Rapport machine cnc

Projet de F de Fin in d'E d'Etude

Introduction

L’objectif de ce projet est de réaliser une machine à commande numérique par un calculateur CNC capable CNC capable de fabriqué les cartes électroniques. L’objectif de ce document est de présenter les principales étapes de la réalisation de la machine GAM H3. Nous avons divisé ce document sur trois parties, une partie mécanique qui décrit le cadre de la conception et la réalisation mécanique de la machine, une partie électrique qui décrit l’étude des circuits utilisés et dernièrement une partie qui détaille la façon de communication avec le système. Chaque partie décrit par un résumer de leur contenue. Chaque élément utilisé est décrit par une description, référence, référence, prix …etc. Nous avons utilisé seulement les logiciels de synthèse.

Dans tous les parties du projet, on a fait la meilleure conception et le désigne, moins cher, pratique et plus efficace possible. L’idée la plus essentiel dans ce projet est de faire le maximum pour chercher les pièces déjà utilisée ailleurs qui sont sous un bon état et les pièces périmé qui sont retraité de son fonctionnement et qui sont sous un état peut servir et occupé une fonction dans le projet. On exerce le recyclage en même temps cela coute moins cher.

Page 1


CHAPITRE I:

Étude bibliographies

Page 2


I.1. Introduction 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 de solutions numériques efficaces avec une possibilité d'implanter des algorithmes plus complexes. Après une première génération de commandes numériques à logique câblée sont apparues les commandes numériques par calculateur (CNC), ou par ordinateur, qui intègrent un ou plusieurs ordinateurs spécifiques pour réaliser tout ou partie des fonctions de commande. Tous les systèmes de commande numérique commercialisés actuellement contenant au moins un microprocesseur, les termes CN et CNC peuvent être considérés comme des synonymes.

Une CNC c’est une machine pilotée par des moteurs pas à pas. Ces derniers permettent de convertir directement un signal électrique numérique en un positionnement angulaire de caractère incrémental, par exemple : Impriment 3d. La machine de découplage. Mini traceur.

I.2.Historique

Les travaux menés par Falcon et Jacquard à la fin du XVIIIe siècle ont montré qu’il était possible

de commander les mouvements d’une machine à partir d’informations transmises

par un carton car ton perforé. Leur métier à tisser de 1805 fut le premier équipement à être doté de

cette technique et, de ce point de vue, il peut être considéré comme l’ancêtre de la c ommande numérique.

Il faut cependant rattacher l’exploitation industrielle de la CN au développement de l’électronique.

Page 3


En 1947, à Traverse City dans l’État du Michigan, John Parsons fabrique pour le compte de l’US Air Force des pales d’hélicoptère par r eproduction. Pour façonner ses gabarits, il utilise une méthode consistant à percer plusieurs centaines de trous faiblement espacés de manière à

approcher le profil théorique. L’emplacement et la profondeur de chaque trou sont calculés Avec précision par un ordinateur IBM à cartes perforées. La finition de la surface est obtenue par des opérations manuelles de polissage. I.3. Principe de fonctionnement d’une machine numérique

Les machines à commande numérique sont devenues des moyens de production incontournables dans l’industrie. Elles permettent des cadences de production importantes et

facilitent l’obtention de surfaces complexes (formes arrondies …). Ce type de machine se compose ainsi de deux parties complémentaires (figure I.1): La partie opérative. La partie commande.

Figure I.1 Décomposition d’une machine numérique. La partie opérative comporte les axes de déplacement et la tête. La partie commande

permet de piloter la partie opérative. Elle est composée d’un calculateur (CNC) et d’éléments électroniques capables de piloter les moteurs.

Des ordres vont être générés vers la commande par le biais d’un code machine ou par action

manuelle de l’opérateur. La commande va traiter ces informations et générer des Page 4


consignes afin d’obtenir les déplacements voulus par le biais des moteurs d’axes. Des contrôles de vitesse et de position seront alors effectués de manière continue par la machine. Il existe 3 principaux types de référentiels à prendre en compte (figure I.2): 

L’origine machine (Om ) qui correspond à la position de référence de la machine où Xm=0, Ym=0 et Zm=0 (s’il y en a).

 

L’origine pièce (Op) qui peut être décalée par rapport à l’origine machine. L’origine Programme (OP) qui est généralement confondu avec Op pour faciliter l’usinage. l’usinage.

Figure I.2: I.2: machine à trois axes

I.4. La commande numérique par calculateur(CNC) :

C’est en 1942 aux États -Unis que la CN a commencé à être exploitée, pour permettre l’usinage de pompes à injection pour moteurs d’avions. Il s’agissait en fait de cames, dont le profil complexe était irréalisable au moyen d’une machine traditionnelle. La commande numérique a pour tâche de générer des mouvements d’axes. Ces instructions qui viennent du programme pièce ou de l’opérateur machine consisteront en une pos ition et une vitesse de déplacement.

Le processeur de la commande numérique va alors générer une consigne afin qu’on puisse commander les moteurs d’axes. d’ axes. Elle aura également pour tâche, lors du déplacement des axes, de vérifier la position de ces derniers et dans certain cas, la vitesse de déplacement.

Page 5


Les commandes numériques actuelles sont capables d’effectuer des mouvements en combinant simultanément les positions sur les axes X, Y et Z. Elles s’appellent commande numérique par calculateur. De plus, elles sont capables de gérer plusieurs axes

simultanément. On parle alors d’interpolation. Cette dernière peut être linéaire ou circulaire selon la consigne générée par le microcontrôleur de la partie commande. Le rôle de ce

processeur est d’interpréter un code machine que l’on appelle un code G, puis de générer les l es signaux de commande des axes et de la broche.

I.4.1. La Conception Assistée par Ordinateur (CAO)

« La CAO permet de concevoir des systèmes dont la complexité dépasse la capacité de l'être humain comme par exemple en micro-électronique». Dans notre cas, on s’intéresse à la conception des formes de deux dimensions. Un progiciel tel que inkscape ou blinder et Solide

Works génère un fichier qui simule la surface, et qui est compréhensible par d’autre progiciel de fabrication assisté par ordinateur.

I.4.2. La Fabrication Assisté par Ordinateur (FAO) La conception de la surface à obtenir est donc réalisée à l'aide d'un progiciel de conception assistée par ordinateur (CAO): on nomme le fichier ainsi obtenu "DFN" pour Définition de Formes Numérisées. Cette modélisation est ensuite « exportée » dans un fichier intermédiaire en utilisant un standard d'échange comme IGES, STEP, DXF ou autre. Certains outils de FAO sont capables de relire directement les fichiers des grands fournisseurs de CAO. Dans d'autres cas, la CAO et la FAO sont complètement intégrées et ne nécessitent pas de transfert. Pour ces progiciels, on parle de CFAO. CFAO .

Page 6


I.4.3. Le post-processeur

C’est un petit programme utilitaire qui transforme des trajectoires en format neutre en trajectoires en repère MOCN (machine-outil à commande numérique). Ce traducteur tien compte de la cinématique de la machine, de ses courses et de ses capacités. Il signale les erreurs et exprime les trajectoires dans le langage spécifique à la machine. Chaque machine possède donc son propre post-processeur (figure I.3)

Figure I.3 : Cycle d’une pièce fabriquée par une commande numérique (CFAO) (CFAO)

I.5.Conclusion:

Ce premier chapitre s’appuie essentiellement sur quelques notions de la machine numérique et son commande, elles sont nécessaires pour tenir compte des contraintes que toute réalisation se rapporte à ces études qui devraient être respectées.

Page 7


Page 8


CHAPITRE II:

Etude Fonctionnelle

Page 9

Projet de F de Fin in d'E d'Etude I Etude Fonctionnelle: 1. Analyse Fonctionnelle du besoin: Il s’agit de concevoir conce voir et réaliser un pont élévateur à 4 colonnes indépendantes permettant de lever des véhicules. L’objectif est de montrer que notre système provient d’un besoin industriel à satisfaire. Dans ce cas, la phase ph ase analyse comporte les étapes suivantes (figure 1.1) . Conception

Saisir le besoin

Idée Perception d’un marché

Besoin non validé Enoncer le besoin

Valider le besoin

Besoin Validé

Figure II.1: II.1: Organigramme d’analyse du besoin 1.1. Saisie du besoin: Cette étape sert à justifier la présence du produit un pont élévateur à 4 colonnes indépendantes, sur le marché et à définir les critères de compétitive. Pour assurer cette tâche, on utilise le diagramme cause-effet qui permet de visualiser les éventuelles causes fig.2) d’échec d’un tel produit et surtout les ordonner en famille et les hiérarch iser ( fig.2

D’après le diagramme établi, les causes d’é chec d'un pont élévateur à 4 colonnes indépendantes, peuvent être classées classées en quatre familles distinctes et définies par : 

Milieu industrielle,



Matériaux utilisés,



Conception du produit,



Modélisation de produit

Concernant les quatre causes à savoir le milieu industriel notre intervention est très efficaces , elle se présent sous formes des recommandations formulaires par le technicien Page 10

Projet de F de Fin in d'E d'Etude de machine et l'utilisateur l'utilisateur de plaque electronique electronique sous sous formes de

recommandation

fontionnelle donc il faut agir sur les materiaux, conception et la modelisation de produit pour mieux utiliser et offrir plus d'efficacite et d congurence sur le marché industriel.

Page 11


Milieu

Matériaux utilisés

Deplacement des axes non respectées

Rigidité

durte Caractéristique mécanique

Type de Matériaux

Résistance élastique faible

Matériaux corrosifs

Ne résiste pas à la propagation

vibration

Oxydation de certaines pièces

Taille de la machine

Machine CNC N’est pas rapide

Ne résiste pas aux sollicitations exercées

Calcul de résistance de matériaux

Système DAO n’est pas fiable

Géométrie

Mauvaises surfaces

Réglage de jeu Défaut de forme

Angles vifs Cinématique

Assemblage

Degrés de libertés limités

Vissage, serrage

Modélisation machine cnc

Conception de machine

Figure II.2:Diagramme II.2:Diagramme cause effet

Page 12


1.2 Énoncé du besoin: Il s’agit d’exprimer avec rigueur le but et les limites limites de machine CNC en utilisant l’outil « bête à corne », en se posant les questions suivantes : 

A qui (à quoi) le produit rend-il service ?



Sur qui (sur quoi) agit-il ?



Dans quel but?



Sur quoi (qui) agit-il ?

A qui rend-il service ?



Technicien

Plaque electronique Machine cnc


1.2 Énoncé du besoin: Il s’agit d’exprimer avec rigueur le but et les limites limites de machine CNC en utilisant l’outil « bête à corne », en se posant les questions suivantes : 

A qui (à quoi) le produit rend-il service ?



Sur qui (sur quoi) agit-il ?



Dans quel but?



Sur quoi (qui) agit-il ?

A qui rend-il service ?



Technicien

Plaque electronique Machine cnc

Dans quel but ?

Permettre d'usiner les plaques electronique avec rapidite et plus de precision

Figure 1.2: Diagramme

bête à corne de de la Machine CNC

1.3. Validation du besoin: Une fois le besoin est défini, nous avons procédé à vérifier sa stabilité dans le temps. Pour cela, il est nécessaire de répondre aux questions suivantes : → Pourquoi ce système machine cnc existe-t-il ? 

Pour remplacer la production manuelle des plaques electronique.

→ Pourquoi ce besoin existe-t-il existe -t-il ? Dans quel but ?

Page 13




Pour offrir à l'opérateur lors de conception conception des plaques électroniques la rapidité et moindre cout de la production

→ Pour quelle raison ? raison ? 

Pour produire des plaques electroniques plus perfermant et moins couteux en production.

→ Qu’est ce qui pourrait faire évoluer ou disparaître ce besoin ? besoin ? 

Mise sur le marché de modèles de machine cnc des plaques electoniques plus performants.



Une nouvelle technologie qui disparaitre les plaques electroniques



L'utilisateur desplaques electroniques n’est pas besoin beso in de ce produit (nouvelle technologie)

1.4Conclusion Ce besoin peut évoluer pour avoir une machine cnc des plaques electroniques d’une meilleure congruence et une meilleure performance, en attendant que l'opérateur du machine soit dotée de techniques d'utilisation faciles et mieux adaptées.

2.Étude de faisabilité: Cette activité suit la démarche d’analyse descendante et correspond à la formulation des fonctions de service. Elle est définie par le niveau A-2 présentée par le diagramme de la figure1.2.

Besoin validé

Identification des fonctions de service

Rédaction du Cahier des charges Fonctionnel A-24

A-21 Caractérisation des fonctions de service

A-22

Hiérarchisation des fonctions de service A-23

Figure1.3 : Activité associée à l’étude de faisabilité

Page 14

CdCF


2.1.Identification des fonctions de service : Un produit est crée pour répondre à un besoin exprimé par l'operateur. Il est soumis aux conditions imposées par son environnement. Les quatre milieux caractéristiques du système à concevoir : la machine cnc des plaques electroniques sont regroupés, schématiquement, dans le dessin suivant. ( fig5)

Milieu humain

Milieu technique Machine cnc d'imprimer les plaques electroniques

Milieu physique

Milieu économique

Fig5 : Environnement du produit P.T.T.D

2.2.Définition des milieux : 

Milieu humain : patient, personne amputé



Milieu physique : Il impose les caractéristiques suivantes :



-

Stabilité

-

Résistance (au choc)

-

fonctionnel

Milieu économique : Il détermine les facteurs suivants : - coûts de fabrication, de contrôle, et de concurrence,



Milieu technique : Il dispose : - Le procédé de fabrication et de conception et de modélisation de la machine cnc. - L´effort humain de la technologie et le confort influx sur le choix des des solutions. Les éléments des milieux associés a la machine cnc, sont en interaction les uns aux autres. Les résultats

peuvent être les fonctions de service (FS) qui répondent aux besoins de l’utilisateur. Ces interactions seront représentées sous forme de diagramme de « Pieuvre ».

Page 15


2.2.1Etablissement du diagramme « Pieuvre » :

Les fonctions de services associées à la machine CNC sont réparties en :

Energie électrique

ordinateur

Matériaux

securité FC3 FC1 opérateur

FC2

FP2 Coût

FC4

FP1

Machine cnc d'imprimer les plaques elec electr tron onii ues ues

Plaque electronique

FC5 Taille

FC6 FC8 Environnement FC7 Esthétique

Duré de vie

Fig6:Diagramme du pieuvre

Page 16


2.2.2Définition des fonctions principales:FP

FP1 : Percer ou fraiser automatiquement des plaques de circuit imprimé . FP2 : faciliter la communication entre l'opérateur et l'ordinateur.

2.2.3Définition des fonctions contraintes : FC

FC1 : Etre adopté au réseau électrique. FC2 : Etre non corrosif, plus une bonne résistance aux efforts d'usinage. FC3 : Respecter les normes de sécurité et de résistance. FC4 : Avoir un prix concurrentiel. FC5 : permettre d'imprimer les plaques de différents tailles . FC6 : Éliminer l’utilisation l’utilisation de produits chimiques. FC7 : Avoir une longue durée de vie. FC8 : Être esthétique.

3.Caractérisation des fonctions de service: Dans cette étape nous allons définir pour chaque fonction de service des critères d’appréciation qui permettent d’apprécier la manière dont elle est remplie. Ces critères sont formulés de façon à faire apparaître le niveau d’exigence souhaiter par l’utilisateur, l’utilis ateur, chaque niveau doit être effectuer d’une indication de flexibilité. (tableau1, tableau 2) 

F.S identifié

Démarche à suive :

Annoncer les critères Tableau 1.1:Définition des fonctions d’appréciation Définir le niveau de chaque FS de chaque critère Assortir chaque niveau d’une flexibilité

F.S caractériser

Fig7: Diagramme des activités associées à la caractérisation des fonctions principales

Page 17


3.1.Caractérisation des fonctions principales de machine CNC :

FP1 : Percer ou fraiser automatiquement des plaques de circuit imprimé. → Pourquoi cette fonction de service e xiste-t-elle xiste-t-elle ? ? → Dans quel but ? 

Imprimer le circuit électronique.


Réaliser les circuits électroniques compliqués avec toute performance.

→ Qu’est ce qui pourrait faire évoluer ce besoin ? besoin ? 

Si des études statistiques montrent que le besoin du marché augment.

FP2 : faciliter la communication entre l'opérateur et l'ordinateur. → Pourquoi cette fonction de service existe-t-elle ? ? → Dans quel but ? 

Améliorer l'utilité du machine CNC

→ Pour quelle raison? 

Gagner le temps de production.


connecter les commandes numériques à des ordinateurs

3.2. Caractérisation des fonctions contraintes de machine CNC :

FC1 : Etre adopté au réseau électrique. → Pourquoi cette fonction de service e xiste-t-elle xiste-t-elle ? ? → Dans quel but ? 

S’adapter au réseau STEG


Alimenter la machine.


Choisir alimentaion utilisable : besoin valider.

FC2 :Etre non corrosif, plus une bonne résistance aux efforts d'usinage → Pourquoi cette fonction de service e xiste-t-elle xiste-t-elle ? ? → Dans quel but ? 

Favoriser un bon fonctionnement.


Garantir une usinage rapide.

→ Qu’est ce qui pourrait fair e évoluer ce besoin ? 

Bon choix des matériaux, cinématique et confort garantis : besoin valider.

FC3: Respecter les normes de sécurité et de résistance.

Page 18


-t-elles ? → Pourquoi ces fonctions de service existent -t-elles ? → Dans quel but ? 

Avoir sécurise l'opérateur.

→ Pour quelle raison ? 

Avoir une machine CNC type dynamique de cinématique respecter les normes de sécurité .


Production securise : besoin besoin valider.

FC4: Avoir un prix concurrentiel. → Pourquoi ces fonctions ces fonctions de service existent-t-elles ? ? → Dans quel but ? 

Avoir une machine moins couteux.


Avoir une machine fabriquer localement en Tunisie et à prix bas


Matériaux de confort et stabilité à bon prix : besoin valider.

FC5 : permettre d'imprimer les plaques de différents tailles. → Pourquoi cette fonction de service e xiste-t-elle xiste-t-elle ? → Dans quel but ? ? 

Garantir des meilleures conditions d’utilisation.


Dimensions et tailles bien choisies : besoin validé.


Dimension et taille bien choisies: besoin validé.

FC6 : Éliminer l’utilisation de produits chimiques. chimiques. → Pourquoi cette fonction de service e xiste-t-elle xiste-t-elle ? → Dans quel but ? 

Protection l'opérateur.


La produits chimique Causer l'incinération de la peau humaine.


Change la méthode d'usinage.

FC7: Avoir une longue durée de vie: → Pourquoi cette fonction cette fonction de service existe-t-elle ? → Dans quel but ? ? 

Garantir une longue durée de vie.


Augmenter la durée de vie de machine CNC.

→ Qu’est ce qui pourrait faire évoluer ce besoin ? besoin ?

Page 19




Utilisation correcte et conforme de machine CNC qui doit être à la souhait de l'opérateur : besoin valider

FC8 : Être esthétique. → Pourquoi cette fonction de service e xiste-t-elle xiste-t-elle ? → Dans quel but ? ? 

Très belle vue.


Pour Apporter merveilles du l'opérateur.

→ Qu’est ce qui pourrait faire faire évoluer ce besoin ? 

Couleur et forme bien choisies : besoin validé.

4. Hiérarchisation des fonctions de service: Après avoir formulé formulé les fonctions fonctions de service, service, nous procédons à les hiérarchiser. hiérarchiser. Cette étape permet d’exprimer un jugement de valeur sur l’importance relative aux fonctions accordées. L’outil « Tri « Tri – –croisé croisé » permet de comparer les fonctions en attribuant à chaque fois une note de supériorité de 0 à 3. (Tableau 1.2). 0 = Pas supériorité. 1 = Légèrement supérieur. 2 = moyennement supérieur. 3 = Nettement supérieur

F.S caractériser

Comparer les fonctions de services Pondérer les F.S Etablir l’histogramme

F.S hiérarchiser

Fig8 : Diagramme des activités associées à

Page 20


4.1. Comparaison et pondération des fonctions de services FP2 FP1

FC1

FP1

FP1

1

3

FP2

FC2

FC3

FC4

FC5

FC6

FC7

FC2

FC3

FC4

FP1

FC6

FP1

FP1

1

1

2

1

2

2

FP2

FC8

2

FC8

FP2

FP2

FP2

FC4

FP2

FC6

1

2

3

1

2

2

FC2

FC3

FC4

FC5

FC6

FC7

FC1

1

1

2

1

2

2

3

FC3

FC4

FC5

FC6

FC7

FC2

2

1

2

1

1

1

FC3

FC3

FC3

FC3

FC3

2

3

1

2

1

FC4

FC4

FC7

FC4

2

1

2

FC6

FC7

1

2

FC1

FC2

FC3

FC4

FC5

FC6

2

Points

%

14

17.72

12

15.20

3

3.80

7

8.86

12

15.20

10

12.65

6

7.60

6

7.60

10

12.65

4

5.05

79

100

3

2 FC5 3

FC7

FC8

1

2

FC7

FC7 2

FC8

Total

Tableau 3 : Tri croisé associé aux fonctions de services

5. Rédaction du cahier des charges fonctionnelle: Ayant hiérarchisé les les fonctions de services, services, nous pouvons ainsi rédiger le cahier des charges fonctionnelles (CdCF) en favorisant les fonctions de service présentant le pondéré le plus élevé. Ainsi le cahier des d es charges peut s’énoncer comme suit : suit :

Dans le cadre de l’amélioration l’amél ioration du domaine de la fabrication additive on a proposé ce projet de fin d’année qui s’intitule s’intitule dans l’étude, conception et conception et fabrication d'une machine CNC. Travail demandé: 

Etude du mécanisme de machine CNC.



Dimensionnement de machine CNC.



Dessin avec SOLIDWORKS SOLIDWORKS l’ensemble complet.

Page 21




Etude électronique.



Définition des étapes de fabrication.



Assemblage et configuration.

5.1.Phase de conception de CNC: Le but principal de l’étude porte sur la conception d’une machine CNC, en tenant compte des solutions antérieures utilisées par les concepteurs et les créateurs de ce type de produit . Il est nécessaire, par voix de conséquence, de rechercher des solutions qui doivent satisfaire le maximum des fonctions de service pour obtenir un choix optimum. Ceci est rendu possible grâce aux outils appropriés d’aide à la création. L’analyse systématique de la phase conceptions peut être représentée schématiquement comme suit ( fig. 10)

CdCF Solutions antérieures

Rechercher les idées et les solutions Etudier les solutions Evaluer les solutions

Avant projet de

Fig10 : Diagramme des activités associées à la phase conception.

5.2R echerc ech erc he des i dées et des s olutions olutio ns Les étapes de conception sont basées sur un besoin exprimé sous forme de fonctions de service à travers le cahier de charge fonctionnel. En tenant compte des solutions établies précédemment, il est nécessaire de procéder à une recherche progressive et descendante des fonctions technologique selon chacune des fonctions de service. Le « FAST »sera un meilleur outil qui pour aider à réaliser cet enchaînement. L’élaboration et le classement des f onctions onctions s’effectuent d’une manière pragmatique en répondant aux questions suivantes : → Pourquoi cette fonction existe-t-elle existe -t-elle ? → Comment cette fonction existe-t-elle existe -t-elle ? → Quand cette fonction existe-t-elle existe -t-elle ?

Page 22


Quand ?

Pourquoi ?

FONCTION

Comment ?

Fig10 : Méthode FAST

Quand ?

Dans ce qui suit, nous présentons le diagramme FAST, correspondant aux fonctions de service de la machine CNC. CNC. Il est à noter qu’il existe un nombre élevé de solution. Il est ainsi, commode de se limiter aux solutions technologiques les plus pratiques, moins coûteuses et plus faciles à mettre en œuvre.

Page 23


Diagramme fast

Page 24


5.3E tude des des s olutio olutions ns pour la machi machine ne CNC C NC : 5.3.1Définition des solutions

Parmi les solutions existantes sur les marchés, on distingue 3 types de machine CNC, qui peuvent être définies comme suit : Solution S1

Description Première generation

S2

Machine delta

Figure

Machine cartésienne S3

Page 25


5.3.2Sélection des solutions

Pour sélectionner l’une des solutions, il est nécessaire d’apporter un modèle d’aide à la décisi on par le déroulement suivant : 

Choix des critères

A partir du CdCF et l’énoncé des fonctions de service, on fixe les critères. Les plus importants critères sélectionnés pour la conception de machine CNC, peuvent être définis comme suit : 

C1: coût minimal.



C2 : respect des normes de sécurité.



C3 : Performance



C4 : Fiabilité



C5 : Disponibilité



C6 : Esthétique.



Valorisation par critères

Pour l’ensemble des solutions et vis-à-vis vis -à-vis de chaque critère, on attribue une note variant de 1 à 3.

Note

Intérêt de la solution

1

douteuse

2

moyenne

3

bien adapté

Cette opération s’effectue souvent en deux étapes, pour cela on construit les tableaux à double entré suivants : S1

S2

C1

2

3

C2

2

2

C3

1

3

C4

2

2

C5

1

3

C6

3

2

Page 26




Valorisation globale

Les fonctions de service n’ont pas toutes la même importance aux yeux des utilisateurs, pour cette raison, on associe à chacun des critères une pondération.

La formule générale s’écrit : s’écrit :

j  P

K

Importance de la fonction de service

1

Utile

2

Nécessaire

NSi : note pour la solution Si.

3

Importante

J : nombre de critères.

4

Très importante

Kj : coefficient de pondération.

5

Vitale

Nj : note par critère.

N Si =

 N j

K j

j 1



Analyse des résultats

Les calculs que nous venons d’effectuer, permettent de conclure que la solution présentant le total pondéré le plus élevé est globalement la plus intéressante, donc la solution à retenir pour lancer une production en série d’une machine CNC. CNC . solution S1

S2

Critère

K

Note

Total

Note

Total

C1

5

5

25

5

25

C2

4

1

4

3

12

C3

5

1

5

5

25

C4

4

4

16

3

12

C5

5

2

10

5

25

C6

4

1

4

3

12

Total

64

111

10.66

18.5

1

3

Pondération % de Pondération Note minimale

Page 27


La solution S2 est S2 est globalement la plus intéressante avec un écart de supériorité par rapport aux autres solutions égales à 18.5% 18.5%

6. Conclusion Après une recherche des solutions techniques qui devant satisfaire en principe les besoins de l’utilisateur de la machine, et en utilisant des outils d’aide à la décision pour choisir la solution le mieux adapte, qui offre plus de performance et qui respecte mieux les normes de sécurités; l’analyse rigoureuse et systématique (ISO.150.50) nous conduit à choisir la l a solution S2. Pour la conception d’une machine CNC on CNC on doit avoir une approche à la fois statique, qui vise à contrôler le niveau de stabilité et une approche technique, spécifiant la qualité souhaitée par l’utilisateur. D’où la nécessité l’étude d’une théorie de mécanisme qui sera traité dans le chapitre suivant à fin de justifier la non hyperstatique, hyperstatique , d’un point de vue mécanique, la solution S2 retenue.

Page 28


CHAPITRE III:

Etude Mécanique

Page 29


La partie mécanique de la machine Dans cette partie du rapport concerne la partie mécanique de la machine et détaille le cadre de l’étude, les problématiques du sujet et leurs solutions, ainsi que toutes les étapes essentielles de fabrication des éléments de la machine et les causes du choix du design définitif.

1. La machine à trois axes pour les circuits imprimés : 1.1.

Définition:

C’est une machine qui se déplace sur trois axes, fait toutes les translations possibles dans l’espace, avec une forme adaptée pour usiner les plaques électroniques.

1.2. Réalisation des circuits imprimés : Les plaques électroniques imprimés contiennent une couche fine du métal conducteur utilisé dans l’électronique (le cuivre par exemple), l’outil de la machine usine la partie à débarrasser, perce les places des composantes électroniques (résistance par exemple) et coupe le design désirable. Et upe le design désirable. désirable.

2. Conception de la machine : La machine à trois axes translate dans l’espace (T ( Tx, Ty, Tz) selon les coordonnées cartésiennes ( x, y, z) Figure1.2.

La translation dans chaque axe est occupée par un moteur pas à pas et le

système vis/écrou.

Page 30


3. Design de la machine : Selon la conception choisie précédemment (§2 (§2), ), nous avons proposé deux designs différents di fférents Figure1.3.

Figure1.3(a). Le 1 Le 1er désigne

Désigne 1 ⨳Une surface de travaille 215×305mm² ⨳Deux moteurs pour l’axe y ⨳Deux tiges filetées pour l’axe y ⨳Deux blocs de guidage pour les tiges filetées de l’axe y ⨳8 alésages pour fixer les vis et tiges de l’axe y

Figure1.3(b). Le 2 Le 2nd désigne

Désigne 2 ⨳Une surface de travaille 235×305mm² ⨳Un moteur pour chaque axe ⨳Une tige filetée pour chaque axe ⨳Il y’a des blocs qui support le roulement linéaire de l’axe y ⨳6 alésages pour fixer la vis et les tiges de l’axe y

Tableau1.1. Comparaison entre les deux désignes

Le premier design a besoin de beaucoup plus de pièces que le second : 1 moteur pas à pas, 1 pas, 1 tige filetée, 2 filetée, 2 blocs de guidages, 2 guidages, 2 alésages ce qui coûte 540 coûte 540 DT. Tableau 1.2. Libellé Stepper Motors Tige fileté + ecrou Bloc de guidage Roulement lineaire Totale

Prix (DT) 60 60 100 50 540

Prix×Qte

Qte 1 1 2 2

120 120 200 100

Tableau1.2. Prix de la différence entre les deux designs

Page 31


Nous avons choisi le design 2 car il est plus pratique et a une grande surface de travail effectif.

4. Dimensions de la machine : Pour choisir les dimensions d’une machine qui fabrique les cartes électroniques, il suffit de choisir un course horizontale ( x, y) de surface de travail effectif presque égale au format A4, A4, avec un déplacement vertical assez petit (millimétrique) pour désigner et percer les positions des composantes électroniques. Ce déplacement peut être assez petit car l’épaisseur des cartes électronique les plus utilisées est inférieure à 2mm. Dans la fabrication de la série, ce format ne peut pas répondre. Pour cela, nous avons choisi une course des axes de mouvement horizontale ( x, y) assez importante et une course verticale suffisante. Tableau1.3. Tableau1.3.

X

Y

Z

Travail effectif des trois axes de la machine [mm]

210

350

100

Dimension du format A4 [mm]

210

297

Tableau1.3. La longueur de travail effectif des trois axes de la machine avec le format A4.

5. Conception de la machine avec logiciel SOLIDWORKS: La conception du support a été réalisée par une conception CAO sous le logiciel Solidworks version 2017. Dans cette paragraphe on va traiter la méthode de la conception en 3D du machine cnc en donnant tous les détails ainsi que les différentes étapes de conception Notre machine cnc est concepter selon des pieces pi eces standard et des pieces a usiner

5.1 conception des piece a usiner: Dans cette partie nous somme interesser par les differents pieces qu'on a usiner et il sont suivie par des mises en plan(annexe 1:conception de machine)

Page 32


a- les 2 support du corps:

Figure 1 : conception de support du corps

b- les 2 supports latéraux : 

ce sont les pièces qui va apporter tous les pièces de deux axes x et z

Figure 2 : conception de support latéral

Page 33


c- Table de fixation de piece : 

C'est la base pour l'étau qui fixe la pièce a usiner

Figure 3 : conception de Table de fixation

D- Plaque axe X: 

Cette pièce va porter le support z et qui fait la translation sur l'axe x

Figure 4 : conception de Plaque axe X

Page 34


e-Plaque axe Z: 

c'est la pièce qui va porter le support de l'outil(mini perceuse)

Figure 5 : conception de Plaque axe Z

f- Tôle inférieure et tôle supérieur : 

Supporter les axes de guidage en translation et le mécanisme de transmission (système (système vis-écrou) et le tôle supérieur pour supporter le moteur.

Figure 6 : conception de Tôle inferieur et tôle supérieur

Page 35


h- support moteur : 

Il assure la fixation du moteur

Figure 7 : conception de support Moteur

i-support écrou: 

Fixer les écrous de guidage

Figure 8 : conception de support Ecrou

Page 36


5.2 les pièces standards: Nom du Pièce

Qts

Rôle

Support axes

12

Supporter les axes de

de guidage Accouplement

Figure

guidage 3

Accoupler l'arbre moteur avec les tiges filetées

Palier +

6

roulement

Ecrou

Assurer le guidage en rotation de tiges filetées

3

Transformer le mouvement de rotation en mouvement de translation

Roulement

12

linéaire

Tige fileté

Assurer le guidage en translation

3

Assurer le transmission de translation le l'écrou

Axes de guidage

6

Assurer le mouvement de translation sur les 3 axes

Tableau 1 : conception de pièces standards

Page 37


5.3 Assemblage de la machine CNC : Après avoir concepté nos pièces on passe au partie d'assemblage pour assurer le bien fonctionnement de la machine et d'éviter l'erreur de la fabrication et avoir la résistance des matériaux

Figure 9 : conception de support du corps

5.3-calcule de résistance des matériaux manuelle: 

Entraînement du chariot par un système vis écrou :

La poussée délivrée par un système vis écrou est donné par la relation Poussée ( N ) = Mt m / ( rm . tg ( a + f ) ) avec rm = rayon moyen de la vis ( mm ) =8 mm tg a = p / ( 2 . p . r m )=0.03978874 p = pas de vis (mm)=2mm tg f = 0.10 = f = coefficient de frottement Mtm = moment moteur (mmN)=2.3*1000=230N.mm Possee(N)=230/(8 *( tg f + tg a)/(1- tg f * tg a))=198.76N De cette capacité de poussée, il faut enlever –30% dû au rendement rendement de l’électronique l’électronique soit 59.63 N.

Page 38


Un des inconvénients majeur de ce système est la lenteur d’avancement en cas d’utilisation d’un moteur d’un moteur pas à pas de petite puissance, à 60 t/mn, une vis M16 au pas de 2 déplacera l’écrou à une vitesse de 75 mm / min. L’utilisation de vis trapézoïdale permet d’augmenter le pas. 

Tenue au flambage de la vis :

La longueur L de la vis est de 0.6m, son diamètre est de 16mm soit un diamètre de noyau d de 13,835 mm Son moment quadratique I = 0,05 d 4 = 1831.83629 mm4 et S sa surface = 150.33 mm 2 Son rayon de giration est e I /S = 3.5, 3 .5, le rapport L /e I / S = 600 / 3.5 =171.42 Ce rapport étant supérieur à 110 on peut appliquer la relation d’Euler : Fc = p² . E . I / L² = p² * 20.000 *1831.83 / 600² = 100.44 daN Il n’y a pas de risque de flambage 

Calcul de la vitesse de rotation critique de la vis :

La vitesse critique de rotation est donnée par la formule : N c = 300 e( 1 / f ) Où f est la flèche de la vis Il est nécessaire de reprendre la vis à ses extrémités pour qu’elle travaille en traction et qu’il y ait une absence de risque de flambage Calcul de la flexion d’un arbre

Figure 10 : Calcul de la flexion d’un arbre



calcul de la flèche :

Le cas le plus défavorable est quand la charge est située au milieu de d e l’arbre. Deux cas sont considérés : - l’arbre est en appui à ses deux extrémités et f = PL 3 / ( 48 E I )

Page 39


est encastré à ses deux extrémités et f = PL 3 / ( 192 EI ) - l’arbre est encastré L’encastrement L’encastrement parfait n’existe pas, pour avoir une bonne approche de la déformation on prend : f = PL 3 / ( 96 EI )

où - P = effort de flexion en daN ou kilos - L = longueur en mm - E = module d’élasticité = 20.000 daN/mm² - I = moment quadratique en mm 4 = p * D 4 / 64 où D est le diamètre de l’arbre

Par exemple pour un arbre d’une longueur de 0.600 mètre, d’un diamètre de 20 mm et supportant en son milieu un effort de 1 daN on a : f = 6* 600 3 / 96 *20000 *981 = 0,68 mm I= pi*d4/64



calcul de l’angle de déformation i :

- l’arbre est en appui à ses deux extrémités et tg i = P * L² / ( 16 * E * I )

- l’arbre est encastré à ses deux extrémités extrémités et tg i = P * L² / ( 64 * I )* E

5.4-Simulation via logicielle SOLIDWORKS: Pour vérifier notre calcul de la résistance de la machine on souhait de faire une simulation via le logiciel SOLIDWORKS (annexe2: simulation)

6. Fabrication de la machine : La partie fabrication consiste à respecter les mises en plan de chaque pièce et d'accepter les dimensions existant. On commence tous d'abord par couper les pièces à usiner (paragraphe 5.1) et de réaliser tous les perçages. Ensuite on a passé à l'assemblage des roulements linéaires à ces positions.

Page 40




Dans la figure si dessous on fait l'assemblage de l'axe x qui contient les deux supports latéral, support écrou et le système de transmission de mouvement (système vis -écrou)

Figure 11 : Assemblage d'axe X



Dans la figure si dessous on fait l'assemblage de l'axe Z sur l'axe X

Figure 12 : assemblage d'axe Z

Page 41




Dans cette figure on assure la fixation de l'axe Y

Figure 13 : assemblage d'axe Y



Dans cette figure on couper les formes des supports moteur, on fait les perçages de fixation de moteur et les perçages de fixation sur les plaque support enfin on utilise la méthode de pliage pour atteindre le forme conçue a l'aide du machine plieuse

Figure 14 : réalisation du support moteur

Page 42




Réalisation de boite électrique

Figure 15 : réalisation de la boite électrique



Fixation de moteur sur la machine

Figure 16 : fixation du moteur et la boite électrique

Page 43


2. Détection des erreurs : Dans cette partie nous avons contrôlé la qualité des mouvements et l’assemblage pour détecter les problèmes et les régler sur le champ.

6.1. Amélioration de la machine : Nous avons fait la détection des erreurs à l’aide de deux méthodes d’essais qui sont : l’essai e de parallélisme et l’essai e de frottement. frottement.

6.2. L’essaie de parallélisme : L’essai de parallélisme détecte les tiges qui ne sont pas parallèles. On cherche à améliorer leur parallélisme en modifiant leur emplacement (fabriquer (fabriquer des rainures à la place des trous). trous).

6.3. L’essaie de frottement: L’essai de frottement ce fait on libérant le libérant le chariot de la tige filetée on dévissant l’écrou l’écrou . S’il n’y a pas de frottement le chariot glisse avec une grande vitesse. Si non, il faut modifier l’emplacement des tiges on utilisant la même technique de parallélisme.

Page 44


Chapitre IV : Etude Electrique

Page 45


1. introduction Apres avoir décrit la partie mécanique, nous allons maintenant entamer la partie électronique qui va commander

tout le système. Commençons tout d’abord par une description théorique des différents composants qu’on a utilisés pour pouvoir réaliser notre commande.

2. moteur pas à pas : a)

Introduction :

Les moteurs pas à pas sont très utilises dans toutes les applications mécaniques ou l’on doit contrôler simplement la position ou la vitesse d’un système. Ces moteurs sont par exemple utilises dans les imprimantes jet d’encre ou laser, pour positionner les têtes d’impression ou pour l’avancée du papier. La commande des moteurs pas à pas est relativement simple car on n’a pas besoin d’accessoires tels que des codeurs pour connaitre la position, chaque impulsion du système de co mmande

les fait avancer d’un pas. Il

existe différents types de moteurs pas à pas (aimants permanents, à reluctance variable ou hybrides), pour notre application on a travaillé travaillé avec moteur à aimant aimant permanent bipolaire. b) moteur a aimant permanent bipolaire :

i)

Définition :

Dans la famille des moteurs pas à pas à aimants permanents, on distingue les moteurs pas à pas bipolaires qui contiennent deux enroulements (bobines). Chaque enroulement est commande en courant positivement ou négativement. Le rotor aimant possède plusieurs pôles Nord -Sud. Ces moteurs possèdent 4 fils (2 par bobine).

La photo de la structure interne du moteur pas à pas Nema 17 montre deux enroulements repartis en croix ainsi qu'un rotor constitue de nombreux pôles.

Figure . Representation schematique simplifier d’un moteur pas a pas Bipolaire

Page 46


ii)

Fonctionnement du pas complet :

Dans le mode pas complet (monophasé), le couple n'est pas important puisqu'un seul enroulement est alimente pour effectuer un pas.

La premiere consiste a alimenter les enroulements en suivant la sequence

A vers B/C vers D/B vers A/D vers C (BA est les memes enroulements que AB mais alimente par un courant de polarite inverse). Par la suite nous simplifierons la notation pour une meilleure correspondance avec les chronogrammes des phases en indiquant uniquement la phase qui est alimentee par un courant"positif" Soit A B C D. Cette sequence est connue sous le l e nom de " one phase on full step" (traduisez (t raduisez phase par phase ou une phase a la fois en pas entier). A tout momen t il n’y a qu’une seule phase d’alimentee et nous travaillons en mode pas entier.

Figure : Fonctionnement a pas complet iii) Fonctionnement avec couple maximal : C'est dans le mode couple maximal ( biphase) que le moteur developpera la plus grande puissance (couple eleve) car les deux phases seront alimentees en meme temps de fason a ce que le rotor se positionne entre deux poles. La sequence sera donc AC/CB/BD/DA.

Page 47


Figure : Fonctionnement avec couple maximal iv) Fonctionnement a demi-pas : Le fonctionnement à demi- pas est un mélange des deux deux premières puisque l’on alimente alimente tour à tour le moteur sur une phase puis deux puis une ... cette séquence connue sous le nom de mode demi- pas procure affectivement une

division par 2 de l’angle d’avance d’un pas, mais

aussi un couple moins régulier. La séquence qui en découle est la suivante : A/AC/C/CB/B/BD/D/DA.

Figure : Fonctionnement a demi-pas Pour obtenir une rotation dans la direction opposee les memes sequences sont utilisees en Inversant l'ordre de defilement. Comme nous pouvons le constater s ur les diagrammes, les moteurs sont representes avec une avance de pas a 90°. Dans les moteurs reels les nombres de poles ont ete multiplies pour reduire a quelques degres seulement l'angle d'avance d'un pas. Le nombre d'enroulements et la sequence de commande restant, quant a eux, inchanges.

Page 48


3. La carte de commande arduino : a) Mise en auvre de la carte Arduino Uno :

La carte Arduino est une carte electronique basee autour d’un microcontroleur et de composants minimum pour realiser des fonctions plus ou moins evoluees a bas cout. Elle

possede une interface USB pour la programmer. C’est une plateforme open -source qui est basee sur une simple carte a microcontroleur (de la famille AVR), et un logiciel, veritable environnement de developpement integre, pour ecrire, compiler et transferer le programme vers la carte a microcontroleur. Arduino est peut etre utilise pour developper des applications materielles industrielles legeres ou des objets interactifs, et il peut recevoir en entrees une tres grande variete de capteurs. Les projets Arduino peuvent etre autonomes, ou communiquer communiquer avec des logiciels sur un ordinateur (Flash, Processing ou MaxMSP, Labview). Les cartes elect roniques peuvent etre fabriquees manuellement ou bien etre achetees pre assemblees, le logiciel de developpement open-source est telecharge gratuitement. La programmation de la carte Arduino presente les principales fonctionnalites de l'interface et editer un programme de l’application Arduino. L'application Arduino vous permet de creer et (appele sketch) qui sera compile puis televerse sur la carte cart e Arduino. Ainsi, lorsque vous apportez des changements sur le code, ces changements ne seront effectifs qu'une fois le programme televerse sur la carte.

b) presentation et caracteristiques du module Arduino Uno : La carte Arduino Uno, pretee est une carte ca rte a microcontroleur basee sur un Atmega328p. Cette carte dispose : -I- Broches numeriques d’entrees/sorties, -I- Entrees analogiques, -I- Quatre UART (port serie materiel), -I- Quartz 16Mhz, -I- Connexion USB, -I- Connecteur d’alimentation jack, -I- Connecteur ICSP, -I- Bouton de reinitialisation.

Page 49


Elle contient tout ce qui est necessaire pour le fonctionnement du microcontroleur. Pour

pouvoir l’utiliser et se lancer, lancer, il suffit simplement de la connecter connecter a un ordinateur a l’aide d’un cable USB (ou de l’alimenter avec un adaptateur secteur ou une pile, mais ceci n’est pas indispensable, l’alimentation est fournie par le port USB). La carte Arduino Uno dispose de toute une serie de facilites pour communiquer avec un

ordinateur, une autre carte Arduino, ou avec d’autres microcontroleurs. L’Arduino Uno se dispose de quatre UARTs (Universal Asynchrones Receiver Transmitter ou emetteurrecepteur asynchrone universel en franqais) pour une communication en serie de niveau TTL (5V) et qui est disponible sur les broches 0 (RX) et 1 (TX). Un circuit integre i ntegre Atmega16U2

sur la carte assure la connexion entre cette communication serie de l’un des ports serie de l’Atmega Uno vers le port USB de l’ ordinateur qui apparait comme un port COM virtuel pour les logiciels de l’ordinateur. Le code code utilise pour programmer programmer l’Atmega8U2 utilise le driver standard USB COM, et aucun autre driver externe n’est p as necessaire.

Figure : Module ARDUINO UNO

Page 50


4. steppers motor driver A4988 : a) Definition : Le A4988 est un circuit electronique permettant de controler un moteur pas a pas avec differents modes. Son interface de puissance est assuree par des pentes en H realise par des MosFets N-channel. b) Fonctionnement : le driver l'A4988 permet non seulement de fournir la puissance necessaire a la commande des bobines (hacheur integre) mais egalement de simplifier le pilotage et choisir facilement le mode de pas a pas. Il offre ainsi non seulement la possibilite de travailler en pas complet et demi-pas mais egalement deux autres modes : 1/4 de pas et 1 /8e de pas en autorisant des positions intermediates dans un pas. Cela est rendu possible en modulant intelligemment la quantite de courant dans les bobines du moteur pas -a-pas. Par exemple, piloter un moteur en mode « 1/4 de pas » permet d'obtenir 800 microsteps (micro-pas) sur un moteur prevu pour 200 pas par revolution et cela en imposant 4 niveau de courants differents pour chacun des micro-pas. Le driver est donc equipe d'un asser vissement de courant pour gerer correctement celui-ci dans les bobines. Un potentiometre permet de definir la limite de courant (ou consigne de courant maximale) qui doit etre choisie choisi e en fonction de la charge entrainee par le moteur et de la vitesse souhaitee.

Figure2.3. Circuit de controle d’un moteur a l’aide du A4988

Page 51


La configuration du driver se fait a I'aide des broches MS1, MS2 et MS3.

Le cablage du driver est fourni ci-apres. Outre l'alimentation de la carte en 5V, le raccordement des 4 fils du moteur pas a pas et l'alimentation de puissance, on trouve plusieurs broches a raccorder au microcontroleur : -

ENABLE : entree de validation, active a l'etat logique haut permettant de

commander l'alimentation de la carte (sinon le moteur reste maintenu dans un pas donne par les bobines et consomme du courant) -

DIR : permet de specifier le sens de rotation du moteur

-

STEP : permet de specifier le nombre de pas ou micro-pas a effectuer (le

deplacement effectif du moteur dependra du mode choisi pas entier, demi-pas etc)

-

MS1 a MS3 permettent de choisir le mode de fonctionnement du moteur. Ces

entrees disposent de resistance de tirage a l'etat bas (pull-down) internes, ce qui signifie que si l'on ne place pas le potentiel de ces broches au niveau logique haut = High = VDD (avec VDD la tension choisie pour la logique de commande) alors elles seront automatiquement ramenee ramenee au niveau logique bas = Low. Le tableau suivant permet de comprendre le mode de pas choisi en fonction des broches MS1 et MS2.

Figure. Les différentes commandes commandes pour le mode pas complet

Page 52


Figure. Câblage d’un moteur pas à pas avec le driver et l arduino

5. La carte SHIELD CNC : a) Defintion :

Le shield CNC s’imbrique directement sur l’Arduino Uno. Il y a un emplacement prévu pour 4 contrôleurs moteurs du même type que le driver Motors stepper A4988.

Il suffit donc de clipser le contrôleur moteur et de connecter le moteur grâce aux pins situés à côté

du contrôleur pour simplifier le câblage est d’utiliser un shield CNC . Il est très pratique car il se fixe directement sur l’Arduino.

Page 53


6. Conclusion Ce chapitre est un portail pour notre réalisation et conception matérielle. Ce travail nous a permis de maitriser les options de notre carte arduino Uno avec circuit de commande et ses

caractéristiques afin de les exploiter d’une manière correcte... Une brève description, ainsi qu'une figure montrant l’interconnexion des autres composants qui permettent de mener et apprendre plus traiter de multiples techniques et périphériques entrées numériques et analogiques. Nous avons sélectionné la carte Arduino Uno pour son aspect économique, sa popularité et sa puissance de traitement. trait ement. Ensuite nous avons présente aussi a ussi une étude sur les le s circuits intègres de commande des moteurs pas à pas utilisées dans notre carte électronique.

Ce chapitre relevé ainsi une utilité majeure pour ce qui suit puisqu’il détaille des notions exploitées au sein de la partie réalisation de notre projet

Page 54


Chapitre V : Programmation Et Interface Graphique

Page 55


III.1. Introduction Les machines-outils à commande numérique sont complètement pilotées par ordinateur.

Pour que la machine comprenne les instructions données par l’ordinateur de contrôle, il faut que ces instructions soient transmises dans un langage de programmation spécial, qui est le G-code, ou code-G. Les outils informatiques actuels de la chaine soft CAO permettent de se passer de la connaissance pratique du langage, mais pour ceux qui voudraient éventuellement faire des programmes simples directement avec un éditeur pour les envoyer dans le contrôleur ARDUINO, il est important de connaitre quelques bases de ce langage. Inkscape est un logiciel de dessin vectoriel qui offre une interface graphique de gestion des images vectorielles.

III.2. Langue de contrôleurs numériques « G-code » III.2.1. Description Le G-code est le langage de programmation des machines numériques est basé sur des lignes de code. Chaque ligne (également appelée un bloc) bloc) peut inclure des commandes pour faire produire diverses actions à la machine. Plusieurs lignes de code peuvent être regroupées dans un fichier pour créer un programme G-code. Une ligne de code typique commence par un numéro de ligne optionnel suivi par un ou plusieurs mots. mots. Un mot comme nce

par une lettre suivie d’un nombre (ou quelque chose qui

permet d'évaluer un nombre). Un mot peut, soit donner une commande, soit fournir un argument à une commande. Par exemple, G1 X3 est X3 est une ligne de code valide avec deux mots. G1 est G1 est une commande qui signifie déplaces toi en ligne droite à la vitesse programmée vitesse programmée et X3 et X3

fournit la valeur d’argument (la valeur de X doit être 3 à la fin du mouvement). La plupart des commandes G-code commencent avec une lettre G ou M. Les termes pour ces commandes sont G-codes ou M-codes. ou M-codes.

Page 56

Projet de F de Fin in d'E d'Etude Le langage G-code

n’a pas d’indicateur de début et de fin de programme. L’interpréteur

cependant traite les fichiers. Un programme simple peut être en un seul fichier, mais il peut aussi être partagé sur plusieurs fichiers. Un fichier peut être délimité par le signe pour-cent de

la manière suivante. La première ligne non vide d’un fichier peut contenir un signe % seul, éventuellement encadré d’espaces blancs, ensuite, à la fin du fichier on doit trouver une ligne similaire. Délimiter un fichier avec des % est facultatif si le fichier comporte un M2 un M2 où où un M30 un M30,, mais est requis sinon. Une erreur sera signalée si un fichier a une ligne pour-cent au

début, mais pas à la fin. Le contenu utile d’un fichier délimité par pour -cent s’arrête après la seconde ligne pour-cent. Tout le reste est ignoré. i gnoré. Le langage G-code prévoit les deux commandes ( M2 ou M2 ou M30 M30)) pour finir un programme. Le programme peut

se terminer avant la fin du fichier. Les lignes placées après la fin d’un

programme ne seront pas exécutées. exécutées. L’interpréteur ne ne les lit pas. III.2.2. Format d’une ligne Une ligne de G-code

typique est construite de la façon suivante, dans l’ordre ave c la

restriction à un maximum de 256 caractères sur la même ligne. 1.

Un caractère optionnel d’effacement de bloc, qui est la barre oblique.

2. Un numéro de ligne optionnel.

3. Un nombre quelconque de mots, valeurs de paramètres et commentaires.

4. Un caractère de fin de ligne (retour chariot ou saut de ligne ou les deux).

III.3. L’éditeur du texte ou image compilateur de langage CNC :

L’éditeur de texte est une interface graphique sur l’ordinateur où l’opérateur peut traiter le

Page 57

Projet de F de Fin in d'E d'Etude G-code

à exécuter s’appelé « Inkscape ». Ensuite, ce texte doit être compilé, s’il y a des

erreurs ; l’opérateur est prévu afin de les corriger. Une fois compilé, le code est prêt à envoyer a la carte Arduino Uno ou à simuler sur l’ordinateur III.3.1. Définition Inkscape Inkscape est un puissant logiciel de dessin vectoriel à vocation "artistique", le dessin y est enregistré sous forme d'équations de courbes (chemins) et non par des pixels comme les images bitmap. Ce programme est vaste (mais très bien fait), les fonctions qui nous intéresse dans le cadre de ce tutoriel c'est qu'il permet d'ouvrir un nombre très important de type d'image (PS, DXF, PDF, SVG, PNG, JPG, BMP, XCF,...) et qu'il est capable de transformer des images bitmap en image vectorielle [14].

Figure.III.1 l’interface principale d'Inkscape "G-code tools" est une extension d'Inkscape permettant (entre autre) de générer du G-code à partir des chemins d'une image vectorielle.

Page 58


III.4. Logiciel de pilotage de la machine CNC La solution la plus fonctionnelle que j'ai trouvée est une évolution de Universal Gcode Sender (développé initialement par l'auteur de GRBL), qui est cours de développement par Winder.

Figure III.2: de Universal G-code Sender .

III.4.1. Modes de commande

Il y’a deux mode utilise dans ce programme soit mode manuel ou mode automatique pour commande le machine CNC, Le programme fournit spéciale boutons dans l'interface de base qui contrôle chaque moteur séparément, Ce qui fonctionne ces boutons après choisi le mode manuel.

Figure III.3: l'interface de “G-code Sender ” on mode manuel.

Page 59


Pour l’utilisation graphique : le mode automatique, Charge notre fichier G -code: dans l'onglet "file mode" faites "browse" et sélectionnez fichier G-code précédemment créé. En faisant "visualize" nous pourrons vérifier notre tracé et le chemin emprunté par l'outil: en rouge les zone de travail (Z<0); en bleu les déplacements (Z>0).

Figure III.4: l'interface de “G -code Sender ” choisir le fichier G -code.

Figure III.5: l'interface de “G-code Sender ” on mode automatique.

Faire le zéro (le "home"): dans l'onglet "machine control" déplacez l'outil avec les boutons X, Y et Z. Nous pouvons modifier le pas de déplacement en modifiant le l e "step size". size ". Une fois l'outil positionner là où vous souhaitez établir le zéro (en contact avec notre support) Page 60

Projet de F de Fin in d'E d'Etude cliquez sur "reset zéro". Pour lancer le travail: retournez dans l'onglet file mode et cliquez sur "Send".

Figure III.6: envoyé fichée G code

III.4.2. Mode Configuration Autre que le mode manuel et le mode automatique, il y a le mode configuration. Dans ce mode, nous pouvons configurer les dimensions de la table. Afin de configurer les dimensions,

l’opérateur est appelé à mettre la tête aux coins inverses de l’origine table après le lancement d’une prise d’origine. Cela est nécessaire pour mémoriser les distances maximales des axes X et Y. et la vitesse et nombre de pas par unité de tel moteur. Ainsi, ces paramètres sont enregistrés dans la mémoire EEPROM.

III.4.3. Mode manuel

En mode manuel, l’opérateur peut commander les moteurs directement par les boutons Page 61


(X+,X-,Y+,Y-,Z+,Z-,..) dans la programme de transfert G-code , si En cliquant sur ses boutons nous générons un instruction de code G qui envoyé à la carte de commande pour commander le moteur connecté avec ce bouton.

Figure III.7: III.7: de mode manuel.

Page 62


Mouvement continue : lors de déplacement des moteurs, si l’opérateur appui sur un bouton de déplacement, la tête se déplace

d’une manière continue avec une

vitesse réglable.

Incrémentation par pas : pour un réglage fin, plusieurs distances de déplacement

sont proposées. Dans ce mode, un seul appui génère un déplacement d’une seule unité choisie par l’opérateur. Réglage de la vitesse : la vitesse de la tête en mode manuel est réglable. Le choix de cette vitesse est limité par la vitesse minimale et maximale indiquées au manuel des moteurs (Vmin, Vmax).

Retour à zéro: il s’agit de déplacer la tête à l’origine absolue. Ce qui diffère de la prise d’origine décrite précédemment c’est que la tête retourne à l’origine sans passer par les butées, donc il est basé sur l’estimation de la position calculé par l’arduino. Retour à l’origine programme : l’origine programme est par défaut l’origine absolue de la table, en fait, c’est l’origine du texte ou image. Cette origine peut être changée par le code en G en mode automatique ou même manuellement. Une

fois changé, l’arduino le mémorise dans son EEPROM. Mémoriser l’origine programme : si l’opérateur veut changer cette origine, il doit déplacer la tête manuellement à l’aide du déplacement continu et l’incrémentation par pas, puis il exécute la mémorisation.

III.4.4. Mode automatique En mode automatique, la carte Arduino Uno reçoit les instructions en G-code et les

exécute l’une après l’autre. Il y a plusieurs étapes pour achever cette tâche. Commençant par la réception de l’instruction jusqu’à la commande des moteurs et de la tête. Si l’opérateur clique sur le bouton « send » après le chargement de fichier G-code (soit ( soit texte ou image) dans

le programme de transfert, l’arduino fonctionne en mode automatique, le arduino entre dans une boucle et prêt pour recevoir les données. Page 63


L’arduino fait l’enregistrement dans la mémoire RAM, Puis fait la compilation pour savoir l’opcode (code de l’opération) et évidement ses paramètres s’ils existent. Chaque opcode de code G a une fonction spécifique, s’il s’agit d’un paramétrage, l’instruction affec te une variable en EEPROM tels que l’origine programme, origine pièce, vitesse de déplacement…. Enfin, le arduino envoi le mot ‘ »’ pour indiquer au PC qu’il est prêt à recevoir l’instruction suivante. L’appui sur le bouton ‘cancel’ termine le dialogue.

III.5. Langage de programmation la machine CNC Un langage de programmation est un langage permettant à un être humain d'écrire un ensemble d'instructions (code source) qui seront directement converties en langage machine grâce à un compilateur (c'est la compilation). L'exécution d'un programme Arduino s'effectue de manière séquentielle, c'est-à-dire que les instructions sont exécutées les unes à la suite des autres. Voyons plus en détail la structure d'un programme écrit en Arduino. Le programme utilise l’équipe l’équipe de Grbl est une le programme de commande dans la carte Arduino.

III.5.1. Programme Grbl Grbl est un micrologiciel libre développé sur Arduino pour contrôler des graveuses CNC (Computer Numerical Control), i.e. des fraiseuses munis d'une tête mobile contrôlée en X, Y et Z par un ordinateur. Grbl interprète du G-code (cf. plus bas) et déplace en conséquence un outil sur 3 axes (X, Y et Z). Il comprend de multiples optimisations sur l'usage et le déplacement des moteurs afin de gérer correctement les accélérations, les trajectoires...

Page 64


l'organigramme qui assure ce micrologiciel:

Figure III.8: de GRBL code. III.5.1.1. La communication avec la carte arduino La communication série est indispensable pour dialoguer avec Arduino puisque c'est le mode de transmission utilisé pour communiquer avec la carte. Les protocoles de communication série le plus connus sont : Le protocole USB. 

Serial.begin(speed) (configuration de la vitesse de communication Série).



Serial.available() (donne combien de caractères disponibles dans la zone tampon Série) .

 

Serial.read() (lit les données Série) . Serial.print(data) (envoie des données Série)

Page 65

Projet de F de Fin in d'E d'Etude 

Serial.println(data) (envoie des données Série suivies de caractères spécifiques).

L'avantage de la communication série est qu'elle nécessite moins de lignes, donc moins de broches, donc moins de composants. Son Son coût est donc plus faible.

III.5.1.2 code de l’opération

Cette partie est le cœur du programme, qui définit les actions à effectuer à part ir le traitement de code-G, qui contient plusieurs fonctions. L’arduino fait

l’enregistrement dans la

mémoire RAM, Apres la compilation nous obtenons l’opcode (code de l’opération) et évidement ses paramètres s’ils existent. Chaque opcode du code -G a une fonction spécifique. La fonction principale qui traduit le G code s’appelle : « processCommand() » qui contient l’opcode se la forme suivent[16] :

void processCommand() { int cmd = parsenumber('G',1); switch(cmd) { case 0: case 1: { // line feedrate(parsenumber('F',fr); line( parsenumber('X',(mode_abs?px:0)) + (mode_abs?0:px), parsenumber('Y',(mode_abs?py:0)) + (mode_abs?0:py), parsenumber('Z',(mode_abs?pz:0)) + (mode_abs?0:pz), break; }

Page 66

Projet de F de Fin in d'E d'Etude case 2: case 4: pause(parsenumber('P',0)*1000); break; // dwell case 90: mode_abs=1; break; // absolute mode case 91: mode_abs=0; break; // relative mode case 92: // set logical position position( parsenumber('X',0), parsenumber('Y',0), parsenumber('Z',0)); break; default: break; } cmd = parsenumber('M',1); switch(cmd) { case 17: motor_enable(); break; case 18: motor_disable(); break; case 100: help(); break; case 114: where(); break; default: break; } }

Conclusion Ce chapitre est une étude générale du logiciel de commande graphique et le programme

de commande de la machine CNC. L’ensemble des outils que nous avons mis au point ont pour la plupart été développés grâce au logiciel Inkscape, pour son utilisation simple et les

nombreuses possibilités qu’il offre. La première étape de cette partie consiste en la lecture d’image pour la tracer et la génération fichier G code. Puis nous avons choisi logiciel G -code Sender pour transfert fichier G-code vert la carte Arduino Uno.

Page 67

Rapport machine cnc

Recommend Documents