Bureau Des Méthodes BENLAHMIDI Said -Ecole Nationale Supérieure de Technologie-

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1 VI. MISE EN POSITION DES PIECES VI.1 Introduction On appelle usinage toute opération de mise en forme par enlèvement de matière à l aide d une machine-outil destinée à conférer à une pièce des dimensions et un état de surface (écart de forme et rugosité) situés dans un intervalle de tolérance donné (Figure 8). A chaque degré de liberté correspond la possibilité d un mouvement relatif de rotation ou de translation entre deux solides. Lors de l usinage, la pièce doit être complètement immobilisée. C est à dire que chaque degré de liberté doit être supprimé par rapport au porte pièce. L immobilisation de la pièce est faite en deux temps : un positionnement supprimant chaque degré de liberté dans une direction. un maintien de mise en position pour que la pièce garde sa position sous l effet des efforts de coupe. VI. 2 Etude de l isostatisme 1. Rôle du montage Le montage d usinage doit remplir plusieurs rôles : Positionner toutes les pièces d une série de la même façon, Maintenir la pièce pendant l usinage (l empêcher de se déplacer, de fléchir ou de vibrer). 2. Mise en position de la pièce Un solide dans l espace peut se déplacer suivant 6 directions. L objectif du montage est donc de bloquer 3 rotations et 3 translations. 42

2 Représentation avec des normales de repérage (correspondant à des liaisons ponctuelles). Figure 6.1 : Solide dans l espace 3. Principe Pour positionner totalement un solide, il faut 6 repérages élémentaires il faut que chaque repérage élimine un mouvement Si le nombre de repérage est inférieur à 6, le repérage est partiel Si le nombre de repérage est supérieur à 6, le repérage est hyperstatique 4. Equivalences isostatiques Appuis plan Appuis linéaire Appuis ponctuel Figure 6.2 : Représentation normalisée 43

3 5. Règles pour choisir La mise en position doit faciliter la réalisation des cotes du dessin de définition. Elle doit donc Faire coïncider la mise en position de la pièce avec la cotation du dessin de définition : cela évite les transferts de cote. Choisir des surfaces suffisamment grandes pour pouvoir positionner correctement la pièce Limiter les déformations et vibrations de la pièce : être proche de la zone usinée. Exemple pour limiter les vibrations Chapitre 2 Mise en pos 6. Symbolisation a -Nature de la surface repérée b - Fonction de l élément technologique c - Nature de la surface de contact 44

4 d- Symboles de base Figure 6.3 : Symboles de mise en position et de bridage (norme NF E O4O13) VI.3 Exemples Exemple 1 : L exemple traite le cas d une opération de chariotage sur tour parallèle. Les surfaces usinées sont représentées en trait fort, les autres en trait fin. 45

5 La mise en position est la suivante: Centrage long dans un mandrin 3 mors durs à serrage concentrique: suppression de 4 degrés de liberté (normales 2, 3, 4 et 5). Arrêt en translation sur une butée de broche: suppression d'un degré de liberté (normale1). Le sixième degré de liberté, qui correspond à la rotation autour de son axe, est supprimé par adhérence. Figure 6.4 : Représentation normalisée Exemple 2 : Dans ce deuxième exemple qui représente la réalisation d un épaulement sur fraiseuse verticale [16]. La mise en position est la suivante: Appui plan sur la table de la fraiseuse. Orientation sur deux piges placées dans une rainure de la table. Seules les normales de repérage à l'origine d'une cotation ont été représentées : Les normales I et 2 sont à 1'origine de la cote CF1 et garantissent un parallélisme entre deux surfaces. 46

6 Les normales 3, 4 et 5 sont à l'origine de la cote CF2 et garantissent aussi un parallélisme: entre les deux surfaces. Le sixième degré de liberté, est supprimé par adhérence. La pièce n'est donc pas positionnée rigoureusement dans la direction «x» correspondant au mouvement latérale qu effectue la machine. On ne représente pas de normale dans cette direction. Figure 6.5 : Représentation normalisée Exemple 3 : Exemple de choix de prise de pièce en fonction de la cotation géométrique 47

7 Il faut réaliser une concentricité entre les deux cylindres on prend donc la pièce en mors doux : centrage long La référence principale est donnée par le cylindre «A» qui définit l axe de révolution. L appui sur la face est la référence secondaire, pour définir la position de la pièce le long de l axe. Exemple 4 : Solution technologique Il faut réaliser une perpendicularité du cylindre usiné avec A, on choisira donc un appui plan sur la face et un centrage court. La référence principale «A» qui définit la normale au plan. Le centrage court sur le cylindre défini la position de l axe. 48

8 VI.4 Matériels de maintien en position Maintenir une pièce en position d usinage implique qu il faut garantir un bon contact entre les surfaces d appui avec celles du porte-pièce ; ainsi qu une opposition aux sollicitations imposées à la pièce. Pour cela, Les matériels de maintien en position dépendent : de la morphologie des pièces, de la qualité des surfaces sur lesquelles ils glissent, pour l intensité du type d usinage envisagé et de la position de l usinage envisagé par rapport aux appuis. Deux cas de figures : Cas 1 : La surface supérieure à usiner est complètement concernée par l usinage (aucun obstacle). La bride réglable sans paliers assure l accessibilité sur toute la surface et permet de compenser les différences de hauteur de serrage (figure 27). Figure 6.6: Brides réglable sans paliers Cas 2 : La surface supérieure n est pas entièrement concernée par l usinage, pour cela, il existe plusieurs bridages qui peuvent faire appel à des actions mécaniques ou hydrauliques. Figure 6.7: Deuxième cas 49

9 VI.4.1 Type de serrage On distingue quatre types de serrage : - Les serrages mécaniques : par vis, cames, étaux, mandrins, sont très utilisés en travail et en petite série. L effort de serrage est fonction de l opération, il n est pas constant. - Les serrages hydrauliques et pneumatiques : ils sont de plus particulièrement réservés aux travaux de série. Le serrage est fourni par un fluide sous pression. L effort peut être dosé avec précision. - Les serrages magnétiques : ils sont surtout destinés aux travaux de rectification. - Les serrages par aspiration : pour la fixation des pièces de grandes dimensions (usinage des panneaux en aviation). VI.4.2 Les modes de serrage Les modes de serrage sont variés et très nombreuses, on distingue principalement : VI Serrage sur mandrin de centrage expansible Ils assurent simultanément la mise en position radiale du cylindre de référence d appui et le maintien en position (figure 32). Figure 6.8 : Mandrin expansible VI Serrage sur bague expansible Elles assurent simultanément la mise en position radiale du cylindre de référence et le maintien en position. 50

10 Figure 6.9 : Serrage avec bague expansible En théorie, il faudrait pour limiter les risques de flexion, que les serrages soient opposés aux appuis, en pratique on réduit leur nombre pour diminuer les temps de serrage, on veille donc particulièrement à ce qu ils : Ne s exercent pas sur les parties déformables ; S opposent à la chute et au basculement de la pièce avant ou pendant l usinage ; Soient perpendiculaires aux surfaces d appui. VI.5 Positionnement et montage d usinage Les dimensions des éléments d usinage et leurs tolérances géométriques sont définies par rapport à des surfaces de référence qu il faut matérialiser dans le montage de la pièce à usiner sur la machine-outil. On s appuie autant que possible sur le principe de l isostatisme pour positionner la pièce de façon univoque dans un référentiel absolu lié à la machine-outil ou, éventuellement, au montage d usinage. Ce principe consiste à éliminer les 6 degrés de liberté d une pièce solide dans l espace généralement en appuyant la pièce sur 6 points répartis judicieusement dans l espace. La figure 1. montre l application du principe de l isostatisme dans le cas de pièces prismatiques. Naturellement, dans la réalité, les supports de pièces ne sont généralement pas ponctuels et l on se contente des surfaces de petites dimensions finies qui s approchent du cas idéal des 6 points. 51

11 Figure 1 Principe de la mise en position isostatique On réduit ainsi notablement les erreurs de fabrication des pièces qui résultent des erreurs de positionnement dont l influence peut être déterminante. Un exemple de montage d usinage industriel qui obéit au principe de l isostatisme est donné par la figure 2. Figure 6.10 : Exemple de montage isostatique industriel 52

12 Le choix des surfaces d appui (surfaces de départ pour le premier positionnement et surfaces de référence en cours d usinage) se fait suivant des critères de précision et de faisabilité, en particulier: les surfaces d appui doivent être aussi étendues que possible et doivent être pleines, sans trous ni rainures; les surfaces de référence pour des usinages précis doivent être les surfaces de départ de manière à ne pas cumuler les erreurs par transfert de cotes; l utilisation d un alésage comme surface de référence est moins précise du fait de l accumulation d erreurs venant de la tolérance sur le diamètre de l alésage, du jeu entre l alésage et la butée de centrage et d erreurs de position de la butée ; la stabilité du montage sous l effet des forces de coupe et d inertie doit être vérifiée ; une bonne accessibilité à la machine-outil pour positionner la pièce sur le montage est très importante ; un dispositif de montage économique, si possible standard, est préférable à l utilisation de montages particuliers. La représentation des appuis et maintiens en position des pièces a fait l objet d une normalisation (NE E ) qui schématise la mise en position des pièces sur leurs montages et définit aussi les moyens courants de bridage. 53