fabrication mecanique
DESCRIPTION
Fabrication mecanique : Principe de tournage Montre cylindre dans un mandrin Position isostatique Les différentes cotes de fabrication Transferts de cotesTRANSCRIPT
1 S.MERABTI
Introduction
Le tournage est un procédé de fabrication mécanique par coupe (enlèvement de
matière) mettant en jeu des outils à arête unique.
La pièce est animée d’un mouvement de rotation (mouvement de coupe), qui est
le mouvement principal du procédé
L’outil est animé d’un mouvement complémentaire de translation (rectiligne ou
non) appelé mouvement d’avance, permettant de définir le profil de la pièce.
La combinaison de ces deux mouvements, ainsi que la forme de la partie active
de l’outil, permettent d’obtenir des usinages de formes de révolution (cylindres,
plans, cônes ou formes de révolution complexes).
Bien que la cinématique du procédé et les outils soient assez simples, ce procédé
a fait l’objet d’une grande optimisation à cause de l’importance de ses
applications.
Cette optimisation a porté sur les machines (tours CN), sur les outils (les vitesses
de coupe industrielles ayant pratiquement été multipliées par 10 en 50 ans...), sur
les porte-pièces, sur le chargement/déchargement qui s’est automatisé... et même
sur les pièces dont les matériaux peuvent parfois être améliorés sur le plan de
l’usinabilité .
2 S.MERABTI
I. Principe du tournage
I.1 Opérations de base
En tournage extérieur, on peut souvent dissocier les pièces complexes en profils de
coupe élémentaires pour le choix des outils et des paramètres de coupe .Pour faciliter
le choix du type d’outil, on peut considérer qu’il existe, en tournage, quatre
opérations de base:
tournage longitudinal, ou chariotage
dressage
tournage de cônes
contournage
En chariotage le mouvement d’avance (mouvement de l’outil) est une translation
rectiligne parallèle à l’axe de révolution de la pièce, et cet usinage aura pour effet de
réduire le diamètre de la pièce.
En dressage, le mouvement d’avance est une translation rectiligne de l’outil
perpendiculaire à l’axe, ce qui diminue la longueur de la pièce et génère un plan
orthogonal à l’axe.
En combinant les deux types de déplacements précédents (avance de l’outil en
translation rectiligne oblique/axe), on génère des cônes de révolution.
Enfin, en donnant à l’outil une trajectoire plane quelconque (profil de contournage),
on peut obtenir une forme de révolution quelconque.
Les tours à commandes numériques de contournage permettent de suivre de tels
profils, définis géométriquement par des combinaisons d’éléments simples
(segments, cercles...) ou analytiquement par une fonction, ou encore point par point
dans le cas de profils non définis mathématiquement.
Le profil ainsi défini numériquement remplace le concept de gabarit de copiage. Sur
un tour CNC, les cas précédents deviennent en fait des cas particuliers du
contournage.
Ces différentes opérations correspondent à un usinage dit « de génération » ou «
d’enveloppe » :
la forme obtenue, à l’échelle macrogéométrique, ne doit rien à la forme de l’outil qui
l’a générée.
3 S.MERABTI
En d’autres termes, la forme obtenue dépend uniquement de la trajectoire de l’outil, à
la rugosité près.
À l’opposé, les gorges, filetages, etc., sont obtenues par reproduction dans la pièce du
profil de l’outil et sont qualifiés d’usinage « de forme »:
a) travail d’enveloppe, chariotage
b) travail de forme typique : filetage usinage d’une gorge.
Opérations de base en tournage Dressage
Enfin, il existe bien sûr l’homologue de toutes ces opérations en travail intérieur de la pièce, de
manière à réaliser aussi des alésages, chambrages... Si la cinématique du procédé est semblable, les
corps d’outils sont radicalement différents pour des problèmes d’accès et d’encombrement. Les
problèmes concrets relatifs aux usinages intérieurs (accès, encombrement, flexions d’outils,
lubrification, évacuation de copeaux...) sont souvent beaucoup plus délicats que pour les usinages
extérieurs.
I.2 Paramètres de coupe en tournage
I.2.1 Vitesse de coupe
La pièce est entraînée sur le tour à une certaine vitesse w rad/s (soit N tr/min), cette vitesse angulaire
étant communiquée par la broche de la machine via le porte-pièce. Compte tenu du diamètre de la
pièce au point d’usinage situé sur un diamètre D, la vitesse relative de la pièce en ce point par rapport
à l’outil (supposé fixe par rapport à la machine) vaut :
Vc= C/2 x ω
Cette vitesse est appelée vitesse de coupe ; soit, avec les unités traditionnelles de la fabrication
mécanique : N = 1000 x Vc / π D
4 S.MERABTI
Il convient d’observer que la vitesse de coupe n’est constante que si la vitesse de broche et le diamètre
de la pièce demeurent inchangés.
En dressage, par exemple où l’outil se déplace en direction du centre, la vitesse de coupe varie
continuellement si la rotation de la pièce s’effectue à une vitesse de broche constante.
Sur un grand nombre de tours modernes, la vitesse de broche augmente au fur et à mesure que l’outil
approche de l’axe, afin de compenser ainsi la diminution de diamètre. Mais dans le cas de très petits
diamètres, cette compensation se révèle impossible du fait de la plage de vitesse limitée qu’autorisent les
machines. De même, lorsqu’une pièce, comme cela est souvent le cas, présente des diamètres différents
ou est de forme conique ou courbe, la fréquence de rotation doit être corrigée en fonction du diamètre,
pour maintenir la vitesse de coupe constante.
Le préparateur choisit cette vitesse de coupe en fonction, notamment :
des matériaux de la pièce et de l’outil
de la lubrification
de la durée de vie souhaitée pour l’outil ; des valeurs des autres paramètres de coupe
(avance, profondeur de passe...).
Définition des trois variables : vitesse de coupe Vc , diamètre D, vitesse de rotation N
I.2.2 Vitesse d’avance vf. Avance par tour f
La vitesse d’avance vf (mm/min) est la vitesse à laquelle la
machine déplace l’outil par rapport au bâti. L’avance par tour f
(mm/tr) est la valeur du déplacement de l’outil, lorsque la pièce
a effectué une révolution. C’est une donnée clé pour la qualité
de la surface usinée.
I.2.3 Profondeur de coupe ap
En chariotage, la profondeur de coupe ap (mm) est la différence de
rayon entre la surface non usinée et la surface usinée (c’est-à-dire la
moitié de la différence entre le diamètre non usiné et le diamètre
usiné). La profondeur de coupe est toujours mesurée
perpendiculairement à la direction de l’avance et non pas suivant
l’arête de l’outil.
5 S.MERABTI
Machine de tournage
Les mouvements cités ci-dessus sont communiquée simultanément à l’outil et à la pièce à l’aide
d’un machine qu’on appelle TOUR. Il existe plusieurs types de tours, ils se distinguent les uns des
autres par leurs formes, dimensions, précision d’usinage, puissance et capacité de productions.
Néanmoins, ils présentent sensiblement la même disposition générale d’agencement des organes
mécaniques.
Tour à charioter et à fileter
II- Support et entraînement des pièces sur un tour
Il existe trois principaux montages de la pièce à usiner sur le tour :
Montage en l’air : C’est un montage sur mandrin effectué pour les pièces courtes (L< 4D).
Une des extrémités est fixée sur le mandrin alors que l’autre reste libre
Montage en l’air
6 S.MERABTI
Montage entre-pointes : Pour l’usinage des pièces longes (L < 8D), en utilise le montage
entre pointes. La pièce est soutenues par ses deux extrémités par deux pointes plus
lunette
Montage entre-pointe
Montage mixte : Il est utilisé pour des pièces relativement longes (4D < L < 8D). Une
des deux extrémités est fixée sur le mandrin alors que l’autre extrémité est soutenue par
de la poupée mobiles
Montage mixte
III- position isostatique
Principe général
Il faut éliminer 6 degrés de liberté et pas un de plus.
Globalement, avec quelques variantes possibles le principe
général est le suivant :
3 normales (1, 2, 3) parallèles entre elles et non alignées
2 normales (4, 5) parallèles entre elles et ne formant par
une perpendiculaire aux 3 normales précédentes.
1 normale (6) perpendiculaire aux 5 précédentes.
7 S.MERABTI
Montre cylindre dans un mandrin
a- CENTRAGE COURT
un APPUI PLAN (Normale 1, 2, 3) sur l’arrière de la pièce (fond des mors doux sur le mandrin)
un CENTRAGE COURT (Normale 4, 5) sur le diamètre (ici extérieure) de la pièce.
On ne peut pas supprimer le degré de liberté correspondant à la rotation sur l’axe de révolution. On doit
donc supprimer 5 degrés de liberté ici l’axe ….
Centrage Court : L< 0.3DLa surface la plus importante est le plan perpendiculaire à l’axe de révolution.
Pour éliminer le maximum de degré de liberté on lui associe une liaison appui plan. Il reste (5-3=2)
degrés de liberté qui correspondent à 2 translations.
Pour éliminer les 2 degrés de liberté restant (2 translations), on utilise une liaison linéaire annulaire sur la
surface cylindrique.
b- CENTRAGE LONG
un CENTRAGE LONG (Normales 1, 2, 3, 4) sur le diamètre (ici extérieure) de la pièce.
un APPUI PONCTUEL (Normale 5) sur l’arrière de la pièce (butée de mandrin)
Centrage Long : La surface la plus importante est la surface cylindrique. Pour éliminer le maximum de
degré de liberté on lui associe une liaison pivot. Il reste (5-4=1) degré de liberté qui correspond à 1
translation.
Pour éliminer la translation restante, on utilise une liaison ponctuelle sur le plan perpendiculaire à l’axe
de révolution.
8 S.MERABTI
Les différentes cotes de fabrication
Cote machine : Cm
Ce sont des cotes séparant une surface de mise en position (ou l’axe de la pièce en tournage) et la
surface usinée.
La cote machine est obtenue par réglage de l’outil par rapport au référentiel de mise en position de la
pièce.
Exemple : les cotes Cm1, Cm2 et Cm3 sont des cotes obtenues par réglage de l’outil. Ce sont des cotes
machines.
Cm3
Cm2 Cm1
Cote outil : Co
La forme de la surface usinée est définie par la forme de l’outil.
Exemple 1 : Diamètre obtenu par perçage et par un outillage comprenant deux outils
liés ensembles.
Exemple : largeur d’une rainure obtenue par outil à rainurer
9 S.MERABTI
Transferts de cotes
B= 𝟓𝟓±𝟎.𝟐
C= 𝟒±𝟎.𝟎𝟓
A= 𝟒𝟎±𝟎.𝟑 Cm1
A
C
Cm1
B
IT(A) = IT(B) + IT(C) + IT(Cm1)
IT(Cm1) = IT(A) – IT(C) – IT(B)
IT(Cm1) = 0.6 - 0.4 – 0.1 = 0.1
Transfert de cote possible
Cm1min = Bmax –Amax - Cmin = 55.2 – 40.3 - 3.95 = 10.95
Cm1max = Bmin – Amin - Cmax = 54.8 – 39.7 - 4.05 = 11.05
Donc Cm1 = 𝟏𝟏±𝟎.𝟎𝟓
10 S.MERABTI
B= 𝟏𝟖±𝟎.𝟐
C= 𝟑±𝟎.𝟎𝟓
Cm2 A = 𝟏𝟏±𝟎.𝟏
A
C
Cm2
B
IT(Cm2) = IT(A) – IT(B) – IT(C) = 0.2 – 0.4 – 0.1 = - 0.3
Transfer de cote impossible
IT(Cm2) = IT(B) = IT(C) = IT(A)/3 = 0.2/3 = 0.066
Cm2min = Bmax – Amax – Cmin = 18.066 – 11.1 – 2.934= 4.032
Cm2max = Bmin – Amin – Cmax = 17.934 – 10.9 – 3.066 = 3.968
Cm2 = 𝟒±𝟎.𝟎𝟑𝟑