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RÉSUMÉ
Le but de cet article est de détailler le calcul d’une broche d’un tour à commande numérique. Pour cela, la détermination analytique des efforts de coupe fait l’objet d’une première partie, qui traitera également des autres actions de l’outil. L’étape de la conception de la broche est ensuite étudiée, à travers l’analyse de son fonctionnement, de l’hyperstatisme de son mécanisme et encore de l’étude des efforts radiaux transmis par les différents paliers. L’arbre de broche et sa fabrication font l’objet de la troisième partie de cet article. Cette étude permet d’aider au choix des procédés, de l’usinage ou encore du référentiel de mise en position, grâce à une analyse poussée des spécifications de l’outil.
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Wassila BOUZID : Laboratoire de Génie de Production Mécanique et Matériaux : ENIS, Sfax, Tunisie
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Kacem SAÏ : Laboratoire de Génie de Production Mécanique et Matériaux : ENIS, Sfax, Tunisie
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Amara NEJI : Laboratoire de Mécanique des Solides et des Structures, et des Développements Technologiques, ESSTT, Tunis
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Ali ZGHAL : Laboratoire de Mécanique des Solides et des Structures, et des Développements Technologiques, ESSTT, Tunis
INTRODUCTION
Ce travail repose sur l'étude de la broche d'un tour à commande numérique. Ce tour est équipé de deux axes linéaires
et
et d'un axe rotatif
. Le tour est muni d'une tourelle arrière qui est équipée de 12 postes outils, dont 6 sont tournants, appelés aussi outils motorisés ou radiaux. Ces outils sont des fraises ou forets pouvant tourner à une vitesse maximale égale à 6 300 tr/min. Ceci élargit la gamme de pièces pouvant être réalisées sur cette machine et lui accorde le nom de « centre de tournage ».
L'étude de la broche se compose de trois parties indépendantes. La première partie de ce travail porte sur la détermination analytique des efforts de coupe appliqués par l'outil sur la pièce en chariotage. Quant à la deuxième partie, elle consiste à l'analyse du fonctionnement de la broche en vue de proposer une deuxième conception. L'analyse de la fabrication de l'arbre de broche fait l'objet d'une troisième partie. Elle a pour objectif de choisir les procédés, de déterminer l'ordonnancement de l'usinage des différentes surfaces et de choisir le référentiel de mise en position permettant de respecter toutes les spécifications fonctionnelles imposées sur le dessin de définition.
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Étude de conception de la brocheArticle inclus dans l'offre
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1. Actions de l'outil sur la broche
Cette partie a pour objectif de déterminer les efforts appliqués par l'outil sur la pièce, solidaire de la broche au cours d'une opération de chariotage (figure 1).
p : profondeur de passe (mm)
γ : angle orthogonal de coupe
f : avance (mm/tr)
α : angle orthogonal de dépouille
h : épaisseur de coupe (mm)
r ∊; : rayon du bec d'outil (mm)
b : largeur de coupe (mm)
κ r : angle de direction d'arête
1.1 Efforts de coupe
On souhaite exprimer les trois composantes F a , F r et F t de l'effort résultant de coupe appliqué par l'outil sur la pièce en fonction des paramètres h, β, γ et κ r . Dans un premier temps, on supposera que le rayon du bec d'outil r ∊; est nul. Dans ce cas, la pression spécifique de coupe s'exprime par :
avec γ en degrés.
C et n sont deux caractéristiques du matériau à usiner données dans le tableau 1.
Le frottement entre la face de coupe de l'outil et le copeau est de type Coulomb. L'angle de frottement sera noté β.
L'effort résultant de coupe
est défini dans le plan orthogonal de coupe et a deux composantes (figure 2) :
-
![]()
: l'effort tangentiel de coupe défini dans le plan orthogonal de coupe. -
![]()
: l'effort de répulsion de coupe qui a deux composantes, une axiale
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: l'effort tangentiel de coupe défini dans le plan orthogonal de coupe.
: l'effort de répulsion de coupe qui a deux composantes, une axiale
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Actions de l'outil sur la broche
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CHEVALIER (A.), BOHAN (J.) - Le guide du technicien en productique. - Hachette technique.
-
(2) - DIETRICH (R.), GARSAUD (D.), GENTILLON (S.), NICOLAS (M.) - Le Précis des Méthodes d'usinage – Méthodologie, production et normalisation Afnor. - Nathan.
-
(3) - LONGEOT (H.), JOURDAN (L.) - Fabrication industrielle. - Hachette.
-
(4) - PADILLA (P.), ANSELMETTI (B.), MATHIEU (L.), RABYEAU (M.) - Production mécanique. - Dunod.
-
(5) - PRUVOT (F.C.) - * - Machine outil, Exemples de machines, Techniques de l'Ingénieur, traité Génie Mécanique B 7 122.
-
(6) - PRUVOT (F.C.) - * - Conception et calculs des machines outils, volume 1 généralités, morphologie, plan général. Presses polytechniques et universitaires romandes (1993).
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