MACHINE À COMMANDE NUMÉRIQUE 3 AXES

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1 BACCALAURÉAT SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES Spécialité génie électronique Session 007 Étude des systèmes techniques industriels Durée : 6 heures coefficient : 8 MACHINE À COMMANDE NUMÉRIQUE 3 AXES Tout document interdit Calculatrice à fonctionnement autonome autorisée (circulaire du 16/11/99) Ce sujet comporte : A - Analyse fonctionnelle du système : A1 à A7 B - Partie construction mécanique : - Questions et documents réponse : BR1 à BR4 - Documentation : BAN1 à BAN5 C - Partie électronique : - Questions : C1 à C8 - Documents réponse : CR1 à CR3 - Documentation : CAN1 à CAN10

2 BACCALAURÉAT SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES Spécialité génie électronique Session 007 Étude des systèmes techniques industriels MACHINE À COMMANDE NUMÉRIQUE 3 AXES Analyse fonctionnelle Tout document interdit Calculatrice à fonctionnement autonome autorisée (circulaire du 16/11/99) Ce sujet comporte : Analyse fonctionnelle du système : A1 à A7

3 1. Présentation du système 1.1 Mise en situation L élimination de l utilisation de produits polluants participe à la préservation de l environnement. La commande numérique trois axes associée à son logiciel permet la réalisation non chimique de circuits imprimés. La société ISEL commercialise des petites machines à commande numérique pilotées par PC. Ces machines permettent l usinage sur trois axes des métaux légers, des matières plastiques, du bois. Une des orientations particulières du modèle étudié (CPM018) est le gravage-perçage de circuit imprimé. 1. Fonction d usage À partir d une plaque d époxy cuivré, cette machine permet de détourer les pistes d un circuit imprimé ou percer ce même circuit, conformément à un plan dessiné à l aide d un logiciel sur micro-ordinateur. 1.3 Diagramme sagittal liaison série Machine à commande numérique trois axes OT Usinage Ordinateur Initialisation ou arrêt d'urgence Insertion carte Surveillance bris d'outil Plaque d'époxy Conduite logicielle de l'usinage Opérateur Info visuelle L objet de l étude est la machine à commande numérique trois axes. Étude des systèmes techniques industriels Présentation du système Page A1/7

4 . Présentation de l objet technique.1 Mise en situation L objet technique est composé d une machine à commande numérique trois axes associée à son logiciel de commande. Cet ensemble est destiné à la réalisation non chimique de circuits imprimés. Cette technique de fraisage et perçage est un procédé purement mécanique au cours duquel les différentes pistes conductrices sont séparées par un fraisage de largeur réglable. Ce système permet de réaliser immédiatement, sur le poste de travail, un circuit imprimé et percé. Les données de fraisage et de perçage peuvent être prises en charge directement à partir de tous les systèmes de CAO courants.. Fonction globale Usiner une pièce à partir d un fichier représentatif d un typon dessiné par ordinateur..3 Diagramme pieuvre FP : Percer ou fraiser automatiquement des plaques de circuit imprimé. Fc1 : S adapter au réseau EDF. Fc : Éliminer l utilisation de produits chimiques. Fc3 : Communiquer. Étude des systèmes techniques industriels Présentation du système Page A/7

5 .4 Description des éléments constitutifs La machine présente tous les critères de sécurité. Elle est munie d un capot de protection en plexiglass, d un arrêt d urgence (coup de poing), d interrupteurs anti-feu et d une condamnation d ouverture de capot munie d une serrure. Le fonctionnement de la machine ne nécessite qu une alimentation électrique 30V fournie par EDF. Les déplacements sur les trois axes (X, Y, Z) sont réalisés par des moteurs pas à pas hybrides quatre phases commandés en micro-pas. Ce type de commande, mais aussi des paliers linéaires à bille et une transformation de mouvement par vis à billes permettent d obtenir une précision de positionnement sur chaque axe de 0,01mm. Description des mouvements : - la table se déplace en translation par rapport au bâti sur l axe Y. - le chariot horizontal se déplace en translation par rapport au bâti sur l axe X. - le porte outil se déplace (verticalement) en translation par rapport au chariot horizontal sur l axe Z. Chariot Horizontal Table Porte outil Le moteur de la broche est un moteur à courant continu 30V/900W tournant à des vitesses réglables à l aide d une molette de à 6 000tr/min..5 Diagramme FAST. Voir document page A 7.6 Schéma fonctionnel du 1 er degré (Fonctions principales) Voir document page A 6 Étude des systèmes techniques industriels Présentation du système Page A3/7

6 .7 Étude fonctionnelle de ème degré des Fonctions Principales Schéma fonctionnel de ème degré de FP1. Liaison Données série Adresse 16 Mémorisation PE4V OUVP M/A Traitement des données Réalisation des codes de commande ALE FS1 FS 8 D0 à D7 FCX CS_EPROM RD FCY FCZ FS11 FS1 Décodage d'adresse FS3 FS13 CS_CNA OPTO_OUT OPTO_IN A1 WR CEL MOTBROCHE VERP.7.. Schéma fonctionnel de ème degré de FP. 1V Tension de référence FS13 FS5 VREF Consigne D0 à D7 8 Conversion numérique/ analogique voies FS1 FS9 VA VB Amplification et décalage FS FS10 UM1C1 Amplification de puissance FS11 FS3 Phase 1 Écriture WR CS_CNA Sélection voie A1 CE UM1C Amplification de puissance FS4 FS1 Phase Étude des systèmes techniques industriels Présentation du système Page A4/7

7 .7.3. Schéma fonctionnel de ème degré de FP3. VERP MOTBROCHE1 MOTBROCHE CEL OPTO_OUT Vérrouillage des informations 4 Amplification de puissance Liaison non galvanique FS31 FS3 FS33 FS4 FS5 FS6 4 VÉRROUILLAGE PORTE MOTEUR BROCHE CE.7.4. Schéma fonctionnel de ème degré de FP4. RD OPTO_IN +4V PE4V Axe X Ouverture porte Marche/Arrêt Fin de course Liaison non galvanique 9 Vérrouillage des informations OUVP M/A FC1X FCX Axe Y Axe Z Fin de course Fin de course FS7 FS41 FS4 FS8 FC1Y FCY FC1Z FCZ Étude des systèmes techniques industriels Présentation du système Page A5/7

8 Schéma fonctionnel du 1 er degré (Fonctions principales) Micro-ordinateur Liaison série OPTO_IN Lecture Gestion du processus FP1 FT331A Consigne 8 Sélection voie Sélection CNA Ecriture X YZ Commande des moteurs d'axe +4V Ouverture porte Marche/Arrêt Axe X Fin de course Axe Y Fin de course Axe Z Fin de course Energie EDF Alimentations FA Interface d'entrée FT331B (=FP4) +5V +1V -1V PE4V OUVP M/A FC1X FCX FC1Y FCY FC1Z FCZ Verrouillage porte VERP MOTBROCHE1 MOTBROCHE CEL Interface de sortie FP3 OPTO_OUT FT331C Moteur broche CE Phase 1 Moteur d'axe X FP FT33 FT333 Déplacement du chariot FT334 Phase Moteur d'axe X 4V Étude des systèmes techniques industriels Présentation du système Page A6/7

9 FP FP1 : Usiner un circuit imprimé FT1 :Maintenir le circuit imprimé sur la table Fixations mécaniques FT : Faire tourner la broche (outil) Moteur à courant continu FT3 : Déplacer la broche (outil) par rapport au circuit imprimé FT31 : Déplacer la table suivant l'axe Y FT3 : Déplacer le porte outil verticalement suivant l'axe Z Remarque : Les fonctions FT31 et FT3 se décomposent de façon similaire à FT33 FP Diagramme F.A.S.T limité à FP1 et aux frontières de l'étude FT33 : Déplacer le chariot horizontalement suivant l'axe X Diagramme FAST limité à FP et aux frontières de l étude FT331 : Générer les ordres de commande FT33 : Convertir les consignes numériques en signaux de commande analogiques FT333 : Distribuer l'énergie électrique Gestion de processus microprogrammé Convertisseur Numérique Analogique Amplificateur de puissance (L9) FT334 : Convertir l'énergie électrique en énergie mécanique de rotation Moteur pas à pas FT335 : Adapter l'énergie mécanique de rotation Transmission poulie / courroie FT336 : Transformer l'énergie mécanique de rotation en énergie mécanique de translation Système vis à bille / écrou FT 337 : Guider en translation Coulisseau Étude des systèmes techniques industriels Présentation du système Page A7/7