machine à commande numérique 3 axes

BACCALAURÉAT
SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES
Spécialité génie électronique
Session 2007
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 99-186 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
BACCALAURÉAT
SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES
Spécialité génie électronique
Session 2007
Étude des systèmes techniques industriels
MACHINE À COMMANDE NUMÉRIQUE
3 AXES
Analyse fonctionnelle
Tout document interdit
Calculatrice à fonctionnement autonome autorisée
(circulaire 99-186 du 16/11/99)
Ce sujet comporte :
Analyse fonctionnelle du système : A1 à A7
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 (CPM2018) est le gravage-perçage de
circuit imprimé.
1.2
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
Machine à commande
numérique trois axes
OT
Usinage
liaison série
Ordinateur
Conduite
logicielle
de l'usinage
Initialisation
ou arrêt
d'urgence
Insertion
carte
Opérateur
Surveillance
bris
d'outil
Plaque
d'époxy
Info
visuelle
L’objet de l’étude est la machine à commande numérique trois axes.
Bac STI G. Électronique
7ESELME1
Étude des systèmes techniques industriels
Présentation du système
Page A1/7
2.
Présentation de l’objet technique
2.1
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.
2.2
Fonction globale
Usiner une pièce à partir d’un fichier représentatif d’un typon dessiné par ordinateur.
2.3
Diagramme pieuvre
FP : Percer ou fraiser automatiquement des plaques de circuit imprimé.
Fc1 : S’adapter au réseau EDF.
Fc2 : Éliminer l’utilisation de produits chimiques.
Fc3 : Communiquer.
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Présentation du système
Page A2/7
2.4
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 230V 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
Porte outil
Table
Le moteur de la broche est un moteur à courant continu 230V/900W tournant à des vitesses
réglables à l’aide d’une molette de 8 000 à 26 000tr/min.
2.5
Diagramme FAST.
Voir document page A 7
2.6
Schéma fonctionnel du 1er degré (Fonctions principales)
Voir document page A 6
Bac STI G. Électronique
7ESELME1
Étude des systèmes techniques industriels
Présentation du système
Page A3/7
Étude fonctionnelle de 2ème degré des Fonctions Principales.
2.7
2.7.1. Schéma fonctionnel de 2ème degré de FP1.
Données
Adresse 16
Liaison
série
PE24V
Traitement des
données
Réalisation
des codes
de
commande
OUVP
M/A
FCX
2
FCY
2
FCZ
Mémorisation
8
ALE
D0 à D7
FS2
FS12
CS_EPROM
2
CS_CNA
Décodage
d'adresse
FS3
FS13
FS1
FS11
RD
OPTO_OUT
2
OPTO_IN
A1
WR
CE2L
2
MOTBROCHE
VERP
2.7.2. Schéma fonctionnel de 2ème degré de FP2.
Tension de
référence
FS25
FS13
12V
Consigne
D0 à D7
Écriture
Sélection
voie
8
Conversion
numérique/
analogique
2 voies
FS21
FS9
VREF
VA
Amplification et
décalage
UM1C1
Amplification de
puissance
VB
FS22
FS10
Phase 1
FS23
FS11
WR
CS_CNA
A1
UM1C2
CE2
Amplification de
puissance
Phase 2
FS24
FS12
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Présentation du système
Page A4/7
2.7.3. Schéma fonctionnel de 2ème degré de FP3.
VERP
Vérrouillage
des
informations
MOTBROCHE1
MOTBROCHE2
Amplification
de
puissance
4
Liaison
non
galvanique
4
CE2L
FS31FS4
OPTO_OUT
FS32
FS5
FS33
FS6
VÉRROUILLAGE
PORTE
MOTEUR
BROCHE
CE2
2.7.4. Schéma fonctionnel de 2ème degré de FP4.
RD
OPTO_IN
2
PE24V
+24V
Ouverture porte
Marche/Arrêt
Axe X
Fin de course 1
Vérrouillage
Liaison
non
galvanique
Fin de course 2
Axe Y
Axe Z
9
FC1X
informations
FC2X
FS7
FS41
FS8
FS42
FC1Y
FC2Y
Fin de course 1
FC1Z
Fin de course 2
FC2Z
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M/A
des
Fin de course 1
Fin de course 2
OUVP
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Présentation du système
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Schéma fonctionnel du 1er degré (Fonctions principales)
Micro-ordinateur
Liaison série
2
OPTO_IN
Lecture
Consigne
8
Sélection voie
Sélection CNA
Ecriture
Gestion du processus
FT331A
FP1
X
Z
Y
Commande
des
moteurs
d'axe
FP2FT332
Interface
d'entrée
FT331B
(=FP4)
FT333
PE24V
OUVP
M/A
FC1X
FC2X
FC1Y
FC2Y
FC1Z
FC2Z
Phase 1
Moteur
d'axe
X
VERP
MOTBROCHE1
MOTBROCHE2
CE2L
OPTO_OUT
+24V
Ouverture porte
Marche/Arrêt
Axe X Fin de course 1
Fin de course 2
Fin de course 1
Axe Y
Fin de course 2
Axe Z Fin de course 1
Fin de course 2
FP3
FT331C
Energie
EDF
Alimentations
+12V
FA
-12V
CE2
Verrouillage porte
Moteur broche
24V
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Étude des systèmes techniques industriels
Phase 2
Moteur
d'axe
X
Déplacement
du
chariot
FT334
Interface
de sortie
+5V
2
2
Présentation du système
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FP1 : Usiner un circuit
FP
imprimé
FT1 :Maintenir le circuit
imprimé sur la table
Fixations
mécaniques
FT2 : Faire tourner la
broche (outil)
FT3 : Déplacer la broche
(outil) par rapport au
circuit imprimé
Moteur à
courant continu
FT31 : Déplacer la table
suivant l'axe Y
Remarque :
Les fonctions FT31 et FT32 se décomposent de façon similaire à FT33
FT32 : Déplacer le porte
outil verticalement suivant
l'axe Z
FT33 : Déplacer le chariot
horizontalement suivant
l'axe X
FP
Diagramme
F.A.S.T
limitéà àFP
FP1
auxfrontières
frontières de
Diagramme
FAST
limité
etetaux
de
l'étude
l’étude
FT331 : Générer les ordres de
commande
Gestion de
processus
microprogrammé
FT332 : Convertir les consignes
numériques en signaux de
commande analogiques
Convertisseur
Numérique
Analogique
FT333 : Distribuer l'énergie
électrique
FT334 : Convertir l'énergie
électrique en énergie mécanique de
rotation
FT335 : Adapter l'énergie
mécanique de rotation
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Amplificateur de
puissance (L292)
Moteur
pas à pas
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
Présentation du système
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