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(i)'" ' : ' , , ] 1:~IlConstitution de l'epreuve

Volet 1 : presentation de I'epreuve : page 1114Volet 2 : presentation du support : page 2/14Volet 3 : substrat du sujet : page 3/14

situation d'evaluation 1 : pages 3/14 et 4/14 situation d'evaluation 2 : pages 4/14 et 5/14 situation d'evaluation 3 : page 5/14 documents reponses : pages 6/14 810/14 (8 rendre par Ie candidat)Volet 4: documents ressources : pages 11/14 a 14/14

Volet 1 : Presentation de I'epreuve.Systeme a etudier : Bane d'essai pour garnitures de frein et d'embrayage ;.Duree de l'epreuve : 4 heures ;Coefficient : 8 ;.Moyen de calcul auto rise : Calculatrice non programmable;.Documents auto rises : aucun ;.Les candidats redigeront les reponses sur les documents reponses prevus a cet effet.

GRILLE D'EVALUATION

cTACHE2

a

2 pts0,5 pt

3

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NS45 :..:;J~_,l#\J ~_,L J\~ - U"~I r_,k. :O.llA- t..,...o_,.ll- 20::1.0 ~JWI o _) JJ lL Y . J. _,J ~ J.:._,..JI~_,J10L:. . : i . . ' i1W~\ ..:;J~h.s:.J\J ~_ ,L J \ ~

Volet 2 : Presentation du support :Dans Ie domaine routier, les vehicules actuels sont equipes de dispositifs de freinage etId'embrayage qui doivent etre fiables et performants dans toutes les conditions d'utilisation. Lesperformances de ces dispositifs doivent etre continuellement ametiorees.Afin d'etudler les rnateriaux constituant les surfaces de contact, en particulier les garnitures,il a ete necessaire, pour les fabricants des garnitures, de se doter d'un dispositif experimentalcapable de simuler Ie comportement en exploitation (performances, usure ...). Ce dispositifappele Banc d'essai pour garnitures de frein et d'embrayage (voir schema ci-dessous) fera .

I'objet de cette etude.Le banc d'essai permet de mesurer Ie coefficient de frottement f entre les garnitures et leselements en contact. Ce coefficient f est fondamental dans la determination du couple de

I'embrayage ou du frein.Principe de fonctionnement du banc d'essai :

GARNITURE A ESSAYER 14Poup~e mobile 10 (Engrenage (3,4)) Plateau 11 Plateau 12 Poup~e fixe 13 (Engrenage (1,2))

Verin 8 Accouplement 15Distributeur 3 /2monostable

Information decommande deI'electrovanne

Source depression Bati 6 Arbre inferieurrbre superieur

Le moteur electrique 16 entraine, par l'intermediaire de I'accouplement 15, I'arbre inferieursur lequel sont encastres deux pignons a denture droite 1 et3 (voir schema ci-dessus) quienqrenent respectivement avec deux roues 2 et 4 llees aux arbres superieurs. Les engrenages(1,2) et (3,4) sont choisis de telle sorte que les vitesses de rotation des deux plateaux 11 et 12solentdilferentes I'une de I'autre pour avoir Ie frottement necessaire entre garniture et plateaux.

Un verin hydraulique 8, dont la tigeest liee a la poupee mobile 10, developpe I'effort axialvariable N (appele effort presseur normal aux surfaces de frottement).

Lors de I'essai, la poupee mobile 10 doit translater par rapport au bati 6.L'accouplement 15 (Iimiteur de couple) permet de desaccoupler Ie moteur du reste dusystems lorsque I'effort presseur cree une immobilisation entre les plateaux. Juste avantcet etat,

on reteve la valeur de la pression atteinte permettant de determiner la valeur maximale de I'effortpresseur et par la suite la determination du coefficient de frottement 1 .NB. : Les elements suivants ne sont pas representes :

- La mise etle maintien en position des garnitures.- Les pieces de securite telles que: cache-totes, soufflets ... etc.

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Volet 3 : substrat du sujetDans Ie but d'ameliorer les performances de ce banc d'essai et de garantir son bonfonctionnement dans Ie temps, en particulier la determination du coefficient de frottement denouveaux materiaux de garniture (exemple : les rnateriaux composites qui sont un melangede carbone, de souffre, de fibres d'amiante et de particules de metal), Ie bureau d'etude deI'entreprise qui fabrique et commercialise celui-ci a effectue une enquete qui a mene auxdecisions suivantes :-Verifier quelques constituants du banc d'essai vis-a-vis de ces nouvelles performances;-Etudier, en partie, I'automatisation de I'essai ;-Revoir la conception des plateaux 11 et 12 pour leur permettre plus de dissipation dechaleur lors des essais des garnitures.

SITUATION D'EVALUATION 1 :L'apparition de nouveaux rnateriaux de garnitures, dont Ie coefficient de frottement fatteint la valeur 0,5, necessite la verification des performances du banc d'essai actuel au niveaudu verin vu que Ie moteur electrique est protege par un limiteur de couple. Vous faites partie de l'equipe chargee d'effectuer ce travail, pour cela on vous demanded'effectuer les taches suivantes :

TACHE N 1 :Avant la verification des performances du banc d'essai actuel au niveau du verin, iI fautapprehender son fonctionnement. En se referent a la figure de la page 2 et aux documentsr.essources pages 11 et 12, repondre sur Ie document reponses page 6 aux questions

suivantes:a. Remplir Ie diaqrarnme bete a cornes relatif au banc d'essai des garnitures;b.Completer la chaine cinernatique du systems etudie ;c. Completer Ie schema cinernatique relatif a la vue en coupe A-A en realisant les liaisonsL1, L2 et L3.

TACHE N 2:La verification de la performance du banc d'essai actuel au niveau du verin revient a verifiersi celui-ci est capable de fournir I'effort presseur necessaire pour obtenir un couple (au niveauplateaux/garniture) resultant d'un coefficient de frottement atteignant la valeur maximale def=0,5. En se referant a la figure de la page 2 ainsi que Ie document ressources page 12 et surIe document reponses page 7, on vous demande de:a. Donner I'expression de la puissance dissipee Pd (puissance de sortie au niveauplateaux/garniture) en fonction de la puissance du moteur Pm et du rendement de latransmission par engrenages 11=0,98; (t e rendement du limiteur de couple est suppose egala1).b.Deduire I'expression du couple de frottement Cfen fonction de la puissance du moteur Pm,du rendement 1 1 et des vitesses de rotation des plateaux 11 et 12 notees respectivement0)11 et 0)12, sachant que Pd=Cf x (0)12- 0)11);

c. Determiner les vitesses 0)11et 0)12 (en rad/s), sachant que Z1=26 dents, Z2=42 dents,Z3=20dents et Z4=48dents;d. Calculer la valeur numerique du couple de frottement Cf en N.m ;e. Donner I'expression litterale de I'effort presseur N applique par Ie verin en fonction ducouple de frottement Cf, du coefficient de frottement f et des rayons exterieur Rext etinterieur Rint de la garniture sachant que Ie nombre des surfaces de contact n=1;

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f. Oeduire la valeur nurnerique de I'effort presseur N ;g. Determiner I'effort maximal Fmax que peut developper Ie verin sachant que:- la pression d'alimentation du verin est p = 8 bars;- Ie diarnetre du piston du verin est d, = 63 mm ;- la reaction du ressort de rappel du verin est negligeable devant la pression d'alimentation.h. Conclure sur la validation du choix du verin. Justifiez votre reponse,TACHE N 3:I

Pour que Ie banc d'essai puisse determiner des coefficients de frottement de garniture deI'ordre de f=0,5, une etude rnecanique a montre que l'arbre inferieur actuel doit transmettre, parl'lntermediaire des engrenages a denture droite, un couple C=14,60 N.m. En faisant l'hypotheseque cet arbre est assimile a une poutre cylindrique pleine de dlarnetre d, soumise a la torsion etconstituee d'un rnateriau dont la resistance elastique au glissement est telle que Reg=60 N/mm 2.Sur Ie document reponses page 8, on vous demande de :a. Ecrire la condition de resistance de I'arbre a la torsion en fonction de C, d, Reg et s ~(s:coefficient de securite) ;b. Dedulre et calculer Ie dlametre minimal d de I'arbre (en mm) en prenant s = 3 ;c. L'arbre inferleur du banc d'essai actuel est assirnlle a une poutre de section constante de.d iametre da=20mm, cet arbre est-il toujours convenable dans les nouvelles conditions(determination d'un coefficient defrottement f=0,5). Justifiez votre reponse.

SITUATION D'EVALUATION 2 :Pour plus de securlte de l'operateur durant les differentes phases de I'essai des garnituressur Ie banc actuel d'une part, et pour augmenter la cadence des essais d'autre part, Ie bureaud'etude de I'entreprise a propose une premiere phase d'automatisation du banc d'essai actuel

qui est decrite 'comme suit:- garniture. mise en place: operation detectee par un capteur C1 ;- cache tole ferme : operation detectee par un capteur C2 ;- tige du verin V rentree : position detectee par un capteur C3 ;- un appui sur Ie bouton poussoir dcy entraine la rotation du moteur, une fois sa vitessenomina Ie est atteinte, un capteur centrifuge C4 permet la sortie de la tige du verincommands par l'electrovanne KA pilotant Ie distributeur 3/2, ce qui fait deplacer la poupeemobile 10, qui vient serrer la garniture par l'intermediaire des plateaux 11 et 12 ;- au moment de I'immobilisation des plateaux, la rentree du verin et l'arret du moteur sontprovoques par un capteur de pression Cs (permettant de relever la pression atteinte auniveau du verin) et un autre capteur Cs incorpore dans Ie limiteur de couple.- la rentree totale de la tige du verin est detectee par Ie capteur C3.Vous faites partie de l'equipe chargee de cette automatisation partielle de I'essai. Pour cela,on vous demande d'effectuer les taches suivantes :

TACHE N 1 :On souhaite etablir l'equation du circuit de commande de l'electrovanne pilotant Ie distributeur

3/2, sur Ie document reponses page 8 et en utilisant Ie document ressources page 12, onvous dernarrde de :a- completer Ie Grafcet du point de vue partie commande (Grafcet niveau 2) du cycle de

commande d'automatisation de I'essai ;b- deduire l'equanon de i c i l sortie de l'electrovanne a partir du schema de commande de KA.

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Lors de I'essai des garnitures sur Ie banc actuel, les plateaux 11 et 12 chauffent sous I'effetd~ f~ott~ment. Ceci provoque leur endommagement. c.equi influ~ sur les resultats, Pour faciliter la ~dissipation de la chaleur et permettre plus de refroldissernent a ces plateaux, Ie bureau d'etude ( I "de I'entreprise a propose de revoir leur conception du point de vue forme par I'ajout d'ailettes. Ledessin de definition de la nouvelle conception des plateaux est donne sur Ie Document I'--ressources page 14.

Vous faites partie de l'equipe chargee de faire l'etude partielle de la production de cette .piece en serie, A ce propos, on vous demande d'effectuer les taches suivantes :

:..:.r~_,.I#IJ r#1 ~ - W "..\ .if. .J I I '~ :.,lL. - t~."...J1 ~ 2010~ JW I .JJ.l!I_l:l.J)tS.,Jl~_,. . J I ~)10w...'i1. W~I ..:.r~_,.I#IJ r _ , w l . ! .Ll-o

TACHE N 2:Dans Ie but d'afficher la valeur du coefficient de frottement f , la pression relevee par Ie

capteur Cs est convertie en une tension analogique, cette derniere est traitee puis affichee sousforme decimate, Sur Ie document reponses page 9, On vous demande de:a- Completer la chaine de traitement relative a cet affichage ;b- Quel est Ie role du CAN?

SITUATION D'EVALUATION 3 :

TACHE N 1 :Toute etude de production commence par une analyse du dessin de definition et du dessin

de brut. Sur Ie document reponses page 9, repondre aux questions suivantes :a. Le rnateriau du plateau est: EN-GJL-250, que signifie cette designation?b. Donner I'explication de la specification suivante : [i! jO IO ,9 3 Ic. Quel est Ie precede d'obtention de la piece brute plateau 11 ?d. Completer Ie dessin de brut du plateau 11 en indiquant les surepaisseurs d'usinage, Ieplan. de joint et les depouilles s'ils existent. .

TACHE N 2:Une etude de fabrication du plateau 11 a abouti a I'avant projet d'etude de fabrication donne

sur Ie document ressources page 12. Sur les documents reponses page 9 et 10 :a-Justifier la mise et le maintien en position relatifs a la phase 200 ;b-Valider Ie choix de la machine lors du chariotage de 04, sachant que celle-ci developpe unepuissance, au niveau du moteur de la machine, eqale a 5,5 KW, son rendement '1=0,8 et quea=2mm, f=0,1mm/tr, Vc=210m/mn, kc a choisir dans Ie tableau du document ressources_pCJge12.c- Calculer Ie temps technologique relatif a l'operation d'ebauche de 04 si la longueur d'usinageL=14mm et N=1400tr/mn.

TACHE N3:La fabrication du plateau 11, en particulier la phase 200, sur une machine a commande

numerique s'est averee satisfaisante pour un cout optimal du produit. En utilisant les documentsressources pages 13 et 14, sur Ie document reponses page 10, on vous demande de :a-Placer les origines (piece, programme et machine) ;b-Cornpleter les coordonnees en mode absolu (G90) des points du profil (flnition) :c- Completer Ie programme du profil (finition) ;d-On desire generer un fichier programme (txt, code CN ou ISO) a I'aide du logiciel FAOfe'atureCam, sur Ie document reponses page 10, completer Ie tableau decrivant I'ordrechronologique des etapes a effectuer.

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Documents reponses : (a rendre par Ie candidat a'la fin de I'epreuve)., ~~ ~,,,. SITUATION D'EVALUATION 1 :TACHE N 1 :

a. Le diagramme bete a comes refatif au banc d'essai des garnitures: (..... /2pts)

b. La chaine cinernatlque du systerne etudle : (..... /2pts)

"

c. Le schema cinematique refatif a fa vue en coupe A-A en reallsant les liaisons L1, L2 etL3 : (...../1,5pt)

Plateau 12

Dissipation de lapuissance totale dumoteur en frottementAccouplement15oteur 16

Plateau 11Verin 8

8 11 12 20 4

Liaison ghsstere

3l -Or

~,I(

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:~~.h .s: : : .J '_'~#'~ -.)M ~I ('~ :O.lL..e ~ _ , . . . J I - 2010 ~JI.aJIo.JJ.llI- . : U _ , } \ S , I l l . l . : : o . _ , . . J 1 ~ b _ , } 1 Ww..'ilW~I o . : J~ .h~~ ' J ~ " . w , I!.IJ,.._.NS45ASTACHE N 2:

a. Expression de la puissance dissipee Pd : (...../2pts)

b. Deductlon du couple de frottement Cf : ( . . . . . 1 1 pt)

c. Determination des vitesses de rotation 0012 et 0011 : (.....14pts)

' 1 ' : .

. . . , , , " '" '" , ,., , , , ,.. ,., .,

................................................................................................................................................................................................. 1 1. .

d. Calcul de la valeur nurnerique du couple de frottement Cf: ( . .. . . 1 1pt)

...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

e. Expression litterale de I'effort presseur N : (...../2pts)................................................................................................................................................................................................

f. Deduction de la valeur nurnerlque de I'effort presseur N : ( . . . . . 1 1 pt)................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

. t. . . . . . - ................................................................................................................................................................................................."g. Determination de I'effort maximal Fmax que peut developper Ie verin : ( ..... /2pts).................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

h. Conclusion sur la validation du choix du verin et justification: (...../2pts)................................................................................................................................................................................................................... _ ..................................................................................................................................................................................................

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a.. Ecriture de la condition de resistance de I'arbre a la torsion: (..... /2,5pts) ,- 11

b. Deduction et calcul du diarnetre minimal d de I'arbre : ( ..... /3pts) , I j ...

,f'; I ~ .

c.' L'arbre inferieur est-il toujours convenable ? Justifiez votre reponse : (..... 12pts)

........................................................... .. .. .. .. .. .. .. 1 .. .. .. ..

;",:~,'';'''a- Le Grafcet du point de vue partie commande (Grafcet niveau 2) :~

, "0+I 2tI 3t4+ ~

H _ _ _ .HBobine KA deI'electrovanne

Deduction de l'equation de l'electrovanne KA : (.....IO,5pt)

(..... /2pts)

Phase: 24V~Verin V

rt

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NS45 :~~_,J#IJr#I.~ - (j ' I~1 (A ~ :O. lL . . e_, . :a . ; . .. l l - 2010 ~JWIo')J~I-. )_,ltS,JI . l:>._,.J1~_,l106:i,. ' i1W~I ~~_,J#IJr#1 .!J,.L....

t ~,

d- Dessin de brut de la piece 11 (Plateau) : (.....13pts)

TACHE N 2:a- La chaine de traitement relative a cet affichage :

d'acquisition

Deeodage IMemorisationAdaptation ConversionCAN

chambre du driniI I'~tat tige sortie

b- Role du CAN:

'SITUATION D'EVALUATION 3 :

TACHE N 1 :a- La signification de la designation: EN-GJL-2S0.b- L'explication de la specification: I Fl\ 0 I 0,03\

~c- Le precede d'obtention de la piece brute Plateau 11 :.

a- Justifica~ion de la mise et Ie maintien en position : (...../l,5pts)

(..... /1,5pt)Afficbage

(..... IO,5pt)

(...../2pts)

(...../2pts)

(...../2ptS)

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~ I NS45 : . : : J I e > . - _ , J _ p :. , : l I J ~ _ ,L JI ~ - , - " , , ~ I ~ ~ :o .:lL..- t~_ jA l1 - 2010~JWlo.JJ..1l \_ I . :U_ ,J ~ . b ._ ,. .J 1 ~ _ ,J 1 0h : i .. ) 1 1~. A c . . a". .~~ I . : : J 1 e > . - y#J ~_ ,L J I .!.l.I-.ob- Validation du choix de la machine (..... 14pts)- calcul de I'effort tangentiel de coupe Fe .................................................................... "............................................................................ ".......................... ,......... ".................................................................................................................- calcul de la puissance de coupe Pc ........................................ ".............. ...........................................................................................................................................................................................................................................................- deduction de Japuissance Pm du moteur de la machine ................................................ , ........................ ........................................................................................................................................................................................ .............- conclusion sur Iechoix de la machine ..................................................................................................................

c- Calcul du temps technologique Tt en centieme mn (...... 12pts)................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................TACHE N3 ..a- Les origines (Programme OP et machine Om) (figure ci-dessous) (.... 11pt)b- Le tableau des coordonnees en mode absolu (G90) des . Lpoints du profil (finition) (.... 13pts)

~',Repere X Z v 6J ;1 22 44 " V~ .

2 2 13 -- -,,_._-1-I 4

1 /v .

6 vv7 62 + + v~c- [e programme du profil (finition) ( ..... /3pts)On donne : Vc=S=300m/mn, avance F=O,1. Engagement et deqaqernent de I'outil =2mm.NlO G4 0 G80 G90 N90 ................................N20 GO G52 XO ZO NIOO ................................N30 Tl DI M6 NIIO ................................N4 0 G97 S lOOO M4 1 M3 M8 Nl20 ................................N50 G92 S 30 0 0 N1 30 ................................N60 GOO ................. (po in t J) NI4 0 G . . .. . . " G52 ............. M5M9N70 G 96 S .. .. . . . . . G95 F ...... N150 077 NIO N20

, N80 GOl ................ N160 M2

d- Le tableau decrivant I'ordre chronologique des etapes a effectuer pour generer un fichierprogramme CN ( ..... 12pts)Nd'ordre Etapes chronologiques

1 Ouverture de FeatureCam234567

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NS45 ;o,;J!.::orJl#IJ~#I ~ - W"'~I ~.jk. : O . .l l. . - t_,.4.JAlI- 20~O ~JWloJ~I- t : u _ , l t s , J } . . l ! > . _ , . . J 1 ._..l.b_,llL: . . . . : i . . . ' : i 1, W~I o,;J!.::orJl#1J#I~Volet 4 : Documents ressources :

A A

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~I NS45 :.;JI,,:o:-'y#'J r_,.wl~ - W" ' ~ 1 r . J k . : ; ;. .l L .. - t~ . JAol l - 20::1..0 ~ J \a .l l._ )J .. ll L l :u _,J l4 l .l :l ._ ,. Jl ~ _,J \ 0 L :. :i. .'ilI{R : ~,,!,H~:,,JI . ; J ' - : . : : : - . y #IJ r_,.wI..! .l1.-, ..Caracterlstlques de quelques elements du banc d'essaiI Puissance Pm =1500 WMoteur Frequence de rotation Nm = 1450 t r /mn

Geometrie de la garniture Rayon exterieur Rext = 70 mmRayon interieur Rint = 25 mm*

Verin 8 Pression d'alimentation p = 8 barsDiarnetre du piston d = 63 mm

~Grafcet Niveau 1GJ+ V er in e n p ositio n r en tr ee e t p re se nc e g ar nitu re e t c ac heto le ferm e et dep a rt c yc le do nne

Affectation des sorties : H R o ta ti on d e l 'a rb re inferieur a l a v it es se n om i na l e ISortie DesignationLa Bobine de . t V it es se N om i n al e a tt ei nt el'electrovanne commandant KA

Ie distributeur 3/2 [Q- S e rr ag e de l a g ar nitu re e t r ota tio n de I 'a rb re Ierin simple effet V i nf e ri eu r I I l a v it es se n om i na l ePre-actionneur alimentantIe Moteur KM t I mm o b il is at io n d es p la te au x-t H A rr et d el 'a rb re i nf er ie ur ID e sse rr aa e d e l a g ar ni tu re- 4. + Ga rn it u re d e ss e rr e e

Avant projet de fabrication du plateau 11 :Phase 000 Contrdle de brutPhase 100 Tournage Usinage de Fl, F2, Dl,D2 et D3Phase 200 Tournage CN Usinage de F4, F3, D4 et ClPhase 300 Brochage Usinage de R IPhase 400 Contrdle final

Tableau pour Ie choix de Kc :Materiau usine Coefficient speciflque decoupe K c en daN/mm2Avance (mm/tr) 0,1 0,2 0,4 0,8

Aciers d'usage 5185-5275 360 260 190 140'. general 5355 400 290 210. 150

Aciers allies Aciers aumanganese 470 340 240 180Acier au nickel-chrome 500 360 260 180fontes EN-GJL-250 290 210 150 110EN-GJMW-350-4 240 170 120 90

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N545 :..:;.J~y#IJ ~ _ , .w l ~ - U " ~ I ~_,. lc : O . .l L . . t ~ _ J A l I- 2010 ~.lWlo_)J..ll'- y _ ) _ , l l . S . , J ] . . l ; > . _ , . . J 1~ _ , l \ UL:...:i...'J\W~I ..:;.J~y#IJ ~ _ , . w l . .!.ll.-o. Les Fonctions preparatoires G :

Code DesignationGOO Interpolation lineaire a la vitesse rapideG01 Interpolation lineaire a la vitesse programmeeG02 Interpolation circulaire sens anti-trigoG03 Interpolation circulaire sens trigoG40 Annulation d'une correction d'outil suivant Ie rayon;G52 Programmation absolue des coordonnees par rapport a I'origine mesure.G80 Annulation d'un cycle d'usinageG90 Programmation absolue des coordonnees.G92 Limitation de la frequence de rotation (N) en tr/minG94 vitesse d'avance en mm/minG95 Vitesse d'avance en mm/trG96 Vitesse de coupe (Vc) constante en m/minG97 Frequence de rotation (N) constante en tr/minG77 Appel inconditionnel d'un sous-programme G77 H... ou d'unesuite de sequences avec retour. G77 N... N....

Les'Fonctions auxiliaires M :

Nota : Tableau representant les etapes d'obtention d'un fichier programme en desordreleonesfonctions

--~----------------------------------------------~

Code ,. DesignationM02 Fin de programme pieceM03 Rotation de broche sens horaireM05 Arret de la brocheM06 Changement d'outilMOB Arrosage N2M09 Arret des arrosages

Designation des fonctionsAffectation des featuresOuverture de FeatureCamConception geometriqueSimulation d'usinageDefinition de brut

generation du programme fichier (Txt, code CN.ou iso)Definition de profil ou affectation courbe

' .

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