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RÉSUMÉ
Cet article traite du lien entre les exigences techniques générales de l’usinage et les principaux critères de choix d’une machine-outil. Il s’intéresse également à valider ces choix dans le cadre de l’ultime phase de réception/vérification. Il permet ainsi d’introduire des notions techniques fondamentales et participe à mieux appréhender un investissement dans l’outil productif afin d’éviter de mauvaises surprises en service. La maîtrise des principaux critères de choix d’une machine-outil permet ainsi de contribuer à aboutir à une prédétermination efficace d’un processus techniquement et économiquement viable afin d’être concurrentiel et compétitif.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Anthony BOUTILLON : Ingénieur R&D Usinage - Expertise Data Machining chez CETIM, Senlis, France
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Julien THIL : Ingénieur R&D Usinage – Docteur ès Mécanique & Énergétique - Expertise Coupe/Usinabilité chez CETIM, Senlis, France
INTRODUCTION
Parmi les techniques de mise en forme des matériaux, il est historiquement possible de distinguer les procédés qui coupent et déforment plastiquement. La fabrication additive intervient depuis quelques années comme un procédé alternatif et/ou complémentaire. Il n’en demeure pas moins que les procédés d’usinage par enlèvement de matière, par coupe donc, gardent une place prépondérante dans la production industrielle de composants divers et variés.
Dans ce contexte, les machines-outils sont les instruments qui permettent d’industrialiser la production depuis la révolution industrielle du XIXe siècle. Comme toute technologie intégrée au productivisme, les machines-outils ont connu des évolutions considérables. Elles poursuivent d’ailleurs leurs mutations en s’inscrivant dans la mouvance actuelle de la digitalisation du monde.
Depuis les années 1990, avec l’emploi quasi généralisé de la commande numérique, les machines-outils sont devenues de véritables systèmes mécatroniques dont la complexité croît avec l’intégration perpétuelle de nouvelles technologies.
La conception et la fabrication d’une machine-outil fait intervenir de nombreuses disciplines et savoir-faire. Cela requiert des exigences élevées en termes de cinématique, de comportements statique et dynamique, de rationalisation des coûts, etc. Le processus de développement et de conception s’appuie malgré tout encore fortement sur l’expérience. Peut-être est-ce probablement pour cette raison que nombre de constructeurs de machines-outils conservent une certaine forme de traditionalisme. Ce faisant, la situation actuelle consiste à trouver le juste équilibre entre les nouvelles idées et les techniques éprouvées.
Le choix d’une machine-outil n’est pas un processus purement objectif, mais est souvent plutôt une affaire de jugement déterminé par des considérations et des situations propres. De nombreux facteurs déterminent et compliquent de facto le processus de décision.
Cet article propose un état des lieux technique des principaux éléments constitutifs d’une machine-outil. Les principaux organes électromécaniques qui composent les machines-outils contemporaines y sont ainsi décrits. Le but est de contribuer à ce que le prescripteur et/ou le concepteur de la machine-outil effectue des choix techniques éclairés et pragmatiques pour un investissement pérenne.
Dans la première section, les exigences techniques qui encadrent le choix d’une machine-outil seront abordées afin de comprendre comment orienter ses choix en fonction des possibilités technologiques qui peuvent composer une machine-outil.
Dans les sections 2 à 7, les principales possibilités technologiques qui caractérisent une machine-outil seront détaillées afin de maîtriser les enjeux qui conditionnent les choix.
Dans la dernière section, l’étape ultime de réception fera l’objet d’une approche descriptive pour appréhender la phase de vérification de la capabilité de l’outil de production sur la base des exigences déterminées en amont.
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MOTS-CLÉS
structure Usinage transmission Machine-outil Guidage Broche Commande numérique Assistances à la coupe Réception et vérification
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Commande numérique
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5. Broches
Le mouvement relatif entre la pièce et l’outil, nécessaire pour le processus d’enlèvement de matière, est généralement la combinaison d’un mouvement d’avance, assuré par le système d’entraînement, et d’un mouvement de rotation fourni par la broche. La broche joue un rôle clé puisqu’elle fournit l’énergie pour cisailler et fragmenter la matière usinée.
Les caractéristiques de la broche ont un impact fort sur la qualité des pièces produites. Pour répondre aux différents besoins, les constructeurs de machines-outils proposent des broches avec des caractéristiques différentes et de nombreuses options. Cette section a pour objectif de présenter les broches et leurs domaines d’emploi.
5.1 Types de broches
Il est possible de distinguer les broches par le type d’entraînement employé. L’entraînement peut être indirect avec l’emploi d’une transmission par courroie, par engrenage, ou alors direct.
HAUT DE PAGE5.1.1 Entraînement par courroie
Cette technologie simple et efficace est utilisée pour les machines-outils conventionnelles. L’arbre de la broche est entraîné par le moteur via une courroie crantée ou une courroie en « V ». La réduction utilisée définit le domaine d’emploi de la broche et permet de privilégier la vitesse ou le couple à bas régime. Il est généralement possible de changer la réduction, ce qui rend l’équipement polyvalent. Ces broches peuvent atteindre des vitesses de 15 000 tr.min−1. Le rendement d’une broche neuve, de l’ordre de 95 %, est très correct. Le moteur étant séparé de la broche, les opérations de maintenance sont simplifiées.
Les mouvements de la courroie rendent ces broches bruyantes. Le contact de la courroie sur la poulie provoque un échauffement de l’arbre qui défavorise le comportement thermique de la broche. Aussi, la tension de la courroie soustrait une partie de la capacité de charge des roulements de la broche.
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Broches
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SUH (S.H.) et al - * - . – Theory and design of CNC systems (2008).
-
(2) - DUC (E.), LEFUR (E.) - Machines outils à commande numérique : structure, modélisation et réglage. - Préparation à l’agrégation de génie mécanique, ENS Cachan (1997).
-
(3) - MASLEN (E.H.), SCHWEITZER (G.) - Magnetic bearings : theory, design, and application to rotating machinery. - Springer (2009).
-
(4) - CHRYSSOLOURIS (G.) - Manufacturing systems : theory and practice. - Machine tools and manufacturing equipment, p. 125-279 (2006).
-
(5) - LAMIKIZ (A.), LOPEZ DE LACALLE (L.N.), CELAYA (A.) - Machine tools for high performance machining. - Machine tool performance and precision. Springer, p. 219-260 (2009).
-
(6) - OLARRA...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Code d'essai des machines-outils – Partie 1 : exactitude géométrique des machines fonctionnant à vide ou dans des conditions quasi statiques. - NF ISO 230-1 - Mai 2012
-
Code d'essai des machines-outils – Partie 2 : détermination de l'exactitude et de la répétabilité de positionnement des axes en commande numérique. - NF ISO 230-2 - Juin 2014
-
Code d'essai des machines-outils – Partie 3 : évaluation des effets thermiques. - NF ISO 230-3 - Janvier 2021
-
Code d'essai des machines-outils – Partie 4 : essais de circularité des machines-outils à commande numérique. - NF ISO 230-4 - Avril 2022
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Code d'essai des machines-outils – Partie 5 : détermination de l'émission sonore. - NF ISO 230-5 - Janvier 2003
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Code d'essai des machines-outils – Partie 6 : détermination de la précision de positionnement sur les diagonales principales et de face (essais de déplacement en diagonale). - ISO 230-6 :2002 - Novembre 2002
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...
ANNEXES
1.1 Principaux fabricants et distributeurs de machines-outils en France (liste non exhaustive)
CHIRON
Propose une gamme complète d'équipements de fraisage, combiné, tour à décolleté et usinage de profilés.
CMZ
Constructeur français de solution de tournage.
DATRON
Constructeur de solution de fraisage pour des pièces de petites dimensions. DATRO se distingue notamment dans l’usinage de composants électronique, le dentaire, la gravure, l’usinage de tôle ou de boîtiers.
DN SOLUTIONS (DOOSAN)
Constructeur de solutions de fraisage et tournage, petites et grandes dimensions.
https://www.dn-solutions.com/en/main/index.do
DMG MORI SEIKI
Concepteur et constructeur de machines-outils pour toutes les applications par enlèvement et ajout de matière.
EISMO
Spécialisée dans la commercialisation des machines pour la coupe des métaux et pour l'usinage d'aluminium.
EMAG
Fabricant de solutions de tournage, fraisage, soudage, nettoyage et usinage électrochimique.
EPPLE...
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