Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes1 SOMMAIRE Introduction générale ................................................................................. 3 Notre Rapport ............................................................................................. 4 Chapitre 1 : Recherche bibliographique Sur les machines CNC .............. 6 1. Introduction........................................................................................ 6 2. Structure générale .............................................................................. 6 3. Partie commande ............................................................................... 7 4. Partie opérative .................................................................................. 8 Principaux Type des CNC ......................................................................... 9 1. Classification selon la notion d’axes ................................................. 9 2. Classification selon le type de commande ........................................ 9 a) Système de commande en boucle ouverte ................................... 9 b) Système de commande en boucle fermée .................................. 10 Technologie et Domaine d’application.................................................... 21 1. Technologie..................................................................................... 21 2. Domaines d’application .................................................................. 21 Éléments constructifs d’une fraiseuse à commande numérique à 3 axes 22 1. Motorisation .................................................................................... 22 a) Généralité ................................................................................... 22 b) Type des moteurs pas à pas ........................................................ 22 c) Principe de fonctionnement des moteurs pas à pas ................... 24 d) Conclusion.................................................................................. 24 2. Servomoteur .................................................................................... 25 a) Principe....................................................................................... 25 b) Domaines d’application ............................................................. 26 3. Capteurs de position :...................................................................... 26 a) Capteurs mécaniques .................................................................. 26 b) Capteurs de proximité inductifs ................................................. 26 c) Capteurs capacitifs : ................................................................... 28 4. Organe de transmission................................................................... 29 a) Transformation de mouvement R-T (Vis à billes) .................... 29 b) Transformation de mouvement R-R .......................................... 30 • Avantage : .................................................................................. 31 • Inconvénients : ........................................................................... 32 5. Guidage en translation .................................................................... 32 MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 1 Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 2 a) Guidage cylindrique : arbre rectifié avec douille à billes .......... 32 b) Guidage prismatique .................................................................. 33 c) Conclusion.................................................................................. 33 Chapitre 2 : Présentation de la machine et étude technologique............. 34 Chapitre 2 : Présentation de la machine et étude technologique............. 35 Introduction .............................................................................................. 35 1. Description de la machine .............................................................. 35 2. Choix des solutions technologiques................................................ 36 1. Choix des guidages linéaires ....................................................... 36 a) Solution N °1 .............................................................................. 36 b) Solution N °2 .............................................................................. 37 c) Solution N °3 .............................................................................. 37 2. Conclusion .................................................................................. 38 3. Choix de la transmission de puissance........................................ 39 a) Solution N °1 .............................................................................. 39 b) Solution N° 2 .............................................................................. 39 4. Conclusion .................................................................................. 40 3. Modélisation des solutions choisies ............................................... 40 a) Schéma cinématique .................................................................. 40 b) Graphe de liaison ....................................................................... 41 Nomenclature : ........................................................................... 41 Chapitre 3 : conception mécanique.......................................................... 43 1. Accouplement rigide ....................................................................... 43 2. Guidage en translation .................................................................... 44 3. Table de travail ............................................................................... 45 4. Chariot ............................................................................................. 46 Conclusion générale ................................................................................. 47 Bibliographie ............................................................................................ 48 MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 2 Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 3 Introduction générale Dans les mondes de plus en plus marqué, les entreprises ont pour défi de concevoir, développer, produire et fidéliser leurs clients dans un environnement compétitif avec une clientèle de plus en plus exigeante. Pour ce la, ces entreprises doivent se développer et résoudre leur problèmes surtout en conception afin de garantir la bonne circulation de leurs produits sur le marché et assurer un environnement de travail adéquat. Ce rapport est composé de 3 chapitres organisés comme suit : - Le 1er chapitre est une recherche bibliographique sur la technologie des machines à CN. - Le 2ème donne une description générale de notre machine accompagnée d’une proposition des solutions technologiques et un choix des différents organes de la CNC qui répondent aux besoins de l’industriel. - Le 3 ème chapitre Conception mécanique MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 3 Etudiants: Thami Anouar & Bouazra Maher Encadrant : • Académique : Mr Maraghni Hassine MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 4 .Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 4 Notre Rapport Titre du projet : conception d’une mini fraiseuse 3 axes à commande numérique. Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 5 Chapitre 1 : Recherche bibliographique Sur les machines CNC MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 5 . pour permettre l’usinage de pompes à injection pour moteurs d’avions. Une machine-outil à commande numérique doit comporter des automatismes qui sont géré par un système électronique (directeur de commande numérique) qui garde en mémoire la description des opérations à effectuer appelée programme. Ces machines sont éventuellement formées par les constituants suivants : − Machine outil. Structure générale Les machines-outils à commande numérique (MOCN) sont des moyens de fabrication par enlèvement de matière. par opposition à un tour ou une fraiseuse conventionnels. − Capteur de mesure pour contrôler les déplacements (analogique ou incrémentaux). − Automatisme composé d’éléments électroniques. Il s’agissait en fait de cames. Introduction En 1942 aux États-Unis la CNC a commencé à être exploitée. Dans les années 1970. l’utilisation de l’informatique dans la machine-outil et notamment dans les fraiseuses s’est démocratisée et a entraîné un profond bouleversement du secteur industriel. dont les mouvements sont commandés manuellement. L’armoire de commande qui reçoit le programme d’usinage et pilote les mouvements de la machine est appelée directeur de commande numérique (DNC). dont le profil complexe était irréalisable au moyen d’une machine traditionnelle.Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 6 Chapitre 1 : Recherche bibliographique Sur les machines CNC 1. On parle ainsi d’un tour ou d’une fraiseuse à commande numérique. MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 6 . alors le fraisage CNC sera aujourd’hui reconnu pour sa grande précision. − Pupitre de commande. 2. dont les mouvements sont motorisés et pilotés par ordinateur. Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 7 Elles peuvent être équipées par plusieurs options : programmation extérieure.. préréglage et codage des outils. dispositifs de contrôles de pièces. évacuation de copeau. Les différentes opérations.. constituant la tâche d’usinage. combinaison de types d’usinages (tournage et fraisage). elle peut se composer de trois parties : un ordinateur. sont gérées par l’intermédiaire d’un directeur de commande numérique (DCN) (voir figure 2) MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 7 . ordinateur.Structure générale des machines outils à commande numérique 3. etc. Elle peut être mécanique. Il donne des ordres à la partie opérative (PO) et reçoit ses comptes rendus. chargeur et convoyeur de pièces. Partie commande La partie commande (PC) d'un automatisme est le centre de décision. un logiciel et une interface qui permettent le traitement de l’information. Comme pour tout système automatisé. (Voir figure 1) Figure 1. Sur de gros systèmes comme les machines outil à commande numérique. nous pouvons décomposer la structure d’une MOCN en deux parties principales : la partie commande et la partie opérative. électronique ou autre. chargeurs d’outils du magasin. vitesse. usinage.. lubrification.Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 8 Figure 2.) et rend compte à la partie commande... elle est généralement composée d'actionneurs. mesure des grandeurs physiques (accélération.structure de la partie commande 4. d'effecteurs et d'un bâti. de capteurs. Partie opérative La partie opérative d'un automatisme est le sous-ensemble qui effectue les actions physiques (déplacement.).. D’ou la partie opérative reçoit les ordres de la partie commande et les exécute (voir figure 3) Figure 3.Communication entre la partie opérative et la partie commande MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 8 . Pour le mettre en place il faut au préalable avoir parfaitement modéliser le système. Le mouvement de rotation de la broche n’est considéré comme un axe rotatif sauf s’il est contrôlé. que la commande soit parfaitement adaptée et qu'il n'y ait aucune perturbation (voir figure 5).Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 9 Principaux Type des CNC 1. Classification selon le type de commande Le système de contrôle charge les instructions programmées afin de les exécuté. Ce contrôle. Ces instructions seront converties en impulsions électriques pour commander le système d’entrainement. Classification selon la notion d’axes Chaque mouvement contrôlé sur une machine outil à commande numérique définit un axe.Exemples de quelques types des CNC 2. est à utiliser avec précaution si le système est naturellement instable. On peut différencier alors deux systèmes de contrôle : a) Système de commande en boucle ouverte Un contrôle en boucle ouverte ou contrôle ouvert est une forme de contrôle d'un système qui ne prend pas en compte la réponse de ce système (appelée rétroaction). Généralement les machines outils CNC est désignée par le nombre d’axes qui l’équipent. Mais on pourra équiper des machines outils CNC jusqu'à 9 axes de translation et/ou 5 axes de rotation. MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 9 . Les systèmes d’axes couramment utilisés sont de 2 à 5 (voir figure 4). Figure 4. Figure 6.commande en boucle ouvert b) Système de commande en boucle fermée Un contrôle en boucle fermée est une forme de contrôle d'un système qui intègre la réaction de ce système (appelée rétroaction) pour surveiller les consignes et de corriger tous les écarts (voir figure 6). qui lui intègre la rétroaction du système qui est en général négative (contreréaction).Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 10 Parmi ses avantages : − Montage et maintenance simple − Système moins cher Le principal inconvénient c’est que l'opposé du contrôle en boucle ouverte est le contrôle en boucle fermée. Parmi les avantages de cette commande on cite la précision et la détection automatique des variations en temps réel mais parmi ces inconvénients la complexité du montage et de la maintenance comme il est couteux aussi. Ces systèmes utilisent la position ou la vitesse comme information de retour et ils peuvent être numériques ou analogiques. Figure 5.commande en boucle fermée MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 10 . Plâtre. Bois. Domaines d’application Le fraisage CNC est aujourd’hui utilisé dans de nombreuses applications : Prototypage rapide. Résine.Exemple de quelques produits usinés par CNC MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 21 .. Aluminium. Médical. La fraiseuse exécute toutes sortes de travaux : défonçage. on peut dire que les organes mobiles de la machine sont motorisés et qu’un automatisme assure la commande et dans la plupart des cas le contrôle de la position et/ou de la vitesse. sciage. Plastique. Le terme "commande numérique" est générique et a été retenu parce que la machine est commandée par des "consignes" numériques fournies par un calculateur. Technologie Une fraiseuse à commande numérique est une machine d’usinage à cycle automatique programmable.. Design.Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 21 Technologie et Domaine d’application 1. 2. En d’autres termes. Cuivre. Découpe …. outillage d’engrenage. Les matériaux usinables sont très variés : Métaux. Modelage. Maquettage. Modélisme. rainurage. Figure 7. Bakélite…. Gravure 3D. architecture. moteur pas à pas b) Type des moteurs pas à pas Le moteur à aimant permanent : Il est constitué d'un rotor aimanté en ferrite à plusieurs paires de pôles (couramment 6 ou 12) et de deux stators indépendants comportant chacun une bobine cylindrique et des pièces polaires en tôle découpée donnant autant de paires de pôles qu'il y en a sur le rotor (voir figure 9). Il s’agit donc de réaliser une commande en position en boucle ouverte (sans capteur).Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 22 Éléments constructifs d’une fraiseuse à commande numérique à 3 axes 1. Motorisation a) Généralité Les moteurs pas à pas sont utilisés depuis une trentaine d'années dans des applications de positionnement et d'entraînement à vitesse variable. Le mode pas à pas est un fonctionnement saccadé composé d’une succession d’impulsions électriques (en courant ou en tension) destinées à obtenir une succession analogue d’incréments de position. Il est à la base un moteur synchrone polyphasé à plusieurs groupes de pôles. Figure 8. MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 22 . Ce moteur est susceptible d'une grande vitesse comparativement à celui à aimant permanent. non aimanté. Le stator est souvent triphasé. Le stator est semblable à celui d'un moteur à courant continu à excitation avec des épanouissements polaires et une bobine sur chaque pôle (voir figure 10).moteur pas à pas à réluctance variable. Il n'est plus utilisé car remplacé par le moteur hybride. Le moteur hybride : C'est une combinaison des deux modes de construction. Le nombre de systèmes de pôles est de 6 ou 12 le plus souvent.Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 23 Figure 9.moteur pas à pas à aimant permanant Le moteur à réluctance variable : Il est constitué d'un rotor plein en fer doux muni de pôles saillants. Ils sont les plus répandus actuellement pour les applications demandant une précision et une puissance moyennes. ce qui est très souvent avantageux car l'entraînement MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 23 . Ces moteurs ont une plus grande puissance massique que les précédents et tournent plus lentement à cause du nombre de pôles. Figure 10. au-delà de cette vitesse. le moteur ne tourne plus. MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 24 .Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 24 direct de la charge (sans réducteur) est souvent possible. et dans la plupart des applications il n'est pas nécessaire de démultiplier leur couple. elle imposera également le sens de rotation. d) Conclusion Les moteurs pas à pas ne peuvent pas dépasser une vitesse de rotation assez haute. il vibre (mais cela n'endommage pas le moteur). De plus.moteur pas à pas à hybride. − Une alimentation de puissance. de 1 W à 1 kW. − Un séquenceur qui aiguillera les impulsions sur les différentes bobines du moteur. Figure 11. ils fonctionnent sur une large gamme de vitesses et existent pour des puissances variées. Ils sont cependant assez puissants. c) Principe de fonctionnement des moteurs pas à pas Le fonctionnement d’un moteur pas à pas nécessite la présence des éléments suivants : − Une unité de commande (microprocesseur par exemple) qui fournit des impulsions dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur. Figure 12. généralement asservi en position. Les servomoteurs que nous utilisons sont dits "de modélisme" car ils servent habituellement à déplacer des pièces (voiles. bateaux ou avions. gouvernes. brushless) − un potentiomètre (faisant fonction de diviseur résistif) qui génère une tension variable proportionnelle à l'angle de l'axe de sortie. Servomoteur a) Principe Un servomoteur est un type de moteurs intégrant dans un même boitier la mécanique (moteur à courant continu) et l’électronique de contrôle simplifié.Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 25 Tableau 1. Ils comportent généralement : − un moteurs électrique (continu. dérives. cabestans. − un dispositif électronique d’asservissement. servomoteur MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 25 . volets) de modèles réduits. asynchrone. Avantages et inconvénients des moteurs pas à pas 2. Si un métal se trouve dans le champ de la zone de couverture active. une précision et une flexibilité élevées.Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 26 b) Domaines d’application Les servomoteurs aujourd’hui sont utilisés dans des nombreuses applications : − Machines-outils hautes performances. manipulateurs et machines à imprimer. manutention. appelés aussi interrupteurs de position. Ils sont réalisés à base de microcontacts placés dans un corps de protection et muni d'un système de commande ou tête de commande. Capteurs de position : a) Capteurs mécaniques Les capteurs mécaniques de position.capteur de position mécanique b) Capteurs de proximité inductifs Principe: Les capteurs de proximité inductifs détectent tous les matériaux conducteurs à une distance définie. comme les machines d'emballage. 3. Figure 13. sont surtout employés dans les systèmes automatisés pour assurer la fonction détecter les positions. On parle aussi de détecteurs de présence. la sortie PNP ou NPN du capteur est activée. MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 26 . − Machines exigeant une dynamique. ). − La mesure et l’asservissement de position… Avantage : − Large bande passante. − Grande finesse due aux forces très faibles exercées sur la cible par le dispositif de mesure. − Fiabilité accrue puisqu’il n’y a pas de pièces mobiles susceptibles d’usure ou de jeu..Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 27 Figure 14. fermeture des portes.capteur de proximité inductif Domaines d’application : − L'automatisme des lignes de fabrication (détection sans contact des pièces et machines outil). − La sécurité sur les avions (vérification de bon fonctionnement du train. − Dépendance de leur réponse à la forme.. − Simple. MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 27 . les dimensions et la nature du matériau de la cible. − Fonctionnement non linéaire. Inconvénients : − Étendue de mesure faible. − Ce type de capteur est plus coûteux que le shunt et sa sensibilité aux champs magnétiques extérieurs peut nécessiter quelques précautions. de l’ordre de la dizaine de mm. capteur de proximité capacitif L’objet est donc à proximité du capteur mais pas en contact contrairement à un détecteur de position. − Détecte tous les matériaux. les matériaux de construction. radiations ionisantes MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 28 . fraîchement peints − pas d’usure. corrosions. le bois. Domaines d’application : Les domaines d’utilisation les plus significatifs se rencontrent dans l’agroalimentaire. les machine outils Avantage : − pas de contact physique avec l’objet détecté : possibilité de détecter des objets fragiles. car sensibles aux métaux et aux non-métaux. − Ne détecte que les objets proches. Inconvénients : − Le matériau doit être dense. − Les capteurs capacitifs sont sensibles aux poussières. La tête de mesure de ces capteurs est formée d'un conducteur cylindrique et d'une enveloppe métallique coaxiale réalisant un condensateur de capacité fixe C1. elle constitue avec ces conducteurs deux autres condensateurs. humidité.Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 28 c) Capteurs capacitifs : Principe : Les détecteurs de proximité capacitifs présentent l’avantage de pouvoir détecter à courte distance la présence de tous types d’objets. Figure 15. la transformation des matières plastiques. la chimie. Lorsqu'une cible s'approche de l'extrémité des conducteurs précédents. durée de vie indépendante du nombre de manœuvres. C'est un équivalent du mécanisme de vis-écrou.vis à billes La présence des billes permet de diminuer fortement le frottement qu'on rencontre dans un système vis-écrou simple. MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 29 . le remplacement du frottement par le roulement amenant la quasi disparition de l'usure des surfaces. et donc des jeux (mécanique) où on recherche une réversibilité de la conversion rotation / translation. Les vis à billes s'imposent donc dans les cas : − de transmission de puissance. où des billes sont intercalées entre les deux pièces.Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 29 4. − de mouvements de précision. Figure 16. Organe de transmission a) Transformation de mouvement R-T (Vis à billes) Principe : Une vis à billes est un mécanisme assurant la conversion d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation (liaison hélicoïdale) (voir figure 16). ) − construction mécanique (machines à papier.Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 30 Domaines d’applications : Cette technologie est utilisée avec succès dans le monde entier. − industrie aéronautique (volets d’atterrissage. etc. − nucléaire (robot de chargement. la vitesse de rotation maximum. élévateur de brames). Figure 17. d’imprimerie. − industrie automobile (boîtes de direction). mécanisme de commande des grappes). − technique de signalisation (dispositif de réglage). robots. Ces accouplements sont généralement constitués de deux parties rigides solidaires des arbres et d’une partie légèrement flexible qui rattrape les défauts d’alignement (voir figure 17).Accouplement semi-élastique Il existe une multitude d’accouplements de ce type. dans des secteurs d’activités très différents : − construction de machines outils (fraiseuse. vis télescopiques de passerelles). à emballer. b) Transformation de mouvement R-R Accouplement Se dit d’une liaison établie entre deux organes d'un système. généralement deux arbres. levage). − industrie de l’acier (équipement de fours. Il existe des accouplements dits « semi élastiques » qui permet de rattraper de petits défauts d’alignement (typiquement les défauts d’usinage). Les critères devant être prises en compte lors du choix sont : le prix. de telle manière que la rotation de l'un entraîne celle de l'autre. rectifieuse. d’irradiation. − technologie médicale (appareils de radiologie. l’encombrement. le MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 30 . tour. lits d’hôpitaux). − Un système à entraxe réglable ou un dispositif annexe de tension (galet enrouleur) est souvent nécessaire pour régler la tension initiale et compenser l’allongement des courroies au cours du temps.Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 31 désalignement angulaire. − La tension initiale des courroies est indispensable pour garantir l’adhérence et assurer la transmission du mouvement. C'est-à-dire que le mouvement de l’arbre de sortie est fidèle au mouvement de l’arbre moteur. La vitesse et le couple transmis par l’arbre moteur peuvent varier en intensité et en sens (brins croisés ou non) en fonction des valeurs relatives des diamètres primitifs d1 et d2 respectivement des poulies motrice 1 et réceptrice 2 en liaison pivot avec le bâti (voir figure 18). MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 31 . Système poulie-courroie Le système poulies-courroie est utilisé pour des vitesses de rotation faibles et pour transmettre un mouvement de rotation entre deux arbres situés à grande distance. le désalignement axial et radial et la durée de vie.système poulie courroie crantée • Avantage : − Silencieuses. Une courroie est un lien flexible destiné à assurer une transmission de puissance entre un arbre moteur et un arbre récepteur dont les axes D1 et D2 peuvent occuper diverses positions relatives. elles sont surtout utilisées aux vitesses élevées avec de grands entraxes possibles entre poulies. Figure18. Ces accouplements présentent généralement d’excellentes propriétés homocinétiques. charges multidirectionnelles). Elles permettent des fonctionnements sans jeux. 5.001 à 0. − à base de surfaces cylindrique pour le guidage cylindrique. Figure 19. a) Guidage cylindrique : arbre rectifié avec douille à billes La douille à billes à couple résistant est constituée de deux éléments : une douille et un axe cylindrique sur sa longueur. et son excellente construction. − Couple transmissible faible pour les courroies plates.Grâce à sa cage de recirculation en résine. L’usinage et la finition des pistes permettent un déplacement rectiligne très précis quelle que soit la direction des charges (couples. Guidage en translation Il s’agit de réaliser une liaison glissière : − à base de surfaces planes pour le guidage prismatique. − Tension initiale de la courroie nécessaire pour garantir l’adhérence. indexée sur la face interne de la douille.Guidage linéaire sur arbre avec douille à billes. améliorent la précision et les performances. Ces deux composants possèdent chacun plusieurs chemins de roulement à profil gothique qui leur assurent un contact en 4 points par bille et par piste. les niveaux sonores et les vibrations sont considérablement réduits (voir figure 19). Valeur du coefficient de frottement de 0.Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 32 • Inconvénients : − Durée de vie limitée. MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 32 .005. Les douilles à billes standard sont utilisées avec succès dans la construction mécanique. les machines spéciales et les équipements. La précision dimensionnelle des patins et des rails fait l’objet d’un contrôle à 100% pour assurer l’interchangeabilité et ainsi. l'accent a été mis sur le principe. ils peuvent être ajoutés ou remplacés en toute liberté. et un contact à 4 points.Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 33 b) Guidage prismatique Les guidages linéaires prismatiques sont des guides à roulement de translation à grande capacité de charge dont les patins présentent des courses qui ne sont limitées que par la longueur des rails. La conception du double chemin de roulement. on a passé en revue les différents composants constituant les machines CNC. Les Guidages linéaires sur patins utilisés dans la mécanique de précision (automation.003). MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 33 . les types et les technologies des machines à commande numérique. on a fait une généralité sur les MOCN. Ensuite. un très faible coefficient de frottement (0. Enfin.0005 à 0.guidage prismatique par patin à billes c) Conclusion A travers ce chapitre. l’utilisation de billes en acier de grand diamètre. tout ceci a pour but de connaître les techniques utilisées pour s’en inspirer lors de l’étude et la conception de notre machine. Figure 20. même sous des charges combinées ou variables (voir figure 20). dispositifs de contrôle et de mesure…) Ils permettent une absence totale de jeu et ils possèdent. mais également une haute rigidité. D’abord. on a présenté une étude bibliographique sur les machines CNC. offrent non seulement un mouvement linéaire précis et répétitif. Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 34 Chapitre 2 : Présentation de la machine et étude technologique MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 34 . de citer les solutions technologiques possible qu’on va discuter pour choisir la solution adéquate . un système de guidage et un système de transformation de mouvement de rotation en translation (vis à billes) − Broche de fraisage. − Système de commande moteur pas à pas système d'entrainement linéaire broche de fraisage machine CNC système de guidage linéaire système de commande Figure 21. Description de la machine La machine se compose des éléments suivant (voir figure 21) : − Trois axes linaires qui sont constitués chacun d’un moteur pas à pas. 1.Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 35 Chapitre 2 : Présentation de la machine et étude technologique Introduction Dans ce chapitre. on se propose de présenter notre machine à étudier.Schéma des constituants de la machine MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 35 . de présenter et décrire les différents éléments de notre machine. Figure 23.Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 36 Cette machine permet principalement de graver et d’usiner les bois etc… Pour faire une approche globale du fonctionnement de notre machine. Choix des solutions technologiques 1.Actigramme de niveau A-0 de la machine 2. on donne l’Actigramme suivant (voir figure 22) : Programme Opérateur WE Pièce usinée Pièce non usinée Graver sur le bois A-0 Copeaux Machine CNC Figure 22. Y et Z on a proposé comme 1ère solution un guidage cylindrique (arbre avec douille à billes). Choix des guidages linéaires a) Solution N °1 Pour le guidage en translation des axes X.Mini CNC basé sur un guidage cylindrique MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 36 . la conception est basée sur un guidage prismatique (rail avec patin à billes) comme indiqué dans la figure suivante : Figure 24.Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 37 b) Solution N °2 Dans la deuxième solution. la conception est basée sur un guidage fer en L ( fer en L à quatre roulements) comme indiqué dans la figure suivant : Figure 25 Guidage fer en L à quatre roulements MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 37 .Mini CNC basée sur guidage prismatique c) Solution N °3 Dans la troisième solution. Le tableau suivant regroupe comparativement ces deux solutions : Tableau 2. − Fiabilité (probabilité de bon fonctionnement). Les principaux indicateurs de qualité sont les suivants : − Précision du guidage. − Encombrement. rendements) Coefficient de frottement dans la liaison Moyenne Elevée Faible Modérées Elevées Modérées Moyen / Faible Très faible 0. − Vitesse de déplacement maximale.005 0.003 Jeu Moyen Jeu mini nécessaire au Jeu mini nécessaire Jeu mini fonctionnement au fonctionnement nécessaire au fonctionnement capacité de charge charge réduit charge élevée charge réduit Selon les conditions et d’après le tableau 2.Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 38 2. le guidage prismatique et guidage fer en L à 4 roulements Indicateur de qualités Guidage cylindrique avec Guidage Guidage douille à billes prismatique avec Fer en L Patin à billes à quatre roulements Précision Performances (vitesses.001 à 0.Comparaison entre le guidage cylindrique. − Intensité des actions mécaniques transmissibles. on a obligé de concevoir notre machine avec un guidage fer en L pour les trois axes X et Y et Z pour minimiser le prix et faciliter le montage de construire cette machine pour la période de PFE sans besoins d’importer aucune pièce. cadences. Conclusion Le choix d’une solution constructive pour avoir un guidage linéaire repose sur son aptitude à satisfaire le cahier des charges de l’application.001 à 0. MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 38 . Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 39 3. on a proposé comme une première solution l’accouplement rigide comme indique la figure suivante : Figure 26. MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 39 .Transmission de puissance d’une mini CNC par poulie –courroie.Transmission de puissance par accouplement b) Solution N° 2 La deuxième solution est basée sur un système poulie-courroie (voir figure 27) Figure 27. Choix de la transmission de puissance a) Solution N °1 Pour transmettre la puissance aux différents axes. d’après le tableau 3. Conclusion Le tableau suivant regroupe comparativement les deux solutions proposées : Tableau 3. la solution adéquate est la transmission par accouplement rigide.Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 40 4. Modélisation des solutions choisies a) Schéma cinématique Le schéma cinématique qui modélise les solutions choisies est représenté comme suit : MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 40 . 3.Comparaison entre l’accouplement et le système poulie courroie Caractéristiques Transmission par Transmission par poulies courroies Accouplement Couples admissibles Moyenne élevé Puissances admissibles Moyenne élevé Position des arbres Parallèles coaxiale 85% jusqu'à 95% Rendements (%) Selon les conditions et pour faciliter le montage et avoir un rendement mécanique élevé. on va modéliser notre machine avec les solutions choisis pour déterminer son degré d’hyperstatique (voir figure 28). bâti S1 : Vis de l’axe X S2 : Chariot d’avance suivant l’axe X S3 : Vis de l’axe Y S4 : Chariot d’avance suivant l’axe Y S5 : Vis de l’axe Z S6 : Porte broche MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 41 . Figure 28.Graphe de liaison Nomenclature : S0 : Support.Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 41 b) Graphe de liaison Dans ce paragraphe. Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 42 Chapitre 3 : conception mécanique MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 42 . Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 43 Chapitre 3 : conception mécanique 1. Accouplement rigide MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 43 . Guidage en translation MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 44 .Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 44 2. Table de travail MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 45 .Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 45 3. Chariot MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 46 .Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 46 4. ce projet nous facilite d’avoir une idée sur la façon de gérée une équipe et de synchroniser les taches élémentaires afin de garantir le bon déroulement du travail.Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 47 Conclusion générale Notre travail est une conception d’une machine à commande numérique pour la gravure sur le bois on l’appelle aussi défonceuse numérique. ce travaille nous nous appris l’utilité et l’importance de l’esprit du concepteur et nous permet de solliciter notre connaissances théoriques en matière de conception pour résoudre un problème réel de l’idée jusqu’à la phase finale de conception. De plus. MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 47 . on a eu la chance d’acquérir un savoir-faire en pratiquant une méthodologie rationnelle de conception mécanique. D’autre part. A l’occasion de cette expérience. Ces connaissances acquises vont êtres d’une grande utilité lors de nos futures expériences durant notre vie professionnelle. Ainsi ce travail est due à la voulante de fabriquer cette machine au thème de projet de fin d’étude. usinages.org [4] : http://www.com [5] : http://www.solidcomponents.com [2] : http://www.com [6] : http://www.net .com [3] : http://fr.tracepartsonline.Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes 48 Bibliographie [1] : http://cncloisirs.ironwood-distribution.wikipedia.
Report "Microsoft Word - Rapport Mini Cnc a 3 Axes Fini Finalll Finaaaaaaaaaaaaaaaaaaaal"