machine-outil. n.f., machine fixe façonnant la matière grâce à des outils mis en oeuvre par des mécanismes motorisés. Les machines-outils se distinguent ainsi des outils mécanisés qui, comme les outils traditionnels, sont directement actionnés par l'homme, mais comportent en plus une assistance électrique ou pneumatique (perceuse portative, marteaupiqueur), des robots qui actionnent des outils d'assemblage n'agissant pas sur la forme de la matière, ainsi que des engins de terrassement, de carrière et de mine, qui sont des appareils mobiles. Historique. Si l'on peut refuser d'appeler machine-outil le très ancien tour de potier (car la pièce d'argile molle qu'il entraînait en rotation était façonnée à la main), les premières ébauches de machines-outils n'en remontent pas moins au début du IIe millénaire avant J.-C. (tour à bois des Égyptiens, actionné par un opérateur manuel auxiliaire, vers 1900 avant J.-C.). Ce savoir-faire fut perfectionné en Crète et en Grèce dès 280 avant J.-C. Après une longue période de relative stagnation de ces techniques élémentaires, Léonard de Vinci imagina (aux environs de l'an 1500) une grande variété de machines-outils, dont certaines furent réalisées en bois renforcé de quelques pièces métalliques forgées. Les machines-outils entièrement construites en fonte et en fer, capables d'usiner elles-mêmes des pièces métalliques, n'apparurent qu'au XVIIIe siècle : tour à charioter de Jacques de Vaucanson (1745), raboteuse de Nicolas Forq (1751), aléseuse de John Wilkinson (1775). Leur développement industriel fut associé à la motorisation des ateliers par des moulins à eau. Ceux-ci entraînaient un grand arbre de transmission horizontal qui, à son tour, communiquait, par poulies et courroies, son mouvement de rotation à plusieurs machinesoutils disposées en ligne. Le tour de Sénot (1757) en France, le tour à fileter de Maudslay (1798), la raboteuse de Roberts (1820) en Grande-Bretagne, l'utilisation de machines à vapeur à la place des moulins à eau pour la motorisation générale ; l'utilisation directe de la vapeur sur des machines telles que le marteau-pilon de Bourdon (1835), l'étau-limeur de Decoster (1845) furent autant d'innovations qui accélérèrent les progrès de la machine-outil. Cet essor s'avère ainsi étroitement associé à la révolution industrielle, qu'elle a rendu possible en banalisant la fabrication des pièces de machine et qui, une fois amorcée, a assuré un marché porteur à l'industrie mécanique naissante. C'est à partir de 1850 environ que les États-Unis s'équipèrent massivement de machines-outils pour faire face à d'énormes besoins intérieurs, considérablement amplifiés pendant la guerre de Sécession, et à partir de 1860 que les Allemands abordèrent ce domaine qu'ils n'avaient pas encore défriché ; commençant par construire des machines-outils sous licence étrangère, ils acquirent très vite un savoir-faire remarquable et bâtirent une industrie spécialisée puissante qui, comme la jeune industrie américaine, se tourna bientôt vers l'exportation. La physionomie actuelle des machines-outils autonomes résulte de l'émergence progressive, au cours de la première moitié du XXe siècle, du moteur électrique. En effet, celui-ci, affecté d'abord à l'entraînement de l'arbre unique de transmission des ateliers mécaniques, fut par la suite placé au coeur même de chacune des machines, remodelant non seulement leur conception propre, mais également celle des ateliers qui, débarrassés de la contrainte de la transmission centrale, purent optimiser l'implantation de leurs machines ainsi que la circulation des pièces entre elles. Description et classification. Les machines-outils les plus nombreuses travaillent par usinage, c'est-à-dire par enlèvement de métal à l'aide d'un outil tranchant. C'est le cas de toutes les machines-outils à bois et d'un grand nombre de machines-outils qui élaborent des pièces métalliques, ellesmêmes constitutives d'appareils ou de machines. Pièce et outil sont animés d'un mouvement relatif qui peut être engendré de diverses façons. Dans un tour, par exemple, la pièce tourne sur elle-même et l'outil se déplace par translation, parallèlement à l'axe de rotation, ou perpendiculairement à cet axe ; dans une raboteuse adaptée à l'usinage de grandes surfaces planes, la pièce se déplace d'un mouvement alternatif et l'outil est fixe pendant l'alternance active (il s'efface légèrement et se déplace latéralement pour préparer la passe active suivante, pendant l'alternance de retour) ; dans un étau-limeur, c'est l'outil qui est animé d'un mouvement alternatif par rapport à une pièce qui ne subit pas d'autre déplacement que le petit déplacement latéral préparant la passe active suivante ; dans une fraiseuse, la pièce se déplace au contact d'une fraise tournant sur elle-même en position fixe ; dans une perceuse, la pièce est fixe et l'outil (foret) avance axialement tout en tournant sur lui-même. L'outil doit toujours être plus dur que la pièce à usiner (acier extradur pour acier doux ou mi-dur, acier renforcé d'une plaquette de carbure de tungstène pour acier dur et extradur). Il pénètre dans la pièce et, en progressant, arrache un copeau. L'effort à fournir correspond non seulement à celui de l'arrachage, mais également au frottement du talon de l'outil sur le fond du sillon qu'il creuse, ainsi qu'au frottement de sa face active sur le copeau qu'il soulève. L'énergie correspondante se transforme en un important dégagement de chaleur localisé. Pour ces différentes raisons, les outils usinant des métaux durs sont généralement lubrifiés par un jet d'huile soluble dans l'eau : le lubrifiant diminue les efforts de frottement, l'eau (dans laquelle l'huile spéciale est dissoute) assure un refroidissement efficace grâce à sa grande chaleur massique, relayée - si nécessaire - par une vaporisation partielle. Les passes de dégrossissage creusent des sillons importants et donnent un aspect de surface irrégulier ; les passes suivantes creusent des sillons de plus en plus discrets, jusqu'aux passes de finition qui conduisent à des surfaces lisses aux cotes définitives. Elles peuvent être suivies ou non d'une rectification assurant un polissage final de la surface (étalement d'une microcouche de métal amorphe au-dessus de la structure cristalline), opération qui s'effectue généralement à la meule « diamant » et n'introduit presque plus de modification dimensionnelle. Une deuxième catégorie de machines-outils travaille par découpage ou déformation. Il s'agit des cisailles, des presses qui mettent des tôles en forme entre deux matrices (en assurant éventuellement un découpage concomitant de leurs bords), des machines à estampage (matriçage par percussion) et des machines à forger (marteaux-pilons). On considère toutefois que les machines continues ou semi-continues de la sidérurgie ou d'autres métallurgies lourdes, comme les laminoirs, les extrudeuses et les filières, ne sont pas des machines-outils. Il existe enfin un grand nombre de machines spéciales, conçues en vue d'applications particulières et qui n'entrent dans aucune catégorie précise. On peut citer, à titre d'exemple, les machines à programmes complexes (à la limite des machines-outils proprement dites et des robots), qui combinent mise en forme, soudage et usinage ; les machines à scier la pierre ; les machines à usiner les lentilles de verre ; les machines à percer le verre ou la céramique, dont l'outil est un jet pneumatique entraînant de la poussière abrasive ; les machines à jet liquide et à laser ; les machines de formage sur matrice par action hydraulique directe ou par explosif, etc. En revanche, on n'appelle pas communément machines-outils les appareils d'usinage électrochimiques (absence d'outils), les machines textiles élaborant fils et tissus, les machines à coudre les tissus et les peaux, les machines produisant cigares et cigarettes, ni les machines de mise en forme des matières plastiques par moulage, extrusion ou soufflage. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats textiles - Histoire des textiles - Les techniques actuelles Les livres machine-outil multibroches, page 2963, volume 6 machine-outil - pupitre de programmation, page 2963, volume 6 L'évolution des machines-outils modernes. Les premières machines-outils industrielles, bien que déjà perfectionnées, faisaient largement appel à la conduite manuelle des opérations d'usinage. C'est ainsi que l'usinage d'une pièce de révolution complexe sur un tour nécessitait un mouvement complètement mécanisé, la rotation de la pièce sur elle-même, et deux mouvements commandés à la main : le déplacement axial de l'outil et sa pénétration transversale. L'usinage d'une barre de diamètre constant ou d'un filetage sur une telle barre mobilisait deux mouvements mécanisés : la rotation de la pièce et le déplacement axial du porte-outil (chariotage obtenu grâce à une vis mère longeant le bâti) et un ajustement manuel initial de la pénétration transversale. Le choix des vitesses de rotation et de chariotage éventuel était effectué grâce à des jeux d'engrenage que l'on combinait à la main, dans des carters de boîtes non commandées, avant de commencer les opérations. Ces premières machines évoluèrent rapidement : variateurs de vitesses divers (dans le cadre du réglage d'un mouvement unique), boîtes de vitesses mécaniques à rapports multiples et à commande externe (lorsqu'il fallait synchroniser deux mouvements distincts), commande du mouvement transversal de l'outil dans un tour, ou du mouvement de la table par rapport à l'outil dans une fraiseuse, par un servomécanisme hydraulique piloté par un palpeur qui suivait un modèle (tours et fraiseuses à copier). Dans l'immédiat après-guerre, des machines-transferts furent introduites dans les grands ateliers mécaniques tels que les ateliers de construction de moteurs d'automobiles : une pièce complexe, un bloc-moteur par exemple, passait automatiquement d'un poste d'usinage à un autre et subissait la totalité des opérations la concernant : rabotage des parties planes, perçage, taraudage, alésage interne des cylindres, rectifications finales. La généralisation, enfin, de la commande numérique des machines-outils permit de programmer l'ensemble des opérations concernant le traitement d'une pièce par une machine, y compris sa mise en place et son évacuation, sur un support informatique tel que disquette, disque dur ou bande magnétique ; les opérations répétitives s'enchaînent ainsi sans perte de temps et conduisent à des cadences de production élevées de pièces de série, assorties d'une diminution simultanée du nombre des défauts. La maîtrise des techniques de commande numérique a permis de repenser la conception des machines elles-mêmes. C'est ainsi que sont nés les centres d'usinage, machines complexes et compactes réalisant toutes les différentes opérations d'usinage concernant une même pièce, certaines séquentiellement, d'autres simultanément. Le résultat est voisin de celui obtenu avec une machine-transfert, mais l'espace occupé par la machine et la durée globale des opérations sont considérablement réduits. Il est également possible de faire superviser par un ordinateur central l'ensemble des machines à commande numérique d'un atelier et l'ensemble des organes de transfert de pièces qui assurent les déplacements de machine à machine. Toutes les étapes successives d'élaboration en série d'une catégorie de pièces identiques, depuis l'entrée des pièces brutes jusqu'à la sortie des pièces terminées et contrôlées, se déroulent ainsi sans intervention humaine ; le passage d'une série à une autre se fait par simple modification de la programmation de l'ordinateur central, qui modifie ensuite lui-même les programmes de chacune des machines, ainsi que, si nécessaire, l'ordre de circulation de machine à machine. L'évolution des machines-outils se poursuit actuellement et conduit en même temps à l'augmentation des cadences, à l'amélioration de la précision et à la disparition des erreurs. L'augmentation des cadences dérive non seulement de la diminution des temps morts, mais aussi de l'augmentation des vitesses de coupe proprement dites, ce qui pose de nombreux problèmes quant à la nature et à la forme des outils, à la lubrification et au refroidissement, à l'évacuation des copeaux, à la rigidité des structures et des bâtis. L'amélioration de la précision exige la mise en place de dispositifs de contrôle dimensionnel continus permettant un repositionnement automatique relatif « pièce-outil », sur chaque poste d'usinage, qui compense exactement l'effet de l'usure de l'outil. La disparition des défauts résulte d'une part de la fiabilité des commandes numériques, qui ne commettent pas d'erreurs opérationnelles, de l'amélioration de la précision d'autre part, les inévitables petites dérives résiduelles se trouvant toujours à l'intérieur des tolérances admissibles et n'entraînant plus de rebut au contrôle final. Complétez votre recherche en consultant : Les livres automatisation - machine-outil à commande numérique, page 463, volume 1 Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats affûteuse automatique automatisation brochage commande numérique découpage emboutissage étau-limeur fraiseuse machine mécanique - 2.INDUSTRIE perceuse pliage ponceuse raboteuse rectifieuse révolution industrielle - Les débuts de la révolution industrielle scie techniques (histoire des) - La Renaissance et l'âge classique techniques (histoire des) - La révolution industrielle tour usinage
