LES MACHINES-OUTILS
Publié le 27/01/2019
Extrait du document
Enfin, les machines à affiler servent au polissage de l'intérieur des pièces, notamment pour obtenir des calibres précis (diamètre des culasses des blocs moteurs, par exemple). Les outils à affiler utilisent des « pierres » (des abrasifs liés en petits blocs par ultracolle), montées sur une tête rotative : selon la vitesse de rotation, la taille de la pierre et la nature de l'abrasif, on obtient des usinages d'une très haute précision.
La révolution opérée par les nouvelles technologies
Outre les procédés purement mécaniques, les machines-outils ont bénéficié au cours de ces dernières décennies des progrès des nouvelles technologies de pointe, tant électromagnétiques qu'électrochimiques.
Les ultrasons, notamment, qui sont des vibrations de très haute fréquence, confèrent à l'air de tels battements de pression qu'ils lui attribuent un pouvoir érosif : de telles machines à ultrasons servent à meuler les matériaux, même les métaux les^plus durs.
À un autre niveau, les lasers sont couramment utilisés pour la découpe et l'usinage des pièces métalliques. Ils possèdent des caractéristiques de directivité, d'intensité et de cohérence dans l'exécution d'opérations délicates particulièrement intéressantes. Le faisceau lumineux émis par un laser est constitué par un cylindre, d'un diamètre
de quelques millimètres, dont la divergence est très faible. Ces pinceaux de lumière cohérente, à haute température, sont dirigés avec une grande précision sur les métaux à travailler, et leur énergie est modulée pour obtenir une découpe en profondeur ou un effet de surface.
Dans les technologies chimiques, l'électrométallurgie (machines ECM) combine les réactions électrothermiques et électrolytiques qu'engendre le passage d'un courant électrique dans un bain conducteur. Le pièce à travailler est plongée dans cette solution chimique (appelée électrolyte) et une matrice d'un métal différent, de forme bien définie, est positionnée en vis-à-vis. Lorsque le courant est établi dans la solution, une réaction chimique se déclenche entre la matrice et la pièce, décapant les atomes de celle-ci sur une surface proportionnelle à la forme et à la taille de la matrice qui lui fait face.
La productique et la robotique
Encore plus révolutionnaires sont aujourd'hui les procédés de fabrication entièrement automatisés et gérés par ordinateur. Les différents types de machines-outils décrits précédemment sont alignés en réseau, et les pièces à travailler sont amenées poste à poste, où elles sont soumises à toute une séquence d'interventions: c'est la fabrication en chaîne automatique. L’automatisation est d'autant plus performante que les machines suivent la séquence d'opérations à effectuer grâce à
À Schéma du tour à pointes, avec au-dessous, quelques-uns des outils fixables sur le porte-outil de l'appareil. Les dessins représentent: 1. la découpe simple; 2. un porte-outil et son outil de découpe; 3. la découpe du filet d'une vis; 4. le surfaçage d'une pièce fixée à son plateau; 5. l'alésage de la surface interne d'un cylindre en rotation; 6. la découpe et l'usinage d'une pièce à partir d'un cylindre en rotation.
des programmes élaborés et stockés sur ordinateur. Des senseurs, notamment, se repèrent par rapport à une pièce étalon, qui leur indique la forme et la taille que doit avoir le produit fini : en suivant le contour de cet étalon (gabarit de traçage), ces sondes communiquent aux outils les opérations qui doivent être effectuées sur les pièces brutes acheminées devant eux.
L'acheminement automatique des pièces d'un poste de travail à un autre, remplaçant le travail manuel de l'ouvrier, est lui-même une évolution tout à fait récente des chaînes de fabrication. L'ensemble de ces appareils automatiques capables de manipuler des objets ou d'exécuter une ou plusieurs opérations selon un programme fixe, modifiable ou adaptable, est aujourd'hui désigné sous le nom de robotique.
Un ordinateur central coordonne les travaux effectués aux différents stades, régule la position et la vitesse de rotation des outils, le transfert de poste à poste, et supervise la qualité et la sécurité des opérations. Il peut également interrompre la séquence en cas de besoin pour permettre l'intervention d'un ouvrier ou une éventuelle réparation. Ce concept global qui vise à améliorer la productivité dans les processus de production et qui allie robotique, micro-€lectronique de gestion et conception assistée par ordinateur, est appelé productique : il a pris son essor dans les usines entre 1975 et 1980, et atteint aujourd'hui un haut degré de sophistication.
Un nouveau vocabulaire est né, qui décrit ces systèmes de production automatisés: les SPA. Ainsi parle-t-on de machines de conception, qui
servent à concevoir les pièces à fabriquer (CAO : conception assistée par ordinateur) et les machines de fabrication (FAO : fabrication assistée par ordinateur). Parmi ces dernières, on distingue les machines-outils elles-mêmes (MP : machines de procédés) et les robots transférant les pièces de poste à poste (MT : machines de transfert). Quant aux machines de contrôle/com-mande, elles gèrent l'ensemble des signaux utiles au fonctionnement des machines d'exécution, le tout étant contrôlé par un système informatique central. La synthèse de l'image proposée par ces technologies trouve des applications fructueuses dans la médecine, la chimie, en géologie, car elle permet de visualiser sur un écran ce que l'on ne peut analyser directement.
Machines-outils et productique sont promises à un brillant avenir: le développement technologique allant s'accentuant (notamment avec les ordinateurs) et une concurrence de plus en plus vive affectant les entreprises, l'automatisation des usines va se développer à un rythme soutenu. L'incidence sur les emplois sera néfaste : alors que la main-d'œuvre de fabrication représentait 30% des emplois dans les pays industrialisés après la Seconde Guerre mondiale, la proportion n'était plus que de 20% en 1980, et sera de moins de 8% à l'aube de l'an 2000.
.. Dans le procédé d'usinage par électrométallurgie (ECM), un courant électrique est établi dans un bain conducteur (électrolyte) entre une matrice métallique (qui agit comme une cathode) et la pièce à usiner (l'anode). À la surface de la pièce, le métal est érodé par l'action électrochimique et se dissout dans le bain. La forme de la partie érodée est dictée par la forme de la matrice qui lui est opposée.
À Chaîne automatisée d'assemblage et de soudure automobile.
Les bras robotisés sont reliés à des claviers où l'opérateur paramètre les fonctions.
▼ Des torches de découpe contrôlées par ordinateur découpent une feuille de métal en plusieurs lames.
Le système de contrôle ajuste en permanence le débit du gaz vers les torches pour régler l'intensité de la découpe, ceci afin d'assurer une largeur de découpe uniforme, et donc des lames aux bords rigoureusement droits.
«
Les
machines-outils
machines-outils fut le recours à la machine à
vapeur, lors de la révolution industrielle de la fin
du xviii' siècle.
L'essor des machines-outils
Les machines-outils contribuèrent à l'essor des
nouveaux moteurs de l'époque.
En 1774, par
exemple, l'Anglais John Wilkinson (1728-1808)
inventa une machine à forer et à aléser (usinage
de la paroi intérieure d'un cylindre pour lui don
ner une forme parfaite), qui permit de façonner
avec précision l'intérieur d'un cylindre.
L'apparition de ces cylindres parfaitement cali
brés permit à l'ingénieur et mécanicien écossais
James Watt (1736 -1819) d'apporter des perfec
tionnements décisifs à la machine à vapeur .
Grâce à un système de calorifugeage, le cylindre
conser ve toute sa chaleur et la vapeur qu'il
contient se condense dans une chambre spéciale,
le condenseur, où elle peut aussi être refroidie.
Watt fait breveter son invention en 1769, puis en
1775 il s'associe avec un industriel pour fabriquer
des machines utilisant la force centrifuge de la
vapeur.
L'industrie textile fut l'une des grandes
bénéficiaires de ces nouvelles techniques qui,
avec le métier à tisser , permettaient le tissage
semi-automatique des textiles.
Le développement des machines-outils se
poursuivit en Angleterre pendant la première
moitié du XIX' siècle, mais, vers 1850, ce sont les
É tats-Unis qui se hissèrent au premier rang des
nations «automatisées>> .
Les Etats-Unis dispo
saient, en effet, d'une main-d'œuvre nombreuse
et peu coûteuse, au sud notamment.
Le fonctionnement du tour
L'invention du tour à revolver permit de disposer
plusieurs outils sur un plateau tournant : inter
changeant les outils par une simple rotation du
plateau, l'ouvrier pouvait alors usiner une pièce
selon toute une séquence programmée d'opéra
tions différentes.
Cette stratégie est encore affinée
vers 1970 avec l'apparition de l'ordinateur: les
séquences d'opérations sont contrôlées avec une
très haute précision et l'automatisation permet Production
en
.....
série de pignons
de boite de vitesse.
En haut du cadre, on
aperçoit le découpeur
à roue qui vient d'être
détaché du produit
fini : il a la forme
d'un pignon (moule
outil).
Les pignons
terminés sont
acheminés sur un tapis
roulant (vers le bas
du cadre).
Ces chaines
produisent des objets
rapidement et
économiquement.
!
Lorsque
A des pièces
métalliques sont
usinées (comme
ici sur un tour à
revolver), des jets
de fluide protecteur
aspergent les pointes
rotatives de découpe,
afin de lubrifier
les pièces en contact
et de dissiper la forte
chaleur occasionnée
par la friction.
L'outil
et le produit sont
ainsi protégés d'une
déformation excessive.
un rendement de la production exceptionnel
pour une main-d'œuvre réduite.
Le tour à pointes est la machine-outil la plus
simple.
Elle est conçue pour l'usinage de pro
duits cylindriques.
Le matériau à travailler est mis
en rotation, et l'outil lui est appliqué par un
mécanisme d'entraînement: c'est ainsi notam
ment que sont sculptées les vis (tour à fileter).
Le tour à pointes comprend, d'un côté, le
moteur d'entraînement et l'engrenage qui trans
met le mouvement rotatif au plateau (on appelle
cette partie la «poupée>> du tour); et, de l'autre,
le contre-pointes, qui est un dispositif mobile sou
tenant la pièce à usiner.
L'outil est placé sur un
chariot et coulisse sur des glissoirs pour venir tra
vailler la pièce.
Il peut être dirigé à la main par
l'opérateur mais il est plus fréquemment entraîné
par un moteur à vis de commande, qui assure un
mouvement uniforme et un usinage de précision.
Dans le tour à revolver, le porte-outil est plus
complexe : souvent de forme hexagonale, il sou
tient une gamme d'outils différents, qui sont auto
matiquement interchangés par rotation lors de
l'usinage, selon une séquence déterminée.
Les usages et les opérations
des machines-outils
La machine à fraiser, ou fraiseuse, est l'une des
machines-outils les plus courantes: elle est utili
sée pour le travail du métal, notamment pour la
sculpture de rainures et de cannelures.
À la diffé
rence du tour classique, ce n'est pas la pièce à
travailler qui est mise en rotation et amenée
contre un outil fixe mais l'outil qui travaille en
rotation.
Dans le cas d'une fraiseuse, il s'agit
d'une roue ou d'un cylindre denté, la pièce étant
amenée à son contact sur un plateau mobile.
Dans
!
une machine à
A �
meuler (ou à roder),
un objet est limé
grâce à l'action
abrasive d'une meule
en rotation (à droite).
L'opérateur
(en haut) porte
des lunettes de
protection afin de se
préserver des éclats
incandescents
projetés par la roue.
La machine à pointer -aussi appelée aléseuse
fraiseuse -est utilisée pour usiner des pièces
métalliques de gros gabarit.
La broche contenant
les têtes dentées est montée sur une plate-forme
horizontale, au bout d'une colonne verticale qui
est abaissée sur la pièce à travailler.
S'ajoutant à
ces deux directions de mouvement, le plateau
soutenant la pièce à travailler peut lui aussi être
déplacé dans le plan horizontal sous l'outil, ce
qui permet de nombreux angles d'attaque et plu
sieurs niveaux d'opération.
Les machines à façonner (façonneuses) et à
raboter (planeuses) servent à usiner la surface
d'un métal : dans le cas des façonneuses, la
pièce à travailler est stationnaire, et l'outil mobile
balaye sa surface, se soulève en fin de parcours,
et est ramené en position de départ ; alors que
dans le cas des planeuses qui ont été conçues
pour l'usinage de pièces beaucoup plus larges,
c'est la pièce fixée à sa table de travail qui est diri
gée sous l'outil.
La machine à percer, aussi appelée forerie sur
colonne ou encore taraudeuse, sert à percer ou
vriller des trous calibrés dans différents maté
riaux: c'est ce type de machine, notamment, qui
perce les trous cannelés des boulons.
La mèche
de l'outil est appliquée contre la pièce par le
mouvement vertical de la colonne : après per
çage, la colonne se soulève et la table de travail
est mise en rotation pour lui présenter une
nouvelle pièce à usiner , ce qui autorise une
production en chaîne.
Les machines à meuler (ou radeuses) permet
tent de travailler la taille et la forme d'une pièce
en l'usant au moyen d'un abras if: la roue rotative
appliquée à l'objet contient des particules très
dures, en général du carborundum (carbure de
silicium), qui décapent sa surface.
Cette remar
quable précision de l'usinage est obtenue en fai
sant varier la vitesse de rotation de la meule, qui
peut atteindre des pointes de plusieurs milliers
de révolutions/minute..
»
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