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Sciences et Techniques Industrielles Ressource Page 1 sur 41Productique Secteur Prparation Gnie Mcanique

Les Gammes de Fabrication.doc

CONTENU

Principe de recherche : Dmarche dlaboration : Pices Prismatiques : Pices cylindriques :

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1. PRINCIPE DE RECHERCHE : 1.1. Dfinitions :

1 : Chronologie de la dmarche dindustrialisation

Toute pice mcanique volue dun tat initial, correspondant la pice brute, vers un tat final, reprsentatif du contrat de dpart qu'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, les diffrentes phases de la transformation dun produit.

Une phase reprsente l'ensemble des oprations effectues un mme poste de travail.

Une opration met en uvre un seul des moyens dont est dot ce poste de travail.

La chronologie de la dmarche de conception des gammes de fabrication permettant d'aboutir au document darchives est prsente figure 1. La varit des modes d'obtention des bruts et la diversit des regroupements et enchanements d'oprations sont tels

que le processus de fabrication envisageable pour un mme produit est loin d'tre unique. Il est donc ncessaire d'avoir un droulement progressif avec des phases de validation intermdiaires qui porteront entre un avant-projet et un projet, sur la compatibilit des moyens choisis avec la qualit dsire du produit; entre un 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 deux approches sont parfois contradictoires et le choix dfinitif est le rsultat d'un compromis, qui intgre l'exigence de 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 qualit souhait.

1.2. Importance de la technologie de groupe

2 : Apport de la technologie de groupe

Un travail important a t ralis au cours de la dernire dcennie pour rduire les temps de production. Aujourd'hui la frquence des changements de produits impose, dans les services de prparation du travail, une forte rduction des temps d'tudes. Cette amlioration s'appuie sur la matrise des procds de fabrication dans lentreprise. Il faut, pour une nouvelle pice raliser, rechercher des similitudes avec celles dont on matrise dj la ralisation. Plus les similitudes seront grandes, meilleures seront la prvision et la rapidit de mise en uvre de la fabrication. Cette manire d'aborder les processus de fabrication relve de la technologie de groupe. La figure 2 montre l'intrt de la dmarche pour diminuer les cots relatifs la prparation, la mise au point et la non-qualit.

Dans les services de prparation des fabrications, la technologie de groupe permet de rpondre rapidement aux demandes nouvelles des marchs, aux modifications apporter aux fabrications stabilises, aux nouveaux 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 par l'ensemble du personnel travaillant la prparation du travail. Afin de retrouver au plus vite les donnes exploitables, il est ncessaire de mettre en place une classification des pices.



1.3. Classification des pices mcaniques :

La classification est base sur une analyse morpho-dimensionnelle des pices. Il est possible de distinguer trois grandes catgories (voir figure 3).

3 : Classification des pices mcaniques

4 : Pices prsentant des similitudes de processus

Pices de morphologie identique et de dimensions variables.

On parle dans ce cas de famille de pices paramtres, la notion importante est ici le facteur d'chelle (exemple : des brides coulissantes de diffrentes dimensions).

Pices de morphologie voisine et de dimensions variables La gomtrie des pices est quasiment identique (exemple : bride coulissante, bride pivotante ) ncessitant de faibles adaptations dans le processus de fabrication (figure 4) Ces deux types de pices permettent des regroupements dans lesquels il est intressant de rechercher une analogie base sur une similitude de processus. Les enchanements d'usinages seront alors induits par l'organisation de l'atelier de production, lui-mme rsultant des tudes de fabrication de pices antrieures. Cette organisation des flux physiques 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 usiner peut aboutir des analogies de fabrication avec des pices antrieures. Comme il n'existe pas alors de similitudes bases sur les flux physiques, il devient ncessaire de transcrire les processus d'laboration sur des 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.



2. DMARCHE DLABORATION : Les analyses morphologiques montrent que l'on peut sparer les pices mcaniques en deux grands groupes qui 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, les principales 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



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 le cas 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 la pice, on dresse un inventaire des surfaces lmentaires auxquelles on attribue en gnral un numro d'identification. Un tableau 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



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 dtermination du nombre d'outils employer.

Critres 1 opration 2 oprations 3 oprations 4 oprations 0,4 IT

0,15 IT < 0,4 0,05 IT < 0,15

IT < 0,05 Qualit > 12

Qualit 9 - 11 Qualit 7 - 8 Qualit < 7

Ra < 0,8 Rectification prvoir

3.1.2. TAPE 2 P : Identification des surfaces gomtriques de base En fabrication, il est souvent possible d'associer plusieurs surfaces lmentaires afin de les usiner simultanment (avec le mme outil). Cette tape consistera identifier l'ensemble de ces compositions de surfaces en se rfrant une base de 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. A l'intrieur de cette base, une forme particulire, appele profil , permet de traiter le cas de gomtries complexes comme on peut en trouver sur des pices provenant de l'industrie aronautique entirement usines aprs forgeage.



FORMES REALISABLES FORMES REALISABLES

PLAN

code 1

2 PLANS SECANTS

code 2

codes 11 12 13 codes 21 22 23 24

2 PLANS //

code 3

3 PLANS SECANTS

2 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

FILETAGE code 7

CHANFREIN

code 8

codes 73 71 72 codes 81 82



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 les identifier. Il s'agit maintenant de prvoir leur usinage, c'est--dire de faire un choix d'outils en fonction de la machine prvue.

Dfinition : une entit d'usinage est l'association d'une forme gomtrique de base (exemple : le trou lam) 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 tout indissociable. Il est intressant de remarquer que certains logiciels de fabrication assiste par ordinateur adoptent 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 en termes de choix d'outil et de cinmatique de gnration pour chacune des formes gomtriques de base rpertories et pour chaque machine-outil. Linventaire correspondant au tour CN et CU est fourni sous forme de 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 la machine prvue.



3.1.4. TAPE 4 : Regroupement dopration en phase Rgles de regroupement : Ces rgles comme nous le verrons s'appliquent galement aux pices cylindriques.

Approche technologique :

7. L'influence des dispersions sur lIT des cotes fabriques

La prcision du positionnement relatif des surfaces usines tient : la dispersion de mise en position dans le cas de surfaces lies gomtriquement aux lments physiques de posage (une seule surface par axe relve de ce cas); la prcision intrinsque de la machine pour les surfaces dont les positions relatives rsultent des dplacements obtenus par la machine et des carts ventuels de la remise en position des outils.

Les dispersions de mise en position de la pice sur son montage tant plus importantes que celles dues aux 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 conomique Le 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 conduit galement 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 des outillages. Cela montre l'importance des dossiers 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 pour chacune 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 en dduirons 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 la machine-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.



Rgle 5 : Le posage doit se traduire par une ralisation du porte-pice la plus simple possible. 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 est ngatif, 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. Il est 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 points d'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 au choix d'un ordonnancement et simultanment de repres de posage peut se traduire par l'organigramme de la figure 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 et une grande simplicit de ralisation;

un centreur-locating, qui permet de librer tout le pourtour de la pice et donne souvent des possibilits de maintien en position trs simples.



Toutefois, la dmarche propose n'exclut pas, en fonction de la morphologie de la pice traite, d'autres possibilits de mise en position. Chaque pice est un cas particulier et la solution universelle n'existe pas. Le technicien charg de la prparation doit avant tout faire preuve de bon sens et veiller toujours appliquer les rgles 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 la volont de rendre le montage d'usinage le plus simple possible), tout en visant une qualit maximale (choix de la mise en place de la pice sur la machine). Laspect technologique s'inscrit dans une dmarche de vrification 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.



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 peuvent tre des plans, des rainures, des trous, des taraudages, etc.

4.1. CONSTRUCTION DU PROJET GAMME



4.1.1. TAPE 1C : tude des surfaces lmentaires

Les 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 utilises seront fonction des moyens techniques disponibles, tour axe C ou centre d'usinage, ou machines-outils traditionnelles, aprs analyse conomique concernant la rentabilit de ces moyens.

Critres 1 opration 2 oprations 3 oprations 4 oprations IT 0,4

0,15 IT < 0,4 0,05 IT < 0,15

IT < 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 de consultation rapide de la mmoire de l'entreprise. Il existe plusieurs systmes de codification dont celui du CETIM qui code la pice selon treize critres. Le rsultat obtenu est donc un . code treize chiffres. Il est remarquer que, d'un point de vue morphologique, ce systme a l'avantage de prendre en compte l'ensemble des pices cylindriques qu'elles soient purement de rvolution ou non (voir figure 2). Afin de classer les pices de rvolution en

familles morpho-dimensionnelles, seuls les quatre premiers rangs du code nous intressent. Nous allons voir sur un exemple comment coder une pice (quatre rangs) et retrouver la fiche processus correspondant la famille identifie par le code.



PIECES DE REVOLUTIONRANG 1: MORPHOLOGIE GENERALE

exemplescode morphologie

se

ctio

n tra

nsve

rsal

e m

axim

ale

rond

eno

n de

rvo

lutio

n

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 REVOLUTIONRANG 2: MORPHOLOGIE EXTERIEURE

code

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 mouvementou cne fonctionnel

ou sphre fonctionnelle

Autres cas

morphologie exemples

Gnratrice curviligne

10 : code CETIM rang 2

9 : code CETIM rang 1



PIECES DE REVOLUTIONRANG 3: MORPHOLOGIE INTERIEURE

code

0

4

2

6

8

1

5

3

7

9

Sans

Avec un trou borgne

Variant dans un sens,non dbouchant

Variant de faonquelconque,

non dbouchant

Avec deux trous nondbouchants

Variant dans un sens,dbouchant

Variant de faonquelconque,dbouchant

Filet de mouvementou cne fonctionnel

ou sphre fonctionnelle

morphologie exemples

Avec un trou dbouchant

PIECES DE REVOLUTIONRANG 4: DIMENSIONS - D ET RAPPORT L/D

code

0

4

2

6

8

1

5

3

7

9

rapport L/D diamtre (mm)

L

D

L/D < 1

Pice plate

0 < D



4.2. DETERMINATION DE LA GAMME TYPE

4.2.1. TAPE 3 C : Recherche de la fiche processus Les trois premiers rangs du systme de codification permettent de retrouver les grandes familles morphologiques, diffrencies selon leurs formes gnrales, extrieures et intrieures (exemple : arbres pleins 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 tags extrieur, arbres pleins longs tags extrieur, etc.). Le tableau figure 13 prsente la marche suivre pour globaliser les quatre premiers rangs et trouver ainsi la famille correspondant au code; seules les familles les plus courantes sont reprsentes.

RANG Fiches processus 1 2 3 4 Rep. Dsignation

0 1 5 F4 Bagues - Rondelles

Pic

e pl

ates

0 2-3 4-5

5 6 7

0 1 2 3 F5 Bagues paules extrieur intrieur lisse ou paul

2-3 4-5 7

0 1 F7

Arbres pleins courts tags extrieur

0-1 2-3 4-5

5 F9 Arbres creux courts non tags intrieur

Pic

es c

ourt

es

1

2-3 4-5 7

2-3 4-6 7-8

4 5 6

F1 Arbres creux courts tags intrieur et extrieur 0 1 2

0 1 F2

Arbres pleins longs non tags ou 2D maxi

7-3 4-5

0 1 F3

Arbres pleins long tags extrieur

Pic

es lo

ngue

s

2

0 1 5

7 8 9

F10 Arbres creux longs non tags

13 : Tableau de correspondance entre le code et la famille de pice



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 de fabrication, il existe une tape intermdiaire, propre aux pices cylindriques, qui est la consultation ou la cration de la gamme type. C'est une gamme particulire propre une famille de pices. Elle est construite (aprs l'analyse morphologique) partir des fiches processus, du parc machine disponible, des outillages potentiels, etc., et correspond l'usinage des seules surfaces de rvolution. Les formes additionnelles ne sont pas prises en compte. La figure 14 prsente le cheminement suivre pour crer une gamme type. La fiche processus extraite de la banque de donnes de l'entreprise donne diffrentes solutions possibles pour l'obtention des pices appartenant cette famille selon la machine outil envisage. Le choix de l'une d'entre elles est toujours dict par une tude de rentabilit laquelle se rajoute parfois une contrainte technique lie l'obtention d'une coaxialit entre deux diamtres de deux parties. La gamme 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 tournage Les 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 ct de 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 le processus de tournage Les surfaces additionnelles de non-rvolution font l'objet d'une tude identique celle prsente pour les pices prismatiques. Les oprations d'usinage en dcoulant peuvent s'intgrer de deux manires diffrentes au 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 moyen dcoule 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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