Systèmes d’entraînement à jet d’eau : entraînement des axes

3 novembre 2009 par le Dr Olsen 

Je suis vraiment enthousiasmé par le nouveau système Traction Drive maintenant utilisé dans la plupart des tables de découpe avec pont, de haute précision d’OMAX. Nous l’avons trouvé si rentable à fabriquer et si robuste en fonctionnement que nous le présentons maintenant dans une version simplifiée dans nos produits MAXIEM.
Le système Traction Drive est le premier système de mouvement linéaire conçu spécifiquement pour les jets d’eau abrasifs. Il comporte trois éléments qui travaillent ensemble pour fournir un système de contrôle de mouvement de précision parfaitement adapté à nos applications.

Le premier élément est le mécanisme d’entraînement proprement dit. Ce mécanisme utilise la capacité de traction acier sur acier, éprouvée et que l’on trouve dans la locomotive de chemin de fer. Une roue motrice en acier trempé montée sur un chariot mobile est pressée contre un rail en acier trempé par l’action d’un mécanisme de flexion à ressort. La rotation de la roue motrice par un moteur synchrone sans balais provoque le déplacement du chariot le long du rail. Ce système d’entraînement est extrêmement robuste et fonctionne bien dans le pire environnement humide et chargé d’abrasifs imaginable, comme en témoignent les millions de kilomètres parcourus par les locomotives de chemin de fer dans des conditions allant de fortes pluies à du sable à la dérive. Il offre un mouvement en douceur sur une large gamme de vitesses et d’accélérations et peut être conçu pour fournir uniquement les forces réellement nécessaires pour déplacer en douceur la tête de coupe, ce qui se traduit par un haut niveau de sécurité de l’opérateur.
Aucun lubrifiant n’est nécessaire pour les surfaces d’entraînement, ce qui améliore encore la fiabilité et minimise l’usure dans un environnement contaminé. L’entraînement est peu coûteux par rapport aux systèmes d’entraînement linéaires traditionnels et peut être facilement étendu en taille à très peu de frais en allongeant simplement le rail de guidage en acier. De plus, des guides de rail extrudés prêts à l’emploi peuvent être utilisés pour minimiser les coûts de fabrication.

L’inconvénient potentiel du mécanisme d’entraînement de traction est qu’il s’agit de ce que nous, les ingénieurs, appelons un système d’entraînement « faiblement couplé ». Il n’y a pas de liaison mécanique positive continue entre le chariot mobile et le rail, comme on le trouve entre une vis à billes et un écrou ou une crémaillère et son pignon.

D’où la nécessité du deuxième élément, un système de codeur linéaire magnétique de précision. Il n’y a pas si longtemps, les codeurs linéaires de grande longueur étaient à la fois exotiques et chers. Ce n’est plus le cas. Maintenant, ces dispositifs magnétiques de précision sont facilement disponibles dans des longueurs pratiquement illimitées à un coût très raisonnable. Ils sont fiables et assez insensibles aux contaminants et aux conditions sales. De plus, ils sont très précis et ont une résolution allant jusqu’à 1 micron, plus que suffisant pour les applications de jet d’eau abrasif les plus précises. En effet, la précision inhérente de ce système est comparable à la précision d’un entraînement de moteur linéaire beaucoup plus coûteux, qui repose également sur un codeur linéaire pour déterminer la position.

Le dernier élément du système d’entraînement est le contrôle d’entraînement électronique. Le mécanisme d’entraînement de traction fournit la force motrice nécessaire pour déplacer en douceur le chariot le long du rail. Le codeur linéaire fournit les données permettant de déterminer précisément où se trouve le chariot. Le contrôle d’entraînement les relie, ainsi que l’ordinateur de commande de la machine, dans une boucle de contrôle de rétroaction / feedforward unique. Conceptuellement, le système fonctionne comme suit : le Drive Control prend d’abord l’entrée de l’ordinateur de commande de la machine pour déterminer la direction, l’accélération, la vitesse et la distance de mouvement souhaitées en fonction de la trajectoire de l’outil et du profil de vitesse précalculé associé à la pièce fabriquée. Le contrôle d’entraînement ordonne ensuite au moteur d’entraînement de traction de fournir l’accélération, la vitesse et la distance souhaitées du chariot en fonction d’un accouplement supposé entre la roue motrice et le rail. Le Drive Control surveille le mouvement réel du chariot en fonction de l’entrée du capteur codeur linéaire et ajuste ses instructions au moteur d’entraînement de traction en fonction de ce qui se passe réellement. Il s’agit de la partie « feedback » du contrôle. En outre, le Drive Control modifie ses commandes futures prévues pour l’entraînement de traction en fonction de l’accouplement roue/rail moteur actuellement mesuré. Il s’agit de la partie « feedforward » du contrôle. Le résultat final de cette approche de contrôle rétroaction/feedforward est que le système d’entraînement mécaniquement « faiblement couplé » devient un entraînement « à couplage étroit » qui s’ajuste automatiquement aux changements de conditions, tels que les contaminants possibles sur les rails et l’usure à long terme.

Des tests approfondis en laboratoire et des opérations réelles ont montré que le lecteur était robuste et fiable. Il est également précis : capable de produire des pièces avec des tolérances de l’ordre de +/- 0,001 » ou mieux. Enfin, l’expérience réelle dans la fabrication du Traction Drive montre qu’il peut en effet être très rentable par rapport aux systèmes d’entraînement de machines-outils plus traditionnels.

Cela devrait aider à montrer la voie à suivre pour réduire les coûts globaux des systèmes de découpe au jet d’eau abrasif de précision. C’est en effet une bonne nouvelle, car cela élargira le marché de cette technologie, mettant ainsi la flexibilité et l’efficacité du processus de découpe au jet d’eau abrasif entre les mains d’un plus grand nombre de fabricants, grands et petits. Comme les lecteurs de ce blog le savent déjà, mon objectif personnel est un système de découpe au jet d’eau abrasif dans chaque atelier d’usinage. Le Traction Drive est un autre pas vers cet objectif.

Sinceres salutations

Dr John Olsen