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Réalisation d'un prototype d'une machine CNC 3 axes ـجل ا ـــــــــــــــ ـيرو

Réalisation d'un prototype d'une machine CNC 3 axes ـجل ا ـــــــــــــــ ـيرو ـــــ هــــ ـم ـــــــــــــــ ــة ـ ةـــ ــيرـــئازـــــ ـــــ ـ ـــــ ــــجل ا الدمي ـــــــــــــــــــــــــــ ةـــ ــيــطارـــ ـقـ ــــــــــ ـ ــــ ـ ــــ ــــ ـــــ ـ ـــــ ـــشـــ ال ة ـــــ يـــبـــعـ ـــــ REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE ةرازو التـ م ــــــــ يـل ــــــ ع ــــــــــــــ يلاـــــعال حث ـ ـــــ ـلباو يـــــ ـ ـــــ ـ مــ ـ ـــــ ـلــــ ــــ ــعال Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique ةعم جــــا يبأ ب ــكـــــــ ـــر ـ دــيـاـ ــــ ـقــــل بــــ– ـ ـــــ ـسمل ـــــــ ت ــــــــــــــ ناــــــ – Université Aboubakr Belkaïd– Tlemcen – Faculté de TECHNOLOGIE MEMOIRE Présenté pour l’obtention du diplôme de MASTER En : Génie Mécanique Spécialité : Construction Mécanique Par: BOUYAHIA YESSINE Sujet Soutenu publiquement, le 25 / 06 / 2019, devant le jury composé de : Mr Guenifed A. MAA Univ.a.b.bTlemcen Président Mr Serdoun M MCA ESSA Tlemcen Encadreur Mr Chorfi Sidi Mohammed MCB Univ.a.b.bTlemcen Co- encadreur Mr Mangouchi A MAA Univ.a.b.bTlemcen Examinateur 1 Mr Belkaid M MAA Univ.a.b.bTlemcen Examinateur 2 2018/2019 Remerciements. Tout d'abord, je remercie "Allah" Tout-Puissant qui m'a donné le courage, la volonté et la force de faire ce modeste travail. Merci de m'avoir éclairé sur le chemin du succès. Je tiens à remercier très chaleureusement Mr: M.Chorfi et Mr: M.Serdoun pour l'aide et pour les conseils précieux durant étude et la réalisation de ce travail. J'aimerais également remercier tous les professeurs et les enseignants de département génie mécanique En fin Mes remerciements vont à ma famille pour son soutien morale et financière Dédicace À mes très chers parents Vos sacrifices, vos intrépides endurances à façonner positivement mon avenir m’ont marqué à jamais, En guise de reconnaissance et de gratitude, je vous offre ce modeste travail en priant Dieu de vous prêtez longue vie et de vous procurez bonne santé. Mes frères et sœurs qui n'ont cessé d'être pour moi des exemples de persévérance, de courage et de générosité. Mes professeurs qui doivent voir dans ce travail la fierté d'un savoir bien acquis A toute la promotion de construction mécanique 2018/2019 À tous ceux qui me sont chers Bouyahia yessine Résumé : Ce projet est une étude et réalisation d’une machine cnc. Ce travail a pour objectiif d’approfondir les connaissances dans les domaines de fabrication numérique. Ce projet contient deux partie la première c'est l'étude et la deuxième se devise en une partie de modélisation suivit par une partie de réalisation. La partie étude englobe l’étude de marché (cahier de charges) et la partie commande du système. La deuxième partie, commence par une modélisation géométrique 3D à l'aide du logiciel SOLIDWORKS 2018, suivie d'une réalisation des pièces et se termine par un assemblage de la machine. Abstract: This project is a study and realization of a cnc machine. The objective of this work is to deepen knowledge in the fields of digital manufacturing. This project contains two parts: the first is the study and the second is based on a modelling part followed by a realization part. The study part includes the market study (specifications) and the control part of the system. The second part, starts with a 3D geometric modeling using SOLIDWORKS 2018 software, followed by a realization of the parts and ends with an assembly of the machine. ملخص ذا ه عو شر مال وه اسة رد وتحق يق ةل آل ا. دف لها نم اذه ل عم لا وه يقمعت فة ر مع لا يف ت ال جا م عينصتال قمي رال. وي ت يح ذا ه عو شر مال لىع نيأزج: لول أا وه سة اردال نياثلاو ينبم لىع ء جز يطمن نم بناج ءزج ء دا أل ا. ل تشم سة اردال سة ا در الس وق (المواص فات) وجز ء م حك تال يف نظ ال.ام ء جز لا يناثال ، دأ بي جة ذمنب ةيسدنه ةيث ال ث ، بعه تي يقق تح ءاز أللج يهتنيو عيم تجب ةل آل ا2018 . SOLIDWORKSدعا بأل ا ام د تخساب جمان بر ABREVIATIONS MOCN : Machine Outils à Commande Numérique. CN : Commande Numérique. MIT : Massachusetts Institute of technology. GM : grandeur mesurée. CNC : Commande Numérique par calculateur. PMMA : Polymétachrylate de méthyle. ABS : Acrylonitrile butadiène styrène. CFAO : Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur. CAO : Conception Assistée par Ordinateur. FAO : Fabrication Assistée par Ordinateur. ISO : Organisation Internationale de normalisation. Table des matières Chapitre Ι :Bibliographie 1. Introduction........................................................................................................................................2 2. Historique...........................................................................................................................................2 3. Définition d’une machine-outil à commande numérique....................................................................4 4.Principe de fonctionnement d’une machine à commande numérique..................................4 4.1 Partie commande.........................................................................................................................5 4.2 Partie opérative.............................................................................................................................5 5. Architecture général des MOCN........................................................................................................6 6. Domaines d’utilisation des MOCN..................................................................................................6 7. Les familles des machines à commande numérique...........................................................................7 8. Classification des MOCN................................................................................................................7 8.1 Classification des MOCN selon le mode de fonctionnement........................................................7 8.1.1 Fonctionnement en boucle ouvert........................................................................................7 8.1.2 Fonctionnement en boucle fermée.................................................................................................8 8.1.3 Fonctionnement avec commande adaptative.........................................................................9 8.2 Classification des MOCN selon le nombre d’axe.......................................................................9 8.3 Classification des MOCN selon le mode d’usinage........................................................................10 9. LA machine à commande numérique a trois axes.............................................................................11 10.La gravure....................................................................................................................................12 11.Conclusion...................................................................................................................................12 Chapitre IΙ :Etude de projet 1. Introduction...........................................................................................................................14 2. Étude préliminaire.................................................................................................................14 2.1. L’idée du projet...............................................................................................................14 2.2.Description du projet...........................................................................................................14 Table des matières 2.3.Formulation préliminaire du projet...................................................................................15 2.4.Énoncé du besoin.............................................................................................................16 2.5. Validation du besoin..........................................................................................................16 3. Préfaisabilité du projet..........................................................................................................17 4. Etude Fonctionnelle..............................................................................................................18 4.1.Diagramme PIEVRE........................................................................................................18 4.1.1. Définition des fonctions.................................................................................................18 4.2. La méthode FAST...........................................................................................................19 4.3.Cahier des charges fonctionnel...........................................................................................21 5.Type de déplacement.............................................................................................................22 5.1. Systèmevis/écrou............................................................................................................22 6. Choix des solutions technologiques......................................................................................23 6.1.Structure....................................................................................................................23 6.2.. Design de la machine......................................................................................................26 6.3.. Type Transformation du mouvement R-R......................................................................27 6.4. Type de Guidage en translation..............................................................................28 7.Modélisation des solutions choisies.......................................................................................28 7.1. Chaine cinématique.................................................................................................28 7.2.Graphe des liaisons...........................................................................................................30 Chapitre IΙI : conceptoin et Réalisation 1. Introduction...........................................................................................................................32 2. Partie mécanique...................................................................................................................32 2.1. La Conception Assistée par Ordinateur (CAO)..........................................................32 2.2. Fabrication assistée par ordinateur.............................................................................32 2.3.Logiciel SOLIDWORKS..............................................................................................33 Table des matières 2.4.Conception des pièces.....................................................................................................33 2.4.1..Modélisation 3D des pièces à usinée..............................................................................34 2.4.1.1. Axe Y.......................................................................................................................34 2.4.1.2. Axe X.......................................................................................................................36 2.4.1.3. Axe Z.....................................................................................................................37 2.4.1.4. Accouplement........................................................................................................39 2.4.2. Conception des pièces standard..................................................................................39 2.5.Assemblage de la machine CNC.........................................................................................41 2.6. Réalisation de la machine................................................................................................41 3. Partie électrique....................................................................................................................44 3.1. Description des éléments de la partie électrique...............................................................44 3.1.1. Moteur pas à pas...........................................................................................................44 3.1.1.1. Les moteurs à réluctance variable.........................................................................44 3.1.1.2. Les moteurs à aimant permanant...........................................................................45 3.1.1.3. Les moteurs hybrides...............................................................................................46 3.1.2. Carte Arduino...............................................................................................................47 3.1.3. Driver moteur pas à pas A4988....................................................................................47 3.1.4. La carte SHIELD CNC..............................................................................................48 3.2. Schéma de câblage électrique global..............................................................................49 4. Réalisation finale de la machine..........................................................................................51 Chapitre IV : Programmation EtInterface Graphique 1. Introduction...........................................................................................................................53 2. chaîne de programmation......................................................................................................53 3. Description des programme utilisé......................................................................................54 3.1 G-Code...............................................................................................................................54 Table des matières 3.1. Les principales fonctions du G-code...............................................................................54 3.2. Logiciel arduino..............................................................................................................55 3.2.1. Présentation de logiciel.............................................................................................56 3.3. GRBL 57 3.3.1Installation GRBL dans la carte ARDUINO......................................................57 3.4.Universal G-Code Sender.................................................................................................58 3.5.InKscape...........................................................................................................................61 4.Mise en marche de la machine............................................................................................61 4.1. Résultat obtenue.................................................................................................................63 Liste des figures Figure I. 1 : Première MOCN en 1952 [2].......................................................................................3 Figure I. 2 : Une Machine à commande numérique [3]....................................................................4 Figure I. 3 : architecture d’une MOCN [4].......................................................................................4 Figure I. 4 : Fonction originale d’une commande numérique [4]....................................................5 Figure I. 5 :Les éléments de la partie opérative [4]..........................................................................5 Figure I. 6 :modèle de la structure d’une machine-outil...................................................................6 Figure I. 7 :Fonctionnement en boucle ouverte [7]..........................................................................8 Figure I. 8 :Fonctionnement en boucle fermée [7]...........................................................................8 Figure I. 9 :Fonctionnement avec commande adaptative [7]...........................................................9 Figure I. 10 :catégories des mode d’usinage [8].............................................................................10 Figure I. 11 : fraiseuse à commande numérique a trois axes [9]....................................................11 Figure I. 12 :gravure de bois par une MOCN.................................................................................12 Figure II. 1 : Schéma des constituants de la machine.....................................................................14 Figure II. 2 : Actigramme de la machine........................................................................................15 Figure II. 3 : Organigramme d’analyse du besoin..........................................................................15 Figure II. 4 :Diagramme bête à corne de la Machine CNC...........................................................16 Figure II. 5 :Diagramme du pieuvre...............................................................................................18 Figure II. 6 :Méthode FAST [11]...................................................................................................19 Figure II. 7: Diagramme FAST de la fonction principale..............................................................20 Figure II. 8 :système vis/écrou.......................................................................................................23 Figure II. 9 :machine type pont mobile..........................................................................................23 Figure II. 10 :machine type portique..............................................................................................24 Figure II. 11 :machine type pont fixe.............................................................................................24 Figure II. 12 :machine type porte à faux........................................................................................25 Figure II. 13 :machine type colonne...............................................................................................25 Figure II. 14: Accouplement semi-élastique...................................................................................27 Figure II. 15 :Système poulie-courroie...........................................................................................27 Figure II. 16: Graphe de liaison......................................................................................................30 Figure III. 1: le logo du logiciel SolidWorks.................................................................................33 Figure III. 2: Support axe Y...........................................................................................................34 Figure III. 3:portique gauche de l'axe Y.........................................................................................34 Figure III. 4: portique droit de l'axe Y............................................................................................35 Figure III. 5: support moteur axe X................................................................................................35 Figure III. 6: Support axe X...........................................................................................................36 Figure III. 7: plaque axe X.............................................................................................................36 Figure III.8: support moteur axe X.................................................................................................37 Figure III. 9: Support axe Z............................................................................................................37 Figure III. 10: plaque axe Z............................................................................................................38 Figure III. 11: support moteur axe Z..............................................................................................38 Figure III. 12: accouplement..........................................................................................................39 Figure III. 13: assemblage des pieces.............................................................................................41 Figure III. 14: Assemblage des axes de machine...........................................................................42 Figure III. 15: usinage de L’accouplement.....................................................................................43 Figure III. 16: Moteur pas à pas.....................................................................................................44 Figure III. 17: Moteur pas à pas à reluctance variable [17]............................................................45 Figure III. 18: Moteur pas à pas à aimant permanent [18].............................................................46 Figure III. 19: moteur pas à pas hybride [18].................................................................................47 Figure III. 20 : carte Arduino UNO................................................................................................48 Figure III.21 : Driver A4988….....................................................................................................49 FigureIII.22 : La carte SHILD........................................................................................................49 Figure III. 23: assemblage des carte...............................................................................................49 Figure III. 24:Shéma de cablage éléctrique global.........................................................................50 Figure III. 25: réalisation du uploads/Industriel/ ms-gm-bouyahia-converti.pdf