Épreuve U2 - Bac PRO EDPI - juin 2022

Présentation

Mise en situation

La fraiseuse CNC MechMate est une machine à commande numérique 3 axes (CNC Computeur Numérical Control). Elle a été conçue et réalisée par Gerald Dorrington, un ingénieur mécanicien sud-africain.

Ce dernier a orienté la recherche et la conception de sa machine pour qu’elle soit à la fois robuste et performante avec un coût de fabrication le plus bas possible pour que n'importe quel amateur averti puisse la construire.

Le prototype est prometteur et Gerald Dorrington décide d'offrir les plans en "Open Source" en 2005.

Les premières MechMate sont construites çà et là aux USA puis un peu partout dans le monde. La MechMate devient un succès avec des centaines d'exemplaires construits dans le monde, par des professionnels mais aussi de simples amateurs.

Principe de fonctionnement 

Piloté par un ordinateur, la fraiseuse CNC Mechmate permet d’usiner des plaques de matériaux tendres tels que le bois, le plastique mais aussi l’aluminium. La machine se déplace sur 3 axes (X, Y, Z) avec une broche en rotation autour de Z portant un outil de coupe.

Un ordinateur est utilisé pour les calculs et l'affichage, celui-ci est couplé à un contrôleur de CNC pour le pilotage.

Ce système de commande envoie donc des informations de contrôle aux moteurs pas à pas, mais peut aussi gérer l'activation et le réglage de la vitesse du moteur de la broche d’usinage.

Le système de commande nécessite une information en temps réel des déplacements. Ceux-ci sont fournis soit par les capteurs fin de course soit par les moteurs pas à pas.

Chaque mouvement est réalisé à l’aide de rails de guidage et de galets entrainés par des moteurs pas à pas, pilotés par le contrôleur CNC.

Un système de transmission de mouvement par pignon et chaîne permet le déplacement en translation du portique et du chariot horizontale sur les axes X et Y.

CARACTÉRISTIQUES DE LA MACHINE

• Dimensions d’encombrement (en mm) : 3650 x 2621 x 1995
• Dimensions utiles (en mm) : 2900 x 1800 x 250
• Moteur pas à pas : 200 pas par tours
• Pignon moteur : 9 dents
• Chaîne : pas = 12.7mm
• Vitesse de coupe : 20m/mn

Problématique :

Le système de transmission mis en oeuvre sur cette machine est un système par pignon et chaîne. Ce système de transmission reste relativement acceptable pour la découpe plasma mais les retours des utilisateurs sont plutôt mitigés concernant l’utilisation en usinage de matériaux du fait de sa résolution insuffisante (Résolution : distance en mm parcourue par pas moteur le long d’un axe).

En usinage des matériaux, il a aussi été constaté une usure irrégulière sur les maillons de la chaîne (causée par les efforts transmis lors de l’usinage), ce qui oblige à remplacer régulièrement celle-ci.

Pour améliorer les caractéristiques de la fraiseuse CNC MechMate et résoudre la problématique, le bureau d’études vous propose d’étudier la modification de la transmission par pignon et chaîne.

Questionnement

A – ANALYSE DE L’ENSEMBLE

A-1 Analyse fonctionnelle de la « MechMate »
Question 1 : Compléter le diagramme de niveau A-0.
Question 2 : Compléter le schéma.

A-2 Analyse cinématique
Question 3 : Identifier la liaison entre le sous-ensemble A et le sous-ensemble B.
Question 4 : Identifier la liaison entre le sous-ensemble B et le sous-ensemble C.
Question 5 : Identifier la liaison entre le sous-ensemble C et le sous-ensemble D.
Question 6 : Compléter le graphe de liaisons entre les sous-ensembles.
Question 7 : Compléter le schéma cinématique 3D.

A-3 Étude de la transmission entre le châssis et le portique
Question 8 : Compléter l’extrait du diagramme FAST.
Question 9 : Calculer la résolution actuelle de la machine.
Question 10 : Choisir parmi les propositions suivantes les caractéristiques pour améliorer la résolution.
Question 11 : Proposer une autre solution technologique.

B – DÉFINITION D’UNE NOUVELLE SOLUTION

Question 12 : Identifier le module de la crémaillère et du pignon.
Question 13 : Calculer le nombre de dents du pignon pour la résolution souhaitée.
Question 14 : Vérifier la condition de la nouvelle résolution …
Question 15 : Choisir le pignon dans la documentation technique.
Question 16 : Identifier la longueur d’un élément de crémaillère.
Question 17 : Choisir et justifier la crémaillère dans la documentation technique.

C – MISE EN PLACE DE LA NOUVELLE SOLUTION

Question 18 : Préciser dans le tableau suivant, les éléments conservés, ajoutés, remplacés ou supprimés.
Question 19 : Colorier sur le dessin ci-dessous les surfaces d’appuis sur lesquelles seront installées les crémaillères.
Question 20 : Calculer à l’aide de la documentation la cote « c ».
Question 21 : Compléter sur le document technique.
Question 22 : Compléter le dessin d’ensemble en coupe A-A.
Question 23 : Compléter la nomenclature de l’installation de la crémaillère.