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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 AKLI MOHAND OULHADJ BOUIRA FACULTE DES SCIENCES ET DES SCIENCES APPLIQUEES DEPARTEMENT GENIE ELECTRIQUE Projet de fin d’études Master LMD Filière : Electrotechnique Spécialité : Electromécanique et systèmes de commande Thème : Réalisation d’une commande pour une machine (SNC, 3D) Réalisé par : Mr CHATBI Hamid Encadré par: Mme S.BENSMAIL Mr KARI Djamal eddine I Remerciements Tout d’abord, Je tiens à remercier et glorifier le tout puissant et miséricordieux d’avoir guidé mes pas avec clairvoyance pour accomplir ce travail et de le mener à terme. Je tiens à exprimer ma plus profonde reconnaissance à : Mes parents qui m'ont toujours entouré et motivé à sans cesse devenir meilleur ; Mes frères et sœurs qui m'ont assisté dans ces moments et m'ont servi d'exemple ; Ma promotrice Mme S.BENSMAIL pour son aide et sa précieuse attention ; Mon encadreur en stage pratique Mr KARI Djamal eddine ; Mes collègues qui n'ont cessé de m'encourager ; II Table des matières Remerciment...............................................................................................................................I Table des matières......................................................................................................................II Tables des figures.....................................................................................................................VI Table des tableaux....................................................................................................................IX Introduction générale..................................................................................................................1 CHAPITRE I : Généralités sur la machine-outil à commande numérique. I.1. Introduction..........................................................................................................................2 I.2. Historique de la Commande Numérique..............................................................................2 I.3. Justification de la commande numérique.............................................................................4 I.3.1. Automaticité...................................................................................................................4 I.3.2. Flexibilité.......................................................................................................................4 I.3.3. Sécurité...........................................................................................................................5 I.3.4. Nécessités économiques et techniques...........................................................................5 I.4. Comparaison entre MO conventionnelles et MOCN............................................................6 I.5. Les différentes techniques d'usinage avec les MOCN..........................................................7 I.5.1. Le perçage......................................................................................................................8 I.5.2. Le fraisage......................................................................................................................8 I.5.3. Le tournage....................................................................................................................8 I.5.4. Le filetage......................................................................................................................8 I.5.5. L'alésage.........................................................................................................................8 I.6. Domaine d’utilisation technique et économique des MOCN...............................................9 I.6.1. Domaine d’utilisation technique....................................................................................9 I.6.2. Domaine d’utilisation économique................................................................................9 I.7. Architecture et organisation générale d’une MOCN..........................................................11 I.8 Avantages et les inconvénients............................................................................................13 I.8.1 les avantages.................................................................................................................13 III I.8.2. les inconvénients..........................................................................................................13 I.9. Conclusion..........................................................................................................................14 CHAPITRE II : Conception de la machine-outil. II.1. Introduction.......................................................................................................................15 II.2. Conception assistée par ordinateur (CAO)........................................................................15 II.2.1. Description du logiciel « SOLIDWORKS ».............................................................15 II.3. Conception de la machine.................................................................................................16 II.3.1. Moteur pas à pas.........................................................................................................16 II.3.2. Palier...........................................................................................................................17 II.3.3. Accouplement.............................................................................................................17 II.3.4. Vis à bille....................................................................................................................18 II.3.5. Glissière......................................................................................................................19 II.3.6. Rail..............................................................................................................................19 II.3.7. Axe d’une CNC..........................................................................................................20 II.3.7.1. Schéma cinématique d’un axe.................................................................................20 II.3.8. La broche....................................................................................................................21 II.3.9. Le bâti.........................................................................................................................22 II.4. Conclusion.........................................................................................................................22 CHAPITRE III : Commande de la machine CNC. III.1. Introduction......................................................................................................................23 III.2. Présentation de la commande...........................................................................................23 III.3. G-Code.............................................................................................................................25 III.4. Interpréteurs G-Code et contrôleurs de CNC...................................................................26 III.4.1. Organisation du programme......................................................................................27 III.4.2. Interpolation..............................................................................................................30 III.4.3. Algorithme de tracé de segment de Bresenham........................................................31 III.4.3.1. Principe...................................................................................................................31 IV III.4.3.2. Détermination des ordonnées.................................................................................31 III.5. LES MOTEURS PAS-À-PAS.........................................................................................33 III.5.1. Définition..................................................................................................................33 III.5.2. Les déférents types des moteurs pas à pas................................................................34 III.5.2.1. Le moteur bipolaire................................................................................................34 III.5.2.2. Le moteur unipolaire..............................................................................................35 III.5.2.3. Moteur à réluctance variable..................................................................................36 III.5.2.4. Moteur à aimant permanent....................................................................................37 III.5.2.5. Moteur hybride.......................................................................................................37 III.5.3. MODE DE COMMANDE DES MOTEURS PAS À PAS.......................................38 III.5.3.1. Alimentation d’une seule phase en pas entier (Mode1).........................................38 III.5.3.3. Alimentation d’une ou deux phases en demi-pas (Mode3)....................................39 III.5.3.4. Commande optimisé en demi-pas (Mode4)...........................................................39 III.5.3.5. Commande avancée en micro-pas (Mode5)...........................................................40 III.6. La carte de commande ARDUINO..................................................................................40 III.6.1. ARDUINO MEGA 2560...........................................................................................40 III.6.2. Logiciel ARDUINO..................................................................................................42 III.6.3. Programmation sous ARDUINO...............................................................................43 III.7. Circuit d’interface............................................................................................................43 III.8. Conclusion.......................................................................................................................45 CHAPITRE IV : Réalisation expérimentale de la machine CNC. IV.1. Introduction......................................................................................................................46 IV.2. Eléments et caractéristiques de la partie commande.......................................................46 IV.2.1. Circuit d’interface.....................................................................................................46 IV.2.1.1. Réalisation virtuelle sous « PROTEUS »..............................................................46 IV.2.1.2. Réalisation pratique du circuit...............................................................................48 IV.2.1.2.1. Impression du circuit sur la platine cuivrée........................................................48 V IV.2.1.2.2. Gravure du circuit...............................................................................................48 IV.2.1.2.3. Perçage et soudage..............................................................................................49 IV.2.2. Contrôleur du moteur pas à pas (driver)...................................................................50 IV.2.3. L’armoire de commande...........................................................................................51 IV.3. Eléments et caractéristiques de la partie opérative de la machine...................................52 IV.3.1. Le bâti.......................................................................................................................52 IV.3.2. Caractéristiques de la broche....................................................................................53 IV.3.3. Les axes X, Y............................................................................................................53 V.2. Test d’un simple usinage...................................................................................................54 IV.4. Conclusion.......................................................................................................................55 Conclusion générale..................................................................................................................56 VI Table des figures Figure I.1 : Première MOCN en 1952....................................................................................3 Figure I.2 : Productivité comparée de diverses machines en fonction de leur degré d’automation.............................................................................................................................7 Figure I.3 : domaine d’utilisation des machines-outils à commande numérique..................10 Figure I.3 : Structure d’une machine à commande numérique..............................................11 Figure I.4. Schéma d’une machine à commande numérique.................................................12 Figure II.1 : Les trois fenêtres du logiciel SolidWorks.........................................................16 Figure II.2 : Moteur pas à pas.................................................................................................16 Figure II.3 : Palier...................................................................................................................17 Figure II.4 : Rendu final de l’accouplement...........................................................................18 Figure II.5 : Vis à bille............................................................................................................18 Figure II.6 : Glissière de guidage...........................................................................................19 Figure II.7 : Rail......................................................................................................................19 Figure II.8 : Axe d’une CNC...................................................................................................20 Figure II.9 : Schéma cinématique d’un axe.............................................................................21 Figure II.10 : La broche..........................................................................................................21 Figure II.11 : Rendu final de la machine CNC......................................................................22 Figure III.1 : Structure d’une commande CNC.......................................................................24 Figure III.2 : Organigramme de l’interpréteur........................................................................27 Figure III.3 : Organigramme de réception de commandes......................................................28 Figure III.4 : Organigramme de traitement de commandes....................................................29 Figure III.5 : approximation d’un arc en segments de droite..................................................30 Figure III.6 : Un segment de droite échantillonné..................................................................31 VII Figure III.7 : Algorithme de tracer de segment de droite.......................................................32 Figure III.8 : Eléments de la commande des moteurs pas à pas.............................................33 Figure III.9 : Schéma d’un moteur pas à pas bipolaire..........................................................34 Figure III.10 : Circuit de commande d’un moteur pas à pas bipolaire..................................35 Figure III.11 : Schéma d’un moteur pas à pas unipolaire......................................................35 Figure III.12 : Circuit de commande d’un moteur pas à pas unipolaire................................36 Figure III.13 : Schéma d’un moteur pas à pas à réluctance variable.....................................36 Figure III.14 : Schéma d’un moteur pas à pas à aimant permanent.......................................37 Figure III.15 : Schéma d’un moteur pas à pas hybride..........................................................38 Figure III.16 : Signaux de commande en pas entier, alimentation d’une seule phase...........38 Figure III.17 : Signaux de commande en pas entier, alimentation de deux phases.................39 Figure III.18 : Signaux de commande en demi-pas, alimentation d’une ou deux phases......39 Figure III.19 : Signaux de commande en demi-pas optimisé.................................................40 Figure III.20 : ARDUINO MEGA 2560................................................................................41 Figure III.21 : Interface du logiciel ARDUINO......................................................................42 Figure III.22 : Structure de base d’un programme ARDUINO..............................................43 Figure III.23 : Circuit de base pour interface entrées sorties.................................................45 Figure IV.1 : Schéma du circuit d’interface...........................................................................46 Figure IV.2 : Schéma PCB du circuit d’interface...................................................................47 Figure IV.3 : Schéma des pistes cuivrées à imprimer.............................................................48 Figure IV.4 : Ensemble des produits chimiques utilisés.........................................................49 Figure IV.5 : Circuit d’interface réalisé...................................................................................50 Figure IV.6 : Contrôleur moteur pas à pas.............................................................................50 VIII Figure IV.7 : armoire de commande........................................................................................52 Figure IV.8 : Le bâti...............................................................................................................52 Figure IV.9 : La broche..........................................................................................................53 Figure IV.10 : Les axes X, Y..................................................................................................53 Figure IV.11 : Simulation d’usinage avec WinUnisoft..........................................................54 Figure IV.12 : Résultat d’usinage............................................................................................55 IX Table des tableaux Tableau I.1 : Comparaison entre MO conventionnelles et MOCN...........................................6 Tableau III.1 : Exemple de commande G-code et M-code.....................................................26 Tableau III.2 : Caractéristiques de l’ARDUINO MEGA 2560..............................................41 Tableau IV.1 : Liste des composants utilisés dans le circuit d’interface.................................47 Tableau IV.2 : Description des pins du contrôleur.................................................................51 Master Page Introduction générale Introduction générale L’usinage ou l’obtention de pièces mécaniques sous contrôle numérique s’étend désormais à l’ensemble des secteurs de l’industrie. Réservée, il y’a pas si longtemps, à certaines industries de pointe, les machines-outils à commande numérique sont maintenant utilisées dans toutes les usines de fabrications mécaniques et sont accessibles aux petites et moyennes entreprises. La connaissance de ces machines est devenue nécessaire dans l’industrie en générale. Durant ces dernières années, la commande des machines électriques a subi des progrès significatifs. Ces progrès sont essentiellement dus à la révolution technologique en informatique industriel, ce qui a permis le développement des solutions numériques efficaces avec une possibilité d'implanter des algorithmes plus complexes. Ces commandes sont en majorité basées sur les microprocesseurs, les DSP (Digital Signal Processor) et les microcontrôleurs PIC. Aujourd’hui, les machines à commande numérique par calculateur (CNC) permettent une production économique et rentable. Le contrôle des coûts reste une préoccupation importante. Notre projet de fin d’étude a pour objectif de réaliser une machine-outil trois axes ainsi que sa commande numérique (CNC) d’une manière simple et performante. Pour cela notre travail est divisé en quatre parties : Dans le premier chapitre on présentera d’une manière générale le fonctionnement d’une machine-outil où on donne l’importance de la commande numérique pour l’amélioration de la production. Le deuxième chapitre est consacré à la présentation des éléments de la machine-outil on utilisant le logiciel SolidWorks. Dans le troisième chapitre on s’intéressera à la commande de la machine-outil on présentant les différents éléments intervenant dans cette commande. La réalisation de notre machine sera donnée dans le quatrième chapitre où on va regrouper toutes les parties pour avoir un fonctionnement rigoureux. Chapitre I : GENERALITES SUR LA MACHINE-OUTIL A COMMANDE NUMERIQUE Chapitre Généralités sur la machine-outil à commande Master Page 2 I.1. Introduction La commande numérique désigne, dans le domaine de la fabrication mécanique, l'ensemble des matériels et logiciels ayant pour fonction de donner les instructions de mouvements à tous les éléments d'une machine-outil. La programmation de commande numérique (CN) permet de définir des séquences d'instructions permettant de piloter des machines-outils. Une machine-outil à commande numérique (MOCN) est une machine-outil dotée d'une commande numérique, elle permet selon ses caractéristiques d'effectuer diverses opérations - percer, scier, rectifier, découper, fraiser, plier, graver, tarauder, souder, visser, déposer un matériau, etc - nécessitant des gestes précis et/ou répétitifs, sur des matériaux divers. Lorsque la commande numérique est assurée par un ordinateur, on parle de machine CNC pour computer numerical control, francisé en « commande numérique par calculateur ». De nos jours, elle est très utilisée dans le domaine de la fabrication mécanique. uploads/Industriel/ realisation-d-x27-une-commande-pour-une-machine-snc-3d 1 .pdf