§T-expNC_Study

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Expectation on Numerical Command

Objet: §T-expNC_Study.doc
Type: Etude Technologique
Auteur: JCP Date: 2008-11-11
expectation on Numerical Command
Etude Technologique
1. Objet
1.1. Nom
Etude et perspective technique concernant les commandes numériques.
1.2. Description
Ce document récapitule d'abord la fonction, les principes, les architectures et les déploiements d'une
commande numérique. Ensuite, il décrit les perspectives offrant les meilleurs potentiels. Et il se termine en
proposant une feuille de route pour passer de l'actuel au futur.
1.3. Domaine
Contrôle de processus, de mouvement et de positionnement.
1.4. Liens
1.4.1. Références
http://www.boschrexroth.com/business_units/brc/subwebsites/product_catalogue/en/antriebstechnik_en/indradrive_mi_en/index.jsp
http://www.automation.siemens.com/mc/mc-sol/en/8ecc45b0-3694-4dd5-8dff-7774d518da2a/index.aspx?c=r-posmo
http://www.lenze.com/lenze.com_en_active/020_Products/040_Distributed_drive_technology/
http://www.sew-eurodrive.ca/8_news/02_press_releases/0305_swc835-product-awards.pdf
http://www.designnews.com/article/8076-Integrated_motor_drive_combinations.php
http://www.drivescontrol.com.sg/mez-siemens/combimaster-standard.html
http://www.ecpe.org/download/publications/Paper_Maerz_CPES2005.pdf
http://www.industrialtechnology.co.uk/index.php?pageId=47&aid=1162
http://nord.com/cms/media/documents/bw/F3010_GB_2908.pdf
http://www.triomotion.com/tmt2/sitefiles/home2.asp
http://www.animatics.com/web/what_can_you.html
http://www.cpes.vt.edu/public/research/imds.php
http://www.sew-eurodrive.com/produkt/C21.htm
http://www.blufftonmotorworks.com/imds.html
http://www.micosusa.com/Con_5018.html
http://www.jvluk.com/servo_motors.html
http://www.eobd.fr/multiplexage.htm
http://www.tornos.ch/prd-ds-f.html
http://www.beckhoff.com/
http://www.synqnet.org/
http://www.plcopen.org/
http://www.isa.org/S88/
http://www.step-nc.org/
1.4.2. Issues
Perspectives d'architectures NC pour 2009, 2011, 2013, 2015, ...
1.5. Intervenants / Contacts
• Jean-Claude Pourchet R&D Software + Motion Control +41 324 944 562 pourchet.jc@tornos.ch
•
1.6. Responsabilités & Historiques
Rév. Date Auteur Resp. Description
• 1.0 22.09.08 JCP PhJ 1ier
jet, §3. §5.
• 1.1 10.10.08 JCP PhJ §4. §6.
• 1.2 14.10.08 JCP PhJ §7. §8.
• 1.3 16.10.08 JCP PhJ §2.
• 1.4 20.10.08 JCP PhJ §8. §7.4.
• 1.5 30.10.08 JCP PhJ §5.4. §7.5. §7.6. §7.7.
•

Etude Technologique
2. Sommaire
2.1. Plan
2.1.1. Fonction
Une commande numérique désigne l'ensemble des matériels et logiciels ayant pour fonction de donner les
instructions de mouvements à tous les organes d'une machine-outil.
2.1.2. Principes
Une commande numérique est par essence programmable par l'utilisateur. On recense plusieurs principes de
programmation qui influencent peu ou prou l'architecture de la commande numérique.
Les différentes interprétations de langages ISO comme la compilation de cames virtuelles offrent des avantages
et des inconvénients; la voie médiane de l'ISO segmenté s'inscrit dans la mutation logicielle en cours.
2.1.3. Architectures
Une commande numérique peut être structurée de diverses manières tant en interne qu'en externe. Son
architecture est influencée par le principe de programmation, par les moyens de communications et par le choix
du déploiement des éléments intervenants entre le programmeur, l'opérateur et les organes de la machine-outil.
A une architecture centralisée, fermée, lourde, limitée, propriétaire et rigide, il semble évident qu'une
architecture décentralisée, ouverte, agile, expansible, standardisée et flexible offre plus de potentiels.
2.1.4. Déploiements
Le déploiement d'une commande numérique nécessite des câbles et des conditionnements électriques propres.
Au même titre que l'industrie automobile, mais avec 15 ans de retard, l'industrie de la machine-outil va devoir
choisir de déployer ses commandes numériques en adoptant la technologie du multiplexage.
2.1.5. Solution
Après avoir passé en revue les principes, les architectures et les déploiements, la solution de la commande
numérique distribuée s'impose d'elle-même et offre les meilleures perspectives tant en matière de réduction des
coûts qu'en matière d'augmentation des performances et de la sécurité.
2.1.6. Synthèse
La dernière partie propose en guise de synthèse, une feuille de route pour passer par étapes de la commande
numérique actuelle à la commande numérique distribuée.
2.2. Recommandations
2.2.1. A court terme
• traduire ce document en japonais...
• généraliser les consoles "PC-WINTEL" à toutes les machines.
• cesser d'investir dans les cames virtuelles PTO et orienter SW-Platform vers l'ISO segmenté.
• initier un partenariat avec un fournisseur d'ampli-moteur-codeurs intégrés ouverts aux standards.
2.2.2. A moyen terme
• adopter un conditionnement électrique distribué pour le processus machine (hormis motion control).
• contrôler le processus machine (hormis motion control) depuis la console "PC-WINTEL" via un fieldBus.
• restreindre le rôle fonctionnel de la commande Fanuc uniquement à la partie motion control.
• développer le concept Local-NC avec le partenaire fournissant les ampli-moteur-codeurs.
2.2.3. A long terme
• déployer les modules commandés numériquement selon Local-NC.
• généraliser le conditionnement électrique distribué à tous les organes machine.
• développer sur la base SW-Platform les fonctions Net-HMI, Net-Custom et Net-NC.
2.3. Gains d'ici 2015
• réduction du TCO de 30%, de la taille des armoires de 70% et du temps de câblage de 85%.
• amélioration de la sécurité et de la précision de conduite des trajectoires d'un facteur 100.

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3. Fonction
3.1. Machine à commande numérique
http://fr.wikipedia.org/wiki/Commande_num, Une machine-outil à commande numérique (MOCN) est une
machine-outil dotée d'une commande numérique.
3.1.1. Définition
Dans le domaine de la fabrication mécanique, la commande numérique désigne l'ensemble des matériels et
logiciels ayant pour fonction de donner les instructions de mouvements à tous les organes d'une machine-outil :
• l'outil (ou les outils) d'usinage (fraise, foret, laser, jet d'eau, etc.) équipant la machine,
• les organes où sont fixées les pièces,
• les systèmes de magasinage et de changement d'outil,
• les dispositifs de changement de pièce,
• les mécanismes connexes, pour le contrôle ou la sécurité, l'évacuation des copeaux,etc.
3.1.2. Généralités
Par extension, on appelle «commande numérique» l'armoire de commande recevant le programme d'usinage
sous forme d'un ruban perforé, d'une bande magnétique, ou de données issues d'un ordinateur. On désigne
parfois ainsi la machine complète équipée d'un tel dispositif. On parle d'un tour à commande numérique, ou
d'une fraiseuse à commande numérique, par opposition à un tour conventionnel ou une fraiseuse
conventionnelle, dont les mouvements sont commandés manuellement ou par un dispositif automatisé d'une
façon figée.
Les machines-outils spécialisées (aléseuses-perceuses, fraiseuses) à commande numérique ont évolué en
centres d'usinage à commande numérique permettant d'usiner des formes complexes sans démontage de la
pièce. Ces centres d'usinage sont généralement équipés de magasins d'outils (tourelles, tables, chaînes) sur
lesquels sont disposés les différents outils. Les changements d'outils équipant la (ou les) tête(s) d'usinage sont
programmés en fonction de la définition numérique de la pièce.
Le fichier de définition numérique (qu'on appelle aussi "DFN", définition numérique, numérisation ou même tout
simplement "num") est un fichier informatique généré par CAO, qui remplace de plus en plus le plan sur la
traditionnelle planche à dessin. CATIA est actuellement l'un des logiciels les plus utilisés pour établir les DFN
dans le domaine de l'automobile et de l'aéronautique.
Sur ces définitions doivent ensuite être calculés des parcours d'outil au moyen de logiciels de FAO. Ces
parcours seront ensuite traduits dans un langage compréhensible par la «commande numérique».
3.1.3. Origines de la commande numérique
C’est en 1942 aux États-Unis que la C.N. a commencé à être exploitée, pour permettre l’usinage de pompes à
injection pour moteurs d’avions. Il s’agissait en fait de cames, dont le profil complexe était irréalisable au moyen
d’une machine traditionnelle.
3.1.4. La structure d'une machine à commande numérique
Les programmes d'usinage sont réalisés à partir d'une origine appelée Origine Programme (OP) positionnée
par le programmeur. Le programme commande les déplacements relatifs entre le brut et les outils dans le but
de réaliser l'usinage de la pièce finale. Ces déplacements sont réalisés dans un repère orthonormé normalisé
(O: x, y, z) basé sur la structure de la machine.
L'axe z de ce repère est un axe confondu avec celui de la broche de la machine. Le sens positif de cet axe est
donné par le sens d'éloignement de l'outil par rapport à la pièce. La détermination de l'axe x entre les 2 axes
restants se fait en identifiant celui qui permet le plus grand déplacement. Le sens positif de x est déterminé par
le sens logique d'éloignement de l'outil par rapport à la pièce.
L'axe y est déterminé à partir de x et z grâce à la règle du trièdre direct.

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3.2. Programmation de commande numérique
http://fr.wikipedia.org/wiki/Programmation_de_commande_num. La programmation de commande numérique
(CN) permet de piloter des machine-outils à commande numérique. C'est le directeur de commande numérique
(DCN) qui interprète les instructions, reçoit les informations des capteurs et agit (par l'intermédiaire d'un
variateur électronique) sur les moteurs. Il existe plusieurs fabricants de DCN : Fanuc, NUM, Heidenhain,
Mitsubishi, Siemens, Okuma, Makino, Fagor, Selca, Fidia, MAZAK, ...
3.2.1. Langage
À l'origine, le langage de programmation était le G-code, développé par l'EIA au début des années 60, et
finalement normalisé par l'ISO en février 1980 sous la référence RS274D/ (ISO 6983).
Compte tenu de l'absence de développements ultérieurs, de la grande variété des configurations de machines-
outils, et du peu de demande pour une réelle interopérabilité, peu de contrôleurs à commande numérique
respectent ce standard. Des extensions et variantes ont été ajoutées indépendamment par divers fabricants, ce
qui fait que les opérateurs doivent connaître les différents dialectes et particularités des machines qu'ils
utilisent, et les systèmes de CFAO doivent se limiter au plus petit dénominateur commun des machines qu'ils
commandent.
Beaucoup de fabricants ont essayé de contourner cette difficulté à rester compatible en suivant la route tracée
par Fanuc. Malheureusement, Fanuc n'est pas conforme à la norme RS-274 ou à ses précédents standards, et
a été lent à ajouter de nouvelles fonctionnalités et à utiliser la puissance croissante des ordinateurs. Par
exemple, ils ont transformé la commande G70/G71 en G20/G21; ils ont utilisé des parenthèses pour les
commentaires, ce qui à causé des problèmes lors de l'introduction des calculs mathématiques; ils n'ont
commencé à utiliser les nanomètres que récemment (ce qui requiert 64 bits); ils ont introduit les NURBS pour
compenser le faible débit des blocs depuis la mémoire (au lieu de mettre en place un cache).
Depuis l'établissement de la norme ISO 6983, et les technologies évoluant rapidement, de nombreuses
extensions ont été ajoutées pour tenir compte des nouveautés et des nouvelles capacités des machines-outils.
Ces extensions, bien que souvent utiles chez des constructeurs différents de Directeur de Commande
Numérique, n'entrent pas dans la norme et compliquent la tâche des logiciels de fabrication assistée par
ordinateur, qui doivent créer les lignes de ce langage pour un DCN particulier. À côté de l'ISO, de nouveaux
codes sont apparus, différents selon le Directeur de Commande Numérique. Ils intègrent de plus en plus, en
plus de l'ISO, des langages propres aux constructeurs de DCN (symbolique, C, etc) ainsi que des interfaces de
programmation conversationnelle destinées à simplifier la programmation (voir CN Mazak ou Heidenhain).
3.2.2. Les familles de codes
• Fonctions préparatoires (G), fonctions d'appel de mode d'interpolation (G 0), cycles machine
• Coordonnées de points (X, Y, Z, I, J, K)
• Vitesses, avances… (S, F)
• Fonctions auxiliaires (M) qui permettent d'enclencher la lubrification, de changer d'outil, ou de déclencher des
accessoires.

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3.2.3. Les codes.
• X position absolue
• Y position absolue
• Z position absolue
• A position (rotation autour de l'axe X)
• B position (rotation autour de l'axe Y)
• C position (rotation autour de l'axe Z)
• U position Relative
• V position Relative
• W position Relative
• M code Fonction "Machine" ou "Modale" (un autre type d'action ou de code machine), parfois référencé
comme fonction 'diverse' ("Miscellaneous" en anglais), ils permettent aussi de contrôler des entités externes à
la machine proprement dit (magasin auxiliaire, refroidisseur, compteur, etc...). Les codes M contrôlent
l'ensemble de la machine, permettant son démarrage, son arrêt, la mise en route de l'arrosage, etc. Alors que
les autres codes concernent les trajectoires de l'outil.
• D association d'un correcteur de jauge outil
• F vitesse de déplacement
• S vitesse de rotation
• C s'il est intégré dans un bloc de cycle fixe ébauche ou finition, C désigne un chanfrein
• N numéro de ligne; le numéro de bloc n'est pas obligatoire à chaque ligne avec les commandes ISO Fanuc, il
désigne juste un endroit du programme où l'on peut ordonner un saut d'opération ou un départ d'opération, le
plus souvent avant un changement d'outil
• V permet de contrôler une vitesse de rotation dans une machine avec diverses configurations
• R Rayon d'arc ou option passée à un sous programme
• P Temps de pause ou option passée à un sous programme ou appel de sous programme (après M98 par ex).
• T Sélection d'outil
• I Axe X des données d'un arc
• J Axe Y des données d'un arc
• K Axe Z des données d'un arc
• D diamètre de coupe/décalage pour l'épaisseur d'outil
• H décalage pour la hauteur de l'outil
Des machines différentes peuvent utiliser le même code pour effectuer des fonctions différentes: même les
machines qui utilisent le même contrôleur CNC. Certains ont déclaré que le G-code "Fanuc" est standard, ce
qui est faux. C'est simplement l'un des plus simples et des plus répandus.
Une version standardisée du G-code connue sous la dénomination BCL est utilisée, mais sur très peu de
machines.
Le G-code est interprété par les traceurs photographique Gerber , les contrôleurs de machine-outil et certains
de leurs opérateurs.
Les fichiers G-code sont produits par des programmes de CFAO tels que GOelan, SmartCAM, Gibbscam,
Featurecam, Artcam, Edgecam, Surfcam, Mastercam, OneCNC, Router-CIM, Alphacam, TopSolid'Cam, e-NC
etc. Ces applications utilisent en général des convertisseurs appelés post-processeurs pour optimiser le code
en vue de son utilisation sur une machine particulière. Les post-processeurs sont généralement modifiables par
l'utilisateur afin d'optimiser leur usage. Le G-code est aussi produit par certains programmes de CAO
spécialisés dans la conception de circuit imprimé. De tels programmes doivent être adaptés pour chaque type
de machine outil.
Quelques machines CNC utilisent des programmes "Interactifs", qui permettent de programmer avec des
Agents en cachant partiellement ou totalement le G-code. Quelques exemples populaires sont Mazak Mazatrol,
Hurco Ultimax et le langage interactif Mori Seiki's CAPS.

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3.2.4. Common Fanuc G Codes
G00 Déplacement rapide
G01 Interpolation linéaire
G02 Interpolation circulaire (sens horaire)
G03 Interpolation circulaire (sens anti-horaire)
G04 Arrêt programme et ouverture carter (pour nettoyer) (temporisation - suivi de l'argument F ou X
en secondes)
G10/G11 Écriture de données et Effacement de données
G17 Sélection du plan X-Y
G18 Sélection du plan X-Z
G19 Sélection du plan Y-Z
G20 Programmation en pouces
G21 Programmation en mm
G28 Retour à la position d'origine
G31 Saute la fonction (utilisé pour les capteurs et les mesures de longueur d'outil)
G33 Filetage à pas constant
G34 Filetage à pas variable
G40 Pas de compensation de rayon d'outil
G41 Compensation de rayon d'outil à gauche
G42 Compensation de rayon d'outil à droite
G79 Saut de bloc
G90 Déplacements en coordonnées absolues
G91 Déplacements en coordonnées relatives
G94/G95 Déplacement en mm/min et mm/tour
G96/G97 Vitesse de coupe constante (vitesse de surface constante)/Vitesse de rotation constante ou
annulation de G96
3.2.5. Codes CNC ISO de base
• M03, M04, M05 Broche sens horaire, sens antihoraire, arrêt
M21 Activation pression broche, M121 à M127 Palier pression selon outils
M07, M08, M09 Mise en route arrosage / arrêt arrosage
M02 Arrêt du programme
M30 Fin du programme, réinitialisation.
M99 Fin du sous-programme
M00, M01 Arrêt du programme, arrêt optionnel ou avec condition
• G92 Vitesse de broche maximum
G94, G95 Déplacement mm/min, déplacement mm/tour
G96, G97: Vitesse de coupe constante, vitesse de rotation constante
G00, G01 Mouvement rapide, interpolation linéaire (coupe suivant une ligne droite)
• F Vitesse de déplacement
• S Vitesse de broche
• Coordonnées d'axes X Y Z A B C

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3.2.6. Fonctions préparatoires G
La fonction d'interpolation linéaire rapide G 0 (ou G0) (interpolation linéaire en mode rapide).
La fonction d'interpolation linéaire à la vitesse programmée G 01 (ou G1) (interpolation linéaire en mode travail).
La fonction d'interpolation circulaire G 02 (ou G2) (interpolation circulaire sens antitrigonométrique) et G 03 (ou
G3) (interpolation circulaire sens trigonométrique).
La fonction de temporisation (programmable avec F,X ou P) G 04 (ou G4).
La fonction d'arrêt précis en fin de bloc G 09 (ou G9).
Il est aussi possible sur certains pupitres de programmation d'utiliser ces deux codes (G2 G3) pour créer une
interpolation circulaire, des fonctions d'interpolation à base de courbe nurbs G 06.2.
Sur les fraiseuses équipées de tête birotative les codes G17,G18,G19 définissent l'axe des cycles de perçage,
taraudage... et le plan dans lequel seront réalisées les interpolations circulaires et activé le correcteur de rayon
d'outil.
• G17 : Axe d'outil Z , interpolations G2,G3 et correction rayon dans le plan X Y.
• G18 : Axe d'outil Y , interpolations G2,G3 et correction rayon dans le plan Z X.
• G19 : Axe d'outil X , interpolations G2,G3 et correction rayon dans le plan Y Z.
Les codes de la famille G52, G53, G54, G55...sont utilisés pour :
• Programmer un décalage d'origine ;
• Définir que les déplacements sont relatif à l'origine machine ;
• Choisir le numéro de l'origine pièce.
Certains codes G de la famille G60 G70 peuvent être utilisés par les fabricants de DNC pour :
• Le choix de la programmation cartésienne ou polaire ;
• L'activation d'un facteur d'échelle ;
• La mise en action d'une fonction miroir ;
• La programmation en mesure métrique ou en pouce.
Les codes G90 G91définissent la programmation absolue ou incrémentale des cotes.
Des cycles préprogrammés sont également accessibles sur la plupart des machines : G 81, 82, 83... Pour les
cycles de perçage, taraudage, etc. avec l'annulation par G 80. D'autres cycles peuvent être présents selon le
type de machine (tour "cycle d'ébauche G71,G72,G73...", fraiseuse, aléseuse, fil, ...).
3.2.7. Fonctions auxiliaires M
Mise en rotation broche M3anti-horaire, M4 horaire. Arrêt par M5.
Changement outil automatique ou manuel M6.
Mise en route de l'arrosage N°1 M8. Arrêt par M9.
Mise en route de l'arrosage N°2 M7 Arrêt par M9
Fonction de fin de programme M2 ou M30.
Fonction d'arrêt programme M0.
Fonction d'arrêt optionnel programme M1
Fonction d'activation d'axe angulaire en remplacement de broche tournage "M88-89" (selon commande)
3.2.8. Axes (référentiels)
• Les axes X et Y sont disposés suivant un repère orthonormé direct par rapport à Z. L'axe X est celui qui
permet la plus grande distance de déplacement. Le dernier axe étant l'axe Y ; sur certaines machines, on
trouve des axes supplémentaires appelés Axe A, B, C. Les axes A, B, C sont des axes rotatifs, A tournant
autour de X, B autour de Y, C autour de Z.
• Mouvements de rotation A,B,C Le sens de rotation positif des axes A,B,C sont comptés en s'imaginant
qu'une vis pas à droite, tournant dans le sens des aiguilles d'une montre avance en direction +X,+Y,+Z en se
considérant à la place de l'outil. Si c'est un axe déplace la pièce au lieu de l'outil, on inverse le sens des axes,
le positif devient négatif.
• On rencontre de plus les désignations U, V, W pour d'autres axes supplémentaires, portiques, tourelles
secondaires ou accessoires.
• Le sens + permet un accroissement des dimensions de la pièce.

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3.2.9. Origines (référentiels)
• Origine programme (OP) : c'est le point origine du programme à partir duquel les mouvements de la
machine sont programmés.
• Origine Machine (OM): Butée physique positionnée sur chaque axe du référentiel machine. L'origine
Machine est, malheureusement, souvent confondue avec l'origine mesure (ce qui est une particularité sur
certaines machines mais n'est pas du tout une règle à retenir).Cette expression existe dans des manuels de
constructeurs de machines-outils sans pour autant apporter de réponse, voire sans fondement. L'origine
machine est une coordonnée mesure particulière. Lors de l’initialisation de l’axe ( dans le cas de capteurs
relatifs) au passage du top zéro de la règle, le processus d’initialisation permet de forcer la valeur du registre
du point courant par la valeur de l’axe dans le registre P16 (cas d’un DCN NUM). Cette valeur est souvent
non nulle qui remet en cause la notion d’ « origine » d’une part, et « machine » d’autre part puis que c’est une
coordonnée mesure particulière. Cette expression est sans fondement dans le cas de technologie de règle
absolue, et sans fondement tout court.
• Origine mesure (Om) : L'origine mesure est propre à chaque axe asservi. Dans le cas d'une structure
articulaire de type RRPPP (rotoïde, rotoïde, prismatique, prismatique, prismatique) il existe 5 origines
mesures. Chaque axe mesure est constitué d'une origine et d'une dimension. La dimension de l'espace
vectoriel de cette structure est de dimension 5. Suivant le type de technologie des capteurs permettant
l'asservissement des axes, il est nécessaire de procédé à l'initialisation de la partie opérative avec la partie
commande. Dans le cas de capteur relatif, les POM (Prise d'origines mesure) servent à établir les références
de la mesure sur chaque axes des machines outils ne possédant pas de règles avec des capteurs absolus
(détection du zéro du capteur de mesure).
Les origines mesures appartiennent à l'espace articulaire (espace de la structure cinématique de la machine en
robotique). L'espace travail, ou de la tâche est celui où se trouve les autres éléments de la cellule élémentaire
de production. La dimension vectorielle est 3. Il y a donc une endomorphisme d'espaces vectoriels entre
l'espace articulaire de la machine et l'espace travail. Il est donc totalement inutile de représenter le zéro mesure
comme un point concourant de tous les axes dans l'espace travail. C'est un sophisme.
• Origine porte pièce (Opp) : C'est le point caractéristique de la liaison encastrement supposée parfaite entre
la machine et le porte-pièce. En tournage on le place souvent à l'intersection de la face avant du mandrin et
de l'axe de la broche (axe Z, pour les mandrins qui ne sont pas changés régulièrement). En fraisage pour des
raisons de standardisation on alèse des centreurs sur les tables des machines outils pour le situer plus
facilement.
• Origine pièce (Op) : C'est le point d'intersection de l'isostatisme; ça situe la pièce par rapport au porte-pièce.
• Distance origine programme (OP) - origine machine (OM) : c'est la distance que la machine doit additionner
pour passer de son origine (OM) à l'origine du programme (OP).
• "DECALAGE" (dec) : distance vectorielle de l'origine porte-pièce (Opp) à l'origine programme (OP).
• "PREF" (pref) : distance vectorielle de l'intersection des origines mesure de chaque axe qu'on appelle souvent
Origine mesure pour simplifié (Om) à l'origine porte-pièce.
(POM ou OM) + PREF = OPP OPP + DECALAGE = OP
En synthèse, les définitions des différentes origines sont issues d'un modèle de structure articulaire de machine
constitué de liaisons prismatiques cartésiennes. Le modèle géométrique permettant de lier l'espace travail à
l'espace articulaire est l'identité, amalgamant les origines mesures de la structure articulaire avec l'origine des
solides dans l'espace travail.
3.2.10. Corrections (géométries et usures)
Correction de la machine permettant de tenir compte des différentes longueurs et diamètres d'outil.
• en fraisage : correcteur de longueur de fraise : Activé automatiquement lors du changement outil (M6). Sur
DNC FANUC G43, annulation par G49 ; Pour le correcteur de rayon de fraise: G41 et G42, annulation par
G40. Sur certains DCN, le petit rayon de bout d'outil est compensable par un correcteur préfixé @.
• G41 positionne l'outil à gauche de la trajectoire programmée d'une valeur égale au rayon.
• G42 positionne l'outil à droite de la trajectoire programmée d'une valeur égale au rayon.
• en tournage : correcteur de longueur d'outil, correcteur en diamètre et compensation de rayon de bec: G41 et
G42, annulation par G40.
La correction d'outils en cours d'usinage appelée "correction dynamique" permet de compenser l'usure de l'outil.

Etude Technologique
3.2.11. Exemple typique
Ceci est un programme typique qui montre l'usage du G-Code pour tourner une pièce de 1 pouce de diamètre
et 1 pouce de long. On part de l'hypothèse que la barre de matière est déjà dans la machine et qu'elle dépasse
légèrement en longueur et en diamètre.
N01 M216 (Mise en route du contrôleur de charge)
N02 G00 X20 Z20 (Déplacement rapide en dehors de la pièce, pour donner le point de départ
de l'outil)
N03 G50 S2000 (Définit la vitesse de rotation maximum de la broche)
N04 T03 (Choisit l'outil #3 dans le carrousel)
N05 G96 S854 M42 M03 M08 (Découpe à vitesse variable, 854 pieds/min, grande vitesse de broche,
démarrage de la broche en rotation horaires, démarrage de la lubrification)
N06 G00 X1.1 Z1.1 T0303 (Déplacement rapide vers un point situé à 0.1 pouce du bout de la barre et
à 0.05 pouce du bord, en utilisant les valeurs de réglage de l'outil #3)
N07 M01 (Arrêt optionnel)
N08 G01 Z1.0 F.05 (Avance horizontalement, en avance de travail, jusqu'à ce que l'outil soit à 1
pouce de la référence)
N09 X0.0 (Descend jusqu'à ce que l'outil soit au centre - en face du bout de la barre)
N10 G00 Z1.1 (Avance rapide à 0.1 pouce du bout de la barre)
N11 X1.0 (Avance rapide jusqu'à la position correspondant au diamètre extérieur fini)
N12 G01 Z0.0 (Avance horizontalement, en avance de travail, en coupant la barre à 1
pouce de diamètre jusqu'à la référence)
N13 G00 X1.1 (Avance rapide en s'écartant de 0.05 pouce de la surface de la pièce)
N14 X20 Z20 (s'éloigne de la pièce, toujours en avance rapide)
N15 M05 M09 (Arrête la broche et coupe l'arrosage)
N16 M215 (Coupe le contrôleur de charge)
N17 M02 (Fin du programme)

Etude Technologique
Remarques :
• On peut développer un style de programmation, même sur un programme aussi court. Le groupement des
codes de la ligne N05 aurait pu être distribué sur plusieurs lignes. Ceci faciliterait le suivi pas à pas de
l'exécution du programme.
• Beaucoup de codes sont "Modaux" ce qui veut dire qu'ils restent actifs tant que l'ordre n'a pas été annulé ou
remplacé par un ordre contradictoire. Par exemple, après avoir choisi la vitesse de coupe variable (G97), elle
reste active jusqu'à la fin du programme. En service, la vitesse de broche va augmenter au fur et à mesure
que l'outil se rapproche du centre de manière à maintenir une vitesse de coupe constante. De la même
manière, après avoir sélectionné la vitesse de déplacement rapide (G00) tous les mouvements seront rapides
jusqu'à ce qu'une vitesse de déplacement (G01, G02, G03) soit sélectionnée.
• Il est d'usage courant d'avoir un contrôleur de charge/vitesse sur une machine à commande numérique. Ce
contrôleur va arrêter la machine si la broche ou les vitesses de déplacement dépassent des valeurs
prédéfinies lors du paramétrage de la machine. Le rôle du contrôleur de charge est d'éviter la casse machine
en cas de bris d'outil ou d'erreur de programmation. De plus, dans une certaine mesure il peut donner une
information sur un outil qui devient trop usé et nécessite un remplacement ou un réaffutage.
• Il est d'usage courant d'amener l'outil rapidement à un point "sûr" proche de la pièce - dans ce cas à 0,1
pouce - et ensuite de démarrer le déplacement lent de l'outil. La distance de sécurité requise dépend du
savoir faire et de l'aisance du programmeur.
• Si le programme est faux, la probabilité d'un crash machine est élevée! Ceci peut être très coûteux. Il est
possible de prévoir à intervalles réguliers des arrêts optionnels (code M01) qui permettent au programme
d'être exécuté par séquences. Les arrêts optionnels restent dans le programme mais sont négligés lors d'une
exécution normale. Heureusement, la plupart des programmes de CFAO sont livrés avec des simulateurs de
déplacements affichant les mouvements lors de l'exécution du programme. Beaucoup de machines CNC
modernes permettent aussi au programmeur d'exécuter une simulation et de vérifier les paramètres
opératoires de la machine en tout point de l'exécution. Ceci permet au programmeur de découvrir des erreurs
sémantiques (par opposition aux erreurs de syntaxe) avant de perdre des matériaux ou des outils avec un
programme erroné.
3.2.12. Exemple d'un programme simple de tournage CNC
%
O1234
G50 S2000
G96 S300 M03
M6 T06D06 (OUTIL D'ÉBAUCHE DE TOURNAGE)
G18 X37. Z0.
G01 X-1. F0.2
Z1.
G00 X30.
G01 Z-20.
X33.
X35. Z-21.
Z-25.
X37.
G00 X150. Z300.
M01
M6 T0101 (PERCAGE 18MM)
G97 S1000
G19 M03
X0. Z5.
G01 Z-25. F100
G00 Z5.
X150. Z300.
M05
M30
%

Etude Technologique
4. Principes
En 1995, Tornos annonçait avoir réuni les avantages des tours à cames (rapidité, fiabilité et productivité) et
ceux des machines à commandes numériques (souplesse, flexibilité et précision). La conjonction de trois
composantes avait permis de réconcilier ces 2 générations d'avantages :
• La commande numérique parallèle PNC-DECO
(ou cames virtuelles PTO aujourd'hui)
• Le logiciel de programmation TB-DECO
(assistant programmation)
• La cinématique adaptée
(3 outils simultanément dans la matière)
Cette conjonction procurait:
• convivialité, souplesse et rapidité d'utilisation
• accessibilité aisée et rapide à tous les éléments
• possibilité de travailler en tout temps avec 4 axes simultanés
• optimisation des déplacements par gestion des vitesses d'approche
• pré-calcul de l'usinage tenant compte de la dynamique des éléments machine
Depuis lors, le monde de la commande numérique a évolué et bénéficié des progrès technologiques
notamment en matière de processeurs embarqués, de capacité mémoire et de vitesse de traitement.
Reste qu'indépendamment du langage utilisé pour
programmer la pièce à décolleter, et du fait qu'entre le
programmeur et la commande numérique, un logiciel
d'édition sur PC soit généralement utilisé (assistant
programmation), il existe diverses manières d'alimenter une
commande numérique; ainsi, en plus de guider ou de
mémoriser, le logiciel sur PC peut interpréter un dessin (2D
ou 3D), contrôler la syntaxe, anticiper des collisions ou
générer des codes mieux adaptés à la machine cible; ces
codes mieux adaptés peuvent être de l'ISO customisé, de
l'ISO segmenté, de l'ISO décomposé ou des tables de
cames virtuelles.
Par conséquent, une commande numérique peut générer
des trajectoires en traitant des informations de différents
types, autrement dit, elle peut être alimentée par des
informations provenant de langages de natures diverses
plus ou moins complexes à interpréter.
En consultant le site http://www.tornos.ch/prd-ds-f.html,
vous pourrez mesurer à à quel point l'amalgame est facile
entre les instructions ISO et les tables de cames virtuelles appliquées aux commandes numériques.
Voici les différentes façons de fournir les informations dont une commande numérique a besoin pour générer
les trajectoires permettant d'usiner une pièce; puis d'analyser les avantages et les inconvénients de ces
différents modes d'alimentation.
Interpolator
TB-DECO
ISO
NCPNC PTO

Etude Technologique
4.1. Les Aliments digérables par une NC
4.1.1. Récapitulatif
ü
ü
ü
Equivalent
TB-DECO
requis
Représentation
Graphique
Vectoriel
Standard
Vectoriel
"métier"
Vectoriel
curviligne
Vectoriel
linéaire
Point
à Point
Types des
données
traitées
ü
ü
Edition
Standard
Jeu standard des codes G et M
selon la norme ISO-6983
décrivant des trajectoires
ISO
Standard
Extension du jeu d’instruction
gérant des trajectoires (cycles)
plus ˝métier˝ avec "Synchro.˝
ISO
Customisé
Echantillonnage en segments
linéaires et curvilignes;
instructions ISO "G1,G2,G3"
ISO
Segmenté
linéaires (facettisation);
instructions ISO "G1 X... F..."
ISO
Décomposé
Echantillonnage temporel des
trajectoires en tables positions
axes et vitesses broches
Tables PTO
Description et
explications succinctes
Contrôle
Numérique
ü
ü
ü
Equivalent
TB-DECO
requis
Représentation
Graphique
Vectoriel
Standard
Vectoriel
"métier"
Vectoriel
curviligne
Vectoriel
linéaire
Point
à Point
Types des
données
traitées
ü
ü
Edition
Standard
Jeu standard des codes G et M
selon la norme ISO-6983
décrivant des trajectoires
ISO
Standard
Extension du jeu d’instruction
gérant des trajectoires (cycles)
plus ˝métier˝ avec "Synchro.˝
ISO
Customisé
linéaires et curvilignes;
instructions ISO "G1,G2,G3"
ISO
Segmenté
linéaires (facettisation);
instructions ISO "G1 X... F..."
ISO
Décomposé
Echantillonnage temporel des
trajectoires en tables positions
axes et vitesses broches
Tables PTO
Description et
explications succinctes
Contrôle
Numérique
4.1.2. Capabilité vs Complexité
ArchitectureTB-DECO
Capabilité
DECO
ISO
Synchronismes
Macros
Notion de cames électroniques
Sans contraintes canaux ISO
Optimisation énergétique
ISO Standard
Fanuc-Mitsubishi-Siemens
ISO Segmenté
ISO
Décomposé
PTO
ISO Customisé
canaux ISO limitatifs
Jeu de codes réduit
Flexibilité
•Précalculation gérant aussi la vitesse
des trajectoires et les collisions dynamiques
⇒ Simulation 3D dynamique, Gantt précis
•Précalculation limitée à la géométrie des
trajectoires et donc aux collisions statiques
⇒ Simulation 3D statique, Gantt grossier
•Extension "métier" recourant à de
nombreuses options fonctionnelles NC
⇒ Programmation et mise-en-train rapide
•Langage universel ISO 6983
⇒ Compatible FAO et large audience

Etude Technologique
4.2. ISO ou PTO ?
4.2.1. Commandes ISO interprétées
Par définition, une commande numérique standard est
capable d'interpréter un programme contenant des
instructions ISO standard. La fonction préalable à la
gestion de la trajectoire de l'outil passe par l'interprétation,
cela signifie que chaque ligne de commande ISO est
interprétée successivement autorisant ainsi un mode "pas-
à-pas" ou "bloc-à-bloc", un mode arrêt/reprise bien utile
lorsqu'il s'agit de changer d'outil au sein d'un cycle ou des
corrections de trajectoires mineures pendant la mise en
train ou la production.
Une fois l'instruction en cours interprétée, elle est compilée,
c'est à dire traduite en une suite de consignes de positions
et/ou de vitesses interpolées qui sont alors transmises aux
servo-moteurs concernés.
La commande numérique continue de garantir
l'interpolation en temps réel par rétroaction
(asservissement d'interpolation) durant toute l'exécution de
l'instruction avant de passer à l'instruction suivante.
Avec les progrès de l'informatique en matière de traitement,
les commandes numériques du marché, ont toutes adopté
une stratégie de pré-compilation des instructions réduisant
à néant les temps morts lors du passage d'une instruction à
une autre.
Autrement dit, dans ce paradigme, la commande numérique fonctionne à la manière d'un homme-orchestre
réinterprétant en permanence une partition de musique décrivant les notes à exécuter de manière synchrone
sur plusieurs instruments.
Avantages:
• interpolation asservie en temps réel par rétroaction de positions et/ou de vitesses
• simple et convivial pour l'utilisateur si la cinématique est simple et conviviale
• arrêt /reprise de programme facile (ex: changement d'outil)
• transfert instantané de la programmation à la commande
• ajustements en mise-en-train directs, efficaces et précis
• corrections durant la production aisées
• volume réduit de données

Etude Technologique
4.2.2. Cames virtuelles PTO pré-calculées
La pré-calculation induit la notion de "compilateur de
trajectoires"; contrairement à l'approche précédente où la
commande numérique ne compile que les dernières
instructions, ici, la commande numérique doit interpréter
toutes les instructions et les compiler toutes.
Cette manière de procéder induit nécessairement un
traitement "hors-ligne" doublé d'une prise en compte d'un
modèle dynamique des éléments de machines.
Cette compilation en cames virtuelles se traduit en collection
de suites de consignes de positions et/ou de vitesses pour
tous les servo-moteurs d'une machine.
La commande numérique se contente ensuite de garantir la
cadence du déroulement des suites de consignes et/ou de
vitesses envoyées aux servo-moteurs concernés.
La notion de rétroaction (asservissement d'interpolation)
n'existe pas dans ce paradigme, c'est le modèle dynamique
des éléments de machines qui doit contenir suffisamment
d'informations pertinentes pour permettre au compilateur de
prévoir avec suffisamment de précision où et quand seront
positionnés les éléments machine.
Pré-calculer, c'est comme prévoir la météo, il faut un modèle
dont la complexité est exponentiellement proportionnelle à la
précision visée pour émettre des prévisions de positions ou de
vitesses correctes.
L'amélioration d'un processus passe forcément par une meilleure proximité avec les actuateurs en charge de ce
processus; par conséquent, la pré-calculation ne permet pas de tirer le meilleur des actuateurs d'une machine.
Cela induit forcément un nivellement des performances par le bas en tenant compte du modèle dynamique le
moins risqué pour une série de machines données.
Autrement dit, dans ce paradigme, la commande numérique fonctionne à la manière d'un colporteur égayant
musicalement l'atmosphère en déroulant un rouleau de papier perforé sur lequel est inscrit l'équivalent d'un
morceau de musique; les successions de trous orientent l'air (le vent) vers les tuyaux de longueurs émettant
diverses notes afin de reproduire la mélodie pré-perforée.
Avantages:
• simulation 3D plus proche de la réalité dynamique permettant une meilleure détection de collision
• pré-calcul de l'usinage en tenant compte de la dynamique des éléments machine
• suppression des temps improductifs (interprétation/compilation entre instructions)
• prévision du temps de cycle précis programme entier et par opération
• gestion des avances et combinaisons d'axes illimitées
• pas de limitation en synchronisation et verrouillage
• simulation dynamique des trajectoires
• tous les axes simultanés
• optimisation énergétique

Etude Technologique
4.2.3. Interpréteur ISO vs Compilateur PTO
Manifestement et sans revenir sur le contenu du site http://www.tornos.ch/prd-ds-f.html, l'ISO et le PTO
possèdent tous les 2 des avantages. Ayant l'un et l'autre emprunté des voies technologiques bien connues en
matière logicielle, à savoir, l'interprétation et la compilation. Le code ISO est toujours la source et peut être
interprété à la volée (just in time) et, bien qu'aussi issu du code ISO, le PTO induit un compilateur.
Chacune de ces deux techniques possèdent ses avantages et ses inconvénients:
• l'interprétation est idéale en phase d'apprentissage ou d'expérimentation (ex: mise-en-train). Avec cette
technique, on peut expérimenter directement toute modification apportée au programme source sans passer
par une phase de compilation.
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
n Interpréteur ISO
n Compilateur PTO
Code ISO
(source)
Inter-
préteur
Inter-
polateur
Code ISO
(source)
Positions
Vitesses
PTO
Com-
pilateur Exécuteur
Inter-
préteur
Inter-
polateur
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
• la compilation est idéale lorsqu'il s'agit d'exécuter rapidement des tâches complexes; il est clair qu'un
programme compilé fonctionne nettement plus vite que son homologue interprété, puisqu'avec cette
technique la commande numérique n'a plus à (re)traduire chaque instruction en positions et vitesses avant de
les exécuter.
Aujourd'hui, dans le domaine informatique, la tendance est à combiner les deux techniques afin de retirer le
meilleur de chacune. En effet avec des sources écrites en langages C# ou Java, les systèmes associés
produisent par interprétation et compilation un code intermédiaire, similaire à un langage machine qu'on appelle
souvent bytecode, lequel est transmis à un interpréteur "léger" pour l'exécution finale. Du point de vue de
l'ordinateur, le bytecode est très facile à interpréter en langage machine; cette interprétation "légère" est par
conséquent beaucoup plus rapide que celle du code initial (source).
n Segmenteur ISO
Code ISO
(source)
Segments
à interpoler
ISO
Précom-
pilateur Interpré-
polateurInter-
préteur
Seg-
menteur
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Les avantages de cette méthode sont appréciables:
• le fait de disposer en permanence d'un interpréteur "léger" permet de tester immédiatement les petits
morceaux de programme. On peut donc vérifier le bon fonctionnement de chaque composant au fur et à
mesure de sa construction.
• l'interprétation du bytecode n'est pas aussi rapide que celle d'un véritable code binaire, mais elle est
satisfaisante dans la plupart des cas d'espèce.
• Enfin le bytecode est portable, utilisant un jeu d'instructions réduit et standard, il est facile de disposer d'un
interpréteur "léger" adapté à la diversité des cibles.

Etude Technologique
4.3. ISO Segmenté
4.3.1. Segmenteur ISO
Appliqué au domaine des commandes numériques, la combinaison des deux méthodes induit un processus
réalisant par interprétation et pré-compilation un code intermédiaire proche du langage de base d'une
commande numérique, lequel est transmis à un interpréteur "léger" pour l'exécution finale. Du point de vue de la
commande numérique, le "Common Fanuc G Codes" (voir §3.2.4.) est très facile à interpréter; cette
interprétation "légère" est par conséquent beaucoup plus rapide que celle du code initial (source):
• le fait de disposer d'un interpréteur "léger" permet de tester immédiatement les segments de programme. On
peut donc vérifier le bon fonctionnement de chaque fragment au fur et à mesure de sa construction.
• l'interprétation du "Common Fanuc G Codes" n'est pas aussi rapide que celle de cames virtuelles PTO, mais
elle est satisfaisante dans la plupart des cas d'espèce.
• Enfin le "Common Fanuc G Codes" est facilement portable car toutes les commandes numériques du
marché savent interpréter ce jeu d'instructions réduit.
Le processus adéquat consiste à "échantillonner", "décomposer" ou "fragmenter" les codes ISO complexes
contenus dans le fichier source du programme pièce en une suite de segments descriptibles par les codes ISO
contenus dans le "Common Fanuc G Codes", autrement dit, il s'agit de fragmenter une suite d'instructions ISO
standards ou customisées en une suite d'instructions ISO décrivant des trajectoires de base; nous appelons ce
jeu d'instruction ISO réduit de l'ISO segmenté ou de l'ISO fragmenté.
n Segmenteur ISO
Code ISO
(source)
Segments
à interpoler
ISO
Précom-
pilateur Interpré-
polateurInter-
préteur
Seg-
menteur
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Contrairement au processus lié aux cames virtuelles PTO, la segmentation ISO laisse à la commande
numérique la possibilité de contrôler le processus d'usinage avec une interpolation asservie en temps réel par
rétroaction de positions et/ou de vitesses. Avec les cames virtuelles PTO, l'exécuteur se contente de "pousser"
les axes et les broches d'un point à un autre indépendamment les uns des autres; si l'un d'entre eux a du retard
ou de l'avance, l'exécuteur se contente d'exécuter sans réflexion induisant forcément des imprécisions. Avec
l'interpolateur de segments ISO décrivant des mouvements relatifs entre au moins 2 axes et 1 broche, le
processus est à même de contrôler au plus près du temps réel les mouvements combinés de tous les éléments
impliqués dans le segment.
Avantages:
• interpolation asservie en temps réel par rétroaction de positions et/ou de vitesses
• arrêt /reprise de programme facile (ex: changement d'outil)
• transfert instantané de la programmation à la commande
• ajustements en mise-en-train directs, efficaces et précis
• corrections durant la production aisées
• volume réduit de données
• pré-calcul de l'usinage en tenant compte de la dynamique des éléments machine
• réduction drastique des temps improductifs (interprétation/compilation entre instructions)
• prévision du temps de cycle précis programme entier et par opération
• gestion des avances et combinaisons d'axes illimitées
• pas de limitation en synchronisation et verrouillage
• simulation dynamique des trajectoires
• optimisation énergétique

Etude Technologique
4.3.2. SegmCode ISO
• Codes G:
Codes Paramètres Description
G0 X... Y... Z... C...
Mouvement d'axe [mm ou °]
Déplacement linéaire en avance rapide
G1 X... Y... Z... C...
F... Avance sur le segment
[mm/tour] ou [mm/min]
Interpolation linéaire
G2, G3 X... Y... Z... C...
F... Avance sur le segment
[mm/tour] ou [mm/min]
R... Rayon de la trajectoire [mm]
Interpolation circulaire (horaire, anti-horaire)
G4 X... temps [s] Temporisation
G10/G11 Ecriture de données / Effacement de données
G17 Changement de plan
G18 Changement de plan {Z; X}
G19 Changement de plan
G20/G70 Programmation en pouce
G21/G71 Programmation en mm
G28 Retour à la position d'origine
G31 Saute de fonction
G33 G1 ou G2 ou G3 + X... Y... Z...
Mouvement d'axe [mm]
F... Avance sur le segment [mm/tour]
Peignage au burin à pas constant
Recherche du zéro codeur de la broche. Le mouvement
des axes devient dépendant du temps broche (vitesse
de rotation de la broche)
G34 G1 ou G2 ou G3 + X... Y... Z...
Mouvement d'axe [mm]
F... Avance sur le segment [mm/tour]
L... Variation du pas [mm]
Peignage au burin à pas croissant ou décroissant
(valeur du L). Recherche du zéro codeur de la broche.
Le mouvement des axes devient dépendant du temps
broche (vitesse de rotation de la broche)
G40 Annulation de compensation de rayon d'outil
G41/G42 Compensation de rayon d'outil à gauche / à droite
Gx50 Déclenchement du mode polygonage.
Gx51 P... Rapport de la broche maître
Q... Rapport de la broche esclave
R... Déphasage [°]
Enclenchement du mode polygonage. Mise en vitesse
des broches en tenant compte du rapport Q/P,
recherche du zéro codeur, déphasage de la valeur R
G79 Saut de bloc
G90/G91 Déplacements en coordonnées absolues / relatives
G92 S... Vitesse limite [tour/min] Limitation de la vitesse broche
G94/G95 Mode avance en mm/min et en mm/tour
G96 S... Vitesse de surface [m/min] Enclenchement de la vitesse de surface constante.
La vitesse de la broche dépend de la position d'un axe
X. L'avance de l'axe varie en fonction de la nouvelle
vitesse de la broche si le mode est G95 (cf. plus bas)
G97 S... Vitesse de rotation [tour/min] Déclenchement de la vitesse de surface constante.
Le paramètre détermine la nouvelle vitesse de la broche
(paramètre optionnel)
G190 Mode arrêt précis
G191 Mode contournage lié

Etude Technologique
• Codes M :
tous les codes M nécessaire au contrôle du process machine (cette liste n'est donc pas exhaustive)
Codes Paramètres Description
M00 Arrêt programme inconditionnel
M01 Arrêt programme conditionnel
M02 Arrêt du programme inconditionnel avec réinitialisation
Mx03 S... Vitesse de rotation horaire Mise en rotation horaire des broches à la vitesse S
Mx04 S... Vitesse de rotation anti-horaire Mise en rotation anti-horaire des broches à la vitesse S
...
M08 Mise en route arrosage
M09 Arrêt arrosage
M10 Fermeture pince
M11 Ouverture pince
...
Mx19 Q... Angle de positionnement [°] Arrêt positionné. Recherche du zéro codeur,
déplacement angulaire de la valeur Q.
Mx17 S... Broche maître Synchronisation en vitesse de broches. Mise en vitesse
de la broche x à la vitesse de la broche selon S...
Mx18 S... Broche maître Synchronisation des broches en vitesse et en phase.
Mise en vitesse de la broche x à la vitesse de la broche
selon S... , Synchronisation du zéro codeur.
...
M30 Fin du programme, réinitialisation
...
M99 Fin du sous-programme
...
4.3.3. Exemple ISO customisé vs ISO segmenté
(*** 2:12 Peignage en ISO customisé ***);
G978 A0.50 B3.00 C1 D-3.50 E2.57 F60 H0.433
I45 J90 K0.2 M6 Q0.15 R2 S0.04 T2;
G0Z10;
(*** 2:12 Peignage en ISO segmenté ***);
G4X0.0010;
G33X-0.6992Z0.0167F0.4039;
G33X-0.4300Z-4.4948F0.5006;
G33X-0.8155Z0.1390F0.4709;
G33X-0.4300Z-4.4948F0.5006;
G33X-0.9107Z-0.0035F0.5257;
G33X-0.4300Z-4.4949F0.5006;
G33X-0.9887Z0.0029F0.5706;
G33X-0.4300Z-4.4949F0.5006;
G33X-1.0525Z0.0082F0.6073;
G33X-0.4300Z-4.4948F0.5006;
G33X-1.1047Z0.0126F0.6374;
G33X-0.4300Z-4.4949F0.5006;
G33X-1.1846Z0.0071F0.6833;
G33X-0.4300Z-4.4949F0.5006;
G33X-1.2646Z0.0089F0.7292;
G33X-0.4300Z-4.4948F0.5006;
G33X0.4300Z4.4949F3.5959G4X3.6383;
G0Z0.0010;

Etude Technologique
4.3.4. Compilateur PTO vs Segmenteur ISO
Le concept lié au compilateur PTO ne peut pas garantir par essence la qualité du processus d'usinage par le
fait qu'il ne tient pas compte de la réalité des trajectoires en temps réel; l'exécuteur exécute sans réflexion !
Pré-calculer, c'est comme prévoir la météo, il faut un modèle dont la complexité est exponentiellement
proportionnelle à la précision visée pour émettre des prévisions de positions ou de vitesses correctes.
De plus ce système induit une conception extrêmement centralisée, fondamentalement inapte à une distribution
et à une répartition des traitements nécessaires, notamment en matière de sécurité tant produit qu'utilisateur.
La taille des tables des cames virtuelles PTO est directement proportionnelle à la période d'échantillonnage
choisie (8ms aujourd'hui, 1ms demain, ...); l'amélioration qualitative en pâtira toujours.
n Compilateur PTO
n Segmenteur ISO
Code ISO
(source)
Positions
Vitesses
PTO
Com-
pilateur Exécuteur
Inter-
préteur
Inter-
polateur
Code ISO
(source)
Segments
à interpoler
ISO
Précom-
pilateur Interpré-
polateurInter-
préteur
Seg-
menteur
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Du fait de périodes d'échantillonnage inférieures à 30µs, le concept lié au segmenteur ISO pallie à toutes les
faiblesses du compilateur PTO mais induit qu'un processeur central doit traiter en temps réel toutes les
informations nécessaires à tous les axes d'une machine alors que la précision n'intervient qu'entre certains
éléments; c'est encore aujourd'hui une gageure au-delà de 7 boucles d'asservissement (i.e. Heidenhain).
Par contre, "distribuer" la fonctionnalité d'interpolation au niveau des groupes d'éléments devant interagir de
manière extrêmement concertés afin d'assurer le meilleur processus d'usinage et la meilleure sécurité
constituerait à n'en pas douter une solution intéressante.
n Segmenteur ISO distribué
Code ISO
(source)
Précom-
pilateur
Interpré-
polateur
distribué
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teursInter-
préteur
Seg-
menteur
Segments
à interpoler
ISO
Segments
à interpoler
ISO
Segments
à interpoler
ISO
Interpré-
polateur
distribué
Interpré-
polateur
distribué
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Actua-
teurs
Ces interpolateurs distribués n'interpréteraient que de l'ISO segmenté et les périodes d'échantillonnage
descendraient facilement vers la 1µs en bridant le nombre de boucle de rétroaction (i.e. les 7 d'Heidenhain).
Ces interpolateurs distribués permettraient aussi de tirer profit des développements dans le domaine
des centres d'usinage 5 axes.

Etude Technologique
5. Architectures
5.1. Diverses vues
5.1.1. Représentation unique problématique
Une commande numérique est un système relativement complexe à appréhender; de ce fait le recours à
plusieurs manières de décrire les structures, les fonctions, les hiérarchies et les séquences est utilisé.
5.1.2. Les diverses représentations choisies
Les descriptions qui suivent sont organisées selon 5 types de représentation.
Vue Hiérarchique
Vue Structurelle
Vue Fonctionnelle
Vue Séquentielle
Vue Globale
• Vue globale, permet de visualiser les composants externes.
• Vue structurelle, permet de visualiser les composants internes
• Vue hiérarchique, permet de situer le niveau des composants internes.
• Vue fonctionnelle, permet de déterminer les interactions fonctionnelles des composants.
• Vue séquentielle, permet de représenter l'ordonnancement séquentiel des composants.

Etude Technologique
5.2. Structure Globale
5.2.1. Avant
Optical cable
(Fanuc FSSB)
MEMORYCARD
JA41JA41JA41JA41JA41ETHERNET
CP1 CP2
COP1LED1
SWITCH
LED2PSW
SLOT1
SLOT2
MEMORYCARD
CP1 CP2
COP1LED1
SWITCH
LED2PSW
SLOT1
SLOT2
Twisted Pair
(Fanuc IO Link)
Standalone
NC
PMC
Input-
Output
Servo-drive
Axes
Optical cable
(Fanuc HSSB)
Servo-
Broches
cables
Servo-drive
Broches
Moteurs Broches
Moteurs Axes
Fanuc LCD
15’’, 9nn×7nn
Fanuc
Keyboard
Peripherics
(Process stuff)
TB-DECO
+
Ethernet
Standard
5.2.2. Actuelle
Optical cable
(Fanuc FSSB)
MEMORYCARD
CP1 CP2
COP1LED1
SWITCH
LED2PSW
SLOT1
SLOT2
MEMORYCARD
CP1 CP2
COP1LED1
SWITCH
LED2PSW
SLOT1
SLOT2
Twisted Pair
(Fanuc IO Link)
Standalone
NC
PMC
Input-
Output
Servo-drive
Axes
Optical cable
(Fanuc HSSB)
Servo-
Broches
cables
Servo-drive
Broches
Moteurs Broches
Moteurs Axes
Standard TFT
Touchscreen
17’’, 1280×1024
Standard
Keyboard
TB-DECO +
Windows
Embedded
Peripherics
(Process stuff)
Ethernet
Standard
Le seul changement se situe au niveau de la console; dorénavant la tendance est de gérer la console avec un
hardware compatible PC supportant un "operating system" embarqué compatible Microsoft (Windows
XPembedded).

Etude Technologique
5.3. Architecture centralisée actuelle
5.3.1. Vue Structurelle
PMC
Process
C-exe
Advanced
HSSB
FSSBSSBIO-link
Ethernet
Parts
Buffer
Config.
Process
Ladder
Process
Config.
Motion
NC
Motion
Safety
Inter-
pretor
Inter-
polator
Macro
-exe HMI
Fanuc
Tornos
Custom
HSSB
Fanuc
HMI
Tornos
HMI
Conf. Bus
Wintel Std
• HSSB : "High Speed Serial Bus", il s'agit d'un bus optique de communication haut-niveau propriétaire
d'origine Fanuc. Sa fonction est de relier la commande numérique avec la console. Si la console est un
compatible PC, il faut lui adjoindre une carte spécifique fournie par Fanuc.
• Fanuc HMI : il s'agit du logiciel "Screen Display Function" fourni par Fanuc pour piloter depuis une console
compatible PC Windows une commande numérique "standalone" Fanuc via un bus HSSB ou Ethernet.
• Tornos HMI : nous appellerons Tornos HMI tout type d'écrans créés par Tornos, que ce soit les écrans liés
aux successeurs de TB-DECO ou les écrans personnalisant (customisé) l'interface d'origine Fanuc.
• Wintel Std : Sous ce vocable, toutes les notions de standard selon Microsoft et Intel liés aux ordinateurs
individuels sont assumés; dans notre cas d'espèce, l'"operating system" embarqué est MS-Windows
XPembedded, le PC est endurci (Industrial PC) et les bus de communication Ethernet et USB sont inclus.
• Ethernet : bus de communication informatique le plus répandu et le plus ouvert équipant les PC et les NC.
• C-exe : au sein de la customisation d'une commande numérique Fanuc, le C-exe permet de créer des
fonctionnalités qui ne sont pas réalisables par les moyens offerts avec Ladder et Macro-exe. Le langage de
programmation requis est le langage C.
• Ladder : lié au PMC Process, c'est le moyen standard pour personnaliser une commande numérique Fanuc
en fonction de la machine dans laquelle elle s'intègre. Le langage de programmation s'approche de la logique
câblée.
• Macro-exe : c'est le moyen standard pour personnaliser les écrans d'une commande numérique Fanuc en
fonction de la machine dans laquelle elle s'intègre. Le langage est une extension du langage ISO.
• Config. Process : pour mettre en service les éléments gérant le processus spécifique d'une machine depuis
une commande numérique, il faut customiser la configuration, notamment la structure du bus "IO-Link".
• IO-Link : il s'agit du bus de terrain liant la commande numérique avec les modules d'entrées-sorties; le
hardware et le software liés à ce bus sont définis et fournis par Fanuc.
• PMC Process : c'est l'élément que Fanuc dédie au sein de la commande numérique à tout ce qui concerne la
gestion du processus spécifique (customisé). Ce module fonctionne en parallèle avec la fonction NC Motion.
• Safety : cette fonction contrôle la sécurité du fonctionnement des éléments de machine potentiellement
dangereux vis-à-vis d'un opérateur; en l'occurrence, il est chargé de contrôler que les broches soient limitées
à 50 tr/min et les axes à 2 m/min lorsque les portes donnant accès à la zone d'usinage sont ouvertes.

Etude Technologique
• Parts Buffer : cet élément mémorise les données issues du fichier généré par le programme pièce; il
contient les informations de positions, de vitesses et de processus nécessaires à l'usinage d'une pièce.
• NC Motion : constitue le cœur de la commande numérique et est en charge de la gestion des trajectoires des
axes et de la synchronisation des broches d'une part et d'autre part du dialogue homme-machine (HMI).
• Config. Bus : la commande numérique Fanuc réclame une configuration spécifique pour les bus de
communication haut niveau Ethernet et HSSB.
• Interpretor : lié au NC Motion, cette fonction lit les instructions contenues dans le Parts Buffer et les traduit
en informations traitables par l'Interpolator.
• Interpolator : lié au NC Motion, cette fonction traite les informations issues de l'Interpretor pour
synchroniser les positions et/ou les vitesses des servo-moteur connectés.
• Config. Motion : la commande numérique Fanuc réclame une configuration spécifique pour les bus de
communication bas niveau SSB et FSSB liés aux servo-moteurs.
• SSB : le "Spindle Servo Bus" est un bus de communication bas-niveau de type "guirlande" spécifiquement
dédié aux servos-drive liée aux moteurs de broches; c'est un bus propriétaire Fanuc.
• FFSB : "Fast Speed Serial Bus" est un bus de communication bas-niveau optique spécifiquement dédié aux
servos-drive liée aux moteurs d'axes; c'est un bus propriétaire Fanuc.
5.3.2. Vue Séquentielle
Parts
Buffer
NC
Motion
Tornos
HMI
PMC
Process
Fanuc
HMI
Config.
Process
Config.
Motion
C-exe
Advanced
TB
DECO
Files
Mise en
Service
Mise en
Train
FONCTIONS
PRINCIPALES
Ladder
Process
Safety
Inter-
pretor
Inter-
polator
Macro
-exe HMI
Contrôleurs
Actuateurs
01
02
04
03
05
06 08
07
09
11
10
12
13
FONCTIONS INTERMEDIAIRES ET SEQUENCES
La représentation de l'ordonnancement séquentiel des composants permet de constater que tout commence
par une liste d'instruction de mise en service afin de réaliser successivement la configuration motion suivie de la
configuration process, safety et y compris le chargement des customisation Ladder, C-exe et Macro-exe.
La mise en service terminée, la commande numérique est prête à recevoir un programme pièce issu de
l'assistant de programmation TB-DECO sous la forme de cames virtuelles PTO dans le Parts Buffer.
Avant de produire, il s'agit de mettre en train la machine en montant et réglant les outils; la mise en train passe
par une interprétation à faible vitesse (override réduit) du programme pièce présent dans le Parts Buffer.
Dans le cas des cames virtuelles PTO de Fanuc, il faut noter que le fichier issu de TB-DECO est d'abord
interpréter quand bien même il s'agit de table de positions ou de vitesses; dans ce cas l'interprétation peut être
considérer comme une conversion de données du format ASCII en format binaire pour l'interpolateur et pour le
Ladder Process; ces derniers se chargent ensuite de positionner, de synchroniser et/ou de commander les
contrôleurs et/ou les actuateurs.
Finalement, le monitoring de tous les processus est possible depuis les HMI Fanuc et Tornos.

Etude Technologique
5.3.3. Vue Hiérarchique
PMC
Process
C-exe
Advanced
FSSBSSBIO-link Ethernet
Parts
Buffer
Safety
Macro
-exe HMI
IO-link
Config. Process Config. Motion
NC
Motion
Ladder
Process
HSSB
Fanuc
HMI
Tornos
HMI
Actuateurs
Contrôleurs
Interfaces
réseaux
Configurations
Spécifiques
Fonctions
Standards
Fonctions
Spécifiques
Conf. Bus
CENTRALE
MEMORYCARD
CP1 CP2
COP1LED1
SWITCH
LED2PSW
SLOT1
SLOT2
MEMORYCARD
CP1 CP2
COP1LED1
SWITCH
LED2PSW
SLOT1
SLOT2
Wintel Std
Cette vue permet de situer horizontalement le niveau des composants et verticalement leur relation
fonctionnelle. On constate que les fonctions ne sont pas connectées directement aux contrôleurs/actuateurs.
5.3.4. Vue Fonctionnelle
Tornos
Custom
NC
Standard
TornosTornos FanucFanuc
HSSB
Bus
HSSB
Bus
Spindles
Bus
Process
Bus
Axes
Bus
Safety
Fanuc
HMI
Tornos
HMI
Cette vue montre les interactions fonctionnelles entre les composants au sein de l'architecture actuelle.
On constate qu'actuellement les fonctions sont complètement centralisées.

Etude Technologique
5.4. Architecture distribuée
5.4.1. Définition
http://fr.wikipedia.org/wiki/Architecture_distribuee, l’architecture d'un environnement informatique ou d'un réseau
est dite distribuée quand toutes les ressources ne se trouvent pas au même endroit ou sur la même machine.
On parle également d'informatique distribuée. Ce concept s'oppose à celui d'architecture centralisée dont une
version est l'architecture client-serveur.
Internet est un exemple de réseau distribué puisqu'il ne possède aucun nœud central. Les architectures
distribuées reposent sur la possibilité d'utiliser des objets qui s'exécutent sur des machines réparties sur le
réseau et communiquent par messages au travers du réseau.
Les soubassements technologiques de l'informatique distribuée:
Au début de l'informatique, le dialogue entre machines nécessitait une connaissance approfondie des
protocoles réseau et parfois même du matériel réseau. La programmation orientée objet à permis le
développement des architectures distribuées en fournissant des bibliothèques de haut-niveau pour faire
dialoguer des objets réparties sur des machines différentes entre eux, ce qui a considérablement allégé le
travail des programmeurs. Les objets distribués sur le réseau communiquent par messages en s'appuyant sur
des technologies SOA (service oriented architecture)
• CORBA, Common Object Request Broker Architecture, ce standard de l'Object Management Group permet
de faire communiquer des objets écrits dans des langages différents (C++, Java, Smalltalk) et même
d'encapsuler des programmes écrits dans des langages procéduraux pour les faire passer pour des objets.
• RMI, Remote Method Invocation, cette technologie de Sun permet de faire communiquer très simplement des
objets java distribués sur le réseau.
• Web XML, le Net Remoting, le Windows Communication Foundation, etc...
(Note: ces 3 dernières technologies constituent le cœur du BackBus de SW-Platform)
Les avantages de l'informatique distribuée:
• L'augmentation des ressources, le seul fait de distribuer les traitements sur les ordinateurs d'un réseau
augmente les ressources disponibles. En théorie, si le réseau est internet, tous les ordinateurs connectés
constituent des ressources potentielles. C'est le sens du slogan de Sun : "The Computer is the Network". Les
projets de calcul réparti tirent parti de cette formidable ressource de processeurs que sont les ordinateurs
inactifs connectés à internet. Un célèbre exemple de calcul distribué est SETI@Home issu du projet Search
for Extraterrestrial Intelligence, qui met à contribution tous les ordinateurs volontaires d'internet pour détecter
une intelligence extra-terrestre. Les ordinateurs effectuent la même tâche (décryptage de signaux spatiaux),
chacun sur un coin de ciel différent. Ce projet a fédéré plus de 5 millions de personnes différentes à travers le
monde et a crédibilisé le calcul partagé (à défaut d'avoir découvert des extraterrestres pour le moment). Les
projets comportant des calculs parallélisables sont de bons candidats pour une architecture distribuée
(séquençage de motifs d'ADN).
• La répartition des données et des services, une architecture distribuée courante est l'architecture trois tiers à
la base de la plupart des applications distribuées de commerce électronique. Cette architecture permet
d'interroger et de mettre à jour des sources de données réparties. Les services web permettent de faire appel
à différents serveurs pour enrichir une prestation (l'achat d'un séjour touristique peut comprendre l'achat d'un
billet d'avion, d'un séjour hôtelier et d'une assurance annulation auprès de différents vendeurs par
l'intermédiaires de services web, donc d'objets distribués sur les réseaux et dialoguant par des messages.
• Le peer-to-peer (ou poste à poste), le modèle peer-to-peer (partage de fichiers) est un exemple de réussite
des architectures distribuées où chaque ordinateur est à la fois serveur de données et client des autres. Ce
modèle peut être appliqué au partage de ressource.
Les effets pour l'informatique industrielle:
• L'informatique industrielle est de plus en plus embarquée, c-à-d localisée au plus près des équipements
réalisant les processus; cette délocalisation induit nécessairement une autonomisation et par conséquent une
distribution de la gestion des processus.
• Toutes les données spécifiques aux équipements restent dans les équipements; seules les données
communes sont remontées dans les nœuds centraux.
• Outre ces données communes, les nœuds centraux se chargent de gérer les interactions entre les
équipements qui s'avèrent être dans la majorité des cas des synchronisations.

Etude Technologique
5.4.2. Contextes technologiques
5.4.2.1. Electronique numérique
La densité de gravage des circuits intégrés ne cesse d'augmenter procurant au µProcesseur une puissance qui
augmente d'autant à surface égale (sans même tenir compte de l'augmentation des fréquences de traitements).
b / sec
1.E+04
1.E+06
1.E+08
1.E+10
1.E+12
1960 1970 1980 1990 2000 2010
Floating Op. / sec
1.E+06
1.E+08
1.E+10
1.E+12
1.E+14
1.E+16
1960 1970 1980 1990 2000 2010
3.Network Frequencies 4.Super-computer Power
2.µProcessor Power1.µProcessor Miniaturisation
Lithography [nm]
0
50
100
150
200
250
300
1996 1999 2002 2005 2008 2011
CINT
0
300
600
900
1200
1500
1800
1985 1987 1990 1993 1995 1998 2001 2004
La conjugaison de l'augmentation de puissance des µProcesseurs et des vitesses de transmissions numériques
dans les réseaux informatiques procure aux calculateurs de plus en plus de performances.
5.4.2.2. Informatique industrielle
Automation
traditionnelle
Capabilité
Flexibilité
Conduite
manuelle
Automation
idéale
ISA88
IEC 61512
Complexité
La tendance dans les domaines liés aux développements en automation selon les derniers standards vise à
diminuer la complexité-capabilité et apporter plus de flexibilité-capabilité.

Etude Technologique
5.4.2.3. Modélisation physique
L'amélioration du rapport entre flexibilité et capabilité induit un modèle d'activité (informatique) compatible avec
le modèle physique d'une installation automatisée.
Unité(s)
Zone(s)
Site(s)
Entreprise
Cellule(s)
Equipements
Modules
Modèle physique Modèle d'activité
Gestion de
l’information
de production
Gestion des Processus
Supervision d'unité(s)
Contrôles
d'équipements
Gestion
des
recettes
Planification &
Ordonnancement
de production
Cette modélisation induit que les couches les plus basses (modules et équipements) se chargent elles-mêmes
de leur propre contrôle (Contrôles d'équipements); la supervision, la gestion, la planification et
l'ordonnancement étant remontés dans les couches les plus hautes du modèle.
5.4.3. Vue Hiérarchique
LOCALE #3LOCALE #2
Parts
Buffer
Net
HMI
Actuateurs
Contrôleurs
Interfaces
réseaux
Standards
Distribués
Configurations
& Fonctions
Spécifiques
Distribuées
&
Local Custom #1
Process + Motion
Local Custom #2
Process + Motion
Local Custom #3
Process + Motion
Local NC Safety Local NC Safety Local NC Safety
Field BusField BusField BusField Bus
Fonctions
Globales
Centralisées
Net NC Process + Motion
Net Custom Process + Motion
LOCALE #1
Wintel Std
Cette tendance induit du point de vue hiérarchique une verticalisation fonctionnelle, c-à-d que les fonctions se
dédient aux contrôleurs/actuateurs; autrement dit, les fonctions sont distribuées.

Etude Technologique
5.4.4. Vue Fonctionnelle
Local
NC
Safety
Local
NC
Safety
Local
NC
Safety
Field
Bus
Field
Bus
Field
Bus Field
Bus
Net
NC
Net
Custom
(HMI+Process
+Motion)
Cette tendance induit que les interactions fonctionnelles entre les composants sont réduites et que ces
fonctions sont localisées au plus près des contrôleurs/actuateurs; autrement dit, les fonctions sont distribuées.
5.4.5. Vue Séquentielle
TB
DECO
Files
Mise en
Service
Mise en
Train
FONCTIONS
PRINCIPALES
Contrôleurs
Actuateurs
01 03 06
FONCTIONS INTERMEDIAIRES ET SEQUENCES
Tornos
H M I
Net
Custom
Net
NC
Tornos
Process + Motion
Safety
Local
NC
Safety Local
NC
Safety
Local
NC
02
02
02
04 05
07 07 07
08
La représentation de l'ordonnancement séquentiel des composants permet de constater que tout commence
par une liste d'instruction de mise en service afin de réaliser parallèlement la customisation de chacun des
modules physiques qui intègrent leur propre Safety et leur propre Local NC.
La mise en service terminée, le Net Custom est prêt à recevoir un programme pièce issu de l'assistant de
programmation qui réalise un contrôle virtuel (Simulation 3D) au moyen de la fonction Net NC.

Etude Technologique
5.5. Exemple DECO13a
5.5.1. Modèle
Net
NC
Net
Custom
(HMI+Process
+Motion)
En appliquant une architecture distribuée à une DECO13a, on obtiendrait 7 modules principaux: le bar-feeder,
la main operation, le gang #1, le gang #2, le gang #3, la counter operation et finalement le recuperator.
5.5.2. Vue Structurelle
La vue précédente montrait le lien avec les modules mécaniques, la vue suivante montre le lien avec les
modules électriques.
Net
NC
Net
Custom
(HMI+Process
+Motion)

Etude Technologique
5.5.3. Hardwares disponibles
Net
NC
Net
Custom
(HMI+Process
+Motion)
Des fournisseurs majeurs du marché comme Bosch-Rexroth ou Siemens proposent des éléments compatibles
avec une architecture distribuée; leurs contrôleurs IP65 ou IP67 ne doivent plus nécessairement être implantés
dans une armoire électrique dédiée, ils peuvent même être directement accolés aux moteurs.
5.5.4. Softwares disponibles
Non seulement, ces nouveaux types de contrôleurs peuvent être délocalisés, mais en plus ils gagnent en
fonctionnalité logicielle en intégrant toutes les fonctions logicielles nécessaires à la customisation locale.

Etude Technologique
Câbles
d'alimentation
de puissance
Câbles
de signaux
numériques
Nbr_Câbles = (Nbr_servo × 2) + 2
6. Déploiements
6.1. Câblage
Dans un câble, la connectique constitue la partie la plus chère, autrement dit, peut importe la longueur; le coût
du câblage dépend surtout du nombre de connecteurs et par conséquent du nombre de câbles nécessaires;
6.1.1. Nombre de câbles centralisés
Câbles
d'alimentation
de puissance
Câbles
de signaux
numériques
Nbr_Câbles = (Nbr_servo × 4) + 3
6.1.2. Nombre de câbles distribués
6.1.3. Réduction du nombre de câbles
Nbr_en_moins
= Nbr_centralisés
- Nbr_distribués
= (Nbr_servo × 4) + 3 - ((Nbr_servo × 2) + 2)
Nbr_en_moins = (Nbr_servo × 2) + 1
Pour une MultiDelta-6x14 (14 axes, 7 broches, 4 perceurs et 2 polygoneurs) et avec un conditionnement
centralisé, 111 câbles sont nécessaires; avec un conditionnement distribué, 56 câbles suffisent.
"moins il y a de câbles, moins c'est cher !"

Etude Technologique
6.2. Conditionnement
6.2.1. Armoire électrique
Avec une architecture traditionnelle, les
amplificateurs sont centralisés dans une armoire
dédiée (exemple avec une MultiDelta-6x14 pilotant
7 broches, 4 perceurs, 2 polygoneurs et 14 axes).
Le volume nécessaire atteint actuellement 0.79 m3
.
En gardant l'ampli ETEL et la CN-30i dans l'armoire
électrique en plus des platines d'alimentation, la
réduction de volume atteint 0.47 m3
, soit 60% avec
un conditionnement de commande numérique
distribuée.
6.2.2. Temps de Câblage
La longueur des câbles entre les amplificateurs et
les moteurs est en moyenne de 5 m avec un ∅
moyen de 6 mm, soit un volume de 0.00014 m3
par
câble installé entre l'armoire et un moteur-codeur.
Dans le cas de la MultiDelta-6x14, on obtient 27 × 2
× 0.00014 = 0.0075 m3
rien que pour câbler les
éléments moteurs et codeurs. De plus cette
technique archaïque réclame un grand soin de la part des personnels chargés du câblage car il faut veiller à
brancher le bon câble au bon endroit sur des distances relativement importantes et le type de câble requis entre
un amplificateur et un moteur est souvent très délicat. Pour information, l'armoire étant préalablement câblée, le
temps de câblage final au sein d'une MultiDelta-6x14 nécessitera 4 à 6 hr.
Avec un conditionnement de commande numérique
distribuée, on adopte un mode de câblage dénommé
"multiplexé" (utilisé depuis le siècle dernier dans le
domaine automobile) qui associe un réseau
d'alimentation électrique tout simple avec un réseau
adressable d'informations numériques. Le volume utilisé
pour le câblage n'est pas forcément moindre, mais il est
beaucoup plus rapide à mettre en œuvre, la durée du
travail de câblage a ainsi été réduite de 85% dans
l'automobile ces dernières décennies. En appliquant ce
ratio à une MultiDelta-6x14, le temps de câblage
passerait de 6 hr à 1 hr.
Siemens et Bosch-Rexroth publient les estimations suivantes pour les ampli-moteur-codeurs intégrés:
• réduction du coût total de possession TCO, de 20 à 30%.
• réduction de la taille des armoires électriques, jusqu'à 70%.
• réduction de la durée du travail de câblage, jusqu'à 85%.

Etude Technologique
7. Solution
La tendance actuelle à modulariser (spécialiser) des éléments de machine induit une réflexion de type
mécatronique visant à associer la mécanique, l'électrique, l'électronique et le logiciel au sein d'organes dédiés.
• l'association entre la mécanique et l'électrique aboutit à la notion de "process + motion".
• l'association entre l'électrique et l'électronique aboutit à la notion d'"ampli + moteur + codeur".
• l'association entre l'électronique et le logiciel aboutit à la notion "commande numérique distribuée".
• l'association de toutes ces disciplines au sein d'un module induit une gestion de "sécurité locale".
Paradoxalement, la hiérarchisation des organes d'une machine d'un point de vue mécatronique induisant une
notion de commande numérique distribuée conduit à une plus forte intégration mécanique-électrique-
électronique-logiciel-sécurité en local.
7.1. Process+motion
Continuer de séparer au sein d'une machine-outil, le "Process Control" et le "Motion Control" n'a plus aucun
sens. C'est une résurgence des limitations technologiques passées notamment en matière de capacité de
traitement des unités électroniques embarquées.
Dès lors que la technologie le permet, il s'agit d'adopter une pensée orientée module (ou objet...) car c'est ainsi
que l'on assure la productivité et la cohérence des développements, la pérennité de la connaissance et la
réutilisation.
La pensée orientée module ne différencie pas les éléments dédiés au motion des éléments dédiés au process.
La commande numérique est en charge du "process control" et du "motion control".
7.2. Ampli+moteur+codeurs
Tout le monde s'accorde: les moteurs et leur électronique de contrôle n'ont pas été créés comme des égaux. Ils
vivent dans deux environnements différents. Les amplificateurs bénéficient d'environnements plus sûrs, plus
frais, plus centralisés, tandis que les moteurs font face à de conditions hostiles de température, d'humidité, de
vibrations et de poussière. Ces conditions ont exigé qu'ils opèrent dans des endroits distincts, connectés par
des câbles de puissance, de contrôle et de communication.
Alors, pourquoi associer les moteurs et leur amplificateur et les réunir ainsi dans un même lieu ?
Durant les dix dernières années, la technologie a évolué au point que les composants électroniques peuvent
désormais opérer dans des environnements beaucoup plus difficiles. Cela a permis aux deux disciplines,
moteurs et amplificateurs, de fusionner.
Les fabricants semblent cette fois désireux de vendre les avantages des ampli-moteur-codeurs intégrés. En
éliminant les enveloppes distinctes et les longs câbles, l'approche intégrée est une promesse de baisses de
coûts évalués entre 20 et 30% aux dires de certains fournisseurs. Le coût total de possession TCO des amplis-
moteurs est également plus faible parce que le fabricant peut expédier des ensembles pré-testés et pré-
configurés suffisamment autonomes pour être effectivement considérés comme "plug & play".
Un autre point en faveur: les émissions EMC sont réduites par l'élimination des problèmes liés aux longs et
coûteux câbles entre le moteur et l'ampli, qui sont sujets à des pics de tension (d'où émissions).
Cette nouvelle catégorie de produits s'inscrit sous une variété de noms, tels que smart moteur, variateur de
vitesse moteur, moteur à ampli intégré ou ampli-moteur-codeur embarqué. Plus généralement, le terme en
usage est Integrated Motor Drive (ampli-moteur-codeur intégré),
En dépit de leurs avantages apparents, les OEM et les utilisateurs finaux n'ont pas été trop pressés d'acheter
ces produits. En fait, les ampli-moteur-codeurs n'ont pas atteint le potentiel prévu lors de leur introduction sur le
marché. Les prévisions de croissance du marché et les plages de puissances optimistes ont été réduites. En
fait, des unités d'au moins 18 kW ont été promises mais ne sont pas arrivées. De même, des amplificateurs plus
sophistiqués ne sont pas encore disponibles en raison de retard sur la demande car leurs développements
exigent des prévisions de volumes de ventes conséquents.
Pourtant, les ampli-moteur-codeurs sont prêts pour une plus large acceptation par les utilisateurs. Un signe
positif pour le concept des ampli-moteur-codeurs intégrés est la tendance croissante vers des architectures de
contrôle distribué; la technologie des ampli-moteur-codeurs participe à cette démarche.
A développer (selon PhS) :
• vs Conséquences , la notion d'ampli-moteur-codeur introduit l'idée d'un axe intégré "intelligent" et "froid"
auquel serait associé les éléments mécaniques de commandes, de graissage, de refroidissement, de
détection de bris d'outils, etc...

Etude Technologique
7.2.1. Les environnements hostiles
Les ampli-moteur-codeurs intégrés ont deux obstacles à surmonter. Tout d'abord, l'ampli doit être capable de
résister aux environnements industriels hostiles. Et plus important encore, l'ampli directement accolé au moteur
est comme posé sur un réchaud électrique augmentant artificiellement sa propre chaleur.
L'effet du chauffage est, en fait, le plus grand ennemi des ampli-moteur-codeurs. Les dissipations produites à la
fois par le moteur et la commutation électronique de l'ampli multiplient la quantité de chaleur émise. En
conséquence, la gestion thermique de ces ensembles intégrés a du être améliorée afin de lutter contre ce
problème. Cela a été accompli avec une conception optimisée de la mécanique et des composants structurels,
des puits de chaleur et de refroidissement et avec une disposition soignée des éléments. La technologie a ainsi
évolué jusqu'à un certain seuil de puissance possible.
La plupart des fournisseurs d'ampli-moteur-codeurs proposent aujourd'hui jusqu'à 7,5 kW de puissance moteur.
Ce 7,5-kW représente le plateau au-dessus du quel les effets de chaleurs combinées ne sont plus maîtrisés
correctement. Commercialiser des unités plus puissantes induira des conceptions plus complexes.
La vitesse du moteur est un autre facteur dans la gestion thermique. A haute vitesse, un ventilateur moteur par
arbre moteur fournit suffisamment de refroidissement, mais cela devient insuffisant à basse vitesse. Cette
situation est aggravée par le principe des ampli-moteur-codeurs et l'élargissement des gammes de vitesses.
Aujourd'hui, la gamme de vitesse typique est 10:1, mais des fabricants, en utilisant des amplis plus
sophistiqués, offrent 50:1. L'extension de la gamme de vitesses n'est pas simple, parce que plus la vitesse est
faible, plus le refroidissement est nécessaire pour compenser la plus forte production de chaleur. Un moteur
fonctionnant à 30 tr/min pour certaines périodes, nécessite généralement l'apport d'un ventilateur dont la vitesse
est gérer de manière indépendante de la vitesse du moteur lui-même.
L'emplacement de l'électronique de l'ampli sur le moteur suit 2 tendances; l'une dispose l'ampli au-dessus du
moteur privilégiant un moindre encombrement, l'autre place l'ampli à l'arrière du moteur afin de réduire
l'exposition à la chaleur; c'est une question de philosophie de conception.
Les vibrations et les interférences électromagnétiques (EMI) induisent d'autres considérations
environnementales pour les ampli-moteur-codeurs. La conception substantiellement "durcie" de l'électronique et
l'équilibrage initial soigné du rotor réduisent les risques. Ainsi Siemens A & D fait état de la conception spéciale
de l'électronique de son "Combimaster" afin de résister à des vibrations ou des chocs pouvant atteindre 5g.
D'un autre côté, la disparition intrinsèque du câblage entre le moteur et l'ampli réduit aussi les risques liés aux
vibrations. Pour les interférences électromagnétiques, la plupart des fournisseurs incluent des filtres EMI dans
leurs unités. Par exemple, Combimaster est fourni avec des filtres EMI de classe A et B.
A développer (selon PhS) :
• vs Effets thermiques, associer aux ampli-moteur-codeurs leur propre contrôle du refroidissement par liquide
de coupe (par ex. via une plaque-coussin intermédiaire) et sondes de température.
• vs Vibrations et chocs, associer en temps-réel des vibromètres ou des accéléromètres dans la contre-réaction
de position ou de vitesse de l'équipement.
• vs Interférences électromagnétiques, boucles de masse et courants parasites vis-à-vis des équipements.
• vs connectique, le coût et la fiabilité à ce propos mérite d'être plus approfondi.
7.2.2. Les coûts et les questions liées au marché
Les considérations de coûts pour les ampli-moteur-codeurs ne sont pas simples. Du fait des moindres quantités
commercialisées, une des caractéristiques des ampli-moteur-codeurs induit une prime sur le coût initial par
rapport à un moteur et son amplificateur associés classiquement. Ainsi le conditionnement durci et la gestion
thermique poussée INDUISAIT un surcoût compris entre 15 et 20% pour l'achat de l'ensemble ampli-moteur-
codeur seul. Les dernières offres disponibles sur le marché infirment cela; ainsi Bosh-Rexroth propose sa
gamme d'ampli-moteur-codeurs avec les accessoires 10% moins cher que sa gamme traditionnelle avec les
câbles, firmwares, etc...
D'ailleurs Siemens revendique un coût global drastiquement réduit lorsque des facteurs tels que le câblage
entre les composants individuels, un panneau de contrôle pour l'ampli, la climatisation et l'entretien sont pris en
compte. Le composant coût fait alors apparaître des économies de 20 à 30% avec l'approche intégrée.
Rockwell Automation AC Drives Business cite un chiffre encore plus important pour la réduction de coût total
installé: jusqu'à 40%. Cependant, le coût total de possession TCO reste difficile à vendre aux intégrateurs
potentiels plus préoccupés par les coûts initiaux et qui hésitent avec les nouvelles technologies.
Les récentes études de marché indiquent que la tarification des ampli-moteur-codeurs est cruciale pour leur
expansion. En d'autres termes, pour élargir son audience, le coût initial des ampli-moteur-codeurs doit
également devenir plus compétitif par rapport aux éléments utilisant des technologies classiques.

Etude Technologique
7.2.3. La mise en réseau est la clé
De nombreux utilisateurs ont des préoccupations quant à la fiabilité de l'électronique de l'amplificateur disposée
juste à côté du moteur. Qui sera responsable du maintien de la combinaison ampli-moteur-codeur ?
Moteurs et amplificateurs sont souvent pris en charge par des services de maintenance distincts;
Y aura-t-il quelqu'un pour s'occuper des deux ?
En automation ou en contrôle industriel, les moteurs sont généralement alimentés depuis des armoires
centrales où sont disposés les amplificateurs; déplacer les amplificateurs vers les moteurs n'apporte pas grand
chose tant que le câblage des entrées-sorties des automates programmables associés n'adopte pas la même
architecture distribuée.
Pour que les ampli-moteur-codeurs intégrés deviennent plus populaires, ils doivent donc avoir une bonne
capacité de communication. Le contrôle à distance, la communicabilité et la mise en réseau doivent être
perfectionnés.
L'ampli-moteur-codeur se doit d'intégrer d'emblée toutes les caractéristiques d'un réseau de communication
standard. Un bus de terrain (fieldbus) avec un câblage en guirlande (daisy Chain) de plusieurs ampli-moteur-
codeurs simplifie l'intégration.
Bien que l'usage d'un bus de terrain améliore la fiabilité et simplifie l'intégration, il faut garder la possibilité de
déconnecter ou de disjoncter; le câble d'alimentation doit rester dédié à un ampli-moteur-codeur ou à un groupe
d'ampli-moteur-codeurs.
7.2.4. L'avenir des ampli-moteur-codeurs
Pas d'augmentation de puissance au-delà de 7,5 kW dans un proche avenir (Baldor Electric, Lenze, ou autres).
Siemens parle d'un "potentiel" de croissance de 15 kW. Une exception notable est disponible chez VEM Motors
GmbH. avec 22 kW. Par contre, c'est le boum dans le domaine des petites unités avec des acteurs comme
Danfoss, Baldor ou Lenze.
Le plus grand défi des ampli-moteur-codeurs intégrés est de parvenir à des coûts initiaux comparables et de
promouvoir les avantages du produit aux utilisateurs potentiels. Les ampli-moteur-codeurs intégrés seront alors
une véritable alternative à l'implantation traditionnelle. Certains fabricants doivent adopter une attitude plus
active, ce qui n'est pas une tâche facile quand il s'agit d'entrer en concurrence avec d'autres produits maison.
7.2.5. Ampli-moteur-codeurs représentatifs
Company and URL Product KW V input Layout
ABB www.abb.com/motors&drives Integral motor 0.75-7.5 240/380-460 Axial
Baldor Electric www.baldor.com SmartMotor 0.75-7.5 230/460 Top
Bonfiglioli Group www.bonfiglioli.com LMS Series 0.37-4.0 400-500 Top
Bosh-Rexroth www.boschrexroth.com IndraDrive MI 0.75-7-5 540-750 Top
Carpanelli Motori www.carpanelli.it MII Series 1.50-4.0 380-440 Top
Danfoss www.danfoss.com FCM 300 0.55-7.5 380-460 Top & radial
Danfoss Bauer www.danfoss.com Eta Solution 0.18-7.5 380-460 Top & radial
Franklin Electric www.fele.com IMDS 0.25-0.75 115/230 Top
Grundfos www.grundfos.com MLE Motor 0.75-7.5 330/460 Top
Invensys Brook Crompton
www.brookcrompton.com
VSM 'W'
Series
0.55-7.5 380-480 Top & radial
Kebco www.kebco.com Combidrive 0.75-2.2 230/460 Top
Lenze www.lenze.com 8200 motec 0.55-2.2 320-550 (230) Top & radial
Leroy-Somer www.leroy-somer.com Varmeca 0.75-7.5 230/400 (460) Top
Mannesmann Dematic www.dematic.com Indrive 0.22-3.6 380-500 Radial
Rockwell Automation
www.rockwellautomation.com
1329I VSM 0.75-3.7 230/460 Top
SEW-Eurodrive www.seweurodrive.com Movimot 0.37-1.5 380-500 Top
Siemens A&D www.ad.siemens.de Combimaster 0.37-7.5 230/380 (460-500) Top
SpangPowerElectronics www.spangpower.com SPE100 0.19-1.5 115/230 Top
TB Wood's www.tbwoods.com IMD 0.37-3.7 200-230 (380-460 Axial
VEM Motors www.vem-group.com CompactDrive 0.55-22 380-480 Top
WEG Electric www.wegelectric.com MotorDrive 0.37-3.7 230/380 (480 ) Top

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