EXERCICES DE SYNTHESE
DE LA PERCEUSE AU ROBOT KUKA
1
Le perçage est l’une des opérations effectuées sur une pièce produite par L’entreprise xxxx
Pour percer une pièce, l'opérateur doit effectuer les tâches suivantes :




Serrer la pièce
A+
Percer la pièce
B+
Retirer l'outil de perçage
Evacuer la pièce
A-
B-
A : Commande du moteur électrique.
L’outil de perçage est entrainé par un moteur à courant alternatif triphasé dont la commande
marche / arrêt est manuelle.
Questions :
1. Dessiner les circuits électriques de puissance et de commande . (Prévoir une protection
contre le blocage de l’outil de perçage et un arrêt d’urgence).
2. Le moteur doit développer un couple d’usinage nominal allant jusqu’à 15 Nm avec une
vitesse d’usinage de 2800 tr/mn. On estime que le rendement de l’ensemble moteur et
mécanisme de transmission égale à 80%.
Calculer la puissance électrique nominale absorbée par le moteur.
3. La tension de ligne du réseau d’alimentation électrique est 380v/50hz. Calculer le courant
de ligne nominal absorbé par le moteur si le facteur de puissance est de 0,9 .
4. Faire un choix du moteur à partir d’un catalogue de fournisseurs.
Pratique :
5. Etablir la liste des composants nécessaire à l’expérimentation du montage.
6. Réaliser le câblage du circuit de puissance et du circuit de commande sur une grille de
câblage électrique.
2
B :
Commande Manuelle avec Actionneurs pneumatiques
Les actions manuelles sont remplacées par des vérins double effet pneumatiques.
1. Dessiner le circuit pneumatique complet y compris les organes de traitement de l'air
comprimé.
2. Simuler le fonctionnement de votre circuit à l’aide d’un logiciel de simulation.
3. Avec une pression de service de 7 bar, le vérin A doit pouvoir développer une force de
poussée nominale de 500 N, le vérin B doit développer une force de 100N. La course de
chaque vérin peut atteindre 40cm.
Calculer le diamètre d’alésage minimal pour chaque vérin.
4. En se référant à un catalogue de constructeurs, Faire un choix des vérins et des autres
composants de l’installation.
Pratique :
5. Etablir la liste des composants pour réaliser le montage.
6. Câbler votre circuit sur un banc de test pneumatique.
7. Vérifier le fonctionnement du circuit.
3
C
Automatisation du cycle de perçage.
Le cycle de perçage doit se faire automatiquement après l'appui sur un bouton poussoir BP. Deux
fins de courses (fin de course retrait et fin de course avance) sont installés sur la course de
chaque vérin.
Plusieurs solutions sont envisagées pour l’automatisation du cycle de perçage.
C1 : Automatisation par un circuit de commande pneumatique
1. Proposer un circuit pneumatique à base de composants pneumatiques (ou à base d’un
séquenceur pneumatique) pour réaliser la séquence de perçage.
2. Simuler le fonctionnement de votre circuit à l’aide d’un logiciel de simulation.
Pratique
3. Réaliser le circuit sur un banc de test pneumatique.
4. Vérifier le fonctionnement.
4
C2
Automatisation par une commande à relais.
On se propose de remplacer la partie commande pneumatique en C1 par une logique de commande
à base de relais. (Les distributeurs sont à commande électrique)
1. Proposer un circuit de commande à base de relais pour réaliser la séquence automatique
de perçage (les distributeurs doivent être pilotés via des solénoïdes)
2. Simuler le fonctionnement de votre circuit à l’aide d’un logiciel de simulation.
Pratique
3. Réaliser le circuit électropneumatique.
4. Vérifier le fonctionnement.
5
C3- Commande par un Automate programmable ZELIO LOGIC
On se propose de commander la machine de perçage par un automate ZELIO de Schneider
électrique.
Les fins des courses sont supposées électriques NO. Les actionneurs sont pneumatiques.
1.
2.
3.
4.
Faire un choix de l’automate. (Tension d’alimentation, type d’entrées et type de sortie)
Dessiner les schémas de raccordement des entrées et des sorties de l’automate.
Donner un programme en utilisant le langage à contact. (Logiciel ZELIO SOFT LADDER)
Simuler le fonctionnement de votre programme.
Pratique
5. Réaliser le câblage API / partie opérative conformément au schéma dessiné en 2
6. Faire le transfert du programme vers la mémoire de l'automate.
7. Vérifier le fonctionnement du système ?
8. Refaire la programmation mais en utilisant un langage FB (ZELIO SOFT)
9. Simuler le fonctionnement du programme.
Pratique
10. Faire le transfert du programme vers la mémoire de l'automate.
11. Vérifier le fonctionnement du programme.
6
Remarque importante
Pour automatiser un système simple, il est fort probable qu’une solution d’automatisation par
intuition soit élaborée.
Mais dès que le système à automatiser devient plus au moins complexe (nombre de séquences,
nombre d’entrées et de sorties importants) il faut impérativement utiliser un moyen qui aide à
élaborer une solution.
Le GRAFCET
C’est :


Un moyen graphique de description des cahiers de charges en automatisation.
Un outil de programmation de certains automates programmables
Vous pouvez suspendre le travail sur ce document pour étudier le GRAFCET
12. Reprendre la programmation mais en utilisant un langage SFC (ZELIO SOFT)
13. Simuler le fonctionnement du programme.
Pratique
14. Faire le transfert du programme vers la mémoire de l'automate.
15. Vérifier le fonctionnement du programme.
7
C4- Commande par un Automate programmable ALLEN BRADELLEY
On se propose de commander la machine de perçage par un automate programmable allen bradley
SLC500/3
Les fins des courses sont supposées électriques NO. Les actionneurs sont pneumatiques.
1. Donner la table d'affectation des entrés sorties en se basant sur les modules choisis
dans le châssis de l’automate.
2. Dessiner les schémas de raccordement des entrées et des sorties.
3. Dessiner la GRAFCET vu partie opérative.
4. Dessiner la GRAFCET vu partie commande.
5. Traduire GRFCET en un diagramme LADDER pour API slc500/3
Pratique
6.
7.
8.
9.
Configurer l'automate programmable.
Editer le programme.
Faire le transfert du programme vers la mémoire de l'automate.
Vérifier le fonctionnement du système.
8
D
Amélioration 1
Dans le but de réduire l’encombrement du système, les détecteurs de position doivent être
intégrés dans les corps des vérins (cylindres).
Pour une production en série, l’outil de perçage doit être lubrifié en cours de l’opération.
 Le vérin A est muni de deux détecteur de positions a0 (position recul) et a1 (position avance).
 Le vérin B est muni de 3 détecteurs de positions b0 (position recul) et b1 (position
intermédiaire) et b2 (position avance)
1. Expliquer le principe de fonctionnement de ce type de détecteurs.
2. A partir d’un catalogue de fournisseurs, proposer une référence pour chaque vérin.
Rappel :
 Vérin A : course 40cm Force de poussée minimale 500N pour une pression minimale de 7 bar.
 Vérin B : course 60cm Force de poussée/attraction minimale 100N pour une pression
minimale de 7 bar.
3. Préciser le type de sortie des ces détecteurs (SINK ? Source ? …) et justifier votre
choix
L’API de commande doit satisfaire les conditions suivantes :



Le bouton poussoir dcy (départ cycle) démarre un cycle de perçage si les conditions
suivantes sont réunies
o Pression pneumatique normale. (Détecteur pn)
o Tension secteur normale. (Détecteur sn)
o Une pièce à percer est présente (pp).
o Niveau du liquide de refroidissement dans le réservoir est normal (ln)
Le cycle normal est le suivant :
o Serrage de la pièce (vérin A)
o Démarrage du moteur d’entrainement de l’outil + descente à grande vitesse.
o Arrivé en position intermédiaire (position b1), la vitesse d’avance est réduite et
la pompe d’arrosage de l’outil est activée.
o Lorsque le vérin B atteint la position limite de perçage (b2), la montée n’aura lieu
qu’après délai de 2s (débourrage).
o La pompe d’arrosage est désactivée lorsque le vérin B est en position b1 à l’état de
recul.
o Le desserrage de la pièce commence lorsque B atteint la position b0.
o Lorsque B atteint la position b0 la pièce est desserrée.
A la fin d’un cycle de perçage ( verin A en position a0) le moteur reste en état de
fonctionnement pendant une durée de 20s. on aura par la suite deux situations :
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

o Si une nouvelle pièce est présente et un nouveau ordre de perçage est émis (dans
la fenêtre du temps 20s), le moteur est maintenu en marche pour exécuter le cycle
suivant.
o Si pendant les 20s aucun ordre n’est émis alors le moteur s’arrête.
L’outil doit être remplacé après avoir effectué 1000 cycles de perçage. Pour cela une
lampe de signalisation doit être activée pour informer l’opérateur de changer l’outil. Une
fois l’outil est remplacé le compteur doit être effacé par un ordre RAZ .
L’outil de parcage est susceptible de se casser. On estime que la durée de perçage ne doit
pas dépasser 40 secondes. Une alarme (Alarme) doit être déclenchée si le temps de
perçage dépasse les 40 s. dans ce cas le système doit rejoindre la position initiale sans
terminer le cycle.
4. Dessiner un GRAFCET (ou des GRAFCETs) niveau 1 pour décrire le cahier de charge cidessus.
5. Etablir la liste des entrées sorties de l’API.
6. Dessiner un GRAFCET (ou des GRAFCETs) niveau 2 du système.
7. Traduire vos GRAFCET en un programme LADDER.
8. Charger votre programme puis simuler le sur un automate de votre choix
Pratique
Automate Siemens : Module LOGO
API S7-1200
Schneider électric Module Zelio logic
Omron
logiciel LOGO SOFT
Logiciels STEP7 ou TiaPortal
Logiciel ZELIO SOFT
API Modicon ;
logiciel PL7 ou Unity Pro
CPx série
Mogiciel CXone..
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D
Amélioration 2
Le poste de perçage étudié précédemment ressemble au système ci-dessous.
Normalement le perçage d’une pièce n’est qu’une étape de production.
 La matière première est débitée sous forme de profilés de 7m de longueur.
 Le profilé est découpés en petites pièces de longueur L (scie circulaire).
 Un trou est percé à une position donnée de la pièce. (Poste perçage)
 Une opération de taraudage est exécutée dans le trou de la pièce (poste de
taraudage)
L’entreprise XXXX désire accroitre son potentiel concurrentiel. Pour cela elle a décidé
d’automatiser la production. Comme suit
Trois postes (perçage ; taraudage ; découpe) seront placés dans l’ordre sur la ligne
de production.
L’opérateur place un profilé ( 7 m) sur une rai de guidage après avoir effectué les
réglages nécessaires ( positions des postes) puis donne l’ordre de départ cycle.
La barre avance pour se positionner en un point de référence.
Par la suite la barre avance pas à pas (soit L la longueur d’un pas), à chaque pas les
opérations suivantes sont réalisées.
 Le poste de perçage effectue un trou.
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 Le poste de taraudage effectue le taraudage d’un trou précédemment réalisé par
le poste de perçage.
 La scie circulaire réalise la découpe d’une pièce en longueur de L.
NB: l’opération sur le poste i n’est exécutée que si la matière est présente devant ce
poste.
 La vitesse de rotation de l’outil de perçage et celle de la scie doivent êtres
variables.
 La vitesse de rotation de taraudage et la vitesse de descente du taraud doivent
êtres synchronisées en fonction du filetage à réaliser.
On vous a confié la responsabilité de développer et de mettre au point une solution.
1. Donner une solution pour le mécanisme qui doit permettre d’avancer le profilé d’un
pas de longueur L.
Une règle longueur 3m graduée en mm est montée sur la raie de guidage permet de
positionner correctement les postes de perçage et de taraudage.
La scie est positionnée de tel sorte que l’outil de découpe pointe sur la position O mm.
La distance minimale permise entre les postes est 40 cm.
2. Donner les positions convenables permises pour fixer les postes de perçage et de
taraudage à fin de produire des pièces de longueur 15cm percée et taraudées dans
le centre.
Les trois postes seront commandés par un seul API de votre choix.
3. Faire un choix pour l’acquisition des 3 postes. (Donner les caractéristiques de
chaque poste. (Faire attention au choix de la variation de vitesse : le variateur
peut être intégré ou indépendant)
On donne. :
 Longueur L peut varier de 5 à 30cm
 Trous de taraudage de M3 à M16
 Section du profilé de 10mm x 10mm à 150mmx 200mm
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4. Etablir la liste des pré actionneurs à commander par l’API.
Attention au choix des composants du poste de taraudage.
5. Etablir la liste des capteurs et des détecteurs nécessaires .
6. Donner le choix de l’API que vous jugez convenable à l’automatisation de la chaine
de ligne de production.
7. Dessiner les schémas de câblage API/ partie opérative.
8. Elaborer les Grafcets nécessaire. (y compris les modes marches arrêts).
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D
Amélioration 3 : contrôleurs d’axes
On se propose d’améliorer la ligne de production pour produire des pièces de
dimensions et de configuration différentes.
On donne :
 L (mm)
longuer de la pièce (variable).
 N
nombre de troues (variable).
 Li (mm) Position du trou i ( i= 1 depuis la position de gauche )
 Hi (mm) Profondeur du trou i
 Nb nombre de pièces à produire.
Il est évident que certains mouvements doitvent être controlés avec précision.
L’utilisation des servomoteurs et des controleurs d’axes est alors incontournables.
1. Proposer un choix technologique pour assurer la commande des axes :
o Entrainnement du profilé sur la raie.
o Descente et montée de la perceuse.
o Entrainnement de l’outil de taraudage.
2. Proposer un choix technologique d’un pupitre opérateur (IHM) pour pouvoir
configurer les paramètres de la pièce à produire ( L,N ,Li, ….). cette interface sera
utilisée pour le dialogue homme machine.
3. Proposer l’API que vous jugez convenable pour la gestion du système.
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 ROBOT KUKA
L’entreprise XXXX a décidé de développer son offre pour produire des pièces
complexes.
Suite à un avis d’expert, la société a décidé d’investir dans deux robot KUKA. Un pour le
perçage et un pour le taraudage.
Données.
 Le perçage et le taraudage peuvent s’effectuer à n’importe quelle position sur le
plan de la pièce.
1. C’est quoi un robot KUKA ?
2. Comment programmer une trajectoire d’un robot KUKA.
3. Existe –il un outil de simulation d’un robot KUKA.
4. Comment intégrer un robot KUKA dans un automatisme piloté par un API.(
comment faire communiquer un API et un robot KUKA)
A suivre :
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