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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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10. Glossaire
Machine-outil Gantry ; Gantry machine tool
Représente le concept de machine à haut rendement. Ce type de machine-outil dispose d’un design structurel et thermo-symétrique permettant d’usiner des pièces de grand volume en gardant une grande dynamique et une grande capacité d’enlèvement de matière (débit copeaux).
Contact collant/glissant ; Stick-slip contact
Se dit d’une alternance cyclique de la nature du contact (une fois collant, une fois glissant, etc.) à l’interface de deux éléments en contacts. Ce phénomène, très connu en usinage, notamment dans la description du contact outil/matière, résulte de conditions particulières liées au chargement thermomécanique dans la zone de contact considérée.
Protocole MTConnect ; MTConnect protocol
Développé aux États-Unis, MTConnect est un protocole basé sur le format XML, ouvert et extensible, qui permet d’acquérir les données machine au niveau de l’atelier. Ce protocole unidirectionnel sert à la mise en réseau verticale des machines-outils et des systèmes d'information. Lorsqu’une machine-outil est compatible avec le protocole MTConnect, des informations exhaustives peuvent être recueillies. Sur le marché nord-américain, ce protocole, développé en 2008, constitue le standard pour l’acquisition des données machines. Grâce à un modèle de données exhaustivement décrit, les données machines peuvent être utilisées directement aux fins d’analyse de disponibilité et de performance, ainsi qu’aux fins de visualisation et d’évaluation.
Protocole OPCUA ; OPCUA protocol
Le protocole OPC-UA est un standard d’échange d’informations et de services, indépendant et sécurisé, véritable esperanto du système d’information de l’usine, quels que soient les machines, les langages et les systèmes d’exploitation utilisés. Il est particulièrement dédié à l’Internet industriel des objets (IoT ou IIoT).
Internet des objets (IoT) ; Internet of things (IoT)
L’Internet des objets (IoT) décrit le réseau de terminaux physiques, les « objets » qui intègrent des capteurs, des softwares et d’autres technologies en vue de se connecter à d’autres terminaux et systèmes sur Internet et d’échanger des données avec eux. Ces terminaux peuvent aussi...
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BIBLIOGRAPHIE
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(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).
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(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
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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
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Code d'essai des machines-outils – Partie 3 : évaluation des effets thermiques. - NF ISO 230-3 - Janvier 2021
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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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QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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