Documentation Manuel technique

Les modèles du jumeau et leurs limites

Le jumeau est la MC-1 sous forme de logiciel : le noyau propre à Twinwright y tourne, et des modèles physiques représentent les éléments de la machine qui entourent le contrôleur. Chaque chiffre que le jumeau donne sur le monde physique est une estimation tirée d’un modèle physique. Ses paramètres proviennent de la conception de la machine, des fiches techniques des composants et de valeurs publiées ; chaque MC-1 doit être mesurée à la mise en service et son jumeau réglé d’après les mesures (prévu). Chaque section ci-dessous se termine par ce sur quoi reposent ses paramètres.

_Ébauche (itération 14) : le texte est en cours de rédaction ; les sections peuvent encore s’étoffer._

Le contrôleur

Le contrôleur du jumeau est le noyau propre à Twinwright, construit à partir du même code source que le micrologiciel de la machine. Ce qui est modélisé, c’est la carte qui l’entoure : ses temporisateurs et ses impulsions de pas, ses entrées avec leur antirebond, sa liaison avec l’ordinateur (le port série USB et sa poignée de main) et le temps que prend le traitement de premier plan du contrôleur.

Repose sur : le code même du noyau ; le temps de premier plan est une estimation tant qu’il n’est pas mesuré sur la carte.

Mouvement et variateurs

Chaque axe est entraîné par un variateur pas à pas en boucle fermée et une vis à billes. Le jumeau les modélise à quatre niveaux de détail ; le modèle par défaut est un modèle à trois masses :

la boucle de position du variateur : le ressort magnétique du moteur autour de la position commandée, son couple qui diminue avec la vitesse, le décrochage quand la charge est trop forte, l’alarme du variateur quand l’erreur de poursuite devient trop grande ;
le frottement dans les guidages, l’écrou et les roulements, et la gravité sur Z ;
la souplesse de la transmission entre le moteur, la vis et la table, le jeu de l’écrou, le bâti sous l’axe X ;
l’alimentation électrique des variateurs : la chaîne d’arrêt d’urgence, le contacteur, le temps de démarrage des variateurs.

Repose sur : la conception (masses, inerties, rigidité par calcul à la main et par analyse par éléments finis), les fiches techniques des variateurs et des moteurs ; le frottement et les paramètres internes du variateur sont des hypothèses tant qu’ils ne sont pas mesurés.

Modèle de géométrie et de précision

Lorsqu’il est activé, le jumeau déplace la pointe de l’outil selon les erreurs géométriques de la machine : l’erreur de pas de chaque axe et sa partie périodique, deux erreurs de rectitude et trois erreurs angulaires agissant par leurs bras d’Abbe, l’équerrage entre les axes, le jeu de l’écrou, et la dilatation thermique des vis et de la broche. Les fins de course voient les chariots, le capteur de longueur d’outil et le palpeur voient la pointe de l’outil, comme sur la machine. Le modèle est désactivé par défaut : le jumeau nominal est idéal.

Repose sur : des tableaux d’une machine assemblée typique, tirés des classes de qualité des composants. Ce n’est pas la spécification de la machine ; ces tableaux sont remplacés par la mesure ISO 230-2 de la machine à la mise en service (prévu).

Chaleur

La broche et les vis à billes s’échauffent à l’usage et refroidissent au repos ; le jumeau conserve leurs températures d’une session à l’autre et s’en sert pour déplacer la pointe de l’outil et modifier le pas des vis.

Repose sur : des modèles thermiques du premier ordre, aux paramètres supposés tant que la montée en température de la machine n’est pas mesurée.

Broche et variateur de fréquence

Le variateur de broche est modélisé comme celui de la machine : le contrôleur dialogue avec lui en RS-485 dans le protocole propre au variateur, octet par octet à la vitesse configurée, et le variateur répond comme son manuel le décrit, y compris avec ses paramètres qui décident s’il écoute. Derrière lui : le couple du moteur déduit de son glissement, son courant et les déclenchements du variateur sur surintensité, surcharge et sous-tension, le bus continu qui maintient le variateur en fonctionnement lors d’une brève baisse de tension d’alimentation, la pompe à eau.

Repose sur : les données du variateur et du moteur ; la capacité du bus, la part magnétisante du courant et le frottement sont des hypothèses tant qu’ils ne sont pas mesurés.

La coupe

Le brut est un champ de hauteurs, avec des zones plus fines là où vous le demandez. Chaque déplacement de l’outil enlève ce que la forme de l’outil balaie ; la forme de la pièce vient donc du programme lui-même.

L’effort de coupe vient des coefficients de coupe de la matière, qui varient avec l’épaisseur du copeau et la vitesse de coupe, calculés dent par dent sur la forme réelle de l’outil (à bout plat, hémisphérique, torique, en V). À partir de l’effort, le jumeau estime la charge et la puissance de la broche, la flexion de l’outil et le risque de casse de l’outil : la contrainte de flexion à la base des goujures comparée à la résistance du carbure.

Repose sur : des données de coupe publiées pour les matières (la source de chaque matière figure dans le profil de machine), un outil affûté, une géométrie d’outil typique.

Broutement

Pour chaque coupe, le jumeau calcule la profondeur à partir de laquelle elle se mettrait à brouter à la vitesse de broche utilisée, d’après les modes de vibration de l’outil et de la machine et la géométrie de la coupe, et choisit une vitesse de broche où la coupe est stable. Il estime aussi la position finale des parois d’après la vibration forcée de la coupe.

La pointe de l’outil a trois modes dans chaque direction : la structure de la machine, le porte-outil dans la pince et la broche, et la flexion propre de l’outil. La fréquence du mode de flexion découle de la forme de l’outil (ses goujures, son col, sa queue et sa longueur de sortie) : environ 14 kHz pour une fraise de 6 mm sortie de 20 mm, plus de 100 kHz pour une fraise de 0,2 mm. Les outils de moins d’environ 1 mm broutent, s’ils broutent, sur leur propre flexion, à une profondeur qui dépend à peine de la vitesse de broche ; le jumeau calcule cette profondeur dans le domaine temporel pour chaque coupe.

Repose sur : les modes du bâti issus d’une analyse par éléments finis, un mode de porte-outil supposé et la flexion de l’outil estimée à partir de sa géométrie par la théorie des poutres ; l’amortissement des trois est supposé (3 %). Aucun n’est encore mesuré : ils doivent être mesurés par un essai de frappe sur la machine construite, et jusque-là les profondeurs stables sont des estimations. L’amortissement de la coupe elle-même n’est pas modélisé : pour les petits outils, l’indice de broutement est du côté de la sécurité.

Faux-rond

Une fraise dont l’axe est décentré par rapport à celui de la broche coupe avec sa dent la plus extérieure : les alésages sortent plus grands et les bossages plus petits (constat 187). Le jumeau coupe avec cette enveloppe ; la FAO en tient compte dans les ajustements. Un outil peut porter son propre faux-rond dans sa désignation (la classe d’une pince de précision, ou une valeur mesurée ; tir3 : son TIR en micromètres) ; sinon, celui de la machine s’applique.

Repose sur : un faux-rond supposé tant qu’il n’est pas mesuré sur la machine.

Usure des outils

En 1.0, chaque outil est un outil neuf : la forme qu’il coupe et ses efforts sont ceux d’un outil affûté, quelle que soit la durée pendant laquelle il a coupé. Le décompte de la durée de vie qu’un programme consomme pour chaque outil est prévu pour une version ultérieure. Les outils qui coupent l’aluminium sont le plus souvent changés d’abord parce que l’aluminium colle à l’arête et que la pièce présente des bavures ou un état de surface moins bon, et non parce que la face de dépouille s’est usée.

Le palpeur

Le palpeur est un outil dont la bille commute l’entrée du palpeur lorsqu’elle touche la pièce. Le jumeau calcule exactement le contact à partir de la forme du brut et des surfaces usinées, pentes comprises. Deux modèles : un palpeur idéal qui commute dès que la bille touche, et un palpeur typique avec une pré-course qui dépend de la direction, trois lobes, une dispersion et la rupture du stylet lorsqu’on le pousse trop loin.

Repose sur : des valeurs typiques d’un palpeur à déclenchement par contact ; étalonnez le palpeur sur une bague étalon avant de mesurer avec lui.

Le dégagement en Z

Pour le bridage posé sur la table, le jumeau calcule le point le plus haut à dégager et, pour l’outil dans la broche et chaque outil de la table d’outils, la hauteur de la pointe de l’outil en haut de la course en Z. Un outil qui ne peut pas dégager le bridage est signalé quand le bridage ou l’outil change (constat 188).

Repose sur : la conception de la machine et les longueurs d’outil telles qu’elles sont données.

Collisions et maintien de la pièce

Le jumeau vérifie l’outil, son porte-outil et la broche par rapport à la pièce, au montage et à la machine, et prévient avant une quasi-collision. Le maintien de la pièce (brides, étau, vé, ruban adhésif, pièce fixée) retient la pièce avec une force ; une coupe qui pousse plus fort peut la faire glisser.

Repose sur : la géométrie de la machine et des montages tirée de la conception ; les forces de maintien sont des estimations.

Ce qui n’est pas modélisé

la texture et la rugosité de la surface, au-delà de la position des parois ;
l’arête rapportée, les copeaux et leur évacuation ;
la flexion des parois minces sous la coupe ;
la chaleur de la pièce elle-même ;
ce qui se passe après la casse d’un outil.

Les essais de réception qui exigent une machine construite (les mesures des variateurs et du son, les efforts de coupe, la surface, la chaleur, les modes du bâti, le mode ombre avec une machine réelle) figurent dans les notes de conception du jumeau (docs/06, section 7).