les gammes de fabrication
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Sciences et Techniques Industrielles Ressource Page 1 sur 41Productique Secteur Prparation
Gnie Mcanique
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CONTENU
Principe de recherche :
Dmarche dlaboration :
Pices Prismatiques :
Pices cylindriques :
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NOM : Prnom :
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1.PRINCIPE DE RECHERCHE :
1.1. Dfinitions :
1 : Chronologie de la dmarchedindustrialisation
Toute pice mcanique volue dun tat initial, correspondant la pice brute, vers un tat final, reprsentatif du contrat de dpartqu'est le dessin de dfinition. La valeur ajoute reprsente l'ensemble
des oprations (usinages, traitement, etc.) effectuer. La gamme de fabrication est un document darchives dans lequel
sont consignes, de manire chronologique et globale, lesdiffrentes phases de la transformation dun produit.
Une phase reprsente l'ensemble des oprations effectues unmme poste de travail.
Une opration met en uvre un seul des moyens dont est dot ceposte de travail.
La chronologie de la dmarche de conception des gammes defabrication permettant d'aboutir au document darchives estprsente figure 1. La varit des modes d'obtention des bruts et la
diversit des regroupements et enchanements d'oprations sont telsque le processus de fabrication envisageable pour un mme produit est loin d'tre unique. Il est doncncessaire d'avoir un droulement progressif avec des phases de validation intermdiaires qui porteront entreun avant-projet et un projet, sur la compatibilit des moyens choisis avec la qualit dsire du produit; entreun projet et la gamme de fabrication finalise, sur les rsultats de la production relle. Les choix conduisant l'laboration d'un avant-projet sont bass sur des critres garantissant techniques et conomiques. Ces deuxapproches sont parfois contradictoires et le choix dfinitif est le rsultat d'un compromis, qui intgre l'exigencede qualit demande. Le problme, rsum figure 5.2, simple poser mais difficile rsoudre, consiste donc trouver rapidement le processus le plus conomique, techniquement fiable, donnant le niveau de qualitsouhait.
1.2. Importance de la technologie de groupe
2 : Apport de la technologie de groupe
Un travail important a t ralis au cours de ladernire dcennie pour rduire les temps deproduction. Aujourd'hui la frquence deschangements de produits impose, dans lesservices de prparation du travail, une forterduction des temps d'tudes. Cette amliorations'appuie sur la matrise des procds defabrication dans lentreprise. Il faut, pour unenouvelle pice raliser, rechercher dessimilitudesavec celles dont on matrise dj la
ralisation.Plus les similitudes seront grandes, meilleuresseront la prvision et la rapidit de mise en uvrede la fabrication.Cette manire d'aborder les processusdefabrication relve de la technologie de groupe. Lafigure 2 montre l'intrt de la dmarche pourdiminuer les cots relatifs la prparation, lamise au point et la non-qualit.
Dans les services de prparation des fabrications, la technologie de groupe permet de rpondre rapidementaux demandes nouvelles des marchs, aux modifications apporter aux fabrications stabilises, auxnouveaux produits rsultant des innovations ralises par les bureaux d'tudes. Les documents (gamme de
fabrication, contrats de phases, cartes de contrle, etc.) constituent alors une relle banque de donnes consultable parl'ensemble du personnel travaillant la prparation du travail. Afin de retrouver au plus vite les donnes exploitables, ilest ncessaire de mettre en place une classification des pices.
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1.3. Classification des pices mcaniques :La classification est base sur une analyse morpho-dimensionnelle des pices. Il est possible de distinguertrois grandes catgories (voir figure 3).
3 : Classification des pices mcaniques
4 : Pices prsentant dessimilitudes de processus
Pices de morphologie identique et de dimensions variables.On parle dans ce cas de famille de pices paramtres, la notionimportante est ici le facteur d'chelle (exemple : des brides coulissantesde diffrentes dimensions).
Pices de morphologie voisine et de dimensions variablesLa gomtrie des pices est quasiment identique (exemple : bridecoulissante, bride pivotante ) ncessitant de faibles adaptations dans leprocessus de fabrication (figure 4)Ces deux types de pices permettent des regroupements dans lesquelsil est intressant de rechercher une analogie base sur une similitude
de processus. Les enchanements d'usinages seront alors induits parl'organisation de l'atelier de production, lui-mme rsultant des tudesde fabrication de pices antrieures. Cette organisation des fluxphysiques reprsente, dans ce cas, le savoir-faire de l'entreprise.
Pices de morphologie et de dimensions variables.
A contrario, si une entreprise fabrique des pices varies, seule une tude gomtrique des surfaces usinerpeut aboutir des analogies de fabrication avec des pices antrieures. Comme il n'existe pas alors desimilitudes bases sur les flux physiques, il devient ncessaire de transcrire les processus d'laboration surdes documents crits pour constituer la mmoire de l'entreprise.
Nous allons, par la suite, nous intresser cette dernire catgorie de pices. Ce cas, qui est le plus difficile
et le plus complet, correspond la situation de nombreuses entreprises de sous-traitance mcanique.
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2.DMARCHE DLABORATION :Les analyses morphologiques montrent que l'on peut sparer les pices mcaniques en deux grands groupesqui sont:- le groupe des pices cylindriques;- le groupe des pices prismatiques.
La figure 5 prsente, selon le groupe d'appartenance des pices et le savoir-faire de l'entreprise, lesprincipales dmarches d'laboration des gammes de fabrication. Elle fait apparatre :- une similitude globale de la dmarche, quelle que soit la nature des pices, qui conduit aprs ralisation et
validation un archivage reprsentant un nouveau savoir faire pour l'entreprise;- une diffrence concernant le mode d'accs la mmoire (le codage n'intresse que les pices
cylindriques);- l'existence de structures types pour les gammes de pices cylindriques avec en consquence une tape
particulire note 5 pour ce type de pices.
5 : Dmarche dlaboration des gammes de fabrication
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3.LABORATION DES GAMMES DES PIECES PRISMATIQUES :
Afin de faire apparatre l'ensemble des rflexions qui conduisent l'criture de la gamme, on se place dans lecas o aucune pice du type propos n'a t prcdemment ralise dans l'entreprise.
3.1. CONSTRUCTION DU PROJET GAMME :
La figure 6 rsume le cheminement de rflexion conduisant au projet de gamme. A partir du dessin de dfinition de lapice, on dresse un inventaire des surfaces lmentaires auxquelles on attribue en gnral un numro d'identification. Untableau permet d'analyser chacune de ces surfaces et de connatre le nombre d'oprations (bauche, demi - finition,finition) ncessaires.
6 : Recherche dun projet de gamme pour une pice prismatique
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3.1.1. TAPE 1P : tude des surfaces lmentaires :Une surface lmentaire est une surface gomtrique simple (plane, cylindrique) que l'on ne peut plus
gomtriquement dcomposer.
A partir de l'analyse des spcifications dimensionnelles et de rugosit relatives chacune des surfaces usiner constituant la pice, des tableaux comme celui ci-dessous permettent de faire une premire prvision
relative au nombre d'oprations effectuer en fonction des niveaux de qualit souhaits (tat de surface,prcision dimensionnelle, etc.). Ceci constitue un premier lment prendre en compte dans la dterminationdu nombre d'outils employer.
Critres 1 opration 2 oprations 3 oprations 4 oprations
0,4 IT0,15 IT < 0,40,05 IT < 0,15
IT < 0,05Qualit > 12
Qualit 9 - 11
Qualit 7 - 8Qualit < 7
Ra < 0,8 Rectification prvoir
3.1.2. TAPE 2 P : Identification des surfaces gomtriques de baseEn fabrication, il est souvent possible d'associer plusieurs surfaces lmentaires afin de les usiner simultanment (avecle mme outil). Cette tape consistera identifier l'ensemble de ces compositions de surfaces en se rfrant une basede donnes de formes gomtriques usinables et rpertories.
Le tableau ci-dessous prsente de manire non exhaustive une telle base de donnes.Lassociation des diffrentes formes gomtriques permet de composer la majorit des pices mcaniques courantes. Al'intrieur de cette base, une forme particulire, appele profil , permet de traiter le cas de gomtries complexescomme on peut en trouver sur des pices provenant de l'industrie aronautique entirement usines aprs forgeage.
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FORMES REALISABLES FORMES REALISABLES
PLAN
code 1
2 PLANS
SECANTScode 2
codes 11 12 13 codes 21 22 23 24
2 PLANS //
code 3
3 PLANS
SECANTS2 2
code 4
codes 31 32 codes 41 42 43 44
PROFIL
code 5
TROU
code 6
codes 55 56 57 codes 61 62 63
FILETAGEcode 7
CHANFREIN
code 8
codes 73 71 72 codes 81 82
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3.
3.1.3. TAPE 3 P : Choix des entits dusinage
Ltape prcdente fait appel uniquement l'aspect gomtrique des formes usiner et permet de lesidentifier. Il s'agit maintenant de prvoir leur usinage, c'est--dire de faire un choix d'outils en fonction de lamachine prvue.
Dfinition : une entit d'usinage est l'association d'une forme gomtrique de base (exemple : le troulam) avec un ensemble compos d'une machine-outil, d'un outil et de sa cinmatique de gnration.Lensemble outil / cinmatique de gnration Va permettre de dfinir le type d'opration (fraisage, perage, etc.). Chaque entit forme donc un toutindissociable. Il est intressant de remarquer que certains logiciels de fabrication assiste par ordinateuradoptent cette dmarche (association d'une forme gomtrique, d'un outil et d'un cycle d'usinage).
La banque de donnes technologiques consiste en un inventaire des solutions possibles d'usinage entermes de choix d'outil et de cinmatique de gnration pour chacune des formes gomtriques de baserpertories et pour chaque machine-outil. Linventaire correspondant au tour CN et CU est fourni sous formede fiches ci-aprs.
Cette banque de donnes ne doit pas tre confondue avec la mmoire de l'entreprise; elle va
permettre de rechercher l'adquation entre la forme gomtrique gnrer et l'outil employer pour lamachine prvue.
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3.1.4. TAPE 4 : Regroupement dopration en phaseRgles de regroupement :Ces rgles comme nous le verrons s'appliquent galement aux pices cylindriques.
Approche technologique :
7. L'influence des dispersions sur lIT des cotesfabriques
La prcision du positionnement relatif dessurfaces usines tient :
la dispersion de mise en position dans le cas desurfaces lies gomtriquement aux lmentsphysiques de posage (une seule surface par axerelve de ce cas); la prcision intrinsque de la machine pour lessurfaces dont les positions relatives rsultent desdplacements obtenus par la machine et descarts ventuels de la remise en position desoutils.
Les dispersions de mise en position de la pice sur son montage tant plus importantes que celles duesaux dplacements dans la machine (surtout pour les machines commande numrique), la gamme d'usinage
devra limiter le nombre de fois o la pice sera pose sur la machine (voir figure 7).
Approche conomiqueLe but recherch est de rduire au maximum les cots de production. En consquence il faut rduire les
temps improductifs et, parmi eux, les temps de montage-dmontage, les temps de transfert, etc. Ceci conduitgalement la limitation du nombre de montages-dmontages.
Ces deux approches permettent d'noncer les rgles suivantes :
Rgle 1 :Associer un maximum d'oprations dans une mme phase.Ceci ne peut se raliser sans la connaissance des possibilits en termes de cinmatique de gnration,
de nombre d'outils, de fonctionnalit de directeurs de commande numrique, etc., des machines-outils et desoutillages. Cela montre l'importance desdossiers machines. Cet aspect complmentaire amne la deuxime rgle
Rgle 2 : Exploiter au maximum les possibilits des machines et des outillages.Ces deux critres permettent de dterminer le nombre et le contenu des phases pour une pice et une
unit de production donnes. Il reste maintenant ordonnancer ces phases et faire un choix de posage pourchacune d'elles.
3.2. TAPE 7 : Ordonnancement des phases et choix du posage
Nous avons vu que la dispersion de mise en position tait prpondrante pour la prcision de la pice usiner. La qualit de la mise en position isostatique (stabilit, prcision) est donc dterminante. Nous endduirons des rgles concernant le posage de la pice.
Rgle 3 : La qualit du posage doit tre le critre prpondrant pour la mise en place de la pice sur lamachine-outil.
Rgle 4 : Le posage doit permettre l'accessibilit maximale aux surfaces usines.Cette rgle vise diminuer le nombre de reprises, ce qui joue sur la qualit globale de la pice, sur les
temps et finalement sur le cot total; elle est en complet accord avec la rgle d'association maximale des
oprations.
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Rgle 5 : Le posage doit se traduire par une ralisation du porte-pice la plus simplepossible.Cette rgle vise simplifier au maximum le montage pour rduire son cot, ce qui entrane une rflexion
plus profonde sur le choix des surfaces de dpart qui ne doivent pas tre forcment celles lies par une cote aux surfaces usines. Ltape suivante qui consiste prvoir, par le calcul, la valeur des cotes fabriques,permettra de qualifier le processus retenu, d'un point de vue dimensionnel et gomtrique. Si le rsultat estngatif, les changements apporter seront induits par le calcul :
modification de la surface de dpart suivant un ou plusieurs axes; modification d'un des procds retenus; modification d'un outil; modification des associations d'oprations.
Rgle 6 :Le posage doit permettre l'ablocage.Ilest impratif de maintenir la pice en position lorsqu'elle est soumise aux efforts de coupe, c'est le rle
du dispositif d'ablocage (serrage). La position des points de serrage est fortement induite par celle des pointsd'isostatisme; il est donc ncessaire de vrifier ds cet instant que le serrage est possible et que les surfaces usiner restent accessibles.
3.2.1. Dmarche gnrale de recherche des surfaces d'appuis :Si l'on rapproche l'ensemble des quatre dernires rgles, la rflexion que l'on peut conduire pour aboutir auchoix d'un ordonnancement et simultanment de repres de posage peut se traduire par l'organigramme de lafigure 8. Cette dmarche privilgie un systme bien particulier de mise en position:
un appui plan, qui procure la pice la meilleure stabilit possible, une dispersion de reprise minimale etune grande simplicit de ralisation;
un centreur-locating, qui permet de librer tout le pourtour de la pice et donne souvent des possibilits demaintien en position trs simples.
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Toutefois, la dmarche propose n'exclut pas, en fonction de la morphologie de la pice traite, d'autrespossibilits de mise en position. Chaque pice est un cas particulier et la solution universelle n'existe pas. Letechnicien charg de la prparation doit avant tout faire preuve de bon sens et veiller toujours appliquer lesrgles prcdemment tablies.
Lensemble de ces rgles R1 R6 permet de trouver un processus parmi plusieurs possibles avec,comme souci principal, le prix de revient. Son application conduit privilgier l'aspect conomique
(association maximale des oprations rendue possible par le choix du posage, dtermin lui-mme par lavolont de rendre le montage d'usinage le plus simple possible), tout en visant une qualit maximale (choix dela mise en place de la pice sur la machine). Laspect technologique s'inscrit dans une dmarche devrification des solutions les plus conomiques :
vrification des possibilits des outillages et des machines; vrification de la possibilit de maintien en position de la pice sous les efforts de coupe.
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4.LABORATION DES GAMMES DES PIECES CYLINDRIQUES :La figure suivante montre le cheminement de rflexion menant au rsultat final. Comme pour les pices
prismatiques, on se place dans le cas o aucune pice du type propos n'a dj t ralise dans l'entreprise.
Une pice de forme globale cylindrique est compose d'un ensemble de surfaces de rvolution (cne,cylindre, plan, tore; voir figure 5.21), auxquelles viennent s'ajouter des surfaces complmentaires qui peuventtre des plans, des rainures, des trous, des taraudages, etc.
4.1. CONSTRUCTION DU PROJET GAMME
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4.1.1. TAPE 1C : tude des surfaces lmentairesLes surfaces lmentaires de non-rvolution seront analyses avec la mme dmarche que pour les
pices prismatiques, on aboutira donc un rpertoire d'oprations effectuer. Les fiches d'entits utilisesseront fonction des moyens techniques disponibles, tour axe C ou centre d'usinage, ou machines-outilstraditionnelles, aprs analyse conomique concernant la rentabilit de ces moyens.
Critres 1 opration 2 oprations 3 oprations 4 oprations
IT 0,40,15 IT < 0,4
0,05 IT < 0,15IT < 0,05
Qualit > 12
Qualit 9 - 11
Qualit 7 - 8
Qualit < 7
Ra < 0,8 Rectification prvoir
4.1.2. TAPE 2 C : Codification des pices cylindriques
8: Codification des pices cylindriques (code CETIM)
Lavantage du codage est la possibilit deconsultation rapide de la mmoire de l'entreprise. Ilexiste plusieurs systmes de codification dont celuidu CETIM qui code la pice selon treize critres. Le
rsultat obtenu est donc un . code treize chiffres. Ilest remarquer que, d'un point de vuemorphologique, ce systme a l'avantage de prendreen compte l'ensemble des pices cylindriquesqu'elles soient purement de rvolution ou non (voirfigure 2).
Afin de classer les pices de rvolution enfamilles morpho-dimensionnelles, seuls les quatrepremiers rangs du code nous intressent. Nousallons voir sur un exemple comment coder une pice(quatre rangs) et retrouver la fiche processuscorrespondant la famille identifie par le code.
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PIECES DE REVOLUTION
RANG 1: MORPHOLOGIE GENERALEexemplescode morphologie
sectiontransvers
alemaximale
ronde
nondervolution
L/D < 10
4
2
6
8
1
5
3
7
9
1 < L/D < 4
L/D > 4
L/D < 1,5
L/D > 1,5
multi-axiale
axes parallles
segment
secteur circulaire
autres
PIECES DE REVOLUTION
RANG 2: MORPHOLOGIE EXTERIEUREcode
0
4
2
6
8
1
5
3
7
9
Un cylindre brut
Un cylindre usin
Deux cylindres
Profil, ou 3 cylindres et plus,
variant dans un seul sens
Profil, ou 3 cylindres et plus,
variant de faon symtrique
Profil, ou 3 cylindres et plus,
variant de faon quelconque
Filet de mouvement
ou cne fonctionnel
ou sphre fonctionnelle
Autres cas
morphologie exemples
Gnratrice curviligne
10 : code CETIM rang 2
9 : code CETIM rang 1
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PIECES DE REVOLUTION
RANG 3: MORPHOLOGIE INTERIEUREcode
0
4
2
6
8
1
5
3
7
9
Sans
Avec un trou borgne
Variant dans un sens,
non dbouchant
Variant de faon
quelconque,
non dbouchant
Avec deux trous non
dbouchants
Variant dans un sens,
dbouchant
Variant de faonquelconque,
dbouchant
Filet de mouvement
ou cne fonctionnel
ou sphre fonctionnelle
morphologie exemples
Avec un trou dbouchant
PIECES DE REVOLUTION
RANG 4: DIMENSIONS - D ET RAPPORT L/Dcode
0
4
2
6
8
1
5
3
7
9
rapport L/D diamtre (mm)
L
D
L/D < 1
Pice plate
0 < D
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4.2. DETERMINATION DE LA GAMME TYPE
4.2.1. TAPE 3 C : Recherche de la fiche processusLes trois premiers rangs du systme de codification permettent de retrouver les grandes familles
morphologiques, diffrencies selon leurs formes gnrales, extrieures et intrieures (exemple : arbrespleins tags extrieur, arbres creux non tags intrieur ou arbres creux tags intrieur et extrieur, etc.).Le quatrime rang les diffrencie en fonction de l'aspect dimensionnel (exemples : arbres pleins courts tagsextrieur, arbres pleins longs tags extrieur, etc.). Le tableau figure 13 prsente la marche suivre pourglobaliser les quatre premiers rangs et trouver ainsi la famille correspondant au code; seules les familles lesplus courantes sont reprsentes.
RANG Fiches processus1 2 3 4 Rep. Dsignation
01 5 F4 Bagues - Rondelles
Pice
plates
02-34-5
567
0123 F5
Bagues paules extrieurintrieur lisse ou paul
2-34-57
01 F7
Arbres pleins courtstags extrieur
0-1
2-34-5
5 F9Arbres creux courtsnon tags intrieur
Pices
courtes
1
2-34-57
2-34-67-8
4
56
F1Arbres creux courts
tags intrieur et extrieur
012
01 F2
Arbres pleins longsnon tags ou 2D maxi
7-3
4-5
0
1 F3
Arbres pleins long
tags extrieur
Pices
longues
2
01
5
78
9
F10Arbres creux longs
non tags
13 : Tableau de correspondance entre le code et la famille de pice
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4.3. TAPE 4 C : Dtermination de la gamme type
14 : laboration de la gamme type
Pour arriver au document final qui est la gamme defabrication, il existe une tape intermdiaire, propre auxpices cylindriques, qui est la consultation ou la crationde la gamme type. C'est une gamme particulire propre
une famille de pices. Elle est construite (aprsl'analyse morphologique) partir des fiches processus,du parc machine disponible, des outillages potentiels,etc., et correspond l'usinage des seules surfaces dervolution. Les formes additionnelles ne sont pas prisesen compte.
La figure 14 prsente le cheminement suivre pourcrer une gamme type. La fiche processus extraite dela banque de donnes de l'entreprise donne diffrentessolutions possibles pour l'obtention des picesappartenant cette famille selon la machine outilenvisage. Le choix de l'une d'entre elles est toujoursdict par une tude de rentabilit laquelle se rajouteparfois une contrainte technique lie l'obtention d'unecoaxialit entre deux diamtres de deux parties. Lagamme type F534 signifie:
F5 : pice de la famille 5;3 :code de la machine retenue;4 :code du processus retenu.
4.4. TAPE 5 C : Regroupement des oprations en phase de tournageLes rgles tablies pour les pices prismatiques restent valables pour les pices cylindriques :- celles concernant les regroupements d'oprations sont directement incluses dans les fiches de processus;- l'ordonnancement des phases consiste simplement trouver le ctde la pice qui sera usin en premier
(application de la rgle R3);- le choix du posage est dict par l'application des rgles R5 et R6, ce qui amne privilgier la prise de
pice en mandrin.
4.5. TAPE 6 C :Intgration des oprations complmentaires dans leprocessus de tournageLes surfaces additionnelles de non-rvolution font l'objet d'une tude identique celle prsente pour lespices prismatiques. Les oprations d'usinage en dcoulant peuvent s'intgrer de deux manires diffrentesau processus de tournage- directement dans les phases si l'emploi d'un tour axe C est techniquement et conomiquement possible.
Il faudra donc effectuer un calcul rapide de rentabilit;- par l'adjonction de phases supplmentaires de fraisage ou de perage. Suivant l'importance des
oprations, on prendra une machine-outil classique ou un centre d'usinage. L encore, le choix du moyendcoule d'une tude de rentabilit.
Les rgles d'ordonnancement, de regroupement et de choix de posage R1 R6 sont toujours appliquer.
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