Etude d’une machine de découpage LASER

Lienard

Description

RFXVTX?jODELXVHRLFR?W?LULJOGWpHVWITSI 2 Sciences Industrielles GM TD RdM MACHINE DE DECOUPAGE LASER 1.MISE EN SITUATION : QRP EUHXVHVDS SOL RQV F DWL : Marquage Soudage Traitement thermique Découpage matériaux (matières plastiques, fibres synthétiques, carbure, céramique, 5 FRP P DQGH [HD G? ? RQW p DFFpO Up O D recherche et le développement de cette technologie. La machine étudiée ici permet la réalisation par constructeur de poids lourds. Cette machine est un robot 5 axes de découpe volumique. Son architecture est représentée sur le document 1 et Figure 1. Architecture de la machine sur le graphe de structure ci contre. Deux translations suivant et ont lieu au niveau des tables 4 et 5 à mouvements croisés. La tête de découpe 1+2+3 peut se translater selon par rapport au bâti de la machine. Cette tête permet à la buse 1 et . La pièce à découper est liée complètement à la table supérieure 5. Ces différents axes sont pilotés par des moteurs à courant continu équipés de codeurs incrémentaux. La transmission du mouvement est assurée par des engrenages à rattrapage de jeu. /HI VFHDX DL $6/ (5HVW DFK HP QpSD L UO?L QWHUP U pGLDL HG HP UVM LURL ?X W UQFLUFXL G?DL 2.CONDITIONS DE COUPE DU DECOUPAGE LASER : La technologie de la découpe LASER est très complexe et les paramètres de réglage de la machine sont nombreux. Pour que la coupe se réalise convenablement, il est essentiel que : ...

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1.MISE EN SITUATION :

Ng"NCUGT"guv"cwlqwtfÍjwk"wvknku†"fcpu"nÍkpfwuvtkg"cw"vtcxgtu"fg"pqodtgwugu"crrnkecvkqpu :

Marquage

Soudage

Traitement thermique

Découpage

NÍcrrctkvkqp"

fg"

pqwxgcwz"

matériaux

(matières

plastiques, fibres synthétiques, carbure, céramique,

uknkekwo.Á+"

ckpuk"

swg"

ngu"

rtqit‡u"

cw"

pkxgcw"

fg"

nÍkphqtocvkswg" kpfwuvtkgnng" *qrvkokucvkqp" fw" t†incig" fg" nc"

rwkuucpeg"fw"NCUGT."eqoocpfg"fÍczg.Á+"qpv"cee†n†t†"nc"

recherche et le développement de cette technologie.

La machine étudiée ici permet la réalisation par

f†eqwrcig" NCUGT" f͆n†ogpvu" fg" ecttquugtkg" ejg|" wp"

constructeur de poids lourds.

Cette machine est un robot 5 axes de découpe

volumique.

Son architecture est représentée sur le

document

1

et

sur le graphe de structure ci contre.

Deux translations suivant

et

ont lieu au niveau des tables

4

et

5

à mouvements croisés.

La tête de découpe

1

+

2

+

3

peut se translater selon

par rapport au bâti de la machine.

Cette tête permet à la buse

1

fktkigcpv"ng"hckuegcw"fg"uÍqtkgpvgt"gp"tqvcvkqp"cwvqwt"fg"

et .

La pièce à découper est liée complètement à la table supérieure

5

.

Ces différents axes sont pilotés par des moteurs à courant continu équipés de codeurs incrémentaux.

La transmission du mouvement est assurée par des engrenages à rattrapage de jeu.

Ng"hckuegcw"NCUGT"guv"cejgokp†"rct"nÍkpvgto†fkcktg"fg"oktqktu"lwuswÍ«"nc"dwug"q˜"kn"guv"hqecnku†"«"nÍckfg"fg"ngpvknngu0

Ng"tghtqkfkuugogpv"fg"nc"v·vg"guv"t†cnku†"rct"nÍkpvgto†fkcktg"fÍwp"ektewkv"fÍckt0

2.CONDITIONS DE COUPE DU DECOUPAGE LASER :

La technologie de la découpe LASER est très complexe et les paramètres de réglage de la machine sont

nombreux.

Pour que la coupe se réalise convenablement, il est essentiel que :

Le faisceau soit orienté suivant la normale au point considéré M de la surface de la pièce à découper.

Le point de focalisation du faisceau LASER coïncide avec le point de découpe visé de la pièce.

3.ETUDE DU COMPORTEMENT DES AXES DE LA TABLE PORTE-PIECE :

NÍctejkvgevwtg"fg la table est à mouvements croisés.

Qp"ug"nkokvgtc"kek"«"n͆vwfg"fÍwp"ugwn"fg"egu"czgu0

Le

document 2

tgrt†ugpvg"nc"xgtukqp"fg"dcug"fÍwp"fgu"fgwz"czgu"gv"uqp"oqf‡ng"f͆vwfg"cuuqek†0

Rem

: pour simplifier les notations, la numérotation des pièces est différente du

document

1

.

3.1. Doppgt"ng"fgit†"fÍj{rgtuvcvkuog"fw"oqf‡ng associé représenté sur le

document 2

.

3.2. Quelles sont les conséquences sur le guidage *tkikfkv†."eq¯v."Á+"?

MACHINE DE DECOUPAGE LASER

Figure 1. Architecture de la machine

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Ngu" f†hcwvu" i†qo†vtkswgu" fgu" rk‡egu" *f†hcwv" fÍcnkipgogpv" fg" nc" xku" gv" fg" n͆etqw+" gv" ngu effets dynamiques

(accélération-déccélération) vont induire une déformation de la vis. Cette déformation peut avoir des conséquences

néfastes sur la précision du déplacement de la table et donc de la découpe.

On cherche ici à quantifier la part respective des défauts géométriques et des effets dynamiques sur les actions

transmissibles de la liaison glissière hélicoïdale. On pourra ainsi par la suite, grâce à une étude de résistance des

matériaux accéder aux déformations de la vis et donc à la précision de la découpe.

Une étude préalable en dynamique a permis de déterminer la part des effets dynamiques sur les actions

transmissibles de la liaison glissière hélicoïdale.

En supposant la géométrie du mécanisme telle que

, cette étude a fourni les résultats

uwkxcpvu"uwt"ng"vqtugwt"fÍcevkqpu"o†ecpkswgu"fg"n͆etqw"uwt"nc"xku :

avec

On cherche maintenant à quantifier la part des défauts géométriques sur les actions transmissibles par la liaison

glissière hélicoïdale.

Le modèle retenu pour cette étude est celui ci-dessous :

Figure 20"Oqf‡ng"tgvgpw"rqwt"n͆vwfg"fw"iwkfcig"fg"nc"xku"4

Wpg"rqukvkqp"kpeqttgevg"fg"n͆etqw"

3

impose, en général, une déformation de la vis.

Hypothèses :

Ngu" eqpfkvkqpu" i†qo†vtkswgu" rgtogvvcpv" f͆nkokpgt" nÍj{rgtuvcvkuog" pg" uqpv" rcu" tgurgev†gu" gv" pqvcoogpv"

nÍczg"fg"n͆etqw"guv"f†ecn†"rct"tcrrqtv"«"egnwk"fg"nc"xku0

La déformation de la vis est plane.

Les défauts sont représentés par :

et

On suppose le problème statiquement plan

La liaison en

entre la vis

2

et le bâti

1

est modélisée par une liaison encastrement

La liaison en

entre la vis

2

gv" n͆etqw"

3

(supposé appartenir au bâti

1

) est modélisée par une liaison

glissière.

NÍcevkqp"fg"n͆etqw"uwt"nc"xku"guv"fqpe"fg"nc"hqtog :

Qp"uwrrqug"swg"nc"xku"pÍguv"uqnnkekv†g"swÍgp"hngzkqp"rncpg"ukorng0

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Données

:

: module f͆ncuvkekv†"nqpikvwfkpcng."

<"oqogpv"swcftcvkswg"fg"nc"ugevkqp"fg"nc"xku"rct"tcrrqtv"«"nÍczg

,

;

;

3.3. Justifier le type de modèle retenu rqwt"n͆vwfg"*rtqdn‡og"rncp+"rct"tcrrqtv"«"nc"oqf†nkucvkqp"kpkvkcng"fw"

document 2

(problème spatial).

3.4. F†vgtokpgt"rct"wpg"o†vjqfg"inqdcng"ng"fgit†"fÍj{rgtuvcvkuog"fg"nÍgpugodng"oqf†nku†"

figure 2

.

On cherche maintenant à déterminer

et

.

3.5. F†vgtokpgt"nÍgzrtguukqp"fw"vqtugwt"fg"eqj†ukqp"

dans une section droite de la vis.

3.6. Déterminer les expressions de

et de

en fonction de

.

Rem

: on utilisera les conditions aux limites en

.

3.7. Déterminer les expressions de

et

en fonction de

et

3.8. Réaliser une figure du type de celle de la

figure 2

pour les 4 cas :

En déduire les valeurs de

qui conduisent à

et

maxi en valeur absolue.

Hcktg"nÍcrrnkecvkqp""pwo†tkswg0

En fait, les seuls défauts entraînant des conséquences

sur la précision du déplacement de la table sont ceux liés

aux effets dynamiques. En effet, les défauts géométriques

*f†hcwv" fÍcnkipgogpv" fg" nc" xku" gv" fg" n͆etqw+" xqpv" rtqfwktg"

une déformation de la vis (flexion) sans avoir de

conséquence sur la précision du déplacement de la table

car la liaison glissière table-bâti en

est suffisamment

rigide pour empêcher la tadng"fg"ug"f†rncegt"uqwu"nÍghhgv"fg"

la flexion de la vis.

On ne considère donc à partir de maintenant que les

ghhgvu"

f{pcokswgu."

eÍguv"

«"

fktg."

swg"

ngu"

cevkqpu"

mécaniques

et

provoquées par ces effets

dynamiques.

La vis est alors modélisée par une poutre de section circulaire constante

et de moment quadratique polaire .

Elle est encastrée en

dans le bâti.

3.9. F†vgtokpgt"nÍgzrtguukqp"fw"vqtugwt"fg"eqj†ukqp"

dans une section droite de la vis.

En déduire les sollicitations auxquelles la vis est soumise.

3.10. Fqppgt"nÍgzrtguukqp"fg"nÍgttgwt"czkcng"fg"rqukvkqp"fg"nc"vcdng"fwg"cw"f†rncegogpv"kpfwkv"rct"ejcswg"

sollicitation.

On notera :

<"ng"f†rncegogpv"fg"n͆etqw"fw"«"nc"rtgok‡tg"uqnnkekvcvkqp"fcpu"nc"xku

<"ng"f†rncegogpv"fg"n͆etqw"du à la seconde sollicitation dans la vis

3.11. Fqppgt"nÍcnnwtg"fg"nc"eqwtdg"tgrt†ugpvcpv"ng"déplacement

.

Noter sur cette courbe les valeurs caractéristiques littérales.

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3.12. Donner la valeur numérique de

et de

lorsque :

<"Oqfwng"f͆ncuvkekv†"nqpikvwfkpcn

<"Oqfwng"f͆ncuvkekv†"vtcpuxgtucng

: Diamètre sollicité de la vis

Comparer ces valeurs et conclure.

REEL

MODELE ASSOCIE

DOCUMENT 2