CHANGEUR D’OUTILS

1. 1° BACCALAUREAT PROFESSIONNEL ETUDE ET DEFINITION DE PRODUITS INDUSTRIELS E1 A1 U11 CHANGEUR D’OUTILS DOSSIER B : Problématique

2. 4. Problématique 4.1 Démarche initiale La conception du changeur d’outils a été confiée à un sous-traitant. Ce dernier a bien entendu analysé les systèmes de changement d’outils qui existaient déjà dans l’entreprise. Existant : Magasin circulaire équipant les centres d’usinage standards URANE

3. 4.1 Démarche initiale Choix du sous-traitant : transposer ce principe au changeur d’outils du magasin grande capacité. Transposition … … du principe de pincement

4. 4.1 Démarche initiale Transposition du principe tout en respectant les contraintes du cahier des charges, qui sont : • Exigences industrielles • Transporter des outils de 10 kg maxi • Respecter les temps de changement d’outils malgré l’augmentation des dimensions • Minimiser l’énergie utilisée pour les changements d’outils

5. 4.2 Présentation de la version initiale Changeur d’outils (version initiale) Principe de préhension par pincement

6. 4.3 Problème rencontré Simulation MotionWorks

7. 4.3 Problème rencontré Problème rencontré : chute des outils Voir Simulation MotionWorks

8. 5. Recherche de certains paramètres influents Quels peuvent être les paramètres qui influent sur la chute des outils ? 1. La raideur des ressorts ? Voir Simulation MotionWorks 2. La vitesse de rotation ? Voir Simulation MotionWorks 3. Le coefficient de frottement entre les doigts et l’outil ? Voir Simulation MotionWorks

9. 6. Remédiations possibles Comment remédier à ce problème de chute des outils tout en respectant le cahier des charges ? 1 A priori, en augmentant la raideur des ressorts. Que nous impose le cahier des charges ? Minimiser l’énergie utilisée pour les changements d’outils A posteriori, il faudra donc faire un compromis entre effort des ressorts et effort pour introduire ou extraire les outils.

10. 6. Remédiations possibles Comment remédier à ce problème de chute des outils tout en respectant le cahier des charges ? 2 A priori, en diminuant la vitesse de rotation. Que nous impose le cahier des charges ? Respecter les temps de changement d’outils. 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.

11. 6. Remédiations possibles Comment remédier à ce problème de chute des outils tout en respectant le cahier des charges ? 3 A priori, en augmentant le coefficient de frottement entre les doigts et l’outil. Que nous impose le cahier des charges ? Minimiser l’énergie utilisée pour les changements d’outils A posteriori, on ne pourra pas agir sur ce paramètre. De plus, la mise en œuvre ne semble pas évidente.

12. 6. Remédiations possibles Comment remédier à ce problème de chute des outils tout en respectant le cahier des charges ? 4 A priori, on peut aussi augmenter les « bras de levier » au niveau des doigts de la pince. Que nous impose le cahier des charges ? Minimiser l’énergie utilisée pour les changements d’outils A posteriori, on ne pourra pas non plus agir sur ce paramètre.

13. 7. Solution retenue par le constructeur 7.1 Présentation Changement du principe de préhension des outils : Passage d’un système « élastique » à un système « tout ou rien ». Solution utilisant un disque verrouillé par un poussoir.

14. 7.1 Présentation Quand on vient introduire l’outil, on écarte en même temps le poussoir de sa position initiale. L’introduction de l’outil fait tourner le disque de verrouillage. Une fois l’outil en place, les pinces du bras manipulateur reculent et laisse le poussoir retomber dans l’encoche venant ainsi verrouiller l’ensemble. Pour extraire l’outil, de la même manière on vient en même temps écarter le poussoir et reculer les pinces, l’outil est alors libéré.

15. 7.1 Présentation INTRODUCTION DE L’OUTIL

16. 7.1 Présentation EXTRACTION DE L’OUTIL

17. 7.2 Analyse de la nouvelle version Rappelons les points clés du Cahier des Charges Fonctionnel : • Exigences industrielles • Transporter des outils de 10 kg maxi • Respecter les temps de changement d’outils malgré l’augmentation des dimensions • Minimiser l’énergie utilisée pour les changements d’outils

18. 7.2 Analyse de la nouvelle version Des outils de 10 kg doivent être transportés ! Avec ce système de verrouillage, on peut aisément transporter des outils pesant 10 kg ou plus.

19. 7.2 Analyse de la nouvelle version Respecter les temps de changement d’outils ! Avec ce même système de verrouillage, on peut conserver les temps de changement d’outils les plus courts.

20. 7.2 Analyse de la nouvelle version Minimiser l’énergie utilisée pour les changements d’outils ! Avec ce même système de verrouillage, seule la force du ressort de tarage du poussoir est à vaincre.

21. 7.2 Analyse de la nouvelle version Avec ce nouveau système de verrouillage, l’ensemble des points clés du CdCF sont respectés. 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 capacité) commercialisés avec les Centres d’Usinage Très Grande Vitesse URANE.

22. 7.3 Conclusions Le sous-traitant a commis des erreurs au niveau du calcul de la raideur des ressorts. Qu’est-ce que MotionWorks (ou tout autre logiciel de simulation mécanique) aurait pu apporté en plus dans la démarche d’analyse du problème ?  d’une part, ces logiciels permettent de simuler le fonctionnement correct d’un mécanisme, et donc de déceler certains problèmes éventuels que seul un prototype (ou des tests sur systèmes réels) auraient pu montrer.  d’autre part, le logiciel offre aussi l’avantage de s’affranchir de calculs fastidieux comme c’est le cas ici. Exemple d’équations qu’il faut écrire pour résoudre le problème et déterminer la raideur des ressorts nécessaire :

23. =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))=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)) =-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)) 7.3 Conclusions Utilisation d’un tableur comme Excel pour résoudre ces équations

24. 7.3 Conclusions Ces outils de simulation mécanique font partie de la chaîne CFAO : + FAO (ex : Camworks) CAO (ex : Solidworks) Conception et Fabrication Assistée par Ordinateur