CONCOURS 3 ANNÉE GÉNIE MÉCANIQUE ÉCOLE NORMALE SUPÉRIEURE DE CACHAN. Session 1997 SCIENCES DE LA PRODUCTION. Durée : 4 heures

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1 CONCOURS 3 ANNÉE GÉNIE MÉCANIQUE ÉCOLE NORMALE SUPÉRIEURE DE CACHAN Session 1997 SCIENCES DE LA PRODUCTION Durée : 4 heures Étude d un banc de préréglage des outils.

2 Étude d'un banc de préréglage des outils Ce dossier comporte 3 parties : - partie 1 : présentation du sujet, - partie 2 : mécanique et conception, - partie 3 : sciences de la production. Il est composé : - d'un texte de 6 pages, - de trois documents graphiques 1, 2 et 3 (il n'y a pas concordance entre les repères des pièces notés sur les différents documents) - de trois documents réponses I, II, III ( document I sur calque). Le candidat devra rendre impérativement avec sa copie tous les documents réponses. temps conseillé : - lecture du sujet : 1/4 d'heure, - mécanique et conception : 1 heure 3/4, - sciences de la production : 2 heures.

3 PARTIE 1 : présentation du sujet L'étude porte sur un banc de préréglage d'outils pour machine outils à commande numérique. Ce banc permet : - de mesurer suivant les axes X et Z les outils de tournage, - de mesurer le diamètre et la dimension suivant l'axe Z des outils de fraisage. NB : Les axes X, Y, Z sont définis suivant la norme NF Z68020 relative aux axes des machines outils. Le banc permet de mesurer ces dimensions par l'intermédiaire d'un système optique placé sur un chariot mobile. Le système optique visualise l'arête de coupe considérée et permet, grâce à une croix de visée, de mesurer précisément l'outil. La mesure du déplacement du chariot mobile est effectuée par des règles de mesure Mode opératoire : - l'outil est placé dans le porte outil, - l'opérateur déplace le chariot mobile jusqu'à coïncidence de l'arête de l'outil avec la croix de visée (la mise au point est faite par rotation de l'outil), - la lecture des dimensions de l'outil est réalisée sur l'écran de l'ordinateur.

4 PARTIE 2 : mécanique et conception 2-1.étude mécanique Le déplacement suivant les axes X ou Z peut se faire de deux manières : - déplacement manuel rapide des axes, au moyen d une poignée de contrôle entraînant le déblocage (action du vérin 17 document 3) des dispositifs micrométriques, - déplacement micrométrique ou fin pour le positionnement précis des axes le long de toute la course au moyen d une manivelle. (pièce 24 document 1) Travail demandé : - Faire deux schémas cinématiques minimaux différents modélisant les deux modes de fonctionnement de l axe Z (rapide/micrométrique) NB : Le groupe d éléments 12 document 1 correspondant à l'écrou d'avance sera considéré comme un seul ensemble cinématique. Dans la suite de l étude, on étudiera plus particulièrement le mode de déplacement micrométrique. Le mouvement de rotation de la barre de commande est transformé en mouvement de translation de l écrou d avance grâce à l orientation particulière des roulements par rapport à la barre de commande (non représenté sur le document 3) : angle d'inclinaison des roulements Il s agit ici d assurer la bonne transmission du mouvement entre la molette de réglage et le système optique. Pour ce faire, il est souhaitable qu il n y ait pas de glissement entre les roulements et la barre d avance en phase de réglage micrométrique. En utilisation normale, nous estimons que l effort axial maxi de l écrou sur la barre de commande est de 200 N.

5 Travail demandé : - En justifiant vos hypothèses au niveau des différentes liaisons internes à l écrou d avance, calculer l'effort de précontrainte à appliquer au ressort (pièce 13 document 3) pour éviter le glissement entre les roulements et la barre. - Ecrire la condition cinématique de non-glissement entre la barre de commande et les roulements. - Calculer l'angle entre un roulement de l'écrou d'avance et l'axe de la barre de commande pour que le pas équivalent de l'écrou d'avance soit de 1,5 mm. NB : toutes les dimensions seront mesurées sur le dessin (échelle 1 document 3). 2-2.conception : Étude d un système de blocage-déblocage mécanique des outils. Le constructeur souhaite améliorer les conditions de mesure des outils de fraisage (cône SA40). Pour cela, le cahier des charges impose de reproduire le système de maintien en position de la fraiseuse sur le banc de préréglage en réalisant un système mécanique de blocage commandé par un vérin double effet (course 20 mm). Le constructeur souhaite conserver le maximum de pièces communes entre les différentes versions du banc de préréglage. Le système à concevoir devra : - assurer le maintien en position de l outil - en accrochant la tirette BT 40 - en transmettant un effort (2500 N). - permettre le retrait facile de l outil en fin de mesure en le repoussant. - être suffisamment compact pour ne pas nécessiter une modification de la broche. NB : La rotation possible autour de l'axe du cône permet de faire la mise au point du système optique sur l'arête de coupe. Travail demandé : - Réaliser l avant-projet d une solution, aux instruments, sur le document réponse I. - Représenter, sur chacune des 1/2 vues de la vue principale, le système en position : - maintien de l'outil, - retrait possible de l'outil. Toutes vues, coupes ou sections, complètes ou partielles, jugées utiles pour la compréhension sont laissées à l initiative du candidat. Tous les éléments normalisés (vis, écrous,...) doivent être dessinés. Les matériaux et leurs traitements éventuels, ainsi que les conditions fonctionnelles, doivent être définis.

6 55 Concours 3 année 1997 génie mécanique ENS CACHAN PARTIE 3 : sciences de la production 3-1. réglage du banc Le banc de préréglage permet de mesurer les outils pour transmettre directement les jauges outils (via un logiciel) sur les différentes machines du parc. Les outils de fraisage se place directement dans le cône SA 40 du banc de préréglage. Les outils de tournage montés sur des VDI30 sont placés par l'intermédiaire d'un adaptateur VDI30/SA40 sur le banc (voir document réponse III). La suite de l'étude se limite au cas du tournage Nous allons nous intéresser aux données nécessaires au calculateur de la machine outil à commande numérique qui permettent d'effectuer un usinage. Considérons le programme CN suivant : %10 (chariotage d'un diamètre 50 de z=100mm à z=50mm) N10 G0 G52 X0 Z0 (déplacement en x=0mm et z=0mm par rapport à l'origine mesure) N20 M6 T1 D1 (mise en place de l'outil numéro 1 et de ses jauges associées) N30 M3 S1500 (rotation de la broche à 1500tr/min) N40 G0 G90 Z101 X25 (déplact rapide en z=101 et x=25 par rapport à l'origine programme) N50 G1 G95 F0,4 Z50 (usinage jusqu'en z=50 mm avec une avance de 0,4mm/tr) N60 X30 (usinage jusqu'en x=30 mm avec une avance de 0,4mm/tr) N70 G0 Z200 X 60 (déplact rapide en z=200 et x=60 par rapport à l'origine programme) N80 M2 (arrêt de la machine) La pièce brute montée dans le mandrin est définie ci dessous : mandrin pièce brute 5 mm 100 mm Travail demandé : - Définir les termes origine mesure et origine programme. - Dessiner le trajet outil effectué avec le programme %10 (l'origine du programme

7 est placée sur l'axe et au bout gauche de la pièce). - Mettre en place, sur le document réponse II, les différents repères qui vous semble utile pour effectuer cet usinage. Il faudra préciser (sur feuille de copie) : - les origines des repères (la cohérence de ces différents points sur l'ensemble des documents sera appréciée), - les constantes utiles, - le déplacement calculé par la CN. - Définir les caractéristiques dimensionnelles que le banc de préréglage doit transmettre à la commande numérique dans le cadre du tournage ( document réponse numéro III). Le banc de préréglage est équipé, sur chaque axe, de règle de mesure. Cette règle dispose d'une origine mesure que le système détecte lorsque le dispositif de lecture fixé sur le chariot mobile passe devant cette origine. Par simplification ce point sera noté pour l'axe X (resp Z) X=0 (resp Z=0). Travail demandé : - Donner les différentes constantes qui doivent être prises en compte sur le banc pour obtenir les jauges outils pour une machine outil donnée. - Proposer une méthode pratique d'obtention de ces constantes (vous disposez de TOUT le matériel habituellement utilisable dans des ateliers de fabrication mécanique et de métrologie) Usinage sur tour à commande numérique Après avoir réglé les outils sur un tour commande numérique, on se propose de réaliser un chariotage d'ébauche puis de finition. Travail demandé : - Expliquer précisément la démarche qui vous permet de choisir la vitesse de coupe, l'avance et la profondeur de passe pour : - l'opération d'ébauche, - l'opération de finition.

8 3-3. Métrologie Soit la pièce suivante issue du document réponse 1 : B A 90 R= ,05 B A dessin de définition partiel Travail demandé : 0,05 - Expliquer la spécification de position : B A, - Proposer une méthodologie de contrôle de cette spécification.

9 DOCUMENT 1 : AXE Z

10 DOCUMENT 2 : AXE Z Vue de dessus avec coupes partielles

11 DOCUMENT 3 : ECROU D AVANCE

12 FORMAT A3

13

14 DOCUMENT REPONSE III