ARTheque - STEF - ENS Cachan | Que faire avec un étau-limeur ?

QUE

FAIRE

AVEC

UN ETAU- LIMEUR?

par

m. méry

professeur EN5ET

Le présent article n'a pas pour objectif de faire l'éloge des plans

d'équipement de l'enseignement technique. Il tente simplement de

répon-dre

à

la préoccupation de professeurs qui ont été dotés d'un matériel

et qui doivent,

à

partir de ces supports, bâtir un enseignement. Ceai

étant posé, on peut penser que le nombre d'étaux-limeurs dont

l'ensei-gnement technique est

doté~est

probablèment suffisant, même dans la

perspective où il est possible de tirer parti de cette machine,

à

la

fois sur le plan pédagogique et sur celui des fabrications.

LE MOUVEMENT DE COUPE

Le mouvement de coupe d'une machine peut être caractérisé simple-ment par la trajectoire, dans la pièce à usiner, d'un point M de l'arête

tranchante de cet outil.

L'outil étant un solide, il faut, en plus, donner dans chaque

po-sition telle que Ml; M2, M3' ... , l'orientation de l'outil par rapport

à la pièce. (fig la).

Dans le cas du rabotage qui nous préoccupe l.Cl._t le mouvement est une translation : les orientations sont donc constantes et les traJectoi-res de tous les points de l'arête sont Las-mêmes.La définition du . mouvement de coupe est donc très simple puisque la vitesse de coupe instantanée (grandeur vectorielle) est de direction constante et sa définition géométrique se confond avec celle d'un déplacement fini.

-Remarquons que;·dans l'étau":limeur, le module

1

VM \ de.la vitesse étant constanunent variable, i l est contre-indiqué d'aborder avec cette machine le notion de "vitesse de coupe" habituelle; on pourra y reve-nir après avoir abordé cette notion sur des machines où l~ l.est cons-tant.

L'étau-limeur est donc une machine bien adaptée à la définition des repères géométriques qui permettent de caractériser les angles d'outils: repère de coupe et repère de mise en place dit "repère de l'outil en main". Il est intéressant de montrer que ces deux repères ne coïncident pas dans le cas général, et pour cela il peut être in-téressant.de se servir d'un support d'outil spécial qui introduise une constante angulaire. On peut ainsi montrer très tôt le calcul des angles d'affûtage connaissant la correspondance des repères. (fig 2)

A.

~

.

-V

CO",...

fl9 -

2.

A

REMWRQUE :

A un niveau élémentaire on traitera le problème dans un cas de géométrie bidimensionnelle en utilisant un outil de planage; afin de n'utiliser que des rotations du plan, caractétisées par des angles, et non des rotations de l'espace, caractérisées par des .matri-ces ( ••. ou la trigonométrie dans l'espace, ce qui revient au même). Il n'en reste pas moins que la notion pourra être présentée de façon scientifique, avant d'être extrapolée au problème tridimensionnel sans qu'une justification des "formules" soit obligatoire.

Autour de cette idée du mouvement de coupe il est également pos-sible d'aborder l'observation du phénomène de la coupe: formation, déroulement, rupture du copeau,etc .•.

LE MOUVEMENT D'AVANCE

Dans l'étau-limeur, comme dans toutes les machines de rabotage, la surface est obtenue par un ensemble de sillons juxtaposés résul'""' tant des trajectoires successives du point M de l'outil par rapport

a

la pièce (fig 3)

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3 .

(ff).

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Dans.Le cas général, -.i l convient encore, pour définir complètement ce .mouvement , 'de caractériser les positions anguka.i.r es . de l'outil pour

les différents points

Mo,:

M6,M<f,

etc... (c'est par exemple un problè-me dans certains cas cl'emploi de plateaux tournants) •. Dans le cas sim-ple du rabotage, les angles restent encore constants.

. . .

La pârticularité de ce mouvement d'avance- est de ne pas interve-nir par sa vitesse,.mais simplement par sa valeur, alors que dans les autres usinages (tournage, fraisage) le mouvement d'avance intervient par sa vitesse. Il contribue- en effet à définir le mouvement de coupe réel (mouvement outil/pièce) à partir de deux autres mouvements: .outil/ machine et -pièce/machine, l'un d'eux étant appelé "avance", l'autre

improprement désigné par "mouvement de coupe" . .

Il s'agit donc là encore d'un cas où des notions peuvent être dé-finies simplement. Nous les énoncerons dans ce qui suit, chaque profes-seur pouvant en construire le développement à son gré.

- La '''su~face usinéè" est constituée d'une juxtaposition de "sil-lons" laissés par les trajectoires successives du "bec de l'outil", région de raccordement des deux arêtes généralement rectilignes; d'où l'importance primordiale de la géométrie de ce bec en finition.

- Le mouvement de coupe et le mouvement d'avance ne définissent pas la surface usinée, mais une surface "tangente" définie à partir de différentes trajectoires telles que (<e), ('C ' ) , ( t " ) ,etc •.• C'est la "surface tangente" qui rend compte de la macrogéométrie de

la surface. Elle est définie par les deux mouvements principaux de la machine et n'est pas imputable à l'outil.

- Les qualités géométriques des deux mouvements qui interviennent pour définir les défauts de la surface tangente en découlent inunédiate-ment; i l s'agit

• de la trajectoire du point

Ma

appartenant au coulisseau dans son mouvement par rapport au bâti.]. seul, le défaut de rectitude perpendiculaire au plan usiné intervient; • des diverses trajectoires des points Ml, M2, M3, •.•

appartenant au bâti dans son mouvement par rapport à la table (défaut de rectitude perpendiculaire au plan usiné).

Cette notion débouche bien évidenunent sur un problème de mouvement re-latif dans le cas du solide, mais la simplicité des trajectoires théo-riques permet d'a~order de façon assez rigoureuse et pas trop complexe les notions :

• de défaut, dans une direction, de la trajectoire d'un point appartenant à un solide dans son mouvement par rapport à un autre;

e

,

_...

,.,. '...-~

(6.1

(~)

.

\,0../

(G)

(a) défaut du mouvement de coupe

(·e) est bombé

pas de défaut du mouvement d'avance: (b) pas de défaut du mouvement de coupe

( e) est r.ectiligne

défaut du mouvement d'avance - (.~) est une courbe

- pas de roulis

(c) pas de défaut du mouvement de coupe défaut du mouvement d'avance

- (fio) est rectiligne

- le mouvement présente un roulis.

Une bonne initiation au contrôle géométrique des machines-outils peut être ainsi fait avec des travaux pratiques utilisant la règle de

mé-trologie, le comparateur et le niveau.

- L'étau-limeur qui ne possède qu'un seul mouvement automatisé est destiné à réaliser une seule surface. C'est le cas des petits étaux-limeurs de la classe EL2 dont le mouvement transversal est au-tomatisé. Il s'agit d'une machine d'opérations, destinée à usiner une surface unique: un plan horizontal. Les surfaces qu'il sera

pos-sible d'associer sur une telle machine seront donc des plans parallèles.

Les p~eces présentent en plus une dispersion évolutive dûe à l'usure de l'outil, qu'il est possible d'isoler en considérant le diagramme chro-nologique des résultats

(pour ce paraqvaphe , se reporter à L 'ox t.icl:e de P.BOURDET "Les cha-înes

LES. MOUVEMENTS DE REGLAGE

Les petites machines désignées ci-dessus possèdent en général trois règ1ages : la hauteur de table, la position angulaire de la .ta-· b1e autour d'un axe parallèle au mouvement de coupe, la

posltioriver-~~cale de l'outil.

Nous disposons sur cette machine des différentes catégories de .rè'g'lages qui peuvent exister' sur une machi.ne-outLl

- la position angulaire de la table peut être règ1ée parce qu'il existe une possibilité de rotation (liaisonrotolde autorisant le mouvement et blocage sur la position obtenue). Par contre aucun orga-ne de manoeuvre ni de contrôle de la position n'existent. Uorga-ne mèsure d'angle extérieure à la machine doit ~tre utilisée. (ex: règle sinus).

- Le règ1age de position verticale de la table possède sa glis-sière (liaison prismatique avec le bâti), avec un dispositif de bloca-ge sur la position et un organe de manoeuvre. Le dispositif de contrô-le du déplacement est en général très rudimentaire ou totacontrô-lement inexis-tant sur certains modèles. Ce règlage n'est qu'un règ1age d'approche.

-Le règ1age de la position verticale de l'outil est le véritable dispositif de règlage de position de la surface usinée; il comporte glissière et blocage, organe de manoeuvre et dispositif de contrôle du déplacement. Le contrôle est relatif et non absolu, ce qui suppose un repèrage de position préalable aux règ1ages proprement dits.

Des surfaces ne peuvent être associées sur une machine qu'à partir de mouvements de règ1age possèdant un contrôle des déplacements. Il s'a-git ici du déplacement vertical de l'outil qui peut modifier la hau-teur des plans usinés; les surfaces associées sont donc des plans pa-rallèles. En effet, en production, la rotation de table et sa hauteur sont des règ1ages préparatoires qui ne peuvent normalement être faits que lorsque la machine est à vide.

PERFORMANCES DIMENSIONNELLES - REGLAGES

Les performances dimensionnelles d'une machine résultent de phé-nomènes mécaniques complexes. Elles sont mesurables en comparant la grandeur d'entrée à la grandeur de sortie. Deux sortes d'utilisations peuvent être faites :

- Le règ1age n'est pas modifié entre deux p~eces (fabrication en série). Les pièces usinées présentent une dispersion à caractère aléa-toire. En toute rigueur, il s'agit de la somme de deux dispersions

• la dispersion de mise en position de la pièce dans son montage,

.1\

Remarquons que dans une appr;che élémentaire~ et si les précautions sont prises pour minimiser la dispersion de mise en place~ la dispersion intrinsèque de la machine peut être assimilée à la dispersion des piè-ces usinées sans dérèglage~ déduction faite de l'usure d'outil~ toujours très sensible sur un outil unique en acier rapide.

- Le règlage est modifié entre deux pièces (cas d'une passe d'é-bauche et d'une passe de finition). On obtient alors la dispersion to-tale avec règlage sur chaque pièce. Cette dispersion peut être mesurée comme ci-dessus sur un lot de pièces.

- La dispersion propre au règlage peut également être mesurée dans l'optique "entrée - sortie". Un comparateur mesure la position

du mobile~ affichée à l'aide de l'organe de contrôle du déplacement.

La dispersion totale est la somme de la dispersion de règlage~

de la dispersion intrinsèque et de l'usure de l'outil. Notons que le caractère aléatoire des dispersions nécessite une certaine prudence dans l'exploitation des résultats à un niveau élémentaire.

REMWRQUES :

Le procédé de règlage employé peut être différent; on peut~ par exemple~ venir faire afleurer l'outil sur une pièc~ "éta-lon" ou le repère d'un montage d'usinage. Ce procédé de règlage donne-ra lieu à une dispersion~ mais de valeur différente de celle obtenue par lé vernier. Elle peut être mesurée de la même façon que dans le cas du règlage par vernier sur un ensemble d'épreuves.

CONCLUSION

L'étau-limeur à mouvemen~ d'avance unique se présente donc comme une machine intéressante sur le plan pédagogique. Elle permet l'étude des problèmes géométriques de la coupe du fait de la simplicité du mouvement outil/pièce. Elle permet d'aborder commodément le contrôle

géométrique des machines-outils et les performances dimensionnelles du fait de sa géométrie simple.

C'est~ d'autre part~ une machine d'opérations~ qui permet de ré-aliser un plan en fabrication de série~ des plans parallèles associés en fabrication unitaire. Son exploitation en fabrication de série est donc tout à fait normale~ à condition d'employer systématiquement de vrais montages d'usinage~ réservant aux fabrications d'outillage (donc avec toutes les précautions pratiques requises) les divers accessoires

tels qu'étaux~ clames~etc...

Son inconvénient principal est sa faible productivité résultant du mouvement alternatif; cet inconvénient n'est pas spécifique de

l'étau-limeur~ il existe dans toutes les machines de rabotage:

rabo-teuses~ machines à tailler Maag et Fellow~etc... Par contre~ il

présen-te les avantages de ce type de machines; c'est e~ général une machine précise qui conduit à des défauts de forme peu importants des surfaces

usinées~ comparativement aux machines de fraisage de qualité mécanique similaire. On peut toutefois regretter que la présentation extérieure