Cahier 1STM

Les systèmes de production

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1/ La notion de système entreprise de production 1.1/ Représentation du système Fonction commerciale

Saisie du besoin

Fonction administrative

Fonction relations humaines

Fonction technique

Créer et produire des biens consommables dans le cadre optimale de productivité et de compétitivité.

Mise en service du produit

Entreprise de production

Dans le système entreprise de production plusieurs fonctions interviennent dans le processus d’élaboration d’un produit. Chacune d’elle doit assurer un ensemble d’activités déterminantes pour atteindre les objectifs : - de productivité : capacité à produire et à vendre le maximum de produits conformes (respect des normes imposées), dans un délai défini et au prix de revient le plus bas possible ; - de compétitivité : capacité à affronter, dans de bonnes conditions, les entreprises concurrentes et les exigences de la clientèle, avec des produits compétitifs et innovants.

1.2/ Fonctions du système EXEMPLES D’ACTIVITöS D’ACTIVITöS ASSOCIöES ASSOCIöES EXEMPLES

FONCTIONS FONCTIONS Commerciale

Etudes du marché, distribution, commercialisation

Administrative

Gestion des actions comptables, financières, investissements ...

Relations Relation humaines

Technique Technique Technique

Gestion du personnel : embauche, promotion, formation ...

-

Conception du produit assurée par le bureau d’étude (BE) ; Conception de son industrialisation assurée par le bureau des méthodes (BM) ; Qualification des moyens de production ; Production du produit.

2 / Le produit 2.1 / Définition C’est un bien matériel qu’une entreprise fournit aux consommateurs pour répondre à leurs besoins ; Il constitue l’objectif de la démarche productique.

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2.2 / Cycle de vie d’un produit Le cycle de vie est l’ensemble de toutes les phases de l’existence d’un produit.

Analyse du besoin Elle a pour objet de saisir le besoin, l’énoncer et de le valider.

Système de production

Conception du produit ♦ Étude de la faisabilité : rédaction du cahier des charges fonctionnel (CdCF). ♦ Étude de l’avant-projet de conception : recherche des solutions techniques optimales. ♦ Définition du produit et réalisation du dossier projet: dessin d’ensemble, nomenclature et dessin de définition. Industrialisation du produit Réalisation du dossier industriel : - ordonner les phases (avant-projet de fabrication); - ordonner les opérations d’usinage, prévoir l’outillage et l’organisation du poste (contrat de phase) ; - rédiger les fiches de réglage ; - ordonner les opérations de contrôle, définir les modèles, les instruments, les méthodes de vérification ; - organiser les approvisionnements (choix, ordonnancement). Qualification Validation, par fabrication d’une présérie de produit, des réglages, des moyens, des méthodes, de l’organisation de la fabrication .Rédaction d’un dossier de qualification. Production Production du produit en série. Commercialisation Mise en service le produit. Utilisation du produit L’acheteur met à profit son achat. Elimination du produit Recyclage, destruction ou stockage. 1éreSTM Productique :

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2.3 / La phase de production (Processus, procédé) Dossier de gestion de production Production du produit

Matière D’oeuvre

Données industrialisation Données qualification

MO MO

Produit

Données qualité

Données industrialisation et qualification

W

Fabrication

Produit

Gestion de la production

Dossier de gestion de production

♦ Fabrication PROCESSUS

MO

Procédé de : - Moulage - Déformation - Assemblage, Jonction. -Séparation

Procédé d’usinage

Systèmes de fabrication sans enlèvement de matière

MO + VA

Procédé d’usinage

Systèmes de Fabrication par enlèvement de matière

♦ Gestion de production Données industrialisation

Outils de gestion Données de fabrication

Ordonnancement de la fabrication

Gestion des systèmes de fabrication

Produit fabriqué

Vérifier la qualité générée par les systèmes de fabrication

Produit réceptionné

Systèmes de vérification par mesurage et contrôle

Remarque : la gestion de la qualité a été strictement limitée à la vérification de la valeur ajoutée apportée par les systèmes de fabrication (respect des spécifications). 1éreSTM Productique :

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La qualification du produit

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Qualifier un produit c’est vérifier sa conformité à un cahier des charges. Qualifier une pièce c’est contrôler le respect : - des caractéristiques géométriques (dimensions et tolérances) imposées par le dessin de définition. - les caractéristiques mécaniques (dureté, ...) et physico-chimique (composition du matériau) et structurelles.

1) Terminologie - Définitions ♦ Vérification : la vérification a pour but de confirmer par mesurage et/ou contrôle que les exigences indiquées sur le dessin de définition ont été satisfaites. ♦ Mesurage le mesurage est l’ensemble des opérations ayant pour but de déterminer la valeur d’une grandeur (longueur, angle,…) -

Grandeur : caractéristique d’un objet ou d’un phénomène, susceptible d’être qualifiée (par un nom) et quantifiée (par une valeur). Valeur : expression d’une grandeur sous forme d’un nombre avec une unité de mesure appropriée. Exemple : dans le cas de la figure suivante, 100,2 mm est la valeur de la grandeur (longueur de la pièce représentée par la distance AB).

♦ Contrôle : le contrôle est l'ensemble des opérations ayant pour but de vérifier si la valeur d'une grandeur se trouve bien entre les limites de tolérance (max, mini) qui lui sont imposées sur le dessin de définition.

2) Système ISO de tolérances ♦ Objet des tolérances : L'imprécision inévitable des procédés d'élaboration faite qu'une pièce ne peut pas être réalisée de façon rigoureusement conforme aux dimensions fixées au préalable. Il a donc fallu tolérer que la dimension effectivement réalisée soit comprise entre deux dimensions limites, compatibles avec un fonctionnement correct de la pièce. La différence entre ces deux dimensions constitue la tolérance. ♦ Notions de tolérancement Le tolérancemt normalisé définit des grandeurs mesurables sur des pièces réelles et leurs limites à l’aide : - de cotes - de tolérances dimensionnelles (diamètres, cotes longueur, cotes angulaires.) - de tolérances géométriques (forme, orientation, position.) - d’indications d’états de surfaces (rugosité.)

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3/ Spécifications (ou tolérances) à respecter Les spécifications appartiennent à la cotation fonctionnelle portée sur le dessin de définition de la pièce. Elles constituent un contrat qui doit être respecté par les différents systèmes mis en œuvre pour le bon fonctionnement de la pièce dans l’objet technique Différents types de spécifications :

4.1/ Les spécifications dimensionnelles Une spécification dimensionnelle est composée d'une dimension nominale exprimant une grandeur linéaire et angulaire, suivie d'une tolérance exprimant la marge d'erreur admissible lors de la fabrication. ♦ Cotation bi limite : 19

+0,1, -0

Tolérance quantifiée par un intervalle de tolérance (IT) Dimension nominale exprimée en mm

♦ Cotation ISO : Ø 14 H7

Tolérance codée en langage ISO Diamètre nominal exprimé en mm

Remarque : les valeurs numériques de la tolérance d'une cote ISO se lisent dans des tableaux (voir doc suivant). Spécification

Dimension nominale

Intervalle de tolérance

Dimension maximale

Dimension minimale

Dimension moyenne

+0,1

19

-0

Ø 14 H 7 1ére STM Productique :

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♦ Démarche d'exploitation ( ex : Ø 14 H7 ) (1) (2)

Choisir la colonne de la désignation ISO concernée : H7 Choisir le palier de dimension en fonction de la dimension nominale : 14 Lire à l'intersection des flèches la tolérance correspondante, exprimée en microns : 0/+18

Tableau des principales tolérances

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3.2/ Spécifications (ou tolérances) géométrique ♦ Démarche de lecture des spécifications : Pour chaque spécification géométrique, identifier : - le type de spécification - l'élément tolérancé - l'élément de référence - la zone de tolérance et interpréter la spécification. ♦ Différents types de spécifications géométriques : Les spécifications géométriques de formes

La zone de tolérance dans le plan considéré est limitée par deux droites parallèle (//), distante de IT. Sa longueur est celle de l’élément spécifié (sauf indication particulière).

La surface doit être comprise entre deux plans // et distants de IT.

L’extérieur du disque doit être compris dans une couronne de largeur égale à IT.

La surface considérée doit être comprise entre deux cylindres coaxiaux distants de IT. 1ére STM Productique :

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Les spécifications géométriques d’orientation

La zone de tolérance est limitée par deux plans // distants de l’IT.

L'axe du trou doit être compris dans un cylindre de Ø = IT et // à l'axe du trou de référence (A)

La surface tolérancée doit être comprise entre deux plans // distants de l’IT et ⊥ à la surface de référence A.

L’axe du cylindre doit être compris dans une zone cylindrique de Ø égale à l’IT et perpendiculaire au plan de référence A.

L’axe du trou doit être compris entre deux plans // distants de l’IT et inclinés de l’angle α par rapport au plan de référence A.

La surface inclinée doit être comprise entre deux plans // distants de l’IT et inclinés de l’angle α par rapport à la surface de référence A.

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Les spécifications géométriques de position

L’axe du cylindre dont la cote est reliée au cadre de tolérance doit être compris dans une zone cylindrique de Ø égale à l’IT coaxiale de l’axe de référence A-B.

L’axe du trou doit être compris dans un cylindre limite de Ø égale à IT situé par rapport aux deux plans aux cotes nominales.

La zone de tolérance est limitée par deux plans // distants de IT et disposés symétriquement par rapport à la position théoriquement exacte de la surface considérée.

La zone de tolérance est limitée par deux plans // distants de l’IT et disposés symétriquement au plan médian par rapport à l’axe de référence ou au plan de référence.

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4.3/ Spécification d’état de surface C'est l'ensemble des irrégularités d'une surface à caractère micrographique et macrographique. Les surfaces usinées ne sont pas parfaites, elles présentent des irrégularités dues aux procédés d'usinage, aux outils, à la matière, etc. Types de défauts

macrographiques

Désignation défauts de forme et de position ondulation périodique strie - sillon, rugosité périodique

micrographiques

arrachement, fentes, marques d'outil, piqûres, etc.

Causes Pendant l'usinage et après l'usinage etc. Fraisage : pas de l'ondulation = avance par tour de fraise, vibrations, pièce et outil, etc. Stries et sillons dus à l'avance de l'arête coupante de l'outil : lubrification, vibrations. Qualité de l'affûtage de l'outil. Hétérogénéité du matériau usiné.

L'importance des irrégularités sur le rôle fonctionnel des surfaces est indiscutable. Cette exigence fonctionnelle est spécifiée à partir d'un critère de rugosité. Le plus couramment utilisé est le Ra. Ra : écart moyen arithmétique du profil de rugosité. y1 + y2 + . . . yn n

Ra =

♦ Représentation (d'après NF E 05- 015/016) 2 1 3

1 : Tolérance en microns (micromètres) (1 µ = 0,001 mm) 2 : Symbole du mode d’usinage 3 : Symbole de la fonction

Exemple :

Ra 1,6

to FG

La valeur du Ra est 1,6 µm; obtenue par procédé de tournage avec déplacements relatifs de frottement de glissement.

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1) 1 Abréviation de la fonction :

22) Symbole et valeurs normalisées de la série Renard R10 : 0,025

0,05

0,1

0,2

0,4

0,8

1,6

3,2

6,3

12,5

25 50

100

3) 3 Le procédé d'élaboration :

♦ Représentation (d'après norme ISO 1302)

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4/ Contrôle des spécifications L’ensemble des procèdes et instruments de vérification et de contrôle constitue « la métrologie ». a) Vérification : les mesures ou les comparaisons sont effectuées à l’aide d’instruments appropries au cours de l’usinage de la pièce. b) Contrôle : les mesures ou les comparaissons sont effectuées sur la pièce terminée. ♦ Remarque Ces contrôles s’effectuent dans un local dont la température est voisine de 20°C. Les pièces doivent être ébavurées et nettoyées avant le contrôle. 4.1/ Contrôle Contrôle dimensionnel dimensionnel 4.1/ 4.1.2/ Mesure directe Les instruments de mesure : ♦ Calibre à coulisse :

Principe de fonctionnement : Un coulisseau portant un vernier au 1/50 ( ou 1/10 ou1/20 ) et un bec mobile se déplacent sur une règle en fonction de la grandeur de la pièce à mesurer. La position de mesurage peut être stabilisée par la vis de blocage. Différentes utilisations du calibre à coulisse :

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Contrôle dimensionnel

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Principe de lecture a) Lire un nombre entier de mm sur la règle juste à gauche du zéro du vernier:

b) Lire la fraction de mm (x) sur le vernier.

c) Repérer la coïncidence des graduations entre la règle et le vernier en appliquant la méthode des écarts symétriques : e = e’

Puis multiplier le nombre de graduations lues sur le vernier du 0 à la coïncidence par 1/50 ou 0,02 35 x 0,02 = 0,70 Expression du résultat brut de mesurage :: M = 11,70 ± 0,02

Types de pieds à coulisse Pied à coulisse avec becs normaux

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Pied à coulisse digitale

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♦ Jauges de profondeur

♦ Micromètre

Principe de lecture a) Lire le nombre entier de millimètre et de ½ mm sur la génératrice de repérage (dernière graduation découverte par le tambour) : 5,5. b) Lire la fraction de millimètre (X) sur le tambour gradué en 1/100 : 17 x 0,01 = 0,17. c) Expression de résultat de mesurage : 5,67 ± 0,01

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Contrôle dimensionnel

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Types de micromètres

4.1.2/ Mesure indirecte

♦ Comparateur

1

2

Principe : évaluation indirecte de la dimension d par la relation : d = h – e - Phase 1 : phase d'étalonnage du comparateur (mise à zéro) sur une cale étalon de hauteur h déterminée. - Phase 2 : après mise en place du comparateur sur la pièce, lecture de la différence e entre h et d. Incertitude de mesurage : ± 0,01

1éreSTM Productique :

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Types de comparateurs

♦ Machine à mesure tridimensionnelle

Configuration général La machine à mesurer tridimensionnelle dispose : - d'un palpeur électronique se déplaçant sur 3 glissières orthogonales selon les axes XYZ. - d'une référence de planéité (axe Z) : marbre en granit sur lequel est liée la pièce à mesurer. - D'un ordinateur qui porte le logiciel qui traite les informations (coordonnées saisies par le calculateur). - D'une imprimante qui permet l'édition de documents (ex : certificat de mesurage …).

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Contrôle dimensionnel

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4.1.3/ Contrôle par attribut On utilise des calibres sur lesquels sont matérialisées les valeurs limites maxi et mini d'une spécification. L'une de ces valeurs limites doit entrer, l'autre limite ne doit pas entrer pour que la spécification soit respectée. ♦ Principaux calibres à limites

4.1.4/ Calibre et mesureurs d'angle ♦ Equerres : Ce sont des calibres, en acier spécial trempé, constitués de deux branches qui forment entre elles un angle donné.

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♦ Rapporteur d'angle : Une règle mobile se déplace autour d'axe par rapport à une règle fixe solidaire de l'axe.

Contrôle dimensionnel

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5.3) Exemples de contrôles géométriques Rectitude : déplacer le comparateur le long De la génératrice. Répéter la mesure n Génératrices (minimum 3) Écart maximal par section : t

Planéité : déplacer le comparateur sur toute la surface. Écart maximal par section : t

Génératrice // SR Parallèle à SR Appui fixe

Appui Appui réglable réglable

Plan de référence SR

2 Appuis réglables

Appui fixe Plan de référence SR

Axe de rotation // à SR

Circularité : la pièce effectue une rotation complète. Écart maximal par section : 2t

Surface de référence SR

Parallélisme : pour chaque contrôle, déplacer le comparateur sur toute la surface. Écart maximal toléré : t

Perpendicularité : déplacer le comparateur sur toute la surface. Écart maximal toléré : t

Référence simulée

Référence simulée

Comparateur

Coaxialité : le centre de la section mesurée doit être dans un cercle de Ø t (tolérance) concentrique au Ø de référence. Répéter la mesure sur plusieurs sections. Écart maximal de mesure : t Référence simulée 1éreSTM Productique :

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5.4) Contrôle des états de surface ♦ Étalons de comparaison viso-tactile Ces étalons sont des échantillons reproduisant le relief de surfaces réelles. Ils constituent la référence de l'état de surface. La méthode consiste à comparer visuellement (œil nu ou loupe) et tactilement (toucher avec doigt ou par frottement avec angle) l'état de surface de la pièce usinée à celui de l'étalon. À chaque procédé de fabrication correspond un étalon de rugosité.

♦ Rugosimètre (appareil à capteur électronique) Le contrôle est fait par palpage de la surface à l'aide d'un palpeur à aiguille. Le résultat de la mesure est chiffré et le profil de la surface peut être enregistré graphiquement.

Appareil de mesure

Analyse de l'enregistrement

Surface à contrôler

Arrachements

Palpeur

Pièce

Ligne moyenne Strie

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LES OUTILS DE LA QUALITÉ 1) Les éléments de base ♦ Définition La qualité est un ensemble de caractéristiques d’un produit (ou un service) afin qu’il puisse satisfaire les besoins exprimés et implicites. ♦ Conditions d’obtention La recherche de la qualité totale conduit à tendre vers les limites suivantes : Cinq zéro Zéro panne Zéro défaut Zéro délai

Le parc machine est en bon état de fonctionnement. Le produit obtenu est conforme au contrat fixé initialement. La planification assure l’entrée des produits dans le circuit au bon moment et au bon droit.

Zéro stock Zéro papier

La gestion des stocks est parfaitement maîtrisée (matières premières, produits finis). La rédaction technique est concise mais complète. Aucun document inutile ne circule.

♦ La non -qualité La non -qualité est l’écart global entre la qualité recherchée et la qualité effectivement obtenue. Ses causes peuvent provenir d’une maîtrise incertaine du système de production. Elle se mesure par le niveau d’insatisfaction de l’utilisateur. Elle coûte cher à l’entreprise (retour des produits défectueux, perte de fidélité de la clientèle,...)

2) Les outils de la qualité Ce sont des outils d’analyse et de synthèse qui permettent, à partir d’informations fournies, d’expliquer, de contrôler, d’améliorer,... une caractéristique spécifique de qualité. 2.1) Diagramme causes à effet (dit Ishikawa ou diagramme en arête de poisson) ♦ Principe Cet outil utilise deux types de données : - Une donnée liée à l’effet qui se formule par rapport à une caractéristique de qualité ; - Des données liées aux causes susceptibles d’entraîner une dispersion (une variation) sur la qualité de la caractéristique. Ce diagramme est construit lors d’une séance de Brainstorming (remue-méninges), c’est un diagramme où les différentes causes sont représentées à l’aide de flèches d’une manière hiérarchique.

Sous causes

Causes principales

Causes secondaire

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♦ Le brainstorming (Remue-méninges) : C’est une Séance de travail en groupe, permettant de collecter un maximum de causes. ♦ Objectif du diagramme Ishikawa Il sert à représenter de façon simple la relation qui existe entre un effet particulier et toutes les causes potentielles d’un problème. Les causes principales sont général regroupées en familles selon une méthode appelée « 5M » : Méthode ; Matière ; Matériel ; Milieu ; Main- d’œuvre. Ces cinq facteurs sont associés à tout procédé de production.

♦ La méthode « 5 M » : La définition des familles de causes ou catégories peut être adaptée à l’effet étudié. L’emploi des 5M peut économiser un long débat. Les cinq M Main-d’œuvre Matériel Matière Méthode Milieu

Les causes potentielles Formation du personnel, implication dans l’action, … Le niveau de qualité d’équipement et machine est variable dans le temps. Variation des lots influe sur la qualité (résultats différents pour un même réglage). Choix des outils et des outillages, réglages et programme, … L’environnement (atmosphère, température, humidité, bruit, …)

♦ Etapes de réalisation : - Identifier le problème en termes d’effet et donner un titre précis ; - Recherche des facteurs (causes) qui influent sur le problème défini ; - Regrouper les causes potentielles en familles, les cinq M.

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♦ Eexemple : Lors d’une séance de brainstorming, en labo mécanique, essayer de matérialiser les interactions entre les différentes causes possibles d’apparition d’un défaut d’état de surface pendant l’usinage. Les cause possibles entraînant un défaut d’état de surface : * Main-d’œuvre (Opérateur) : - Formation → Insuffisance - Fatigue * Matériel : - Nuance de l’outil - Forme du bec outil - Vibrations * Matière : - Nuance * Méthode : - Type d’outil → Porte-à-faux - Conditions de coupe → Profondeur de passe → Vitesse d’avance → Fréquence de rotation * Milieu : - Lubrifiant → Débit Diagramme causes - effet sur un problème d’usinage :

Opérateur

Matériel

Insuffisante

Matière

Nuance outil Fatigue

Nuance

Formation

Vibrations Forme du bec outil

Porte-à-faux

Défaut d’état de surface

Conditions de coupe Profondeur de passe vitesse d’avance

Type d’outil

Lubrifiant

Fréquence de rotation Débit

Méthode

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Milieu

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2.2) Le diagramme de Pareto Il est également appelé méthode "ABC" ou règle des 80/20 (80% des effets sont dus à 20% des causes). ♦ Présentation Le Diagramme de Pareto permet de représenter l'importance relative de différents phénomènes lorsqu'on dispose de données quantitatives. Il prend la forme d'un graphique qui aide le travail d'analyse, en déterminant l'importance relative des différents faits et en établissant des ordres de priorité sur les causes. ♦ Méthodologie Le diagramme de Pareto est élaboré en plusieurs étapes : 1. Déterminer le problème à résoudre. 2. Faire une collecte des données ou utiliser des données déjà existantes. 3. Classer les données en catégories et prévoir une catégorie "Divers". 4. Faire le total des données de chaque catégorie et déterminer les pourcentages par rapport au total. 5. Classer ces pourcentages par valeur décroissante. 6. calculer le pourcentage cumulé 7. déterminer une échelle adaptée pour tracer le graphique. 8. placer les colonnes (les barres) sur le graphique, en commençant par la plus grande à gauche 9. lorsque les barres y sont toutes, tracer la courbe des pourcentages cumulés 10. distinguer trois classes A, B et C qui se distribuent de la manière suivante : - Classe A : Les items accumulant 80% de l'effet observé - Classe B : Les items accumulant les 15% suivants - Classe C : Les items accumulant les 5% restants ♦ Remarques Les applications de la loi de Pareto sont aussi nombreuses que variées, citons à titre d'exemples : - pour aider à la décision et déterminer les priorités dans des actions - classer les articles à stocker et en déterminer le mode de gestion (il est courant de s'apercevoir que seuls 20% des articles contribuent à 80% du chiffre d'affaires). - les suivis qualité; 20% des causes représentent 80% de l'ensemble des défauts. - analyse d'un processus : seuls 20% des opérations accumulent 80% de la valeur ajoutée... ♦ Exemple On désir classer 10 pièces appartenant à une même famille. On connaît la qualité de chaque pièce et la valeur ajoutée en dirhams pour les diverses transformations réalisées dans l’îlot (pièces usinées). Mode d’obtention de la courbe ABC - Pour chaque pièce, déterminer la valeur ajoutée en dirhams pour la série : Pour la pièce n° 1, par exemple : 25x50 = 1250 DH. 1éreSTM Productique :

Pièce N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Les outils de la qualité

Quantité (Q) 50 20 50 90 25 20 15 100 30 25

Valeur ajoutée (VA) en dirhams 25 50 200 250 75 35 18 15 8 12

Valeur ajoutée pour la série (Q X VA) 1250 2000 10000 22500 1875 700 270 1500 240 300

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-Reporter dans un tableau de classement ces valeurs ajoutées dans l’ordre décroissant. - Calculer les valeurs cumulées des valeurs ajoutées Pour la pièce n°, par exemple : 22500 + 10000 = 32500. - Calculer les pourcentages des valeurs ajoutées. Pour la pièce n° 3, par exemple : (32500 x 100) / 40635 = 80 %.

Pièce N° 4 3 2 5 8 1 6 10 7 9

Valeur ajoutée pour la série Q X VA 22500 10000 2000 1875 1500 1250 700 300 270 240

Q X VA cumulé

% (Q x VA) cumulé

% pièce cumulé

22500 32500 34500 36375 37875 39125 39825 40125 40395 40635

53,4 % 80 % 84,9 % 89,5 % 93,2 % 96,3 % 98 % 98,7 % 99,4 % 100 %

10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 %

- Tracer la courbe ABC en portant en abscisses les pourcentages de pièces et en ordonnées les pourcentages des valeurs cumulées. Par exemple, pour la pièce n° 2, 30 % en abscisse et 84,9 % en ordonnée.

Q X VA en %

% pièces N° pièce

Analyse de la courbe On remarque que les pièces 4 et 3 représentent 80 % de l’activité totale et 20 % du nombre de pièce, c’est la classe A. L’ensemble des autres pièces ne représente que 20 % de l’activité de l’îlot. 1ére STM Productique :

Les outils de la qualité

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Organisation de la production

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1/ Introduction La qualité totale implique de tenir les délais annoncés et de maîtriser les coûts de la production. Ces deux aspects ne sont pas uniquement liés à des opérations techniques, mais dépendent fortement de l’organisation de la production. La figure 1 montre les deux voies, technique et économique, qui amènent toute production à être maîtrisée. Maîtriser une production

Maîtriser les formes et les dimensions fabriquées

Maîtriser les délais et les coûts prévus

Démarche technique menant à : - la maîtrise de la qualité technique du produit. - la maîtrise de la qualité technique du processus.

Organisation globale visant à : - gérer au mieux la production - maîtriser et optimiser les temps de production.

Fig. 1 : Les composantes de la maîtrise d’une production

2/ Outils de gestion du temps On distingue deux types : - les outils d’organisation (Ordonnancement : planification de la production, approvisionnements, lancements). - Les outils et démarches de réduction des temps non productifs.

3/ Temps de fabrication C’est la composante technique du temps de production qui regroupe toutes les phases de transformation physique du produit. Il dépend directement de l’organisation mise en place, peut être décomposé en : 3.1/ Un temps productif : Lorsque le processus produit des pièces « bonnes ». C’est le seul temps financièrement rentable. Il est constitué des temps de transformation (usinage), de transfert et de contrôle. 3.2/ Un temps improductif : Il comporte deux catégories : - Les temps d’arrêts dus aux aléas du système de production (pannes, rupture d’approvisionnement des matières, etc.) - Les temps de réglages (de changement de série).

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Organisation de la production

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4/ Composition du temps de production C’est le temps total écoulé entre la demande explicite du client (commande) et la date effective de livraison des produits.

5/ Les flux en production Au sens industriel, la production peut être définie comme étant un flux, c'est-à-dire un écoulement orienté, organisé, qui doit être parfaitement géré. Ce flux est composé : - d’un flux physique qui concerne la matière (matière première, pièces, …) - d’un flux administratif qui concerne les informations utiles à la fabrication (ordres, gammes, …) 5.1/ Types de flux En fabrication, on distingue deux types de flux : - flux continu : La production concerne les très grandes séries type automobile. - flux discontinu : La production s’applique aux pièces de types variés en quantités limitées (petites et moyennes séries). 5.2/ Pilotage de flux Le pilotage des flux peux s'effectuer à l'aide des moyens suivants : calcul de besoin (M.R.P), Kanban,… 5.2.1/ Calcule des besoins (M.R.P) Effectuer à partir de la nomenclature et des prévisions de ventes, ce calcul donne la quantité de pièces, les dates de lancement et de réception des pièces fabriquées. ♦ Principe du système de gestion MRP.

1éreSTM Productique :

Organisation de la production

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5.2.2/ Kanban : mot japonais signifiant étiquette Ce type de pilotage s'applique à des pièces dont le processus est parfaitement maîtrisé, il requiert une structure d'îlot (Pièces d'une même famille). Le flux est dit "tiré " car le démarrage de la production s'effectue à partir de la commande du client. Le flux est continu, les pièces sont placées dans des containers. Flux d'information O.F. (Kanban)

♦ Principe de fonctionnement L'opérateur du poste A ayant terminé la fabrication d'un container, il y joint le Kanban et achemine l'ensemble vers le poste B. L'opérateur du poste B ne travaille que s'il reçoit un container. L'ayant usiné, il en enlève le Kanban et le renvoie au poste A ce qui constitue un ordre de fabrication (O.F) d'un container.

Poste : A

Flux d'information O.F. (Kanban)

Poste : B

Amont (fournisseur de B)

Poste : C

Aval (client de A) (client de A et fournisseur deC) Flux physique + Kanban

Flux physique + Kanban

♦ Etiquette kanban Cette étiquette (Kanban) comporte quatre informations essentielles : - Identification pièce ou produit; - Quantité du container; - N° du poste de fabrication; Container - N° du poste d’utilisation.

Etiquette

6/ Ordonnancement de la fabrication 6.1/ Présentation générale de l’ordonnancement ♦ Définition Il consiste à planifier les différents moyens de réalisation (postes des ateliers : fabrication, montage, …). Cette fonction est assurée par le bureau des méthodes. Elle permet des gains substantiels de temps sur la durée du cycle, donc sur les délais (amélioration du flux physique, ...). ♦ Présentation de la fonction ordonnancement

- Données de fabrication : Délai, nombre de pièces -Dossier d'industrialisation : Projet de gamme, contrat de phase - Ressources humaines : Personnel, qualification -Moyens matériels : Type de machine, caractéristiques coût

1ére STM Productique :

Outils de gestion

E

ORDONNANCEMENT DE FABRICATION

Organisation de la production

S

- Planification optimale de la fabrication - Organisation des îlots de production, prévision des moyens matériels - Lancement des ordres de fabrication et de contrôle de son avancement effectif par rapport au prévisionnel

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6.2/ Le diagramme de GANTT C'est un outil d'ordonnancement qui permet : - de visualiser graphiquement, sur une échelle des temps, la succession des tâches à effectuer avec leurs jalonnements respectifs; - de lancer et de suivre l'exécution de ces tâches (vérifier notamment si leur exécution est conforme aux prévisions). 6.2.1/ Conditions préalables Pour établir un Gantt, il est nécessaire de connaître : - la procédure de fabrication (gammes); - les différents temps liés à l'organisation de la productique (réglage, usinage, transfert, …); - les délais imposés; - les ressources et moyens disponibles (machines,…). 6.2.2/ principe de représentation Au 4e jour de la 2e semaine : - Les pièces 1 doivent être terminées; - Les pièces 2 et 3 sont en cours de fabrication; - Le montage du produit (1+2+3) doit être lancé. Date de livraison du produit 6.2.3/ Exemple de gamme : réalisation du porte-clés ♦ Jalonnement au plus tôt La matière ou les pièces brutes étant disponibles, le début de la production s'effectue dès la réception de l'ordre de fabrication (O.F).

♦ Jalonnement au plus tard A partir de la phase terminale, on remonte dans le temps pour déterminer la date du début de production.

♦ Jalonnement avec chevauchement La phase 20débute alors que la phase 10 n’est pas complètement achevée : il y a chevauchement (noté c). Le chevauchement permet de réduire la durée du cycle de fabrication.

1éreSTM Productique :

Organisation de la production

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Phase / Sous-phase / Opération

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1/ Phase ♦ Définition La phase est une étape dans le processus d’une réalisation d’une pièce. C’est un ensemble d'opérations réalisées sur un même poste de travail (montage, contrôle) ou sur une même machine ( usinage). ♦ Exemple : processus de réalisation du porte-clés.

2/ Sous-phase ♦ Définition La sous-phase est un ensemble d'opérations limitées par un montage et démontage de la pièce sur une même machine. ♦ Exemple : réalisation de la phase 20 (tournage).

3/ Opération ♦ Définition Une opération est une action élémentaire permettant d’apporter de la valeur ajoutée au produit. En usinage, une opération permet de réaliser une ou plusieurs surfaces en n'utilisant qu'un seul mouvement relatif dans le couple outil-pièce. ♦ Exemple : phase 20, sous-phse A. ♦ Remarque : - L’opération qui finit (respect des spécifications imposées) est une opération de finition. - L’opération qui prépare la finition (enlèvement d’un excédent de matière par exemple) est une opération d’ébauche. 1éreSTM Productique :

Phase / Sous-phase / Opération

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Isostatisme

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1/ Généralités Dans toutes production, il existe certains éléments qui ont pour fonctin de mettre en relation (liaisons) le produit et le moyen de production Les éléments de liaison (porte-pièce) doivent : ♦ Permettre un positionnement identique de toutes les pièces. ♦ Suporter les efforts engendrés. ♦ S'adapter aux différents procèdés du moyen de production. Remarque : Il ne faut pas confondre la mise en position (qui correspond à l’isostatisme) et le maintien en position de la pièce par un serrage.

2/ Repérage isostatique 2.1/ Degrés de libertés Un degré de liberté correspond à un mouvement possible en rotation ou en translation entre la pièce et le porte-piéce Une piéce possède donc 6 degrés de libetés qui sont : - 3 rotations : RX , RY, et R Z. - 3 translation : TX,, TY et TZ. Ces degrés devront êtres éliminés (liaisons), grâce à des points de contact, pour que la pièce soit correctement posèe (repérage isostatique). 2.2/ Modélisation Chaque point de contact (appui) supprime un degré de liberté et est modélisé (représenttiongraphique) par une normale de repérage (flèche ou cercle quadrillé).

♦ Les normales de repérage sont représentées : - du côté libre de la matière; - perpendiculairement à la surface considérée du référentiel pièce; - éloignées au maximum; - Sur un nombre de vues suffisant pour faciliter la compréhension.

1éreSTM Productique :

Isostatisme

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2/4

3/ Principales liaisons élémentaires

4/ Détermination du repérage isostatique 4.1/ Règles de l’Isostatisme - La priorité est donnée à la cotation géométrique. - La spécification la plus serrée bénéficiera du nombre de point maximum (selon surface). - L'appui plan sera choisi sur la surface la plus grande. - Limiter les déformations et vibrations de la pièce. 4.2/ Quelques erreurs à ne pas commettre - Jamais deux normales opposées - Jamais une linéaire rectiligne, ou un appui plan, perpendiculaire à une linéaire rectiligne. 1éreSTM Productique :

Isostatisme

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Exemples de repérage isostatique

1éreSTM Productique :

Isostatisme

3/4

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4/4

1éreSTM Productique :

Isostatisme

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Cotes fabriquées

1/2

1/ Définition Une cote fabriquée intervient à différents stades de la fabrication, directement (cote directe) ou indirectement (cote transférée), dans l’obtention d’une cote condition du bureau d’étude ou du bureau des méthodes. Exemple : Soit une série de pièces à fabriquer suivant la figure, les cotes possibles suivants l’axe OZ sont (CF1, CF2, CF3) et suivant OX est CF4. 2/ Différents types de cotes fabriquées (Cf) 2.1/ Cote - machine (Cm) C’est la distance entre la surface usinée et la surface de référence. ♦ Exemple 1 :

♦ Exemple 2 : Z

4 5

6

Cm1

Cm2

Cm2

Cm1

1

Y

3

2

2.2/ Cote – outil (Co) La cote - outil définit la forme (rayon, angle, etc.) ou la position relative de surfaces associées. ♦ Exemple 1 :

♦ Exemple 2 : Co2

Cm3

Cm1

Co1

Cm2

Cm2

Cm1

Co2

Co1

1éreSTM Productique :

Cotes fabriquées

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2/2

♦ Exemple 3 :

2.3/ Cote – appareillage (Ca) Une cote – appareillage est une cote obtenue à partir d’un appareil (montage d’usinage, dispositif de guidage, etc.). ♦ Exemple :

Cm1

Ca2

Co2

Co1 Ca1

N.B : Toutes les cotes (Cm, Co, Ca) sont notées Cf

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Cotes fabriquées

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Cotation de fabrication

1/2

1/ Règles ♦ Caractéristiques Les cotes de fabrications sont affichées sur le contrat de phase. Elles sont déterminées par le bureau des méthodes (BM) soit directement, soit par calcul à partir de la cotation fonctionnelle du dessin de définition. ♦ Exemple de dessin de définition

♦ Opérations d’usinage des différents contrats de phase

Phase 10 : Contrôle du brut étiré ♦ Cf1 : diamètre de la barre « étiré » donné directement sur le dessin de définition. Cf1 = Ø 20 h 11 ♦ Cf2 : longueur du débit à calculer (voir doc 2). +1 Cf2 = 52,1 0

Phase 20 : Tournage Dressage de F1 en finition Cf3 : à calculer (voir doc 2) +1 Cf3 = 50,6 0

Phase 30 : Tournage ♦ Dressage de F3 en finition Cf4 : à calculer (voir+ doc2) 0,2 Cf4 = 49,9 0 ♦ Chariotage et dressage combinés de Ø C1 ET F2 : - en ébauche (E) Cf5 E à calculer Cf6 E (voir doc 2 pour Cf5) + 0,2 + 0,3 Cf5 E = 40,2 0 Cf6 E = 15,25 0 - en finition Cf5 données directement Cf6 sur le dessin de définition + 0,05 Cf6 = Ø 15 0 Cf5 = 40 ± 0,1

1éreSTM Productique :

Cotation de fabrication

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2/2

2/ Méthode vectorielle de détermination des cotes de fabrication

1éreSTM Productique :

Cotation de fabrication

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Transfert de cotes

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1/ Définition À partir de la cotation fonctionnelle du dessin de définition, les cotes de fabrications sont déterminées par le bureau des méthodes (BM) soit directement, soit indirectement qui nécessite un calcul appelé : « transfert de cotes ». ♦ Exemple Soit à réaliser un axe épaulé, les cotes fonctionnelles du dessin de définition à respecter suivant l’axe oz sont A = 60 ± 0,15 et B = 35 ± 0,2. La cote A est réalisée directement à l’aide de la cote machine Cm2. La cote B (cote condition n’apparait pas dans les cotes de fabrication) est réalisée indirectement à l’aide de cote machine Cm1 ; un transfert est donc nécessaire. 2/ Etude du transfert de cotes ♦ Calcul de Cm1 On appliquant les règles relatives à une somme vectorielle (B = vecteur résultant, Cm1 et Cm2 = vecteurs composants), On trouve les relations suivantes à respecter : - B max = A max – Cm1 min. (1) - B min = A min – Cm1 max. (2) - Tolérance de la cote condition = somme des tolérances des cotes composantes. (3) ▪ La cote condition B peut être prise indifféremment au maximum (application de la relation (1)) ou au minimum (application de la relation (2)). ▪ La tolérance de Cm1 est déterminée à l’aide de la relation (3). ♦ Calcul de Cm1 à l’aide des relations (1) et (3) : (1) :

B max = A max – Cm1 min 35,2 = 60,15 – Cm1 min Cm1 min = 60,15 - 35,2 Cm1 min = 24,95 (3) : Tolérance B = Tolérance A + Tolérance Cm1 0,4 = 0,3 + Tolérance Cm1 Tolérance Cm1 = 0,1 Cm1 = 24,95

+ 0,1 0

♦ Calcul de Cm1 à l’aide des relations (2) et (3) : (1) :

(3)

B min = A min – Cm1 max 34,8 = 59,85 – Cm1 max Cm1 max = 59,85 – 34,8 Cm1 max = 25,5 : Tolérance Cm1 = 0,1 0

Cm1 = 25,05

1éreSTM Productique :

- 0,1

Transfert de cotes

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2/ Méthode vectorielle simplifiée Cette méthode est surtout intéressante lorsqu’il y a un grand nombre de chaines ou un nombre important de composantes dans une même chaine. Elle évite de poser les équations (1) ou (2) ; les calculs étant méthodiquement effectués à l’aide d’un tableau. ♦ Détermination de Cm1 en prenant la cote condition B minimale. (2) :

B min = A min – Cm1 max B min + Cm1 max = A min

- De l’examen de l’égalité (2), on tire la règle suivante : Si la cote condition est minimale, les composantes de même sens que la condition sont minimales et les cotes composantes de sens opposé sont maximales.

* Exploitation du tableau - La somme de chaque colonne étant égale, on obtient par soustraction la cote Cm1 max cherchée : Cm1 max = Amin - B min. - Le calcul de la tolérance de Cm1 s’effectue en appliquant la règle (3) : Tolérance B = tolérance Cm1 + tolérance A. - De l’examen de l’égalité (2), on tire les règles suivantes : La valeur de la cote condition minimale doit être inscrite dans la même colonne que les cotes composantes maximales. La somme des cotes inscrites dans la colonne des cotes minimales est égale à la somme des cotes inscrites dans la colonne des cotes maximales (cote condition minimale incluse).

♦ Application - Calcul de Cm1 en prenant la condition au minimum - Calcul de Cm1 en prenant la condition au maximum Soit 35,2 et elle est placée dans la colonne min. Soit 34,8 et elle est placée dans la colonne max.

+ 0,1

0

Cm1 = 25,05 - 0,1 1éreSTM Productique :

Cm1 = 24,95 Transfert de cotes

0

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Couple outil/pièce

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1/ Mouvements générateur Le couple outil/ pièce a pour but de générer des surfaces par enlèvement de matière (production de copeaux). Ce couple reçoit deux mouvements générateurs : - le mouvement de coupe (Mc) animé d'une vitesse de coupe Vc; - le mouvement d'avance (Mf) animé d'une vitesse d'avance Vf. Selon les procédés d'usinage chacun de ces mouvements peut : - être donné à l'outil ou la pièce; - avoir des trajectoires de déplacement circulaire ou rectiligne; - disposer d'une ou plusieurs possibilités de déplacement en direction et sens. Fraisage

Tournage

Perçage

2/ Réglage cinématiques des mouvements générateurs 2.1/ Vitesse de coupe : Vc La vitesse de coupe constitue la grandeur cinématique de base du couple outil – pièce. Elle est exprimée en m/min. Sa valeur est déterminée expérimentalement par des laboratoires spécialisés dans les essais de coupe. Le choix de la vitesse de coupe dépend de nombreux paramètres liés au système de fabrication ♦ La puissance et la qualité de la machine; ♦ La nature et la matière de la pièce; ♦ La matière, géométrie et la durée de vie de l'outil ♦ Types d'opération : - Ébauche ou finition - Usinage extérieur ou intérieur - Lubrification

Outil

Pièce

1éreSTM Productique :

Couple outil/pièce

Opération

Machine

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■ Procédure du réglage cinématique du mouvement de coupe Mc Pour régler la vitesse du Mc sur la boite de vitesses de la chaîne cinématique, il convient de définir une fréquence de rotation exprimée en tr/min. Cette fréquence est déterminée à partir de Vc et du diamètre d considéré sur la pièce ou de l'outil. ♦ Par le calcul m/min Tr/min

Application : Vc = 25 m/min, d = 40 mm N=

N = 1000.Vc Л.d

1000 x 25 3,14 x 40

= 199 tr/min

mm ♦ Graphiquement à l'aide d'un abaque Détermination graphique de la fréquence de rotation N à partir de l'abaque ci-dessous et de l'exemple précédent. Avec Vc = 25 m/min et un diamètre de fraise d = 40 mm, on lit : N = 200 tr/min

1éreSTM Productique :

Couple outil/pièce

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2.2/ Vitesse d'avance : Vf La vitesse est déterminée à partir d'une valeur d'avance de base dont l'expression varie selon le procédé d'usinage : - Tournage : ( f ) avance exprimée en millimètre par tour ( mm/tr ); - Fraisage : ( fz ) avance exprimée en millimètre par tour et par dent ( mm/tr/dt ). ■ Procédures de réglage ♦ Sur le tour, on réglera directement f sur la boite de vitesse des avances de la chaîne cinématique; expression de la vitesse d'avance résultante du Mf donné à l'outil; mm/tr mm/min

Vf = f . N

tr/min

♦ Sur la fraiseuse, on réglera la vitesse d'avance Vf exprimée en mm/min et calculée à partir de fz. mm/tr/dt mm/min

Vf = fz . z . N

tr/min

Nombre de dent

■ Principaux critères de choix - Matière de l'outil (acier rapide ou carbure métallique); - Type d'opération (ébauche, finition); - Spécification de rugosité imposées sur les surfaces générées. ■ Influence de l'avance sur la rugosité On constate qu'avec un même outil l'importance des stries prises en compte par le critère de rugosité varie avec la valeur de l'avance f. Précision rugosité ↑ , f ↓

■ Influence de l'avance sur le temps de coupe La vitesse d'avance influence directement la durée du temps de coupe ( Tc ), temps durant lequel l'outil coupe la matière et génère la ou les surface (s). Exemple en tournage : N: fréquence de rotation. F : avance en mm/tr. L : longueur usinée en mm. e : distance de sécurité en mm. Tc : temps de coupe en mm.

1éreSTM Productique :

Tc = (L + e) / ( N . f )

Couple outil/pièce

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2.3/ Pénétration : a (profondeur de passe) Lors de l'usinage, le volume de matière enlevé dépend de l'engagement de l'outil dans la pièce. Cet engagement est appelé pénétration (a). Elle s'exprime en mm. ♦ Principaux critères de détermination - Type d'opération (ébauche, finition). - Précision des spécifications imposées. - Rigidité du couple outil/pièce. - Puissance de la machine.

mm

Associée à l'avance f, la pénétration a permet de déterminer une grandeur géométrique de la coupe : la section du copeau (S).

2

mm

S=a.f

mm/tr

3/ Efforts et puissance de coup L'évaluation des efforts de coupe permet : - de dimensionner les outils et le porte-pièce, - de déterminer les appuis du montage, en opposition à ces efforts, - d'évaluer la puissance de coupe afin de choisir la machine-outil. L'effort de coupe F se décompose en trois forces. La plus importante est l'effort tangentiel de coupe : Fc. Fc = Kc . a . f

Kc : coefficient spécifique de coupe en daN/mm2. a : profondeur de passe en mm. f : avance en mm/tr.

Fa : composante radiale de l'effort de coupe; 1éreSTM Productique :

Ff : composante liée à l'avance. Couple outil/pièce

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3.2/ Puissance de coupe Il faut distinguer deux puissances : - la puissance nécessaire à la coupe (Pc) qui dépend essentiellement de l'effort tangentiel de coupe (Fc) et de la vitesse de coupe (Vc). Watts (w)

Pc = Fc . Vc

m/s

Newtons (n)

- la puissance du moteur (Pm) qui dépend du rendement µ (mu) de la machine. Pm = Pc / µ

Remarque : le choix des paramètres de coupe détermine le choix de la machine et inversement.

■ APPLICATON Calculer la puissance nécessaire pour charioter une pièce en XC38 sachant que : f = 0,3 mm/tr; a = 4 mm et Vc=200 m/min. a/ à partir du tableau déterminer Kc. ………………………………………………………………….. ………………………………………………………………….

b/ Calculer Fc …………………………………………………………………. ………………………………………………………………….

c/ Calculer Pc …………………………………………………………………. …………………………………………………………………..

d/ Calculer la puissance absorbée Pm sachant que le rendement η =0,7 ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

1éreSTM Productique :

Couple outil/pièce

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1éreSTM Productique :

Couple outil/pièce

L-T-M-A-OUJDA (T. A)

Temps de coupe

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1/ Définition Temps productif durant lequel l’outil (ou la pièce) se déplace en avance de travail. Appelé également temps technologique (Tt) s’il s’agit d’un procédé par usinage. 2/ Formule générale : Tc = Tt = L / Vf L : longueur de déplacement en avance de travail en mm. Vf : vitesse de travail en mm/ min 3/ Exemples : ♦ Tournage : cycle de finition

♦ Fraisage : surfaçage en bout (de face)

♦ Perçage : trou débouchant

1éreSTM Productique :

Couple outil/pièce

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TD

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On veut réaliser l'épaulement F, sachant que : Vc f Z ae Ø fraise Kc

80 m/min 0,03 mm 8 dent 4 mm 60 mm 360 daN/mm2

Travail demandé 1/ Donner le nom de : -

La machine : .........................................................

-

L'outil d'usinage : ..................................................

2/ Calculer la vitesse de rotation N. ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... 3/ Calculer la vitesse d'avance Vf. ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... 4/ Calculer la puissance de coupe Pc. ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... 5/ Calculer la puissance du moteur Pm sachant que le rendement µ = 0,6. ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... 6/ Calculer le temps de coupe Tc de l'épaulement F sachant que la longueur de coupe L = 40 mm. ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... .........................................................................................................................................................................

1éreSTM Productique :

Couple outil/pièce

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Outils de coupe 1/ Outils liés aux procédés d’usinage : ♦ Tournage

1 : Outil à saigner 2 : Outil à charioter droit 3 : Outil à retoucher 4 : Outil pelle 5 : Outil à retoucher 6 : Outil à fileter 7 : Outil coudé à charioter

8 : Outil couteau 9 : Outil à dresser d'angle 10 : Outil à dresser les faces 11 : Outil à charioter 12 : Outil à dresser 13 : Outil à fileter intérieurement 14 ; Outil à aléser et à dresser

♦ Fraisage 1 : Surfaçage de face par une fraise à surface 1 taille 2 : Surfaçage de profil par une fraise à surfacer 1 taille et fraise 2 taille 3 : Surfaçages combinés à prédominance en roulant (fraisage de profil) 4 : Rainurage par une fraise 3 tailles 5 : Rainurage par une fraise 2 tailles 6 : Surfaçages combinés à prédominance en bout (fraisage de face)

♦ Perçage

Foret à centrer 1ére STM Productique :

♦ Alésage

Foret hélicoïdal Outils de coupe

Alésoir L-T-M-A-OUJDA (T. A)

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2/ Relation outil → opération → forme générée : ♦ Tournage Outils à tranchant unique avec plaquette en carbure métallique

1ére STM Productique :

Outils de coupe

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♦ Fraisage

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Outils de coupe

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♦ Perçage

♦ Alésage

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Outils de coupe

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Dossier de fabrication

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Le processus industriel est l’enchaînement des actions nécessaires à la mise en oeuvre d’un procédé, mode d’élaboration impliquant la mise en oeuvre de moyens définis. Le processus industriel est consigné dans un ensemble de documents appelé dossier de fabrication.

1/ Situation dans le cycle de vie d’un produit Analyse du besoin

Étude de la faisabilité

Cahier des charges fonctionnel

Composants d'un dossier de fabrication

Avant-projet de conception

Réalisation du dossier projet

Réalisation du dossier industriel

Réalisation du dossier de qualification

Dessin d'ensemble

Avant-projet de fabrication

Dessin de définition

Contrats de phase

Cartes de contrôle

Production du produit en série Commercialisation

Utilisation du produit

Elimination du produit

1éreSTM Productique :

Dossier de fabrication

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2/ Ordonnancement des opérations d’usinage Au départ d'une nouvelle activité d'atelier, le technicien reçoit : ♦ Un dossier comprenant : - Une gamme générale ou fiche suiveuse ; - Le dessin de définition de produit (d. d. p.) (fig. 1) ; - Un bon de travail qui précise, pour la phase à réaliser, l'étendue de la tâche et le temps alloué ; - un contrat de phase pour une fabrication répétitive.

Fig. 1

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Dossier de fabrication

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3/ Avant-projet d’étude de fabrication (APEF) : Gamme d'usinage 3.1/ Contenu Ce document, suite ordonnée possible des différentes phases intervenant dans un processus d’exécution d’une pièce, consigne pour chaque phase : - la désignation ordonnée des opérations d'usinage; - la machine utilisée; - la définition de la mise en position (MIP) de la pièce; - le repérage isostatique de la liaison pièce - appareillage; - le repérage des surfaces à réaliser en trait fort, des surfaces du référentiel, de la symbolisation géométrique de la MIP et les cotes fabriquées sans valeur. 3.2/ Exemple Usinage centreur (voir dessin de définition).

1éreSTM Productique :

Dossier de fabrication

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4/4

4/ Le contrat de phase Ce document permet de définir complètement le système de fabrication pour chaque phase de l'APEF. Il contient : ♦ un cadre d'identification comprenant la désignation de la phase étudiée et des informations sur la pièce P, la machine M, et l'appareillage A. ♦ un croquis de la pièce en position d'usinage précisant : - les surfaces à usiner en trait fort, les surfaces du référentiel de pièce, - le repérage isostatique à l'aide de la symbolisation technologique ou de la symbolisation géométrique (pour simplifier), éventuellement le symbole du maintien en position , - les cotes fabriquées, - les schémas d'outils avec les éléments générateurs et les cycles d'usinages; ♦ des informations sur le couple outil-pièce : - la désignation complète des opérations et des outils, - les conditions de coupes, les tolérances géométriques et la rugosité, - les différents temps; ♦ des informations sur la vérifications des cotes fabriquées, éventuellement.

1éreSTM Productique :

Dossier de fabrication

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Gestion de l’usinage

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1/ Opérations d’usinage

Nature

Rôles

Principales caractéristiques du poste d’usinage

Ébauche E

Demifinition F/2

Finition F

1éreSTM Productique :

Gestion de l’usinage

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2/3

2/ Décomposition de l’usinage 2.1/ Démarches courantes

2.2/ Critères de choix de la démarche ♦ Précision des spécifications

♦ Nature de brut - Débité dans la barre

1éreSTM Productique :

Gestion de l’usinage

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- Brut avec croûte extérieur

- Brut avec dépouilles (1), déport de noyau (2)

♦ Déformation de la pièce

♦ Outil

♦ Génération de surface cours

1éreSTM Productique :

Gestion de l’usinage

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Groupement de surfaces

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1/ Définition Un groupement de surfaces est un ensemble de surfaces réalisées sans démontage de la pièce (dans la même sous phase). C’est une solution simple et souvent économique, car elle permet d’éviter l’utilisation de porte-pièces précis et coûteux. 2/ Critères de détermination

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Groupement de surfaces

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Contraintes d’antériorité

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1/ Définition Les contraintes d’antériorité entre surfaces conduisent toujours à la détermination de la chronologie des étapes de processus : - de production (suite ordonnée des phases) - opérationnel (suite ordonnée des opérations au sein d’une même phase). ♦ Interprétation - Cas (1) : la relation d’antériorité signifie que A doit être antérieur à B donc que B sera réaliser à partir d’un appui sur A (nécessité d’une reprise de la pièce). - Cas (2) : la relation d’antériorité liant C à B sera réaliser au sein d’un même groupement dans une même phase (donc pas de reprise de la pièce : solution plus économique). 2/ Critères de détermination 2.1/ Critères liés au respect des spécifications géométriques et dimensionnelles

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Contraintes d’antériorité

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2.2/ Critères technologiques imposés par les moyens de fabrication

2.3/ Critères économiques liés aux impératifs de réduction des coûts d’usinage

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Contraintes d’antériorité

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2/ Exemples d’analyse des contraintes 2.1/ liaison entre surface brut et une surface usinée F

La surfaces F est réalisé d’après la surface brut B (surface de référence), donc B antérieur F.

15 ± 0.5

♦ Graphe de liaison : B

B

F

2.2/ liaison entre surfaces usinées B 4

La surface F1 est positionnée par rapport à B, la surface F2 est réalisée d’après F1.

± 0.1

F2

♦ Graphe de liaison : F1 40

B

F1

F2

± 0.2

2.3/ Parallélisme

D

La surface F est cotée par rapport à D, la spécification géométrique de // impose que l’axe D doit être réaliser avant la surface F1.

F

♦ Graphe de liaison :

25 ± 0.05

//

D

0.05

F

3/ Etablissement de la matrice et du tableau des niveaux Soit une pièce P = [ a, b, c, d, e, f ] ; on a : (a → b) ; (c → d) ; (c → b) ; (d → f) ; (e → c)

a b c d e f

a

Matrice b c d

1

1

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e

1 1 1

f

Total 0 2 1 1 0 1

1 a 1 0 1 e 1

Contraintes d’antériorité

Tableau des niveaux 2 3 4 5 0 c 0

b

1

0

d f

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MACHINE OUTIL A COMMANDE NUMERIQUE (MOCN)

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LES MOCN L'évolution des technologies nouvelles, la découverte de nouveaux matériaux et l'application de nouveaux concepts en matière de liaisons mécaniques, ont permis l'élaboration des MOCN. Ces apports technologiques, par rapport aux MO traditionnelle, portent notamment sur : ♦ Les actionneurs (moteurs); ♦ la liaison actionneur/table; ♦ les glissières; ♦ les capteurs de position; ♦ Les axes; ♦ L'asservissement d'axe.

1/ Axes normalisés 1.1/ Définition (NF Z 68-020) Les axes normalisés constituent un trièdre de référence, droit et direct (XYZ) lié à une pièce placée sur machine, c'est le référentiel pièce. Le sens positif est choisi de manière à ce que le déplacement de la table provoque l'éloignement de l'outil par rapport à la pièce. 1.2/ Repérage normalisé des différents axes numériques La norme précise que : - axe Z : axe de la broche de la machine; - axe X : axe qui correspond au plus grand déplacement de la table; - axe Y : axe formant avec les axes X et Z le trièdre droit et direct. Le sens positif des mouvements de rotation A, B et C correspond au sens trigonométrique. 1.3/ Exemples d'axes normalisés ♦ MOCN à 2 axes : Tour à commande numérique - Axe Z : mouvement longitudinal (avance f ou pénétration a) donné à l'outil. - Axe X : mouvement transversal (f ou a) donné à l'outil.

Référentiel de programmation associé à la pièce. ♦ MOCN à 3 axes : Fraiseuse à commande numérique - Axe Z : mouvement vertical (f ou a) donné à l'outil. - Axe X' : mouvement longitudinal (f ou a) donné à la pièce. - Axe Y' : mouvement transversal donné à la pièce.

Référentiel de programmation associé à la pièce. 1éreSTM Productique :

MOCN

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♦ MOCN à 5 axes : - Certains constructeurs de MOCN ont conçu des fraiseuses avec 2 axes supplémentaires. - Le 4éme axe correspond à la table tournante ou plateau circulaire. Son mouvement de rotation permet l'usinage de pièces sans démontage sur 380°. - Le 5éme axe (dans l'exemple ci-contre : axe A autour de X) correspond à la rotation de la broche.

2/ Architecture fonctionnelle d’une MOCN Partie commande Paramètres D'usinage

Pièces brutes Ordre : - Nature de déplacements, limites - Vitesses

Machine outil (M.O) Compte rendu : - position - fin de travail - anomalies Pièces usinées

Commande numérique par calculateur (C.N.C) Signalisation : - états - défauts

Visualisation : - programme

Information programme Ordre pupitre, dialogue homme machine

Partie opérative

♦ L'opérateur ne fait plus partie de la boucle d'usinage. Il intervient avant l'usinage en participant à la mise au point du programme de la pièce. Il intervient après l'usinage en contrôlant les cotes obtenues et en décidant des modifications nécessaires.

3/ Interprétation des mesures ♦ La partie opérative (M.O) permet de réaliser mécaniquement les mouvements de coupe et d'avance, chaque mouvement étant obtenu par un axe numérique piloté par (C.N.C). Cet axe est asservi en boucle fermée. 3.1/ Fonctionnement en boucle fermée E

Gm : Grandeur mesurée E : Entrée de la valeur de consigne 1 : Moteur 2 : Chariot de machine 3 : Système de mesure 4 : Comparateur

4

Gm

1

2

3

En boucle fermée, le système contrôle le déplacement ou la position jusqu'à égalité des grandeurs E-Gm 1ére STM Productique

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3.2/ Visualisation de la boucle des déplacements

3.3/ Système de mesure (capteurs de position) Ce sont des capteurs qui relèvent les positions ou les déplacements de l'organe mobile le long de l'axe et les transforment en signaux envoyés à la commande numérique (CN). ♦ Capteurs incrémentaux (mesure relative) Le capteur est un générateur d'impulsions qui fournit un signal chaque fois que la position varie de l'incrément minimal possible. Les coordonnées sont données par rapport à la position précédente.

Principe : Une source lumineuse passe au travers d'une règle en verre, ou d'un disque, présentant des zones ombrées et zones claires. Le rayon lumineux sensibilise une cellule photoélectrique qui change d'état en fonction De la zone traversée (présence ou absence de lumière → état du capteur 1 ou 0).

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♦ Capteurs analogiques (Mesure absolue) Le déplacement d'un mobile entraîne une variation magnétique, électrique, ou autre, qui est transformée en signal de sortie. Les coordonnées d'un point sont données par rapport à une origine fixe.

Exemple : capteur inductif

4/ Liaison actionneur /table : Les moteurs sont montés sur les différents axes. ils ont pour but l’entraînement de la table. Les déplacements sur les MOCN sont rapides, précis, fréquents et doivent être fidèles, c’est pour cela que la liaison actionneurs/table se fera de telle manière à éliminer tout jeu susceptible d’exister ou de nuire à l’usinage d’où l’emploi de vis à billes

5/ Commande numérique des déplacements Commande point à point

Commande paraxiale

C'est la mise en position de l'outil ou de la pièce par déplacement non synchronisés

Ce sont des déplacements parallèles aux axes. Avance programmée.

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MOCN

Commande de contournage Ce sont les déplacement synchronisés des divers axes Avance programmée Les trajectoires son décomposées en élément de droites ou de cercles, etc., dans un ou plusieurs plans.

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PROGRAMMATION DES MOCN 1 Principe de programmation Un programme est la transcription, dans un langage compréhensible par le directeur de commande numérique d’une machine, des opérations d’usinage à effectuer sur une pièce. Les différentes manières de programmer sont : ♦ La programmation manuelle, ♦ La programmation assistée : - Soit conversationnelle par le DCN - Soit avec un logiciel de F.A.O (fabrication assistée par ordinateur). Les documents suivants sont nécessaires: - Le dessin de définition, - Le contrat de phase avec l’isostatisme et les paramètres de coupe, - Le dossier de la machine utilisée

2 Préparation de la programmation 2.1/ Prise d'origine machine (POM) Avant toute mise en service, une MOCN doit être initialisée. Cette opération consiste à déplacer les chariots vers un point (référence de la machine) défini par butées électriques : c'est l'origine machine (OM). Exemples : Le plus souvent, l'origine machine est confondue avec l'origine mesure (Om). Dans le cas contraire, Om est définie par un paramètre machine OM/Om spécifique. Lors de l'opération de prise d'origines, le calculateur connaît la valeur de ce paramètre et peut positionner le " zéro mesure ". L'origine mesure est un point défini sur chaque axe. C est l'origine absolue de la mesure.

Paramètre machine mémorisé réinitialisé dès contact su OM

Exemple de tournage : position OM et Om sur l'axe Z.

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2.2/ Origine pièce Il faut déterminer, sur chaque axe, un point de référence lié au porte-pièce (ou la pièce). Ce point est défini par rapport à Om par le paramètre PREF. Les nouvelles origines ainsi définies sont appelées : - Origine porte-pièce (Opp) si le point palpé est sur la référence broche/porte-piéce ou table/porte-pièce; - Origine pièce (0p) si le point palpé est sur la référence porte-pièce/pièce. Exemples : tournage Cas du point déterminé sur le référence broche/porte-piéce

Cas du point déterminé sur le référence /porte-pièce

2.3/ Choix de l’Origine Programme OP L'origine programme (OP) est l'origine des axes qui a servi à établir le programme. On choisit l’OP en fonction de la cotation de la pièce sur le dessin de définition. Pour faciliter la réalisation du relevé de points, prendre l’origine qui demande le moins de calcul (cotes directes). L'origine programme est définie par rapport à l'origine pièce par un paramètre sur chaque axe : DEC1 Exemples :

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♦ Détermination des DEC1

Le paramètre DEC1 peut être défini sans mesure s'il est égal à une cote de fabrication Cf déterminée sur le contrat de phase.

Le paramètre DEC1 peut être déterminé par mesurage.

2.3/ Jauge d'outil La jauge d'outil est la distance entre le point origine du porte-outil (appelé point courant) et le point générateur de l'outil.

3/ Définitions des courses et origines (d'après norme NF Z 68-021 OM : Origine machine, position physique du mobile à la prise d'origine (POM). Om : Origine mesure, origine du système de coordonnées de la machine (G52). Opp : Origine porte-pièce, point de référence connu et commun entre le porte-pièce et la machine. Op : Origine pièce, point de référence défini par l'origine du référentiel de mise en position de la pièce. OP : Origine programme, origine du système de cotation des programmes. POM : Prise d'Origine Machine

PREF : Prise de REFérence. Distance entre l'origine porte-pièce et l'origine mesure. DEC : DECalages de l'origine programme par rapport à l'origine porte-pièce 1éreSTM Productique :

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3.1/ Position du référentiel pièce dans le repère machine

3.2/ Situation du repère avec OP et Op confondus (OM hors axe)

3.3/ Situation du repère avec OP et Op non confondus (OM sur l'axe)

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4/ Notions de programmation 4.1/ Syntaxe L’écriture d’un programme d’usinage d’une pièce est établie dans un langage structuré, suivant le code ISO (NF Z 68-010). 4.2/ Structure du langage Un programme se compose de bloc constitué de mots. - Un bloc : est une suite d’instructions relatives à une séquence d’usinage sur une ligne. - Un mot : est un ensemble de caractères composé d’une adresse, suivie de chiffre constituant une information. Exemples :

Bloc

N110 G1 X100 Z200 Mot Adresse

Un mot peut être une fonction ou un déplacement suivant un axe : G… M… F… S… T… X… ...

: Fonctions préparatoires : ,, auxiliaires : ,, vitesse d’avance : ,, de broche : ,, outil : Mouvement suivant l’axe X

- Les fonctions préparatoires G préparent la logique à une action donnée ou à un type de calcul. (doc 8et9) - Les fonctions auxiliaires M déterminent les mouvements, la sélection de vitesse, l’arrosage, etc. (doc 10) Toutes les fonctions M décodées sont modale sauf M6. Une seule fonction M codée par le constructeur peut être programmé par bloc. NB : Une fonction est dite modale lorsqu’elle reste active au-delà du bloc où elle est écrite. Elle est donc mémorisée jusqu’à sa révocation. Plusieurs fonctions G et M peuvent être écrites dans un bloc à condition qu’elles ne se révoquent pas mutuellement. 4.2.1/ Format Il existe deux types de présentation de format d’un bloc. + Format fixe (il faut répéter dans chaque bloc toutes les instructions même si celles-ci sont constantes. + Format variable adressable (utilise moins d’instructions par bloc), actuellement le plus utilisé. - Les espaces et les zéros de tête avant le point décimale peuvent être supprimés. - Pour les déplacements, l’unité est le millimètre : .01 signifie 0.01 mm. - Le signe + est pris par défaut pour les cotes. 1éreSTM Productique :

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4.2.2/ Début de programme pièce Un programme commence par le caractère « % » suivi d’un numéro (de 1à 8999) et éventuellement d’un commentaire entre parenthèse (40 caractères max). Exemple :

% 250 (CARTER AU5GT REF. 79680100)

4.2.3/ Numérotation des blocs La numérotation s’effectue de 5en 5 ou de 10 en 10 pour permettre une insertion éventuelle de blocs. ADRESSE : N FORMAT : 5 (de 1 à 32767) Exemple :

% 1700 N5 … N10 … …

4.2.4/ Fin de programme pièce Un programme principal se termine obligatoirement par la fonction auxiliaire M2 qui permet remise à zéro (RAZ) du système. Exemple :

% 1700 N5 … N10 … … N645 M2

4.3/ Structure d’une opération : Pour réaliser une opération d’usinage, le directeur de commande numérique doit accomplir des taches principales qui sont : - Positionner le bon outil, - Approcher l’outil en rapide, - Adapter les conditions de coupe - Réaliser l’opération d’usinage, Opération précédente - Dégager l’outil en rapide. Exemple : (Contournage profil) N40 M06 T7D7 N50 G00 X50 Z65 M08 N60 G96 S200 G95 F0.1 N70 G01 X15 N80 G00 Z65 N90 G42 X38 N100 G01 X42 Z56 N110 Z23 N120 X50 N130 G77 N10 N20

Positionner le bon outil Approcher l’outil en rapide Adapter les conditions de coupe Réaliser l’opération d’usinage Dégager l’outil en rapide

Opération suivante

fig13 ére

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5/ Calcul des coordonnées des Points programmés Il est indispensable de chercher les coordonnées des points de changement de direction sur chaque axe pour la programmation d'une pièce. A l'aide du dessin de définition, il faut : − repérer ces points − relever ou calculer leur position par rapport aux axes de l’Origine Programme OP en cotes moyennes − faire le report de leur position dans un tableau. ♦ Les coordonnées des points sont calculées par rapport à L’Origine Programme OP, à l’aide des cotes moyennes. ♦ En Tournage les coordonnées en X sont données au diamètre.

,1 ,2 Exemples de cotes moyennes : 20 ± 0,2 = 20 ; 50 +- 00,4 = 49,85 ; 25 -0 0,25 = ……........ ; 17 –- 00,6 = ………… .

Rappels mathématiques

Exemple : calcul des coordonnées des points programmés

Points 1 2 3 4

X 0 30 30 50

Z 0 0 -20 -3O

Calculs : Tangente 45° = coté opposé / coté adjacent = [(50 -30)/2] / coté adjacent = 10 / coté adjacent Coté adjacent = 10 / tangente 45° = 10 / 1 = 10 → Z4 = - (20+10) = - 30

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6/ Principales fonctions préparatoires

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7/ Fonctions auxiliaires M

Code

Révocation

Désignation

M00

Action sur DCY

Arrêt programmé

M01

Action sur DCY

Arrêt optionnel

M02

%

Fin de programme pièce

M03

M0-M4-M5

Rotation de broche sens horaire

M04

M0-M3-M5

Rotation de broche sens anti-horaire

M05

M3-M4

Arrêt de broche

M06

Compte rendu

Changement d’outil

M07

M0-M9

Arrosage N°1

M08

M0-M9

Arrosage N°2

M09

M8

Arrêt des arrosages

M10

M11

Blocage d’axes

M11

M10

Déblocage d’axe

M19

M3-M4-M5

Indexation broche 6Gammes de broche

M40 à 45 M48

M49

Validation des potentiomètres de broche et d’avance

M49

M48

inhibition des potentiomètres de broche et d’avance

M64

M65- M02

Commande broche1

M65

M02- M64

Commande broche2

M66

M02- M67

Utilisation mesure broche1

M67

M02- M66

Utilisation mesure broche2

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Fabrication assistée par ordinateur

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1/ Configuration poste FAO

2/ démarche générale FAO La création d'un programme CN peut se décomposer en trois phases ordonnées de travail.

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3/ Flux informationnel 3.1/ Chaîne fonctionnelle simplifiée (Exemple : boucle de déplacement)

3.2/ Visualisation du flux informationnel

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4/ Principaux constituants du flux informationnel

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5/ Exemple de MOCN didactique (Charlyrobot) Objet de la communication ♦ Le PC

Le PC est l'interface homme / machine, pour piloter la machine charlyrobot on utilise un logiciel. Le PC dialogue en permanence avec la machine par l'intermédiaire d'une liaison RS232.

♦ Le logiciel CAO

Le logiciel de Conception Assisté par Ordinateur (CAO) permet de créer la pièce à usiner, c'est un logiciel de dessin en deux dimensions (2D) ou (3D).

♦ Le logiciel FAO

Le logiciel de Fabrication Assistée par Ordinateur (FAO) permet de créer les trajectoires des usinages, ces trajectoires peuvent être en deux dimensions (2D) ou (3D).

♦ Le logiciel de pilotage

Le logiciel de pilotage permet d'exploiter les fichiers d'usinage, il possède tous les paramètres de la machine (volume de la zone d'usinage, magasin d'outil, etc.) qui sont reconnus automatiquement par le logiciel dès la connexion de la machine

6/ Travaux pratiques Réalisation de quelques formes (trous, rainures,...). 1éreSTM Productique :

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