CHANGEUR D’OUTILSCHANGEUR D’OUTILS

1° BACCALAUREAT PROFESSIONNELETUDE ET DEFINITION DE PRODUITS INDUSTRIELS

E1 A1 U11

DOSSIER B : ProblématiqueDOSSIER B : Problématique

La conception du changeur d’outils a été confiée à un sous-La conception du changeur d’outils a été confiée à un sous-traitant.traitant.

Ce dernier a bien entendu analysé les systèmes de Ce dernier a bien entendu analysé les systèmes de changement d’outils qui existaient déjà dans l’entreprise.changement d’outils qui existaient déjà dans l’entreprise.

4. Problématique

Existant :Existant :

Magasin circulaire Magasin circulaire équipant les centres équipant les centres d’usinage standards d’usinage standards URANEURANE

4.1 Démarche initiale

Choix du sous-traitant : transposer ce principe au changeur Choix du sous-traitant : transposer ce principe au changeur d’outils du magasin grande capacité.d’outils du magasin grande capacité.

4.1 Démarche initiale

Transposition …Transposition …

… … du principe de pincementdu principe de pincement

4.1 Démarche initiale

Transposition du principe tout en respectant les contraintes Transposition du principe tout en respectant les contraintes du cahier des charges, qui sont :du cahier des charges, qui sont :

Exigences industrielles Exigences industrielles

Transporter des outils de 10 kg maxiTransporter des outils de 10 kg maxi

Respecter les temps de changement d’outils Respecter les temps de changement d’outils malgré l’augmentation des dimensionsmalgré l’augmentation des dimensions

Minimiser l’énergie utilisée pour les Minimiser l’énergie utilisée pour les changements d’outilschangements d’outils

4.2 Présentation de la version initiale

Changeur d’outils Changeur d’outils

(version initiale)(version initiale)

Principe de Principe de préhension par préhension par

pincementpincement

4.3 Problème rencontré

Simulation MotionWorksSimulation MotionWorks

4.3 Problème rencontré

Problème rencontré : Problème rencontré :

chute des outilschute des outils

Voir Simulation MotionWorksVoir Simulation MotionWorks

5. Recherche de certains paramètres influents

Quels peuvent être les paramètres qui influent sur la chute des outils ?Quels peuvent être les paramètres qui influent sur la chute des outils ?

1. La raideur des ressorts ?1. La raideur des ressorts ? Voir Simulation MotionWorksVoir Simulation MotionWorks

2. La vitesse de rotation ?2. La vitesse de rotation ? Voir Simulation MotionWorksVoir Simulation MotionWorks

3. Le coefficient de frottement 3. Le coefficient de frottement entre les doigts et l’outil ?entre les doigts et l’outil ?

Voir Simulation MotionWorksVoir Simulation MotionWorks

6. Remédiations possibles

Comment remédier à ce problème de chute des outils Comment remédier à ce problème de chute des outils tout en respectant le cahier des charges ?tout en respectant le cahier des charges ?

Que nous impose le cahier des charges ?Que nous impose le cahier des charges ?

Minimiser l’énergie utilisée pour les changements d’outilsMinimiser l’énergie utilisée pour les changements d’outils

A posteriori, il faudra donc faire un compromis entre effort des A posteriori, il faudra donc faire un compromis entre effort des ressorts et effort pour introduire ou extraire les outils.ressorts et effort pour introduire ou extraire les outils.

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A priori, en augmentant la raideur des ressorts.A priori, en augmentant la raideur des ressorts.

6. Remédiations possibles

Comment remédier à ce problème de chute des outils Comment remédier à ce problème de chute des outils tout en respectant le cahier des charges ?tout en respectant le cahier des charges ?

Que nous impose le cahier des charges ?Que nous impose le cahier des charges ?

Respecter les temps de changement d’outils.Respecter les temps de changement d’outils.

A posteriori, on ne pourra pas agir sur ce paramètre. La vitesse de A posteriori, on ne pourra pas agir sur ce paramètre. La vitesse de changement d’outils est imposée par la vitesse du centre d’usinage.changement d’outils est imposée par la vitesse du centre d’usinage.

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A priori, en diminuant la vitesse de rotation.A priori, en diminuant la vitesse de rotation.

6. Remédiations possibles

Comment remédier à ce problème de chute des outils Comment remédier à ce problème de chute des outils tout en respectant le cahier des charges ?tout en respectant le cahier des charges ?

Que nous impose le cahier des charges ?Que nous impose le cahier des charges ?

Minimiser l’énergie utilisée pour les changements d’outilsMinimiser l’énergie utilisée pour les changements d’outils

A posteriori, on ne pourra pas agir sur ce paramètre. De plus, la A posteriori, on ne pourra pas agir sur ce paramètre. De plus, la mise en œuvre ne semble pas évidente.mise en œuvre ne semble pas évidente.

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A priori, en augmentant le coefficient de A priori, en augmentant le coefficient de frottement entre les doigts et l’outil.frottement entre les doigts et l’outil.

6. Remédiations possibles

Comment remédier à ce problème de chute des outils Comment remédier à ce problème de chute des outils tout en respectant le cahier des charges ?tout en respectant le cahier des charges ?

Que nous impose le cahier des charges ?Que nous impose le cahier des charges ?

Minimiser l’énergie utilisée pour les changements d’outilsMinimiser l’énergie utilisée pour les changements d’outils

A posteriori, on ne pourra pas non plus agir sur ce paramètre. A posteriori, on ne pourra pas non plus agir sur ce paramètre.

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A priori, on peut aussi augmenter les « bras de A priori, on peut aussi augmenter les « bras de levier » au niveau des doigts de la pince.levier » au niveau des doigts de la pince.

7. Solution retenue par le constructeur

7.1 Présentation

Changement du principe de Changement du principe de préhension des outils :préhension des outils :

Passage d’un système « élastique » à Passage d’un système « élastique » à un système « tout ou rien ».un système « tout ou rien ».

Solution utilisant un disque Solution utilisant un disque

verrouillé par un poussoir.verrouillé par un poussoir.

7.1 Présentation

Quand on vient introduire l’outil, Quand on vient introduire l’outil, on écarte en même temps le on écarte en même temps le poussoir de sa position initiale. poussoir de sa position initiale. L’introduction de l’outil fait L’introduction de l’outil fait tourner le disque de verrouillage.tourner le disque de verrouillage.

Une fois l’outil en place, les Une fois l’outil en place, les pinces du bras manipulateur pinces du bras manipulateur reculent et laisse le poussoir reculent et laisse le poussoir retomber dans l’encoche venant retomber dans l’encoche venant ainsi verrouiller l’ensemble.ainsi verrouiller l’ensemble.

Pour extraire l’outil, de la même Pour extraire l’outil, de la même manière on vient en même temps manière on vient en même temps écarter le poussoir et reculer les écarter le poussoir et reculer les pinces, l’outil est alors libéré.pinces, l’outil est alors libéré.

7.1 Présentation

INTRODUCTION DE L’OUTILINTRODUCTION DE L’OUTIL

7.1 Présentation

EXTRACTION DE L’OUTILEXTRACTION DE L’OUTIL

7.2 Analyse de la nouvelle version

Exigences industrielles Exigences industrielles

Transporter des outils de 10 kg maxiTransporter des outils de 10 kg maxi

Respecter les temps de changement d’outils Respecter les temps de changement d’outils malgré l’augmentation des dimensionsmalgré l’augmentation des dimensions

Minimiser l’énergie utilisée pour les Minimiser l’énergie utilisée pour les changements d’outilschangements d’outils

Rappelons les points clés du Rappelons les points clés du Cahier des Charges Fonctionnel :Cahier des Charges Fonctionnel :

7.2 Analyse de la nouvelle version

Des outils de 10 kg doivent être transportés !Des outils de 10 kg doivent être transportés !

Avec ce système de Avec ce système de verrouillage, on peut verrouillage, on peut aisément transporter des aisément transporter des outils pesant 10 kg ou outils pesant 10 kg ou plus.plus.

Respecter les temps de changement d’outils !Respecter les temps de changement d’outils !

Avec ce même système de Avec ce même système de verrouillage, on peut verrouillage, on peut conserver les temps de conserver les temps de changement d’outils les changement d’outils les plus courts.plus courts.

7.2 Analyse de la nouvelle version

7.2 Analyse de la nouvelle version

Minimiser l’énergie utilisée pour les changements d’outils !Minimiser l’énergie utilisée pour les changements d’outils !

Avec ce même système de Avec ce même système de verrouillage, seule la force verrouillage, seule la force du ressort de tarage du du ressort de tarage du poussoir est à vaincre.poussoir est à vaincre.

7.2 Analyse de la nouvelle version

Avec ce nouveau système de verrouillage, l’ensemble des points Avec ce nouveau système de verrouillage, l’ensemble des points clés du CdCF sont respectés.clés du CdCF sont respectés.

L’industriel a donc choisi de concevoir cette version du changeur L’industriel a donc choisi de concevoir cette version du changeur d’outils. A ce jour, c’est la version qui équipe les magasins (grande d’outils. A ce jour, c’est la version qui équipe les magasins (grande capacité) commercialisés avec lescapacité) commercialisés avec les

Centres d’Usinage Très Grande Vitesse URANE.Centres d’Usinage Très Grande Vitesse URANE.

7.3 Conclusions

Le sous-traitant a commis des erreurs au niveau du calcul de la Le sous-traitant a commis des erreurs au niveau du calcul de la raideur des ressorts.raideur des ressorts.

Qu’est-ce que MotionWorks (ou tout autre logiciel de simulation Qu’est-ce que MotionWorks (ou tout autre logiciel de simulation mécanique) aurait pu apporté en plus dans la démarche d’analyse mécanique) aurait pu apporté en plus dans la démarche d’analyse du problème ?du problème ?

d’une part, ces logiciels permettent de simuler le d’une part, ces logiciels permettent de simuler le fonctionnement correct d’un mécanisme, et donc de déceler fonctionnement correct d’un mécanisme, et donc de déceler certains problèmes éventuelscertains problèmes éventuels que seul un prototype (ou des tests que seul un prototype (ou des tests sur systèmes réels) auraient pu montrer.sur systèmes réels) auraient pu montrer.

d’autre part, le logiciel offre aussi l’avantage de s’affranchir de d’autre part, le logiciel offre aussi l’avantage de s’affranchir de calculs fastidieux comme c’est le cas ici.calculs fastidieux comme c’est le cas ici.

Exemple d’équations qu’il faut écrire pour résoudre le problème et Exemple d’équations qu’il faut écrire pour résoudre le problème et déterminer la raideur des ressorts nécessaire :déterminer la raideur des ressorts nécessaire :

7.3 Conclusions

15cos...15sin...)15cos(.. 221 RmRmgmNN

15sin...15cos...)15sin(.. 221 RmRmgmTT

=m*R*C19*C19*SIN(15*PI()/180)-m*R*D19*COS(15*PI()/=m*R*C19*C19*SIN(15*PI()/180)-m*R*D19*COS(15*PI()/180)+F19+m*g*COS((A19*PI()/180)-(15*PI()/180))180)+F19+m*g*COS((A19*PI()/180)-(15*PI()/180))

=-m*R*C45*C45*SIN(15*PI()/180)+m*R*D45*COS(15*PI()/180)+E45-m*g*COS((B45*PI()/180)-(15*PI()/180))

Utilisation d’un tableur comme Excel Utilisation d’un tableur comme Excel pour résoudre ces équationspour résoudre ces équations

7.3 Conclusions

Ces outils de simulation mécanique font partie de la chaîne CFAO :Ces outils de simulation mécanique font partie de la chaîne CFAO :

CAO (ex : Solidworks)CAO (ex : Solidworks)

Conception et Fabrication Assistée par OrdinateurConception et Fabrication Assistée par Ordinateur

++

FAO (ex : Camworks)FAO (ex : Camworks)