Soutenance mémoire
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Avantages et inconvénients
La modélisation avec les systèmes de CAO offre un certain nombre d’avantages par rapport aux méthodes traditionnelles de modélisation qui utilisent des règles, des équerres, des compas, des crayons. Par exemple, les dessins peuvent être modifiés sans effacer et redessiner. Les systèmes de CAO offrent également des fonctionnalités de «zoom» analogues à un objectif d’appareil photo, grâce auxquelles un concepteur peut agrandir certains éléments d’un modèle pour faciliter l’inspection. Les modèles informatiques sont typiquement tridimensionnels et peuvent être tournés sur n’importe quel axe, tout comme on pourrait faire pivoter un modèle tridimensionnel réel dans la main, ce qui permet au concepteur de mieux comprendre l’objet. Les systèmes CAO se prêtent également à la modélisation de dessins découpés, dans lesquels la forme interne d’une pièce est révélée, et à illustrer les relations spatiales entre un système de pièces.
Pour comprendre la CAO, il est également utile de comprendre ce que la CAO ne peut pas faire. Les systèmes de CAO n’ont aucun moyen de comprendre les concepts du monde réel, tels que la nature de l’objet conçu ou la fonction que l’objet servira. Les systèmes de CAO fonctionnent par leur capacité à codifier des concepts géométriques. Ainsi, le processus de conception utilisant la CAO consiste à transférer l’idée d’un concepteur dans un modèle géométrique formel. Les efforts pour développer une «intelligence artificielle» (IA) informatisée n’ont pas encore réussi à pénétrer au-delà de la mécanique – représentée par la modélisation géométrique (basée sur des règles). La recherche et le développement dans le domaine des systèmes d’ingénierie traitent d’autres limitations de la CAO. Ce champ est dérivé de la recherche effectuée en IA. Un exemple de système d’ingénierie consiste à intégrer des informations sur la nature des matériaux – leur poids, leur résistance à la traction, leur flexibilité, etc…, dans le logiciel de CAO. En incluant cette information et d’autres, le système de CAO pourrait alors «savoir» ce qu’un ingénieur expert sait quand cet ingénieur crée une conception. Le système pourrait alors imiter le modèle de pensée de l’ingénieur et effectivement «créer» plus de la conception. Les systèmes experts peuvent impliquer la mise en oeuvre de principes plus abstraits, tels que la nature de la gravité et du frottement, ou la fonction et la relation des pièces couramment utilisées, comme les leviers ou les écrous et boulons. Les systèmes d’ingénierie peuvent également changer la façon dont les données sont stockées et récupérées dans les systèmes CFAO, en remplaçant le système hiérarchique par un système offrant une plus grande souplesse. De tels concepts futuristes dépendent tous de notre capacité d’analyser les processus de décision humaine et de les traduire en équivalents mécaniques si possible.
L’un des principaux domaines de développement des technologies de CAO est la simulation des performances. Parmi les types de simulation les plus courants, on peut citer les essais de contrainte et la modélisation du processus par lequel une pièce peut être fabriquée ou les relations dynamiques entre un système de pièces. Dans les essais de contraintes, les surfaces de modèle sont représentées par une grille ou un maillage, qui se déforment lorsque la pièce subit une contrainte physique ou thermique simulée. Les tests de dynamique fonctionnent comme un complément ou un substitut aux prototypes de construction. La facilité avec laquelle les spécifications d’une pièce peut être modifiée facilite le développement d’efficacités dynamiques optimales, à la fois en ce qui concerne le fonctionnement d’un système de pièces et la fabrication d’une quelconque pièce donnée. La simulation est également utilisée dans l’automatisation de la conception électronique, dans laquelle le flux simulé de courant à travers un circuit permet de tester rapidement diverses configurations de composants.
Les processus de conception et de fabrication sont, dans un certain sens, conceptuellement séparables. Pourtant, le processus de conception doit être entrepris avec une compréhension de la nature du processus de production. Il est nécessaire, par exemple, pour un concepteur de connaître les propriétés des matériaux avec lesquels la pièce pourrait être construite, les diverses techniques par lesquelles la pièce pourrait être façonnée et l’échelle de production qui est économiquement viable. Le chevauchement conceptuel entre la conception et la fabrication suggère les avantages potentiels de la CAO et de la FAO et la raison pour laquelle ils sont généralement considérés ensemble comme un système.
La conception assistée par ordinateur (CAO)[6][7]
La CAO ou conception assistée par ordinateur est utilisée par les architectes, les ingénieurs, les rédacteurs, les artistes et d’autres pour créer des dessins de précision ou des illustrations techniques. Le logiciel de CAO peut être utilisé pour créer des dessins en deux dimensions (2D) ou des modèles tridimensionnels (3D).
La CAO utilise comme matériel un ordinateur qui doit être puissant et, le plus important, un logiciel de conception. La CAO peut être utilisée dans diffèrent domaine telle que la mécanique, l’électronique, l’électricité, bâtiments et travaux public, etc.
Il y a plusieurs types de logiciel CAO selon le domaine d’utilisation et il y en a même qui peut être utilisés dans plusieurs domaines. Le tableau 1 ci-dessous décrit quelques-uns de ces logiciels classifiés selon leur domaine et illustrés par quelques exemples (figures 7 et 8).
Avantage des MOCN
Alors que les applications spécifiques des MOCN varient largement d’une machine à l’autre, toutes ces machines sophistiquées sont devenues largement utilisées dans une variété d’industries. Quelques-uns des principaux avantages offerts par la technologie CNC sont décrits ci-après:
Automatisation
Le premier avantage offert par toutes les formes de MOCN est l’automatisation améliorée. Le niveau de compétence de l’opérateur dans la production du travail peut être réduit ou éliminé. De nombreuses MOCN peuvent fonctionner sans surveillance pendant tout leur cycle d’usinage, ce qui libère l’opérateur de faire d’autres tâches. Cela donne plusieurs avantages, dont une fatigue réduite de l’opérateur, moins d’erreurs causées par des erreurs humaines, un temps d’usinage constant et prévisible pour chaque pièce.
Précision
Le deuxième avantage majeur de la technologie CNC est la cohérence et la précision sur les pièces de travail. Cette précision se trouve dans la plage de 0,05 à 0,10 mm et une répétabilité proche ou supérieure à 0,02mm. Cela signifie qu’une fois qu’un programme est vérifié, deux, dix ou mille pièces de travail identiques peuvent être facilement produites avec la même précision et la même cohérence.
Inconvénients des MOCN
Les MOCN présentent aussi quelques inconvénients dont les principaux sont :
Elles sont couteuses ainsi que leurs réparations .
Elles n’éliminent pas toutes les erreurs. L’opérateur peut faire une erreur sur la commande, peut faire un alignement incorrect.
Types de MOCN
Il existe plusieurs types de MOCN. Elles peuvent être classées en deux catégories selon le type de procédé:
Par la méthode soustractive ou par enlèvement de matière:
Fraiseuse numérique.
Tour numérique.
Découpe plasma.
Par la méthode additive, comme l’imprimante 3D.
Contreplaqué bois
On peut aussi utiliser le bois ou plus précisément le contreplaqué pour la fabrication. Le cadre en contreplaqués est facile à construire, bon marché et très précis. Il présente cependant des inconvénients ; comme sa sensibilité à l’humidité qui va influencer sur la durée de vie et la robustesse de la machine. Il faut aussi des rails pour ce dernier.
Tubes métalliques
Les tubes métalliques de section carrée et/ou rectangulaire peuvent aussi convenir pour la construction. La forme rectangulaire présente plus de résistance à la flexion mais est un peu difficile pour l’assemblage. Tandis que les tubes de section carréesontplus faciles à assembler. Les tubes métalliques sont facilement soudables, même avec une soudure à l’arc. Ils peuvent être utilisés directement comme glissière de la machine. Ils sont aussi moins couteux que leurs cousins aluminium et aussi plus robuste, toute fois ils sont pénalisés par leur poids.
Les moteurs
Notre fraiseuse possède 3 axes, donc il nous faut trois moteurs au minimum pour l’entrainement. On peut utiliser 2 types de moteurs: des servomoteurs et des moteurs pas-à-pas.
Les servomoteurs sont très silencieux et sont très précis aussi. Ils sont aussi équipés d’un système de positionnement et donc peuvent être utilisés en boucle fermé. Mais ils sont très couteux et difficile d’en procurer sur le marché.
Les moteurs pas-à-pas quant à eux sont faciles à trouver sur le marché et leurs prix sont plus abordables comparésà ceux des servomoteurs. Ils sont utilisés dans beaucoup de domaines et dans différentes machines industrielles. Les moteurs pas-à-pas qu’on va utiliser sont de récupération d’une machine d’une usine textile.
Entrainement de l’axe
Comme on l’a déjà vue dans la première partie, il y a trois types d’entrainement dont par courroie crantée, par vis et par chaine. La courroie est rapide mais le couple est faible. On va donc choisir la vis.
Une vis à bille est l’idéale mais elle est chère et difficile à trouver sur le marché. La vis trapézoïdale fera donc l’affaire car elle peut durer longtemps même si elle a un peu de jeu.
Toute fois comme on a besoin d’une vis de 1m de longueur, le modèle trapézoïdale est difficile à trouver, on a donc choisi une tige filetée de diamètre 8mm, avec pas normal. On peut avoir un couple plus fort mais la vitesse d’avancement est très lente.
Cette dernière utilisée avec un écrou M8 représente beaucoup de jeu qui diminue la résolution de la machine et peut aussi foirer rapidement. Pour résoudre ce problème, on a créé un bloc de plastique taraudé. Ceci présente moins de jeu et les frottements sont aussi minimes car on utilise du plastique autolubrifiant.
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Table des matières
PARTIE I. GENERALITES SUR LA CONCEPTION ET LA FABRICATION ASSISTEES PAR ORDINATEUR
Chapitre I. LES PROCEDES DE MISE EN FORME [1]
I.1. Classification des procédés de mise en forme
I.2. Identification des procédés en fonction du matériau et du programme de production
Chapitre II. LA CONCEPTION ET FABRICATION ASSISTEES PAR ORDINATEUR (CFAO)
II.1. Origines de la CFAO [3], [4], [5]
II.2. Avantages et inconvénients
II.3. La conception assistée par ordinateur (CAO)[6][7]
II.4. La fabrication assistée par ordinateur (FAO)
PARTIE II. REALISATION DE LA MACHINE-OUTIL A COMMANDE NUMERIQUE
Chapitre III. CHOIX DU TYPE DE MATERIAUX
III.1. Tubes en aluminium
III.2. Contreplaqué bois
III.3. Tubes métalliques
III.4. Conclusion sur le choix de la matière
Chapitre IV. LES DIFFERENTES PARTIES DE LA MACHINE-OUTIL
IV.1. Les glissières
IV.2. Les moteurs
IV.3. Entrainement de l’axe
Chapitre V. CONSTRUCTION DE LA MACHINE
V.1. Présentation du modèle.
V.2. Montage de la machine
Chapitre VI. COMPOSANTS ELECTRIQUES ET ELECTRONIQUES ET LOGICIEL DE COMMANDE
VI.1. Alimentation électrique de la machine
VI.2. Composants électroniques
VI.3. Logiciel FAO
Chapitre VII. CALIBRATION ET TEST DE LA MACHINE
VII.1. Réglages mécaniques
VII.2. Réglage du pilote Polulu A4988
VII.3. Branchement des moteurs
VII.4. Interface utilisateur
VII.5. Test de linéarité, parallélisme et perpendicularité
VII.6. Test de la répétabilité
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE ET WEBOGRAPHIE
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