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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE MOHAMMED KHIDER BISKRA FACULTE DES SCIENCES ET SCIENCES DE L’INGENIEUR DEPARTEMENT DE GENIE MECANIQUE MEMOIRE Présentée pour l’obtention du diplôme de MAGISTERE Spécialité : GÉNIE MÉCANIQUE Option : CONSTRUCTION MÉCANIQUE Présenté par : BOUREBBOU Amor Modélisation cinématique d’une machine outil à structure parallèle à Usinage à Grande Vitesse (UGV). Travail effectué au sien du laboratoire de recherche en productique (Université de Batna) Soutenue en 04/05/2008 devant la commission d’examen composée du jury : HECINI Mebrouk, Maître de conférence, Université de Biskra, Président ASSAS Mekki, Maître de conférence, Université de Batna, Rapporteur MAZOUZ Hamoudi, Maître de conférence, Université de Batna, Examinateur BEN SAADA Said, Maître de conférence, Université de Biskra, Examinateur 2008 Remerciements Je remercie Dieu pour m·avoir donné la santé la patience et le courage tout au long du travail. En cadre de la collaboration entre le département de Génie Mécanique de l·université de Biskra et le département de Mécanique de l·université de Batna, ce travail a été réalisé au sien de l·équipe Système de Production Intégré du Laboratoire de Recherche en Productique (LRP) du département de mécanique de l·université de Batna. Je tien à remercier chaleureusement mon directeur de mémoire, Dr Assas Mekki. Merci pour votre écoute, vos conseils et vos encouragements qui m·ont été précieux pour mener ce travail à son terme. Je remercie aussi tout particulièrement les membres de jury, à savoir : Monsieur Hecini Mebrouk, Maître de conférence a l·université de Biskra, qui a bien voulu me faire l·honneur de présider le jury de soutenance. Monsieur Mazouz Hamoudi, Maître de conférence a l·université de Batna, et Monsieur Ben Saada Said, Maître de conférence a l·université de Biskra, qui ont accepté d·examiner ce travail. Mes sincères remerciements vont à tous les membres du LRP, toutes les personnes qui ont contribué de prés ou de loin à la réalisation de ce travail, en particulier Maalim Madani, tout mes collègues de la promotion 2006. De même j·associe mes remerciements à tous les enseignants qui ont contribué à ma formation en particulier les enseignants du Département de Génie Mécanique de l·université de Biskra et les enseignants du Département de Mécanique de l·université de Batna. Bien sur, je n·oublie pas à remercier mes parents, frères, s±urs et tous mes collègues. Table des matières . . Table des matières Introduction générale…………………………………………………………………………………………………………………………… 1 Chapitre I Modélisation cinématique des machines outils classiques et nécessités des structures parallèles en U.G.V I.1. Introduction…………………………………………………………………………………………………………………………….. I.2. Définitions ……………………………………………………………………………………………………………………………………. I.3. Quelques machines-outils……………………………………………………………………………………………………………. I.3.1. Les tours……………………………………………………………………………………………………………………. I.3.2. Les fraiseuses…………………………………………………………………………………………………………….. I.3.3. Centre d'usinage (CU)………………………………………………………………………………………………… I.4. Terminologie…………………………………………………………………………………………………………………………………. I.4.1. Machine-outil à commande numérique (MOCN) ……………………………………………………… I.4.2. Centre d'usinage (CU)………………………………………………………………………………………………… I.4.3. Machine autonome flexible ……………………………………………………………………………………… I.4.4. Cellule flexible……………………………………………………………………………………………………………. I.4.5. Ligne transfert flexible………………………………………………………………………………………………. I.4.6. Atelier flexible …………………………………………………………………………………………………………… I.5. Machine-outil à commande numérique (MOCN) ………………………………………………………………………… I.5.1. Structure physique d’une MOCN……………………………………………………………………………… I.5.2. Structure matérielle d’une MOCN……………………………………………………………………………. I.5.3. Classification des machines-outils à commande numérique……………………………………. I.6. Choix d’une machine en fonction de l’usinage d’une pièce……………………………………………………….. I.7. Modélisation géométrique des machines-outils à commande numérique…………………………….. I.7.1. le rôle de la modélisation des MOCN………………………………………………………….. I.7.2. Différents types de modélisation……………………………………………………………………………. I.7.3. Modélisation conventionnelle d’une MOCN……………………………………………………………….. I.7.4. Repères géométriques associés à une MOCN………………………………………………………. I.7.5. Définition normalisée des axes numériques d’une MOCN [NF ISO 841]……………… I.7.6. Mise en oeuvre du modèle géométrique………………………………………………………………… I.7.6.1. Caractéristiques des repères associées à une MOCN…………………………………… I.7.6.2. Programmation des MOCN…………………………………………………………………………. I.7.6.3. Modèle géométrique associé à l'espace de tâches………………………………………. I.7.6.3.1. Machine travaillant dans un espace affine à trois dimensions… I.7.6.3.2. Machine travaillant sur une matière d'°uvre à deux dimensions I.8. La modélisation……………………………………………………………………………………………………………………………. I.9. Modélisation des machines………………………………………………………………………………………………………….. I.10. L'usinage à grande vitesse (UGV)……………………………………………………………………………………….. 3 3 4 4 4 5 5 6 6 6 6 6 6 7 7 8 11 11 13 13 13 14 14 15 17 17 18 18 18 19 19 19 23 Table des matières . . I.10.1. Débuts de l’ UGV…………………………………………………………………………………………. I.10.2. définition de l’UGV……………………………………………………………………………………… I.10.3. Intérêt de l’UGV …………………………………………………………………………………………… I.10.4. Domaines d'application…………………………………………………………………………………. I.10.4.1. L’aéronautique…………………………………………………………………………………… I.10.4.2. Les outilleurs…………………………………………………………………………………….. I.10.4.3. Les moulistes……………………………………………………………………………………. I.10.5. Les spécificités des machines-outils d'usinage à grande vitesse UGV……….. I.10.5.1. La structure………………………………………………………………………………………. I.10.5.2. Structures parallèles pour les machines-outils……………………………….. I.10.6. Les mécanismes parallèles……………………………………………………………………………. I.10.7. Caractéristiques de l’UGV influençant le processus de fabrication…………… I.11. Conclusion……………………………………………………………………………………………………………………………….. Chapitre II synthèse de mécanismes parallèles et étude comparative entre les machines- outils et les robots I.1. Introduction……………………………………………………………………………………………………………………………. II.2 Historique………………………………………………………………………………………………………………………………. II.3 Etat de l'art des mécanismes parallèles………………………………………………………………………………. II.4 Machine-outil parallèle…………………………………………………………………………………………………………… II.5 Quelques machines outils parallèles…………………………………………………………………………………… II.5.1 Machine Ingersoll Hoh600…………………………………………………………………………….. II.5.2 Mikromat 6X Hexapod…………………………………………………………………………………… II.5.3 Hexel Tornado 2000………………………………………………………………………………………. II.5.4 Machine Hexact……………………………………………………………………………………………. II.5.5 Machine Hexapode CMW……………………………………………………………………………….. II.5.6 Machine Hexaglide…………………………………………………………………………………………. II.5.7 Machine HexaM …………………………………………………………………………….. II.5.8 Machine Triaglide………………………………………………………………………………………….. II.5.9 Machine Dyna-M …………………………………………………………………………………………… II.5.10 Machine Georg V………………………………………………………………………………………… II.5.11 Machine Eclipse…………………………………………………………………………………………. II.6 Les robots industriels……………………………………………………………………………………………………………. II.6.1 Constituants mécaniques des robots……………………………………………………………. II.6.2 Organe terminal…………………………………………………………………………………………….. II.6.3 Nouvelles générations de robots…………………………………………………………………… II.6.4 Les robots parallèles……………………………………………………………………………………… II.6.5 Les avantages des robots parallèles……………………………………………………………… II.7 Les tâches réalisées par les mécanismes parallèles………………………………………………………….. II.7.1 Les tâches réalisées par les robots………………………………………………………………. 24 25 25 25 25 26 26 26 26 27 27 27 28 29 30 30 33 33 33 34 34 35 35 35 36 36 37 37 37 38 38 39 39 40 40 41 41 Table des matières . . II.7.1.1 Applications spatiales………………………………………………………………… II.7.1.2 Applications médicales ……………………………………………………………… II.7.1.3 Applications industrielles ………………………………………………………… II.8 Synthèse de mécanismes en robotique……………………………………………………………………………… II.9 Etude comparative entre les machines-outils et les robots parallèles……………………………… II.9.1 Architectures parallèles candidates pour les machines-outils……………………… II.9.1.1 Performances dynamiques…………………………………………………….. II.9.1.2 Comportement thermique……………………………………………………… II.9.1.3 Rigidité……………………………………………………………………………………. II.9.1.4 Réduction des coûts………………………………………………………………. II.10 Classification des mécanismes parallèles………………………………………………………………………………. II.11 Introduction ………………………………………………………………………………………………………………………………. II.12 La Conception Assistée par Ordinateur ……………………………………………………………………………………. II.13 Principe de fonctionnement………………………………………………………………………………………………………. II.14 Dessins et bases de données……………………………………………………………………………………………………. II.15 Utilisation industrielle de la CAO/DAO ……………………………………………………………………………………… II.16 DAO (Dessin Assisté par Ordinateur) ………………………………………………………………………………………. II.17 Avantages de la CAO ………………………………………………………………………………………………………………… II.18 La technologie CAO/DAO ………………………………………………………………………………………………………….. II.19 Présentation de logiciel SolidWorks…………………………………………………………………………………………… II.20 Performances majeures du SolidWorks…………………………………………………………………………………….. II.21 Intention de conception…………………………………………………………………………………………………………….. II.22 Conclusion………………………………………………………………………………………………………………………………….. Chapitre III Approche proposé de modélisation Conventions de représentation…………………………………………………………………………………………………………. III.1.1 Les vues en perspective (ou photographies)………………………………………………. III.1.2 le schéma cinématique……………………………………………………………………………………. III.1.3 Le dessin d’ensemble……………………………………………………………………………………… III.1.4 Les paramètres de Denavit-Hartenberg………………………………………………………… III.1.5 Les graphes d’agencement………………………………………………………………………….. III.2 Formule de Grübler…………………………………………………………………………………………………………………. III.3 Définition de la théorie des mécanismes………………………………………………………………………………… III.4 rappel mathématique…………………………………………………………………………………………………………………. III.4.1 Définition du solide indéformable…………………………………………………………………. III.4.2 Repérer un solide…………………………………………………………………………………………… III.4.3 Changement de base……………………………………………………………………………………… III.4.4 Vecteur…………………………………………………………………………………………………………… III.5 approche proposée de modélisation…………………………………………………………………………………………. III.5.1 Choix de l'architecture…………………………………………………………………………………… 41 41 42 43 43 44 44 44 45 48 48 50 50 52 52 52 53 53 53 54 54 54 55 56 56 57 58 58 58 59 59 60 60 60 61 62 63 63 Table des matières . . III.5.2 Modélisation générique………………………………………………………………………………… III.5.2.1 Paramétrage………………………………………………………………………………………. III.5.3 Modélisation géométrique……………………………………………………………………………… III.5.3.1 Des orientations………………………………………………………………………………… III.5.4 Modèle géométrique inverse………………………………………………………………………. III.5.5 Modèle géométrique direct………………………………………………………………………….. III.6 Modélisation cinématique…………………………………………………………………………………………………………. III.6.1 Modèle cinématique inverse…………………………………………………………………………. III.6.2 Remarques……………………………………………………………………………………………………. III.6.3 Modèle cinématique direct…………………………………………………………………………….. III.7 Les critères cinématiques…………………………………………………………………………………………………………. III.7.1 Indice de manipulabilité………………………………………………………………………………… III.7.2 Le facteur de conditionnement……………………………………………………………………… III.7.3 Conditionnement de la matrice jacobienne………………………………………………… III.8 Conclusion………………………………………………………………………………………………………………………………….. Chapitre IV Application et étude de cas IV.1 Introduction…………………………………………………………………………………………………………………………….. IV.2 Problématique……………………………………………………………………………………………………………………………. IV.3 La machine-outil URANE SX……………………………………………………………………………………………………… IV.4 La vue en perspective (ou photographie)…………………………………………………………………………………. IV.5 Le schéma cinématique……………………………………………………………………………………………………………… IV.6 Le graphe d’agencement……………………………………………………………………………………………………………. IV.7 Formule de Grübler…………………………………………………………………………………………………………………… IV.8 Description et notation………………………………………………………………………………………………………………. IV.9 Modélisation de l’architecture choisie………………………………………………………………………………………… IV.9.1 Paramétrage………………………………………………………………………………………………….. IV.9.2 Modèles géométriques…………………………………………………………………………………….. IV.9.3 Modèles cinématiques……………………………………………………………………………………… IV.9..3.1 Modèle cinématique inverse……………………………………………………………….. IV.9..3.2 Modèle cinématique direct………………………………………………………………….. IV.10 Etude du cas……………………………………………………………………………………………………………………………. IV.10.1 Modèle cinématique………………………………………………………………………………………… IV.10.1.1 Modèle cinématique inverse……………………………………………………………….. IV.10.1.2 Modèle cinématique direct………………………………………………………………….. IV.11 Dessin du mécanisme……………………………………………………………………………………………………………… IV.11.1 Processus de conception appliqué………………………………………………………………………. IV.11.1.1 Esquisses…………………………………………………………………………………………… IV.11.1.2 Cotation…………………………………………………………………………………………… IV.11.1.3 Fonctions………………………………………………………………………………………… 63 63 64 65 69 71 71 71 71 73 73 73 74 74 75 76 76 77 77 79 79 80 80 81 81 82 86 86 86 87 88 90 90 91 91 91 91 91 92 Table des matières . . IV.11.2 La partie fixe (le bâti)…………………………………………………………………………………………. IV.11.3. La partie mobile……………………………………………………………………………………………… IV.11.3.1 Platine porte électro-broche……………………………………………………………… IV.11.3.3 Les barres…………………………………………………………………………………………. IV.11.3.3 Les actionneurs (Les glissières)………………………………………………………. IV.11.4 L’assemblage du mécanisme…………………………………………………………………………… IV.12 Conclusion……………………………………………………………………………………………………………………………… Conclusion générale«««««««««««««««««««««««««««««««««««««««««... Bibliographie«««««««««««««««««««««««««««««««««««««««««««««. 93 93 94 95 95 96 97 98 Introduction générale 1 Introduction générale Le monde de la machine-outil est en évolution permanente afin de répondre au marché, très réactif, des pièces usinées. De nos jours, il existe une grande demande de machines rapides à commande numérique, notamment pour l’industrie automobile. Les premières machines-outils à architecture parallèle ont fait leur apparition sur le marché. Elles sont inspirées des mécanismes et des robots parallèles largement étudiés par les roboticiens au cours de ces 25 dernières années. Les outils proposés sont l’établissement des modèles géométrique, cinématique. L’industrie exige des machines de plus en plus performantes en termes de vitesses, d'accélérations, de précision, de productivité, de fiabilité, ... La conception assistée par ordinateur C.A.O. est devenue un outil prévéligé en ingineering. Elle permet un gain considérable en temps et en coût lors de l'élaboration d'un projet de conception d'une machine. Ce travail comporte quatre chapitres. Le premier chapitre est divisé en deux parties : Dans une première partie nous présentons les machines-outils (définitions, différents types des machines-outils existe.). Et dans le deuxième partie nous présentons l’usinage à grande vitesse (UGV) comme une nouvelle technologie d’enlèvement de matière, et quelle type d’équipements nécessaire pour ce type d’usinage. Dans le deuxième uploads/Industriel/ modelisation-cinematique-dune-machine-cnc-pdf.pdf