Microsoft Word - Rapport Mini Cnc a 3 Axes Fini Finalll Finaaaaaaaaaaaaaaaaaaaal

Etude et conception d’une mini CNC à 3 axes

MAHER BOUWAZRA / ANOUAR THAMI 1

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SOMMAIRESOMMAIRESOMMAIRESOMMAIRE

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



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



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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



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Notre Rapport

Titre du projet : conception d’une mini fraiseuse 3 axes à commande numérique.

Etudiants: Thami Anouar & Bouazra Maher Encadrant :

• Académique : Mr Maraghni Hassine



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Chapitre 1 : Recherche bibliographique Sur les machines

CNC



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Chapitre 1 : Recherche bibliographique Sur les machines CNC

1. Introduction

En 1942 aux États-Unis la CNC 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.

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, alors le fraisage CNC sera aujourd’hui reconnu pour sa grande précision.

2. Structure générale

Les machines-outils à commande numérique (MOCN) sont des moyens de fabrication par

enlèvement de matière, dont les mouvements sont motorisés et pilotés par ordinateur.

L’armoire de commande qui reçoit le programme d’usinage et pilote les mouvements de la

machine est appelée directeur de commande numérique (DNC). On parle ainsi d’un tour ou

d’une fraiseuse à commande numérique, par opposition à un tour ou une fraiseuse

conventionnels, dont les mouvements sont commandés manuellement.

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.

− Automatisme composé d’éléments électroniques.

− Pupitre de commande.

− Capteur de mesure pour contrôler les déplacements (analogique ou incrémentaux).



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Elles peuvent être équipées par plusieurs options : programmation extérieure, ordinateur,

préréglage et codage des outils, chargeurs d’outils du magasin, chargeur et convoyeur de

pièces, combinaison de types d’usinages (tournage et fraisage), évacuation de copeau,

dispositifs de contrôles de pièces, etc...

Comme pour tout système automatisé, nous pouvons décomposer la structure d’une MOCN

en deux parties principales : la partie commande et la partie opérative. (Voir figure 1)

Figure 1.Structure générale des machines outils à commande numérique

3. Partie commande

La partie commande (PC) d'un automatisme est le centre de décision. Il donne des ordres à la

partie opérative (PO) et reçoit ses comptes rendus. Elle peut être mécanique, électronique ou

autre. Sur de gros systèmes comme les machines outil à commande numérique, elle peut se

composer de trois parties : un ordinateur, un logiciel et une interface qui permettent le

traitement de l’information. Les différentes opérations, constituant la tâche d’usinage, sont

gérées par l’intermédiaire d’un directeur de commande numérique (DCN) (voir figure 2)



8

Figure 2.structure de la partie commande

4. Partie opérative

La partie opérative d'un automatisme est le sous-ensemble qui effectue les actions physiques

(déplacement, usinage, lubrification...), mesure des grandeurs physiques (accélération,

vitesse...) et rend compte à la partie commande, elle est généralement composée

d'actionneurs, de capteurs, d'effecteurs et d'un bâti. 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



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Principaux Type des CNC 1. Classification selon la notion d’axes

Chaque mouvement contrôlé sur une machine outil à commande numérique définit un axe.

Les systèmes d’axes couramment utilisés sont de 2 à 5 (voir figure 4). Mais on pourra équiper

des machines outils CNC jusqu'à 9 axes de translation et/ou 5 axes de rotation. Le mouvement

de rotation de la broche n’est considéré comme un axe rotatif sauf s’il est contrôlé.

Généralement les machines outils CNC est désignée par le nombre d’axes qui l’équipent.

Figure 4.Exemples de quelques types des CNC

2. Classification selon le type de commande

Le système de contrôle charge les instructions programmées afin de les exécuté. Ces

instructions seront converties en impulsions électriques pour commander le système

d’entrainement. 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).

Ce contrôle, est à utiliser avec précaution si le système est naturellement instable. Pour le

mettre en place il faut au préalable avoir parfaitement modéliser le système, que la commande

soit parfaitement adaptée et qu'il n'y ait aucune perturbation (voir figure 5).



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, qui lui intègre la rétroaction du système qui est en général négative (contre-

réaction).

Figure 5.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). Ces systèmes utilisent la position ou la vitesse comme information de retour

et ils peuvent être numériques ou analogiques. 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.

Figure 6.commande en boucle fermée



21

Technologie et Domaine d’application 1. Technologie

Une fraiseuse à commande numérique est une machine d’usinage à cycle automatique

programmable. Le terme "commande numérique" est générique et a été retenu parce que la

machine est commandée par des "consignes" numériques fournies par un calculateur. En

d’autres termes, 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.

La fraiseuse exécute toutes sortes de travaux : défonçage, rainurage, sciage, outillage

d’engrenage...

Les matériaux usinables sont très variés :

Métaux, Bois, Résine, Plâtre, Plastique, Aluminium, Cuivre, Bakélite….

2. Domaines d’application

Le fraisage CNC est aujourd’hui utilisé dans de nombreuses applications :

Prototypage rapide, Modelage, Médical, Design, Modélisme, Gravure 3D, Maquettage,

architecture, Découpe ….

Figure 7.Exemple de quelques produits usinés par CNC



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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. Il est à la base un moteur synchrone

polyphasé à plusieurs groupes de pôles. 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 s’agit donc de réaliser une

commande en position en boucle ouverte (sans capteur).

Figure 8.moteur pas à pas

b) Type des moteurs pas à pas

LeLeLeLe moteur à moteur à moteur à moteur à aimantaimantaimantaimant permanentpermanentpermanentpermanent ::::

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).



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Figure 9.moteur pas à pas à aimant permanant

LeLeLeLe moteur à réluctancemoteur à réluctancemoteur à réluctancemoteur à réluctance variable :variable :variable :variable :

Il est constitué d'un rotor plein en fer doux muni de pôles saillants, non aimanté. 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). Le stator est souvent triphasé. Le

nombre de systèmes de pôles est de 6 ou 12 le plus souvent.

Figure 10.moteur pas à pas à réluctance variable.

Ce moteur est susceptible d'une grande vitesse comparativement à celui à aimant permanent.

Il n'est plus utilisé car remplacé par le moteur hybride.

LeLeLeLe moteur moteur moteur moteur hybridehybridehybridehybride ::::

C'est une combinaison des deux modes de construction. Ils sont les plus répandus

actuellement pour les applications demandant une précision et une puissance moyennes.

Ces moteurs ont une plus grande puissance massique que les précédents et tournent plus

lentement à cause du nombre de pôles, ce qui est très souvent avantageux car l'entraînement



24

direct de la charge (sans réducteur) est souvent possible. De plus, ils fonctionnent sur une

large gamme de vitesses et existent pour des puissances variées, de 1 W à 1 kW.

Figure 11.moteur pas à pas à hybride.

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, elle imposera

également le sens de rotation.

− Un séquenceur qui aiguillera les impulsions sur les différentes bobines du moteur.

− Une alimentation de puissance.

d) Conclusion

Les moteurs pas à pas ne peuvent pas dépasser une vitesse de rotation assez haute, au-delà de

cette vitesse, le moteur ne tourne plus, il vibre (mais cela n'endommage pas le moteur). Ils

sont cependant assez puissants, et dans la plupart des applications il n'est pas nécessaire de

démultiplier leur couple.



25

Tableau 1. Avantages et inconvénients des moteurs pas à pas

2. 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, généralement asservi en position.

Les servomoteurs que nous utilisons sont dits "de modélisme" car ils servent habituellement à

déplacer des pièces (voiles, cabestans, dérives, gouvernes, volets) de modèles réduits, bateaux

ou avions. Ils comportent généralement :

− un moteurs électrique (continu, asynchrone, brushless)

− un potentiomètre (faisant fonction de diviseur résistif) qui génère une tension variable

proportionnelle à l'angle de l'axe de sortie.

− un dispositif électronique d’asservissement.

Figure 12. servomoteur



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b) Domaines d’application

Les servomoteurs aujourd’hui sont utilisés dans des nombreuses applications :

− Machines-outils hautes performances.

− Machines exigeant une dynamique, une précision et une flexibilité élevées, comme les

machines d'emballage, manutention, manipulateurs et machines à imprimer.

3. Capteurs de position :

a) Capteurs mécaniques

Les capteurs mécaniques de position, appelés aussi interrupteurs de position, sont surtout

employés dans les systèmes automatisés pour assurer la fonction détecter les positions. On

parle aussi de détecteurs de présence.

Ils sont réalisés à base de microcontacts placés dans un corps de protection et muni d'un

système de commande ou tête de commande.

Figure 13.capteur de position mécanique

b) Capteurs de proximité inductifs

Principe:

Les capteurs de proximité inductifs détectent tous les matériaux conducteurs à une distance

définie. Si un métal se trouve dans le champ de la zone de couverture active, la sortie PNP ou

NPN du capteur est activée.



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Figure 14.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, fermeture des

portes...).

− 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.

− Simple.

Inconvénients :

− Étendue de mesure faible, de l’ordre de la dizaine de mm.

− Fonctionnement non linéaire.

− Ce type de capteur est plus coûteux que le shunt et sa sensibilité aux champs

magnétiques extérieurs peut nécessiter quelques précautions.

− Dépendance de leur réponse à la forme, les dimensions et la nature du matériau de la

cible.



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, car sensibles aux métaux et aux non-métaux.

Figure 15.capteur de proximité capacitif

L’objet est donc à proximité du capteur mais pas en contact contrairement à un détecteur de

position. 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. Lorsqu'une cible

s'approche de l'extrémité des conducteurs précédents, elle constitue avec ces conducteurs deux

autres condensateurs.

Domaines d’application :

Les domaines d’utilisation les plus significatifs se rencontrent dans l’agroalimentaire, la

chimie, la transformation des matières plastiques, le bois, les matériaux de construction, les

machine outils

Avantage :

− pas de contact physique avec l’objet détecté : possibilité de détecter des objets fragiles,

fraîchement peints

− pas d’usure, durée de vie indépendante du nombre de manœuvres.

− Détecte tous les matériaux.

Inconvénients :

− Le matériau doit être dense.

− Ne détecte que les objets proches.

− Les capteurs capacitifs sont sensibles aux poussières, corrosions, humidité, radiations

ionisantes



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4. 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). C'est un équivalent du

mécanisme de vis-écrou, où des billes sont intercalées entre les deux pièces.

Figure 16.vis à billes

La présence des billes permet de diminuer fortement le frottement qu'on rencontre dans un

système vis-écrou simple. Les vis à billes s'imposent donc dans les cas :

− de transmission de puissance.

− de mouvements de précision, 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.



30 Domaines d’applications :

Cette technologie est utilisée avec succès dans le monde entier, dans des secteurs d’activités très différents :

− construction de machines outils (fraiseuse, tour, rectifieuse, etc.)

− construction mécanique (machines à papier, à emballer, d’imprimerie, robots, levage).

− industrie de l’acier (équipement de fours, élévateur de brames).

− industrie automobile (boîtes de direction).

− nucléaire (robot de chargement, mécanisme de commande des grappes).

− industrie aéronautique (volets d’atterrissage, vis télescopiques de passerelles).

− technologie médicale (appareils de radiologie, d’irradiation, lits d’hôpitaux).

− technique de signalisation (dispositif de réglage).

b) Transformation de mouvement R-R

Accouplement

Se dit d’une liaison établie entre deux organes d'un système, généralement deux arbres, de

telle manière que la rotation de l'un entraîne celle de l'autre.

Il existe des accouplements dits « semi élastiques » qui permet de rattraper de petits défauts

d’alignement (typiquement les défauts d’usinage). 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).

Figure 17.Accouplement semi-élastique

Il existe une multitude d’accouplements de ce type. Les critères devant être prises en compte

lors du choix sont : le prix, l’encombrement, la vitesse de rotation maximum, le



31 désalignement angulaire, le désalignement axial et radial et la durée de vie.

Ces accouplements présentent généralement d’excellentes propriétés homocinétiques.

C'est-à-dire que le mouvement de l’arbre de sortie est fidèle au mouvement de l’arbre moteur.

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.

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. 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).

Figure18.système poulie courroie crantée

• Avantage :

− Silencieuses, elles sont surtout utilisées aux vitesses élevées avec de grands entraxes

possibles entre poulies.

− La tension initiale des courroies est indispensable pour garantir l’adhérence et assurer

la transmission du mouvement.

− 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.



32 • Inconvénients :

− Durée de vie limitée.

− Couple transmissible faible pour les courroies plates.

− Tension initiale de la courroie nécessaire pour garantir l’adhérence.

5. Guidage en translation

Il s’agit de réaliser une liaison glissière :

− à base de surfaces planes pour le guidage prismatique.

− à base de surfaces cylindrique pour le guidage cylindrique.

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. 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.

L’usinage et la finition des pistes permettent un déplacement rectiligne très précis quelle que

soit la direction des charges (couples, charges multidirectionnelles).Grâce à sa cage de

recirculation en résine, indexée sur la face interne de la douille, et son excellente construction,

les niveaux sonores et les vibrations sont considérablement réduits (voir figure 19).

Les douilles à billes standard sont utilisées avec succès dans la construction mécanique, les

machines spéciales et les équipements. Elles permettent des fonctionnements sans jeux,

améliorent la précision et les performances. Valeur du coefficient de frottement de 0,001 à

0,005.

Figure 19.Guidage linéaire sur arbre avec douille à billes.



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 précision dimensionnelle des patins et des rails fait l’objet d’un contrôle à 100% pour

assurer l’interchangeabilité et ainsi, ils peuvent être ajoutés ou remplacés en toute liberté.

La conception du double chemin de roulement, l’utilisation de billes en acier de grand

diamètre, et un contact à 4 points, offrent non seulement un mouvement linéaire précis et

répétitif, mais également une haute rigidité, même sous des charges combinées ou variables

(voir figure 20).

Les Guidages linéaires sur patins utilisés dans la mécanique de précision (automation,

dispositifs de contrôle et de mesure…)

Ils permettent une absence totale de jeu et ils possèdent, un très faible coefficient de

frottement (0,0005 à 0,003).

Figure 20.guidage prismatique par patin à billes

c) Conclusion

A travers ce chapitre, on a présenté une étude bibliographique sur les machines CNC.

D’abord, on a fait une généralité sur les MOCN. Ensuite, l'accent a été mis sur le principe, les

types et les technologies des machines à commande numérique. Enfin, on a passé en revue les

différents composants constituant les machines CNC, tout ceci a pour but de connaître les

techniques utilisées pour s’en inspirer lors de l’étude et la conception de notre machine.



34

Chapitre 2 : Présentation de la machine et étude technologique



35

Chapitre 2 : Présentation de la machine et étude technologique

Introduction

Dans ce chapitre, on se propose de présenter notre machine à étudier, de présenter et décrire

les différents éléments de notre machine, de citer les solutions technologiques possible qu’on

va discuter pour choisir la solution adéquate .

1. 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, un système de guidage et un système de transformation de mouvement de rotation en translation (vis à billes)

− Broche de fraisage. − Système de commande

Figure 21.Schéma des constituants de la machine

moteur pas à pas

système d'entrainement

linéaire

broche de fraisage

machine CNC

système de guidage linéaire

système de commande



36

Graver sur le bois

A-0

Pièce non usinée

Cette machine permet principalement de graver et d’usiner les bois etc…

Pour faire une approche globale du fonctionnement de notre machine, on donne l’Actigramme

suivant (voir figure 22) :

Programme Opérateur WE

Pièce usinée

Copeaux

Machine CNC

Figure 22.Actigramme de niveau A-0 de la machine

2. Choix des solutions technologiques

1. Choix des guidages linéaires

a) Solution N °1

Pour le guidage en translation des axes X, Y et Z on a proposé comme 1ère solution un

guidage cylindrique (arbre avec douille à billes).

Figure 23.Mini CNC basé sur un guidage cylindrique



37

b) Solution N °2

Dans la deuxième solution, la conception est basée sur un guidage prismatique (rail avec

patin à billes) comme indiqué dans la figure suivante :

Figure 24.Mini CNC basée sur guidage prismatique

c) Solution N °3

Dans la troisième 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



38

2. 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. Les principaux indicateurs de

qualité sont les suivants :

− Précision du guidage.

− Vitesse de déplacement maximale.

− Intensité des actions mécaniques transmissibles.

− Fiabilité (probabilité de bon fonctionnement).

− Encombrement. Le tableau suivant regroupe comparativement ces deux solutions :

Tableau 2.Comparaison entre le guidage cylindrique, le guidage prismatique et guidage fer en L

à 4 roulements

Indicateur de qualités

Guidage cylindrique avec

douille à billes

Guidage

prismatique avec

Patin à billes

Guidage

Fer en L

à quatre

roulements

Précision Moyenne Elevée Faible

Performances (vitesses, cadences, rendements)

Modérées Elevées Modérées

Coefficient de frottement dans la liaison

Moyen / Faible

0,001 à 0,005

Très faible

0,001 à 0,003

Moyen

Jeu Jeu mini nécessaire au

fonctionnement

Jeu mini nécessaire

au fonctionnement

Jeu mini

nécessaire au

fonctionnement

capacité de charge

charge réduit charge élevée charge réduit

Selon les conditions et d’après le tableau 2, 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.



39

3. Choix de la transmission de puissance

a) Solution N °1

Pour transmettre la puissance aux différents axes, on a proposé comme une première

solution l’accouplement rigide comme indique la figure suivante :

Figure 26.Transmission de puissance par accouplement

b) Solution N° 2

La deuxième solution est basée sur un système poulie-courroie (voir figure 27)

Figure 27.Transmission de puissance d’une mini CNC par poulie –courroie.



40

4. Conclusion

Le tableau suivant regroupe comparativement les deux solutions proposées :

Tableau 3.Comparaison entre l’accouplement et le système poulie courroie

Caractéristiques Transmission par

poulies courroies

Transmission par

Accouplement

Couples admissibles Moyenne élevé

Puissances admissibles Moyenne élevé

Position des arbres Parallèles coaxiale

Rendements (%) 85% jusqu'à 95%

Selon les conditions et pour faciliter le montage et avoir un rendement mécanique élevé,

d’après le tableau 3, la solution adéquate est la transmission par accouplement rigide.

3. Modélisation des solutions choisies

a) Schéma cinématique

Le schéma cinématique qui modélise les solutions choisies est représenté comme suit :



41

b) Graphe de liaison

Dans ce paragraphe, on va modéliser notre machine avec les solutions choisis

pour déterminer son degré d’hyperstatique (voir figure 28).

Figure 28.Graphe de liaison

� Nomenclature :

S0 : Support,

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



42

Chapitre 3 : conception mécanique



43

Chapitre 3 : conception mécanique

1. Accouplement rigide



44

2. Guidage en translation



45

3. Table de travail



46

4. Chariot



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. Ainsi ce travail est due à la voulante de

fabriquer cette machine au thème de projet de fin d’étude.

A l’occasion de cette expérience, on a eu la chance d’acquérir un savoir-faire en

pratiquant une méthodologie rationnelle de conception mécanique. Ces connaissances

acquises vont êtres d’une grande utilité lors de nos futures expériences durant notre vie

professionnelle.

De plus, 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.

D’autre part, 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.


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Bibliographie

[1] : http://cncloisirs.com

[2] : http://www.usinages.com

[3] : http://fr.wikipedia.org

[4] : http://www.ironwood-distribution.com

[5] : http://www.solidcomponents.com

[6] : http://www.tracepartsonline.net

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