) du dispositif d’usinage à commande numérique (1 ) ;
- un jumeau numérique (36) de la machine d’usinage à commande numérique (5), comprenant un simulateur (37) et un module d’interface (41) raccordant le pupitre de commande de formation (35) au simulateur (37), le module d’interface (41) étant configuré pour transmettre au simulateur (37) des commandes générées par l’opérateur en formation à l’aide du pupitre de commande de formation (35), le simulateur (37) étant configuré pour simuler l’effet des commandes transmises sur la machine d’usinage à commande numérique (5) ;
- un dispositif de visualisation (39) configuré pour qu’un opérateur en formation visualise l’état courant du simulateur (37).
2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel l’ensemble (33) comprend au moins un programme d’usinage (59) susceptible d’être utilisé par la machine d’usinage à commande numérique (5) pour usiner une pièce, le pupitre de commande numérique de formation (35) étant configuré pour que l’opérateur en formation puisse générer les commandes suivantes:
- chargement du ou d’un programme d’usinage (59) dans le pupitre de commande numérique de formation (35) ; exécution dudit programme d’usinage (59) par le simulateur (37) ; le simulateur (37) étant configuré pour simuler l’exécution dudit programme d’usinage (59) par la machine d’usinage à commande numérique (5).
3. Ensemble selon la revendication 2, dans lequel l’ensemble (33) comprend au moins un modèle numérique (61) d’un brut (21) de la pièce à usiner, le simulateur (37) étant configuré pour simuler l’exécution dudit programme d’usinage (59) par la machine d’usinage à commande numérique (5) sur ledit brut (21 ) en utilisant ledit modèle numérique (61) du brut.
4. Ensemble selon la revendication 3, dans lequel le pupitre de commande numérique de formation (35) est configuré pour que l’opérateur en formation puisse générer une ou plusieurs des commandes suivantes :
- arrêt à un point dudit programme d’usinage (59) avec enregistrement d’une forme du brut
(21) audit point;
- reprise dudit programme d’usinage (59) à partir dudit point, en utilisant ladite forme enregistrée ;
- sortie à un point dudit programme d’usinage (59) avec enregistrement d’une forme du brut (21) audit point; le simulateur (37) étant configuré pour simuler l’exécution de ladite commande par la machine d’usinage à commande numérique (5).
5. Ensemble selon la revendication 4, dans lequel l’ensemble (33) comprend au moins un modèle numérique (65) d’un outil (25) de bridage du brut (21), le pupitre de commande de formation (35) étant configuré pour que l’opérateur en formation puisse générer et transmettre au module d’interface (41) les informations numériques nécessaires à la mise en place du brut (21) et des outils de bridage du brut (21) sur le châssis (7) à une position déterminée, le simulateur (37) étant configuré pour simuler le bridage du brut (21) sur le châssis (7) à ladite position déterminée en utilisant l’au moins un modèle numérique (61) du brut et l’au moins un modèle numérique (65) de l’outil (25) de bridage du brut.
6. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel l’ensemble (33) comprend au moins un modèle numérique (67) de la pièce à usiner à l’état final, et un module (68) configuré pour déterminer des dimensions du brut (21) en cours et/ou en fin d’usinage et pour comparer lesdites dimension avec des dimensions correspondantes du modèle numérique (67) de la pièce à usiner à l’état final.
7. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel l’ensemble (33) comprend un module (69) configuré pour détecter
- des interférences entre des organes de la machine d’usinage à commande numérique (5) ou entre un organe de la machine d’usinage à commande numérique (5) et le brut (21 ) ;
- une arrivée trop rapide de l’outil d’usinage (11) dans le brut (21 ).
8. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel l’ensemble (33) comprend au moins un modèle numérique (63) de l’au moins un outil d’usinage (11 ), le simulateur (37) étant configuré pour simuler l’exécution dudit programme d’usinage (59) par la machine d’usinage à commande numérique (5) en utilisant ledit modèle numérique (63) de l’au moins un outil d’usinage (11).
9. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le pupitre de commande numérique de formation (35) est configuré pour que l’opérateur en formation puisse générer au moins une des commandes suivantes:
- chargement d’une identification de l’au moins un outil d’usinage (11) ;
- entrée de données relatives aux dimensions de l’au moins un outil d’usinage (11 ) ;
- déplacement de l’au moins un axe de la machine d’usinage à commande numérique (5) ;
- entrée de données correctrices permettant de corriger l’utilisation de l’au moins un outil d’usinage (11) en cas de défaut dû à un mauvais réglage de l’outil d’usinage (11) sur la machine d’usinage à commande numérique (5) ou dû à une usure de l’au moins un outil d’usinage (11) ; remplacement d’un outil d’usinage (11) par un autre ; le simulateur (37) étant configuré pour simuler l’effet de ladite au moins une commande sur la machine d’usinage à commande numérique (5).
10. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le simulateur (37) est configuré pour simuler :
- des bruits générés par la machine d’usinage à commande numérique (5) ; et/ou
- des vibrations générées par la machine d’usinage à commande numérique (5) ; et/ou un sens de rotation de l’outil d’usinage (11) ; et/ou une lubrification de l’outil d’usinage (11).
11. Procédé de formation d’opérateurs sur un dispositif d’usinage à commande numérique (1) comprenant un pupitre de commande (3) et une machine d’usinage à commande numérique (5) ayant au moins un châssis (7), au moins un organe manipulateur (9) à au moins un axe et au moins un outil d’usinage (11 ) susceptible d’être manipulé par l’au moins un organe manipulateur (9), la machine d’usinage à commande numérique (5) étant commandée par le pupitre de commande (3), le procédé comprenant les étapes suivantes:
- fourniture d’un pupitre de commande de formation (35) sensiblement identique au pupitre de commande (3) du dispositif d’usinage à commande numérique (1) ;
- fourniture d’un jumeau numérique (36) de la machine d’usinage à commande numérique (5) comprenant un simulateur (37) de la machine d’usinage à commande numérique (5) ;
- acquisition de commandes générées par l’opérateur en formation à l’aide du pupitre de commande de formation (35) ;
- simulation de l’effet des commandes transmises sur la machine d’usinage à commande numérique (5) à l’aide du simulateur (37) ;
- affichage d’ un état courant du simulateur (37) sur un dispositif de visualisation (39) pendant la simulation.
12. Procédé selon la revendication 11 , dans lequel les commandes générées par l’opérateur en formation et acquises à l’étape d’acquisition comprennent au moins:
- chargement dans le pupitre de commande numérique de formation (35) d’un programme d’usinage (59) susceptible d’être utilisé par la machine d’usinage à commande numérique (5) pour usiner une pièce; exécution dudit programme d’usinage (59) par le simulateur (37) ; le simulateur (37) à l’étape de simulation simulant l’exécution dudit programme d’usinage (59) par la machine d’usinage à commande numérique (5).
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel le procédé comprend une étape de fourniture d’un modèle numérique (61) d’un brut (21) de la pièce à usiner, le simulateur (37) à l’étape de simulation simulant l’exécution dudit au moins un programme d’usinage (59) par la machine d’usinage à commande numérique (5) en utilisant ledit modèle numérique (61 ) du brut (21) de la pièce à usiner.
14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel les commandes générées par l’opérateur en formation et acquises à l’étape d’acquisition comprennent au moins une des commandes suivantes:
- arrêt à un point dudit programme d’usinage (59) avec enregistrement d’une forme du brut
(21) audit point;
- reprise dudit programme d’usinage (59) à partir dudit point, en utilisant ladite forme enregistrée ;
- sortie à un point dudit programme d’usinage (59) avec enregistrement d’une forme du brut (21) audit point; l’effet de ladite au moins une commande sur la machine d’usinage à commande numérique (5) étant simulé par le simulateur (37) à l’étape de simulation.
15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, dans lequel le procédé comprend :
- une étape de fourniture d’au moins un modèle numérique (65) d’un outil (25) de bridage du brut (21) ;
- une étape de génération et transmission au jumeau numérique (36) des informations numériques nécessaires à la mise en place du brut (21) et des outils de bridage du brut (21) sur le châssis (7) à une position déterminée ; le simulateur (37) à l’étape de simulation simulant le bridage du brut (21) sur le châssis (7) à ladite position déterminée en utilisant l’au moins un modèle numérique (61) du brut (21) et l’au moins un modèle numérique (65) de l’outil (25) de bridage du brut.
16. Procédé selon l’une quelconque des revendications 13 à 15, dans lequel le procédé comprend une étape de fourniture d’un modèle numérique (67) de la pièce à usiner à l’état final, l’étape de simulation comprenant une sous-étape de détermination des dimensions du brut (21) en cours et/ou en fin d’usinage et une sous-étape de comparaison desdites dimensions avec des dimensions correspondantes dudit modèle numérique (67) de la pièce à usiner à l’état final.
17. Procédé selon l’une quelconque des revendications 13 à 16, dans lequel le procédé comprend les étapes suivantes :
- détection des interférences entre des organes des organes de la machine d’usinage à commande numérique (5) ou entre un organe des organes de la machine d’usinage à commande numérique (5) et le brut (21) ;
- détection d’une arrivée trop rapide de l’outil d’usinage (11) dans le brut (21 ).
18. Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 à 17, dans lequel le procédé comprend une étape de fourniture d’au moins un modèle numérique (67) de l’au moins un outil d’usinage (11 ), le simulateur (37) à l’étape de simulation simulant l’exécution dudit programme d’usinage (59) par la machine d’usinage à commande numérique (5) en utilisant ledit modèle numérique (63) de l’au moins un outil d’usinage (11).
19. Procédé selon l’une quelconque des revendications 11 à 18, dans lequel les commandes générées par l’opérateur en formation et acquises à l’étape d’acquisition comprennent au moins une des commandes suivantes:
- chargement de l’identification de l’au moins un outil d’usinage (11) ;
- entrée de données relatives aux dimensions de l’outil d’usinage (11) ;
- déplacement de l’au moins un axe de la machine d’usinage à commande numérique (5) ;
- entrée de données correctives relatives aux dimensions de l’outil d’usinage (11) ; remplacement d’un outil d’usinage (11) par un autre ; l’effet de ladite au moins une commande sur la machine d’usinage à commande numérique (5) étant simulé par le simulateur (37) à l’étape de simulation.
20. Procédé selon l’une quelconque des revendications 11 à 19, dans lequel l’étape de simulation comprend une ou plusieurs des opérations suivantes :
- simulation des bruits générés par la machine d’usinage à commande numérique (5) ;
- simulation des vibrations générées par la machine d’usinage à commande numérique (5) ; simulation d’un sens de rotation de l’outil d’usinage (11) ;
- simulation d’une lubrification de l’outil d’usinage (11).
21. Ensemble de fabrication comportant :
- un dispositif d’usinage à commande numérique (1 ) comprenant un pupitre de commande (3) et une machine d’usinage à commande numérique (5) à au moins un axe ayant au moins un châssis (7) , au moins un organe manipulateur (9) et au moins un outil d’usinage (11) susceptible d’être manipulé par l’au moins un organe manipulateur (9), la machine d’usinage à commande numérique (5) étant commandée par le pupitre de commande (3),
- un ensemble de formation (33) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 ;
- le jumeau numérique (36) étant connecté au pupitre de commande de production (3) de la machine d’usinage à commande numérique (5), de telle sorte que le simulateur (37) simule l’effet des commandes générées par un opérateur sur le pupitre de commande (3) sur la machine d’usinage à commande numérique (5).
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