Conception et étude d’une fraiseuse à commande numérique MOCN

Abstract

La fabrication assistée par ordinateur (FAO), sous toutes ses formes, est un pan important de l’industrie grâce auquel elle a connu un essor formidable. C’est devenu une science à part entière avec son histoire, ses perspectives et son lot de règles et de normes. Elle permet aujourd’hui d’atteindre des qualités de produits insoupçonnables il y a encore quelques années et à des prix record. Ce qui fait de la FAO une locomotive importante du progrès technique. Un progrès dont elle dépend à son tour pour son actualisation et sa pérennité. On a commencé notre travail de conception par un passage en revue des systèmes de transmission de mouvement, des systèmes de guidage, des moyens de fixation et des moteurs électriques qui pourraient potentiellement équiper notre MOCN. Nos choix se sont fait selon des critères techniques tels que les courants d’alimentations et les dimensions de l’appareil, des critères économiques tel que le coût de réalisation et finalement selon des critères opérationnels comme le montage et la manipulation de la machine. On a fini par choisir un système à axes cylindriques équipé de douilles à billes pour le guidage en translation des chariots entrainés par des moteurs pas à pas. Pour la transmission de mouvement on a opté pour la transmission par vis trapézoïdales. Et comme moyen de fixation on a utilisé des systèmes vis écrou. L’architecture de notre machine-outil est telle que les mouvements selon les deux axes Y (transversal) et Z (vertical) sont assurés par l’outil. La pièce quant à elle assure le mouvement selon l’axe X (longitudinal). Cette architecture, assez simple, nous permet de réaliser un système fiable et à moindre coût. Tout en gagnant un espace de travail conséquent. La deuxième partie de notre travail est l’étude et le dimensionnement des principaux composants de la MOCN. On a donc vérifié la résistance de chacune des barres de guidages ainsi que des vis trapézoïdales à la flexion, qui est la principale sollicitation à laquelle elles sont soumises. Les vis trapézoïdales sont aussi dimensionnées à l’usure afin de déterminer leur environnement de travail optimal. On a dimensionné également les moteurs d’entrainements en calculant leurs couples moteurs et leurs puissances suivant les trois directions. Pour les roulements et les douilles à billes utilisés dans les guidages en rotation et en translation, on a estimé les durées de vie respectives ainsi que les capacités de charge dynamiques admissibles pour chacun. Le reste du système, étant fait en acier E350 et vue les faibles contraintes auxquelles il est soumis, ne présente aucun risque de rupture ou de déformation. Page 59 La partie commande de notre machine est assurée par un microcontrôleur ArduinoUno. Cette carte présente l’avantage de fournir plusieurs entrées et sorties qui vont nous permettre d’interagir avec les moteurs, à travers leurs cartes contrôleurs, et avec les capteurs du système via l’interface Arduino. Et grâce à la librairie GRBL on va piloter nos moteurs en utilisant le G-code usuellement utilisé en CNC. Dans le volet réalisation, le manque de moyens et de personnel qualifié au niveau de l’atelier mécanique de l’université nous a poussés à nous tourner vers des ateliers de mécanique privés. Ces derniers nous ont causés bien des soucis, et malgré notre insistance sur les délais de réalisation notre système reste encore inachevé. Cependant, d’après les premières constatations faites sur les parties déjà réalisées, le rendu final sera très bien fini et de bonne qualité.