Soutenance mémoire
Assemblage finale de la micro-fraiseuse
Transformer le mouvement de rotation en mouvement de translation
La transformation du mouvement est une fonction mécanique qui consiste à transmettre un mouvement d’une pièce à une autre, tout en modifiant sa nature. Le mouvement recherché dans notre cas, s’obtient en transformant un mouvement de rotation donné par le moteur en un mouvement de translation de la table ou de l’outil.
Parmi les systèmes de transformation du mouvement, on retrouve les systèmes suivants :
Système vis-écrou :Le système vis-écrou permet de transformer un mouvement de rotation en un mouvement de translation en combinant les mouvements d’une vis et d’un écrou. Ce mécanisme permet d’exercer des forces et des pressions importantes. Il permet aussi des ajustements fins maissa défaillance peut entraîner des problèmes de guidage. Les deux principaux types de mécanismes vis-écrous sont : les vis à billes et les vis ACME. Une vis à billes utilise des roulements à billes à recirculation. Le mécanisme est plus cher que le système à vis ACME mais avec un bon rendement (frottement faible), une précision et une espérance de vie plus élevées que les vis ACME. Les vis ACME ne sont pas aussi précises que les vis à billes et fonctionne avec un rendement plus faible que les vis à billes, mais par contre elles sont nettement moins cher et nécessite peu ou pas d’entretien.
Système pignon-crémaillère : Le système pignon-crémaillère transforme le mouvement de rotation du pignon en un mouvement de translation de la crémaillère. Il n’y a aucun glissement lors de la transformation de ce mouvement. La force motrice de ce système est relativement grande. Utilisé pour les grandes courses sans risques de déformations importantes, contrairement à la transmission vis-écrou. Parmi les inconvénients on peut citer : nécessiter d’une lubrification importante, un ajustement précis à cause des dents entre la roue et la crémaillère, Il y a beaucoup d’usure.
Système poulies-courroie : Les poulies crantées et la courroie associée assurent une transformation de mouvement sans glissement. Les avantages du mécanisme : souplesse de la transmission due à l’élasticité de la courroie, possibilité de faire varier l’entraxe, pas de lubrification, silencieux. Les transmissions poulies-courroie sont efficaces dans les applications dont la charge utile à déplacer est faible (robots cartésiens). Les vitesses linéaires de déplacement et les accélérations sont élevées. Les inconvénients sont : usure de la courroie, entretien régulier.
Systèmes de Guidage
Le guidage permet de déplacer une charge suivant une trajectoire linéaire avec une grande précision. De nombreuses solutions existent, leur objectif commun est d’offrir un jeu mécanique réduit, un rendement maximal et une longue durée de vie. Les termes courants associés sont nombreux: rail, guide, coulisseau, glissière, etc.
Les guidages utilisés sont très nombreux, on peut les classer ainsi :
Guidage à contact directe : guidage prismatique, guidage par arbre coulissant, guidage par liaisons multiples.
Guidage à Eléments roulants : Il existe une grande variété d’éléments roulants standards permettant de réaliser une liaison glissière. Le coût de ces éléments limite leur utilisation aux cas pour lesquels le frottement doit être réduit et les efforts sont importants. Ces éléments admettent des vitesses importantes, un bon rendement et une grande précision.
En général les guidages à éléments roulants, sont les plus utilisés.
Guidage par galets
Guidage à recirculation de billes
Guidage à recirculation de rouleaux
Les douilles à billes à recirculation doivent fonctionner avec un coefficient de frottement très faible pour éviter les à-coups pendant les déplacements. Les rails profilés sont généralement plus chers que les rails ronds et peuvent être plus difficile à aligner. Les rails ronds sont généralement moins chers et supportent des charges plus faibles que les rails profilés. Par conséquent, les rails profilés sont généralement utilisés dans des applications avec les exigences suivantes : fortes charges et/ou haute précision .
Les systèmes de guidage à galets roulent sur des profilés avec des rainures en « V ». Ils sont plus faciles à mettre en œuvre. Leur conception simple nécessite peu ou pas d’entretien.
Ils coûtent moins cher que les rails ronds et les rails profilés, sont plus faciles à installer et peuvent couvrir de longues distances. Leurs inconvénients majeures c’est qu’ils ne sont pas précis comparés aux rails ronds et à profilés .
Dans cette étude le choix s’est porté sur le système de guidage à douilles à circulation de billes pour les raisons citées précédemment.
L’arbre moteur au système de transformation de mouvement
La liaison de l’arbre moteur à la vis de transmission se fait par l’intermédiaire d’un accouplement. Les accouplements élastiques réalisent une transmission entre arbres non parfaitement alignés. Leur capacité à absorber des déformations angulaire ou radiale leur permet de participer à la protection des organes de transmission (arbres, pignons, chaînes, …) lors des à-coups de fonctionnement dus aux accélérations ou décélération brutales. Il existe de nombreuses variétés d’accouplements élastiques. Le choix est fait sur l’accouplement métallique à fentes multiples, voir figue suivante. Ce type d’accouplement estlié par adhérence (vis de pression) à chacun des arbres. La déformation de la partie métallique centrale est possible du fait des multiples fentes réalisées dans cette partie cylindrique.
Transformer l’énergie électrique en énergie mécanique « Motorisation »
Les moteurs sont essentiels dans la chaîne de commande de mouvement. Ils doivent réagir rapidement aux ordres de commande, être capables de fonctionner de l’arrêt jusqu’à plusieurs milliers de tours par minute, accepter les surcharges et nécessiter le moins d’entretien possible.
Les deux types de moteurs électriques les plus utilisés dans les machines CNC sont : les moteurs pas à pas et les servomoteurs DC (Direct Current) ou AC (Alternative current).
Les moteurs peuvent être de plusieurs types :
les moteurs à courant continu,
les moteurs pas-à-pas,
les moteurs synchrones,
les moteurs asynchrones,
les moteurs DC brushless,
les moteurs linéaires,
les moteurs piézoélectriques.
Contrôler le mouvement des axes
La commande des actionneurs peut se faire par :
Un automate programmable industriel, ou API : est un dispositif électronique programmable destiné à la commande de processus industriels par un traitement séquentiel. Il envoie des ordres vers les actionneurs à partir de données d’entrées d’un capteur, de consignes et d’un programme informatique.
Un microcontrôleur : On peut définir un microcontrôleur comme une unité de traitement de l’information de type microprocesseur. Les microcontrôleurs sont des circuits intégrés qui permettent l’exécution d’un programme dont les actions dépendent de l’état des variables d’environnement du système. Il est constitué :
d’un Processeur (CPU). avec une largeur du chemin de données allant de 4 bits pour les modèles les plus basiques à 32 ou 64 bits pour les modèles les plus évolués,
de Mémoire morte, pour le programme (PROM, EPROM, …),
de Mémoire vive pour les calculs et le stockage de données,
d’unités périphériques et interfaces d’entrées/sorties qui vont permettre la communication avec l’extérieur.
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Table des matières
CHAPITRE 1
1.1. Formulation préliminaire du projet
1.1.1. Énoncé du besoin
1.1.2. Contrôle de validité
1.2. Préfaisabilité du projet
1.2.1. Définition des ressources
1.2.2. Estimation des couts
1.3. Échéancier
1.4. Conclusion
2. CHAPITRE 2
2.1. Introduction
2.2. Analyse Fonctionnelle
2.2.1. Analyse fonctionnelle externe
2.2.2. Analyse fonctionnelle interne
2.3. Cahier des charges fonctionnel de la micro fraiseuse
2.4. Conclusion
3. CHAPITRE 3
3.1. Solutions technologiques
3.1.1. Bâti de la machine
3.1.2. Sous systèmes de déplacement (X, Y et Z)
3.2. L’arbre moteur au système de transformation de mouvement
3.3. Transformer l’énergie électrique en énergie mécanique « Motorisation »
3.4. Contrôler le mouvement des axes
3.5. Sous-système de rotation de l’outil de coupe « broche »
3.6. Commande
3.7. Conception du système
3.7.1. Le bâti
3.7.2. Les axes X, Y et Z
3.7.3. Assemblage finale de la micro-fraiseuse
3.8. Conclusion
4. CHAPITRE 4
4.1. validation des solutions technologique
4.1.1. Analyse vibratoire
4.2. Analyse statique
4.3. Réalisation des pièces de la micro fraiseuse :
4.4. Assemblage finale de la micro fraiseuse
4.5. Commande et test de la micro fraiseuse
4.5.1. Téléversement de GRBL dans ARDUINO
4.5.2. Génération de code G
4.5.3. Simulation et transfère de G-code à ARDUINO
4.5.4. Essai de la machine
4.6. Conclusion
Conclusion et perspectives
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