MH : état de la simulation et capacités
Connaissant son comportement avant de construire la machine, le fabricant peut savoir si sa machine couvre ou non les besoins de ses clients, et en modifiant le modèle mathématique étudiera sa conception. Lorsque la réponse du modèle est appropriée, un prototype de machine est construit. Ce prototype et le produit final ne sont pas très différents et il suffit généralement de faire de petites retouches sur le prototype. D'une part, le fabricant économise de nombreux prototypes à coût élevé et, d'autre part, contribue à réduire le délai de conception du produit. Une autre application de simulation est la détection des pannes sur les machines en fonctionnement. Cela peut réduire les coûts élevés des arrêts de machine longs, car la défaillance est connue auparavant.
Outils de simulation traditionnels
Actuellement MATLAB et MATRIX sont l'un des logiciels les plus connus et sont basés sur des diagrammes de blocs. Ces outils sont des outils très bien adaptés pour la simulation de commandes numériques, moteurs et régulateurs, car leur base de blocs se trouve dans le traitement des signaux et dans la théorie du contrôle. Cependant, ces diagrammes de blocs ne sont pas très appropriés pour la construction de modèles mathématiques qui décrivent le comportement dynamique des systèmes mécaniques et/ou hydrauliques, car cela suppose d'écrire les équations manuellement avant de les placer en blocs. Par conséquent, ils sont habituellement effectués en utilisant les fonctions de transfert de Laplace.
Ces fonctions de transfert de Laplace décrivent uniquement le comportement de toute la machine et ne fournissent aucune information sur chaque composant. D'autre part, la valeur des paramètres de ces fonctions de transfert est pratiquement impossible à connaître avant de construire la machine.
Cependant, le marché exige actuellement des conceptions globales ou mécatroniques qui optimisent tout le système, c'est-à-dire qui permettent de connaître le comportement de tous les composants, tant électrique, mécanique ou hydraulique, pendant le fonctionnement de la machine, et d'optimiser tous les composants des conditions de travail.
La réalisation de ces conceptions globales nécessite de nouveaux outils de simulation simple de tout le système, créés spécifiquement pour la réalisation de simulations mécatroniques.
Nouveaux outils de simulation
Les outils de simulation les plus connus sont basés sur Bond Graph. Bond Graph est une technique pour le développement de modèles basés sur l'échange énergétique des systèmes. L'avantage de ces méthodes dans le développement de modèles mécatroniques et de conceptions globales réside dans la représentation graphique des modèles, dans l'utilisation de modèles de composants physiques et dans l'utilisation d'un langage commun pour n'importe quel domaine.
En outre, le Bond Graph peut être facilement fixé avec les diagrammes de blocs. Si le modèle Bond Graph du système est construit, le programme génère automatiquement les équations différentielles qui seront utilisées pour effectuer la simulation du système, étant celles-ci paramétriques. Compte tenu de ses caractéristiques, nous pouvons affirmer que le Bond Graph est à un niveau de modélisation physique et non mathématique.
Application pratique
Sur les fraiseuses, surtout sur l'axe principal, les grandes masses doivent se déplacer à des vitesses toujours plus élevées et comme un système flexible dans le chariot, des vibrations et des erreurs de position apparaissent au détriment des tolérances de fabrication. C'est pourquoi, lorsque vous développez de nouveaux modèles, vous voyez l'utilité et la commodité du modèle.
Application pratique comparant la simulation du modèle de l'axe principal d'une grande fraiseuse dans laquelle IDEKO se trouve avec les données mesurées. Schéma simplifié de l'axe de la fraiseuse.
C'est un système électro-mécanique formé par l'axe de la fraiseuse, le contrôle, le régulateur de position et de vitesse, le moteur AC, le réducteur formé par courroie et deux poulies, la vis/écrou, le roulement axial, les chariots, le banc et deux supports.
Le contrôle fournit des consignes de position, ces consignes de position sont converties par les régulateurs en tensions et appliquées à moteur. Par conséquent, le moteur génère un courant électrique qui produit un moment mécanique. Le moment mécanique est appliqué sur l'écrou par un réducteur formé par des courroies/aples. L'écrou tourne et se déplace à la fois. Cette rotation est possible grâce au roulement axial qui se trouve dessus. La bague extérieure du roulement est attachée au chariot et se déplace avec lui. La réaction générée par le déplacement axial de l'écrou est recueillie par la vis, les supports et le banc.
Dans le modèle mécanique, la flexibilité axiale variable de la vis, la flexibilité et le frottement des courroies, roulements, écrous et supports (glissières, performances d'écrou à vis et moment de friction) ainsi que toutes les masses ont été considérées. Le modèle électrique a été réalisé de la manière habituelle, c'est-à-dire dans des diagrammes de blocs.
Dans ce cas, les parcours habituels, le parcours cosinus et le parcours de position obtenus par une consigne de trapèze de vitesse ont été simulés.
Conclusions
Il existe actuellement des méthodes de développement et des méthodes de simulation qui permettent de réaliser des produits mécatroniques pour machine-outil « bien et à la première ». Les simulations de la fraiseuse indiquée montrent la force de la méthode de développement du modèle Bond Graph dans ce type de système.
De la main d'IKERLAN, les fabricants de machines-outils peuvent adopter les méthodes de simulation suivantes, grâce au projet européen OLMECO, impulsé par l'Union Européenne, et au projet « Simulation de Systèmes Mécatroniques en Machine-outil », cofinancé par le CICYT et le Gouvernement Basque.
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