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OUTIL D’EXPÉRIMENTATION Techniques d’usinage (machiniste) et serrurerie © D. Labrecque, 2009 Projet personnel d’orientation (PPO) T EC H NIQU ES D’U SIN AG E (M AC H IN IST E) ET SER R U R ERIE Guide des activités Ce guide des activités a été rédigé en collaboration avec des professionnels des métiers et professions représentés dans ces activités et a été conçu pour être utilisé sous la supervision d’un enseignant. Les informations contenues dans ce document ne sont pas exhaustives et ne sont données qu’à titre indicatif. Ce guide des activités vous propose plusieurs liens extérieurs qui pourraient ne plus être actifs au moment où vous souhaiteriez les utiliser ou qui pourraient vous diriger vers des informations non souhaitées. Veuillez vérifier ces liens avant leur diffusion auprès des élèves puisque nous ne pouvons en garantir l'intégrité. Aussi, la Commission scolaire de la Beauce-Etchemin n’endosse pas ces liens et ne pourra être tenue responsable de leur contenu, de toute omission, erreur ou lacune pouvant s’y trouver ni des conséquences possibles qui en résulteraient. La Commission scolaire de la Beauce-Etchemin ne pourra, également, être tenue responsable d’une interprétation erronée ou d’une mauvaise utilisation de ces activités. D’autre part, certaines œuvres contenues dans ce document ne sont pas sous licence Creative Commons puisqu’elles sont protégées par un copyright. Ainsi, toute utilisation, en tout ou en partie, de ces œuvres portant la mention ©, à d’autres fins que celles prévues dans ce guide des activités, est interdite. La reproduction totale ou partielle de ce document, à l’exception des œuvres protégées par copyright, est autorisée à condition d’en mentionner la source. 2004, [http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ca/deed.fr_CA] Vous êtes libre de reproduire, distribuer et communiquer cette création au public. Vous êtes libre de modifier cette création. Paternité. Vous devez citer le nom de l'auteur original. Pas d'Utilisation Commerciale. Vous n'avez pas le droit d'utiliser cette création à des fins commerciales. Partage des Conditions Initiales à l'Identique. Si vous modifiez, transformez ou adaptez cette création, vous n'avez le droit de distribuer la création qui en résulte que sous un contrat identique à celui-ci. Le masculin est utilisé sans aucune discrimination, dans le seul but d’alléger le texte. Numéro de document : 1 Version du document : 4.0 Année : 2011 Propriété de la Commission scolaire de la Beauce-Etchemin i T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Table des matières INFORMATIONS GÉNÉRAL ES 1 INTRODUCTION 4 ACTIVITÉ 5 UTILISATION D’UN LOGICIEL DE SIMULATION TUTORIEL EXERCICE 1 TUTORIEL EXERCICE 2 PARTIE A TECHNIQUES D’USINAGE : MACHINISTE 6 PARTIE SERRURERIE ACTIVITÉ 1 TYPES DE MATÉRIAUX EXERCICE 1 CORRIGÉ 7 8 12 ACTIVITÉ 2 EXPLORATION DE DIFFÉRENTS PROCÉDÉS D’USINAGE EXERCICE 2 EXERCICE 3 CORRIGÉ 13 16 17 26 ACTIVITÉ 3 USINAGE, MATHÉMATIQUES ET PRÉCISION EXERCICE 4A ET 4B CORRIGÉ 27 31 32 ACTIVITÉ 4 LECTURE DE PLANS ET COMPRÉHENSION DES VUES EXERCICE 5 CORRIGÉ 37 42 44 45 47 53 56 B ACTIVITÉ 6 SERRURERIE : UN MONDE À DÉCOUVRIR EXERCICE 1 EXERCICE 2 57 57 58 ACTIVITÉ 7 SERRURERIE : UN TRAVAIL DE PRÉCISION! 59 CONCLUSION 71 ANNEXE 1 : LEXIQUE 72 ANNEXE 2 : ABAQUE 73 ANNEXE 3 : PLANS DE LA PIÈCE 75 ANNEXE 4 : CODES DE 79 PROGRAMMATION ii T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Informations générales Liste de matériel : La liste qui suit énumère tout le matériel nécessaire pour compléter le travail lié à l’outil d’expérimentation d’une durée d’environ dix heures dans les domaines de l’usinage et de la serrurerie. Guide des activités Ordinateur multimédia 1 x pied à coulisse digital 1 x pointe à tracer (avec pointe aimantée) 1 x pièce d’aluminium usinée (avec trous et rainures) 1 x règle de 30 cm 1 x étau miniature 1 x ensemble de pièces métalliques usinées pour l’étude des propriétés 1 x ensemble de limes Grobet, Nicholson 1 x lime à deux faces demi-circulaires de type « Pippin » 1 x serrure Camelock 1 x clé maîtresse 1 x clé vierge Calculatrice personnelle 1 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Sites Internet : http://www.metallurgie.ca/ http://www.inforoutefpt.org http://imt.emploiquebec.net http://liensppo.qc.ca/ http://www.solidworks.fr/ http://www.3ds.com/fr/products/catia/welcome/ http://www.dailymotion.com/video/x4x67s_trigonometrie-4eme-partie-1_school 2 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Conception des activités 1, 2 et 3 : M. Denis Labrecque Enseignant, techniques d’usinage, Commission scolaire du Val-des-Cerfs et Commission scolaire Eastern Townships Conception de l’activité 4 : M. Pierre Jacques Consultant, Service-conseil Pierre Jacques, Comité sectoriel de main-d’œuvre dans la fabrication métallique industrielle Conception de l’activité 5 : M. Pierre-Luc Fortin Conseiller technique Conception de l’activité 7 : M. Bernard Binette Serrurier Participation à la conception : M. Réal Robert Consultant, Commission scolaire du Val-des-Cerfs Adaptation : Comité de validation pédagogique des guides des activités PPO © Certaines photographies contenues dans ce document sont la propriété de Nathalie Angers, Denis Labrecque, Pierre Jacques et Bernard Binette. Elles sont exclues de la licence Creative Commons et sont protégées par les droits d’auteur. Toutes modifications ou utilisations de ces photographies à d’autres fins que celles prévues pour le cours Projet personnel d’orientation, en tout ou en partie, sont interdites. 3 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Introduction Ce guide d’activités vous ouvrira les horizons du vaste domaine du secteur de la fabrication mécanique. Le document se divise en deux parties. Dans un premier temps, vous explorerez le monde de l’usinage. Dans un deuxième temps, vous vous familiariserez plus précisément avec la taille des clés et le métier de serrurier. Le métier de machiniste ou de spécialiste de la technique d’usinage s’est développé progressivement au cours des temps. Au tout début de l’humanité, les besoins de base étaient comblés par des outils rudimentaires, mais très efficaces. Pensons au silex, à la lance, à l’arc ou à la flèche. La nécessité de créer ou de modifier l’environnement constitue une composante essentielle du développement de la société à travers les âges. Un outil est une sorte de prolongement de la main. Ainsi, en créant des outils de différents types, nous pouvons par exemple frapper (marteau), couper (ciseau), maintenir (étau). Bien sûr, ces outils n’impressionnent plus vraiment, car ils sont plutôt simples, et font maintenant partie de la vie de tous les jours. L’usinage peut se définir comme étant l’application de différentes techniques de fabrication de pièces mécaniques. À l’aide de machines-outils, on retire de la matière d’une pièce brute pour lui donner une forme précise. En ce sens, la serrurerie et la fabrication de clés se classent parmi les nombreuses applications de ce principe. Le défi de ce guide d’activités sur le monde de l’usinage et de la serrurerie est de vous amener à mieux connaître des métiers d’action. Pour mieux vous situer, il vous sera possible d’explorer différents procédés, comme le tournage, le fraisage et le contrôle numérique. De plus, nous vous invitons à visiter le site du Comité sectoriel de main-d’œuvre de la métallurgie du Québec, soit http://www.metallurgie.ca/, ainsi que les sites http://www.inforoutefpt.org et http://imt.emploiquebec.net, afin de connaître les principaux secteurs d’activité économique dans lesquels évolue la main-d’œuvre spécialisée en techniques d’usinage. Exemples : Transport (automobiles, motos, trains, bicyclettes, aviation, aérospatiale, etc.); Médical (prothèses, chaises roulantes, etc.); Alimentaire (machines de transformation); Minier (extraction, transformation, etc.). 4 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Vous pourrez également utiliser un logiciel de simulation qui vous permettra de modifier la programmation des commandes menant à la création d’une pièce métallique que vous trouverez dans votre coffret-projet. Finalement, vous aurez l’opportunité de fabriquer une clé à l’aide de limes et découvrirez par la même occasion différentes facettes du métier de serrurier. Lorsque vous vous procurez un objet de consommation, vous vous posez peut-être des questions afin de savoir d’où il vient, qui l’a fait, comment et avec quoi il a été fabriqué. Les activités proposées dans le présent document vous amèneront à vivre le métier de machiniste et celui de serrurier dans leurs tâches de tous les jours et à saisir la portée de leur travail. Bonne exploration! 5 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E PARTIE A TECHNIQUES D’USINAGE : machiniste 6 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Activité 1 Types de matériaux Les matériaux utilisés en usinage sont très diversifiés. Ils vous sont probablement familiers : acier, aluminium, cuivre, plastique. Un certain nombre d’alliages provenant de ces derniers sont disponibles sur le marché, tous possédant une codification particulière. Les besoins spécifiques exprimés par les clients ont grandement contribué à la mise au point de tous ces matériaux. Certaines propriétés doivent être présentes dans des applications précises : légèreté, dureté, résistance à l’oxydation (rouille), résistance à de hautes températures, malléabilité, etc. Les fabricants de matériaux fournissent la matière première sous plusieurs formes : en plaques; en barres : rondes, carrées, rectangulaires; en tubes : ronds, carrés, rectangulaires; en profilés : poutres en i, poutres en H, cornières, etc. Ces matériaux sont utilisés dans plusieurs secteurs d’activité : transport (aviation, automobile), médical, aérospatial, alimentaire, militaire, etc. Le machiniste transforme les matériaux selon le besoin et les spécifications du client. Il se réfère à des tableaux pour sélectionner les paramètres de coupe. Ces informations permettent d’usiner les pièces demandées en toute sécurité sans causer de bris aux outils de coupe ou aux pièces à fabriquer. Les paramètres de coupe se trouvent dans des abaques1 qui donnent les bonnes vitesses de rotation des machines-outils, l’avance de l’outil, la profondeur de la coupe, etc. Dans votre coffret-projet, vous trouverez des échantillons de matériaux que vous avez l’occasion de manipuler tous les jours. Seriez-vous capable de les identifier? Voici quelques observations dont il faut tenir compte : la couleur, la densité, la dureté, la présence de rouille (oxydation). : Tableau ou grille qui facilite le calcul des opérations d’usinage. L’abaque est généralement distribué par les fournisseurs de machines-outils ainsi que par les fournisseurs d’outils. 1 Abaque 7 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Exercice 1 Pour l’exercice qui suit, vous devrez utiliser les échantillons se trouvant dans votre coffret-projet. Pour déterminer de quel matériau ces échantillons sont constitués, quelques tests, dont les étapes sont décrites ci-dessous, seront nécessaires. L’étude des propriétés de différentes substances, notamment les métaux, fait également partie de votre cours de science et technologie. Suivez ces étapes : 1re étape Imprimez le tableau 1 Analyse des matériaux, présenté un peu plus loin dans ce document. 2e étape Disposez les échantillons devant vous pour mieux les analyser. 3e étape Effectuez une observation visuelle des échantillons de façon à analyser leur texture, leur fini, leur couleur, selon les critères indiqués dans le tableau. 4e étape Évaluez la masse des différents échantillons en les soupesant avec votre main. Classez-les du plus léger au plus lourd. Prenez en considération que les échantillons ont le même volume lors de la comparaison de leur masse. 5e étape À l’aide de l’outil à tracer (pointe à tracer) se trouvant dans le coffret-projet, vous pourrez effectuer un traçage de façon à marquer la pièce et à déterminer sa dureté par comparaison avec les autres échantillons. Plus la trace laissée sera profonde et facile à faire, plus l’échantillon sera constitué d’un matériau tendre. 6e étape Déterminez quels sont les échantillons qui sont magnétiques à l’aide de l’aimant. 8 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Une fois le tableau complété à l’aide des informations complémentaires, vous serez en mesure de déterminer avec une plus grande précision quel est le type de matériau avec lequel sont faits ces échantillons. Le machiniste doit connaître ces informations afin d’effectuer des réparations sur des pièces existantes. Par exemple, il pourrait avoir à remplacer les pièces d’une vieille machine dont il ne connaît pas la composition. En effectuant des tests semblables à ceux que vous venez de réaliser, le machiniste saura reconnaître de quoi sont constituées les vieilles pièces qu’il aura à remplacer. Il sera en mesure de reproduire avec une grande précision toute pièce déjà fabriquée, de même que ses propriétés physiques. De plus, de façon scientifique, il est possible de mesurer la masse volumique (densité) des échantillons. La masse volumique est une propriété caractéristique pour chacun des métaux. Si vous désirez en apprendre davantage sur les différents matériaux utilisés pour fabriquer les échantillons contenus dans votre coffret-projet, n’hésitez pas à consulter le site Web Wikipedia en utilisant les mots-clés : acier, acier inoxydable, laiton, aluminium. 7e étape Consultez le corrigé présenté plus loin dans ce document. 9 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Tableau 1 : Analyse des matériaux Matériau Acier inoxydable Laiton Acier doux Aluminium Propriété Lettre associée à l’échantillon Couleur/fini/texture Masse (échantillons de même volume) Dureté Magnétisme Informations complémentaires Laiton : De couleur jaune, en raison de sa composition de cuivre et de zinc, le laiton a une masse qui est très près de celle de l’acier. Il ne s’oxyde pas comme ce dernier, il devient plutôt mat avec le temps. Il n’est pas magnétique et sa dureté se situe entre celle de l’aluminium et celle de l’acier. 10 T E C H N I Q U E S Aluminium : D ’ U S I N A G E E T S E R R U R E R I E De couleur gris-blanc lustré, métallique, l’aluminium est le plus léger des échantillons. Il ne s’oxyde pas comme l’acier, il devient plutôt mat avec le temps. Il n’est pas magnétique et sa dureté est celle qui est la plus faible de l’échantillonnage. Acier inoxydable : Acier doux : ( M A C H I N I S T E ) De couleur gris acier clair, l’acier inoxydable a une masse semblable à celle de l’acier doux. L’oxydation est transparente et protectrice (sans couleur rouille). Il peut être magnétique ou non, et son niveau de dureté est légèrement plus bas que celui de l’acier (variable selon l’alliage). De couleur gris acier, sa masse est identique à celle de l’acier inoxydable. L’oxydation est présente quand il n’y a pas de couche protectrice (exemple : vieille auto rouillée par manque de peinture). Il est magnétique et moyennement dur. 11 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E 12 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Activité © D. Labrecque, 2009 2 Exploration de différents procédés d’usinage Inspection et métrologie Dans le cadre de son métier, le machiniste met en application plusieurs notions pour créer une pièce selon les besoins du client. Une portion de ses tâches consiste à faire une inspection des pièces à fabriquer. Pour ce faire, il doit prélever les dimensions d’une pièce soit en cours de fabrication ou lors de l’inspection finale, en utilisant plusieurs techniques, accessoires et instruments de mesure. Les types de mesures utilisées sont des mesures de longueur. Il est fréquent aussi d’avoir à mesurer des angles, la dureté du matériel, la rugosité des surfaces. Au cours de cette activité, vous expérimenterez les prises dimensionnelles de longueur. Pour fabriquer une pièce, la modifier ou encore en réparer une composante, le machiniste doit faire en sorte de respecter les spécifications d’un plan. La conformité des dimensions est d’une grande importance. Seriez-vous en sécurité à bord d’un avion dont les pièces usinées ne seraient précises qu’à 60 % par rapport à celles retrouvées sur le plan original? Les instruments utilisés dans le cadre des fonctions du machiniste doivent être choisis de façon appropriée. Les instruments disponibles sont très diversifiés : ils peuvent être grands, petits, précis, moins précis. Bref, il faut faire le meilleur choix selon les besoins de la situation. Le système de mesure que vous utilisez présentement est sûrement le système métrique, soit le mètre et le centimètre. Dans le cadre de ses fonctions, le machiniste utilise le millimètre et le pouce. Cette dernière mesure est une unité de mesure anglo-saxonne. Parfois, le machiniste doit convertir les mesures prises dans un type d’unités vers un autre type. Ainsi, il faut savoir que l’équivalence du pouce par rapport au millimètre est la suivante : 1 pouce = 25,4 millimètres. 13 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Exemple 1 : Quelle est l’équivalence de 60 millimètres en pouces? 60 mm 25,4 2,3622 pouces Exemple 2 : Quelle est l’équivalence de 2 pouces en millimètres? 2 pouces 25,4 50,8 mm En résumé, lorsque nous avons une valeur métrique à convertir en pouces, on divise la valeur métrique par 25,4. À l’inverse, pour convertir en millimètres une valeur en pouces, on multiplie par 25,4. Le micromètre est l’un des instruments de mesure fréquemment utilisés par le machiniste. Les images qui suivent vous font voir le micromètre métrique et ses composantes de même que la façon d’en faire la lecture. Le modèle présenté a une capacité de longueur de 0 mm à 25 mm. La précision de l’instrument est de 0,01 mm. Le site http://liensppo.qc.ca/ vous offre une vidéo intitulée Le micromètre numérique permettant de voir l’instrument en action. Vis de serrage Broche Manchon Butée Corps Douille Molette de rochet © D. Labrecque, 2009 Figure 1 : Le micromètre et ses composantes 14 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) Étape 1 : Lire le dernier nombre sur le manchon supérieur (12 mm). Ligne de lecture © D. Labrecque, 2009 Mesure : 12,70 mm E T S E R R U R E R I E Étape 3 : Lire le nombre sur la douille (0,20 mm). Étape 2 : Lire les « demimm » sur le manchon inférieur (0,50 mm). Figure 2 : Le micromètre indique une longueur de 12,70 mm. 1re étape : 12,00 mm 2e étape : 0,50 mm 3e étape : 0,20 mm Total : 12,70 mm 15 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Exercice 2 Pour chacune des images ci-dessous, exercez-vous à lire la valeur indiquée. Ligne de lecture © D. Labrecque, 2009 Figure 3 : Le micromètre indique une longueur de 12,00 mm. © D. Labrecque, 2009 Figure 4 : Le micromètre indique une longueur de 12,50 mm. 16 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Exercice 3 © D. Labrecque, 2009 Vous aurez à présent la possibilité d’expérimenter le prélèvement de mesures sur une pièce d’aluminium contenue dans votre coffret-projet, et ce, à l’aide d’un autre instrument de mesure : le pied à coulisse digital. L’exercice se déroulera en quatre étapes : Premièrement, vous vous familiariserez avec l’instrument de mesure (dans le cas présent, un pied à coulisse digital). Deuxièmement, vous prendrez connaissance du plan de la pièce à inspecter et à mesurer. Ces plans peuvent être produits par des dessinateurs industriels. Troisièmement, vous remplirez une fiche d’inspection à la suite de la prise des mesures. Quatrièmement, vous porterez un jugement sur la conformité de la pièce selon des spécifications exigées. Voyons en détail ces quatre temps de l’activité. 1re étape : Familiarisation avec un instrument de mesure Prenez, dans votre coffret-projet, le pied à coulisse (voir la photo ci-dessus). Observez-en toutes les parties. Faites bouger lentement la molette et observez ce qui se passe. Visionnez les deux séquences vidéo intitulées Le pied à coulisse et Manipulation du pied à coulisse, accessibles sur le site http://liensppo.qc.ca. Vous devriez maintenant comprendre le fonctionnement du pied à coulisse et être suffisamment à l’aise pour l’utiliser. 17 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E 2e étape : Connaissance du plan de la pièce à inspecter et à mesurer Vous aurez besoin du matériel suivant : o La pièce d’aluminium que vous retrouvez dans votre coffret-projet. o Le pied à coulisse digital. © N. Angers, 2010 o Le document Plan de détails de la pièce, accessible dans votre ordinateur dans le répertoire Usinage ou en annexe du présent document. o Le document Plan d’inspection de la pièce, accessible dans votre ordinateur dans le répertoire Usinage ou en annexe du présent document. o La Fiche d’inspection que vous trouverez à la suite de la description des différentes étapes de réalisation de cette activité. Observez attentivement les deux plans. Comparez votre pièce métallique aux plans proposés. Comparez à l’œil les dimensions de votre pièce à celles des plans proposés. Essayez de déterminer comment mesurer les différentes dimensions de votre pièce en observant les plans. 3e étape : Inspection Effectuez maintenant l’inspection de votre pièce. Observez, dans les pages qui suivent, les différentes photos montrant les phases de l’inspection. Repérez les dimensions des points représentés par les lettres A, B, M, N, P, Q, S et T. À l’aide du pied à coulisse digital, mesurez les dimensions de votre pièce en ces points. Notez vos résultats sur la Fiche d’inspection que vous trouverez à la suite de la description des différentes étapes de réalisation de cette activité. 18 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Notes : Pour la prise dimensionnelle du diamètre –S–, mesurez le diamètre de l’un des six trous. Prenez la mesure d’un autre diamètre à l’opposé du premier trou. Par la suite, prenez la mesure intérieure entre les deux trous mesurés, comme le démontrent les images de la page qui suit. Voici le calcul à faire pour trouver la mesure centre en centre des deux trous. Diamètre du premier trou divisé par deux = Rayon 1 Diamètre du deuxième trou divisé par deux = Rayon 2 Donc : Rayon 1 + Mesure intérieure entre les deux trous + Rayon 2 Par exemple : (7,8 ÷ 2) + 39,2 + (7,8 ÷ 2) = mesure centre en centre © D. Labrecque, 2009 © D. Labrecque, 2009 © D. Labrecque, 2009 © D. Labrecque, 2009 Figures 5, 6 et 7 : Mesure centre en centre de la pièce 4e étape : Jugement sur la conformité de la pièce Comparez vos mesures notées sur la fiche d’inspection à celles des plans proposés. Précisez si les dimensions sont conformes aux plans. Ainsi, si les dimensions relevées se situent entre le minimum et le maximum des dimensions tolérées selon le plan de détails (2e colonne du tableau qui suit), cochez la case « Conforme au plan ». Si les dimensions relevées ne se situent pas entre le minimum et le maximum des dimensions tolérées, cochez la case « Non conforme au plan ». 19 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Complétez par la suite le rapport d’inspection, comme si vous étiez un travailleur chargé de présenter le rapport à un supérieur ou à un client ayant commandé la pièce. Si vous désirez trouver des informations supplémentaires en faisant une recherche sur Internet, les mots-clés qui suivent pourraient vous être utiles : Micromètre mesure; Machine à mesurer tridimensionnelle; Pied à coulisse digital; Métrologie dimensionnelle. 20 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E FICHE D’INSPECTION Lettres repères des mesures sur la pièce Dimensions tolérées selon le plan de détails (mm) Dimensions relevées Jugement de la dimension (Cochez la case appropriée) Conforme au plan Non conforme au plan A Maximum : 120,20 mm ______ mm Minimum : 119,80 mm © D. Labrecque, 2009 B Maximum : 60,20 mm ______ mm Minimum : 59,80 mm © D. Labrecque, 2009 21 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E M Maximum : 60,16 mm ______ mm Minimum : 59,88 mm © D. Labrecque, 2009 N Maximum : 16,13 mm ______ mm Minimum : 16,00 mm © D. Labrecque, 2009 22 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E P Maximum : 32,00 mm ______ mm Minimum : 31,82 mm © D. Labrecque, 2009 Q Maximum : 16,10 mm ______ mm Minimum : 15,90 mm © D. Labrecque, 2009 23 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E S © D. Labrecque, 2009 Maximum : 47,10 mm ______ mm Minimum : 46,90 mm © D. Labrecque, 2009 24 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E T Maximum : 18,5 mm ______ mm Minimum : 17,5 mm © D. Labrecque, 2009 Rapport de l’inspection : Vérifié par : Numéro de la pièce : Conformité de la pièce dans son ensemble Date : Nom du client : OUI NON 25 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E 26 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Activité © D. Labrecque, 2009 3 Usinage, mathématiques et précision Le machiniste utilise des technologies de pointe pour concevoir et fabriquer des pièces de différentes complexités. Les calculs mathématiques, que le machiniste exécute durant la fabrication de la pièce, ne nécessitent parfois qu’un crayon, une feuille de papier et une calculatrice. En entreprise, il n’est pas toujours nécessaire d’effectuer ces calculs, car des abaques2 sont fournis ou des spécifications précises sont mentionnées au machiniste. Dans les cas plus complexes, l’utilisation d’un ordinateur avec des logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) sera nécessaire. À titre d’exemples, consultez les sites qui suivent. Certains logiciels peuvent être téléchargés, surtout si le domaine vous intéresse particulièrement. http://www.solidworks.fr/ http://www.3ds.com/fr/products/catia/welcome/ Le quotidien du machiniste implique que celui-ci possède certaines notions de base en anglais, puisque plusieurs logiciels utilisés ne sont pas traduits en français. Vous pourrez vous en rendre compte en effectuant des recherches sur Internet. Les logiciels Mastercam et Cimco en sont des exemples. De plus, vous aurez la chance d’utiliser une adaptation francophone du logiciel CimcoEdit lors de la dernière activité de ce guide. Au cours de la présente activité, vous serez sensibilisé au fait que les mathématiques occupent une place importante dans le travail d’un machiniste. Il est intéressant de découvrir leurs applications dans des tâches concrètes. Abaque : Tableau ou grille qui facilite le calcul des opérations d’usinage. L’abaque est généralement distribué par les fournisseurs de machines-outils ainsi que par les fournisseurs d’outils. 2 27 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Voici quelques exemples de calculs que le machiniste exécute fréquemment dans ses tâches journalières. Prise de mesure Lorsque le machiniste inspecte une pièce finie ou en cours de fabrication, il effectue de simples additions ou soustractions. Il peut recueillir des mesures, entre autres à l’aide d’un micromètre ou d’un pied à coulisse. Vous avez vu, lors de l’activité 2 du présent document, comment utiliser ces instruments. Des séquences vidéo démontrant le fonctionnement sont accessibles sur le site http://liensppo.qc.ca/. Consultez : Le micromètre Le pied à coulisse digital Calcul de la révolution par minute (RPM) Les types de procédés de transformation présentés jusqu'à maintenant dans ce guide d’activités nécessitent l’utilisation de machines effectuant des rotations. Fréquemment, le machiniste aura à choisir et à programmer le nombre de révolutions par minute (RPM) qu’effectuera un appareil dans le but d’obtenir un résultat précis sur une pièce à travailler. Il doit effectuer certains calculs précis afin d’utiliser la bonne révolution par minute. Une rotation trop lente d’un appareil risquerait de casser l’outil, alors qu’une rotation trop rapide risquerait de le brûler. Une fois ces calculs effectués, le machiniste ajuste l’appareil en conséquence. Le machiniste doit tenir compte de certains paramètres pour faire son calcul : Le machiniste doit connaître le type de matériau. o Exemples : aluminium, laiton, acier inoxydable, etc. Le machiniste doit connaître le diamètre de l’outil ou le diamètre de la pièce qui tourne. o Exemple : diamètre du foret3 Le machiniste doit avoir en tête la vitesse de coupe selon le matériau à travailler et le type d’outil de coupe qu’il utilise. Le tableau 2, présenté à la page suivante, donne un aperçu des vitesses de coupe pour quelques matériaux à usiner. 3 Foret : instrument métallique en forme de cylindre fileté, tranchant par rotation pour forer (percer) le bois, le métal, le plastique, etc. 28 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Tableau 2 : Référence pour la vitesse de coupe (selon le matériau) Matériau à usiner Vitesse de coupe (mètres par minute) Outils de coupe rapide (acier) Acier doux 30 à 38 m/minute Acier 20 à 30 m/minute Acier outil 15 à 20 m/minute Aluminium 75 à 400 m/minute Bronze 24 à 45 m/minute Fonte moyenne 18 à 24 m/minute Titane 30 à 120 m/minute Voyons un exemple de calcul. 29 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Exemple Les paramètres de la situation sont les suivants : Opération de perçage à l’aide d’un outil, un foret de 12 mm de diamètre (« drill ») Utilisation d’un foret en acier rapide (HSS) Matériel à percer : aluminium Vitesse de coupe suggérée : 120 m/minute (en référence au tableau de la page qui précède) La formule pour le calcul du nombre de révolutions par minute est la suivante : Foret RPM = 3183 Ainsi, dans cet exemple, le machiniste devrait programmer son appareil à 3183 révolutions par minute pour travailler la pièce en aluminium. En entreprise, un abaque est régulièrement distribué par les fournisseurs de machinesoutils ainsi que par les fournisseurs d’outils. Le machiniste n’a pas à effectuer ces calculs à chaque utilisation de son équipement. 30 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Exercice 4A Quel est le nombre de révolutions par minute requis pour les paramètres suivants : Opération de perçage à l’aide d’un outil, un foret de 10 mm de diamètre (« drill »); Utilisation d’un foret en acier rapide (HSS); Matériel à percer : acier doux (vitesse de coupe 35 m/minute). Exercice 4B Quel est le nombre de révolutions par minute requis pour les paramètres suivants : Opération de perçage à l’aide d’un outil, un foret de 26 mm de diamètre (« drill »); Utilisation d’un foret en acier rapide (HSS); Matériel à percer : titane (vitesse de coupe 100 m/min). 31 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Évaluation du temps requis Ce calcul est nécessaire pour trouver le coût de fabrication de la pièce. Les questions financières sont toujours à considérer pour toute entreprise. Comme le dit l’expression populaire : « Le temps, c’est de l’argent. » Il revient parfois au machiniste d’effectuer ce genre de calculs, mais le plus souvent, l’évaluation du temps et du coût de fabrication est réalisée par un ingénieur, un contremaître ou un machiniste d’expérience. Voici quelques données utiles à ces calculs : Le nombre d’opérations d’usinage; La quantité de matériel à enlever; La vitesse d’avance de l’outil; Le temps de montage de la pièce, etc. Coordonnées cartésiennes Lors de vos cours de mathématique, vous vous êtes familiarisé avec le plan cartésien et les coordonnées qui y sont reliées. De façon générale, vous avez travaillé en deux dimensions, soit avec l’axe des x et l’axe des y. Vous êtes sans doute familier avec l’axe des y qui permet de bien représenter les trois dimensions. Ainsi, un objet usiné sera d’abord travaillé sur un plan en deux dimensions, puis en trois dimensions. Les coordonnées en trois dimensions seront par la suite importées dans l’ordinateur contrôlant la machine qui usinera la pièce. Lorsqu’on produit une pièce sur un appareil, on effectue des déplacements d’axes. Chaque mouvement d’axe (x, y, z), qu’on appelle chariot, permet de situer la pièce ou l’outil dans l’espace. Le machiniste utilise les coordonnées cartésiennes pour effectuer les déplacements nécessaires afin de créer des pièces. La pièce d’aluminium de votre coffret-projet PPO a été programmée pour être fabriquée à l’aide d’une machine à contrôle numérique. Les mesures et les coordonnées de la pièce d’aluminium ont été traitées dans le logiciel Cimco-Edit, accessible sur votre poste de travail, dans le répertoire Usinage, de même qu’en annexe du présent guide d’activités. Si vous regardez attentivement la pièce d’aluminium de votre coffret-projet et la comparez au programme accessible dans votre ordinateur et en annexe, vous verrez les coordonnées x, y et z. Fichiers ayant servi à la fabrication de la pièce en aluminium : PPO21091995 (programme principal) O1998 (sous programme) Dessin de point de coor4 Dessin de point de coor signifie Dessin de point de coordonnées. Il était impossible d’inscrire l’appellation au complet par manque d’espace dans le nom de ce type de fichier. 4 32 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Trigonométrie Les calculs exigés dans le cadre du métier peuvent sembler complexes pour certaines personnes. Pourtant, la plupart du temps, les opérations de calcul utilisées par un machiniste sont des additions et des soustractions. Dans les cas plus complexes, l’utilisation de la trigonométrie est d’un grand secours. Ces calculs facilitent le travail à réaliser sur les pièces à usiner. Dans les prochains paragraphes, des concepts de base de la trigonométrie seront utilisés dans les explications. Selon votre parcours mathématique à l’école, vous êtes déjà en mesure de comprendre, ou vous le serez au cours des prochaines années, les explications présentées. Si, en référant au dessin de détails de l’annexe 3, on vous demande de trouver les coordonnées cartésiennes des six trous en fonction du coin inférieur droit de la pièce (point de référence), probablement que vous aurez un peu de difficulté. L’utilisation de la trigonométrie peut vous être très utile dans une telle situation. La démarche pour trouver les coordonnées des axes x et y vous sera fournie afin de mieux comprendre les étapes du processus. À titre d’exemple, voici comment trouver les coordonnées du trou 1 sur le dessin cidessous. 33 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Pour bien résoudre ce problème de trigonométrie, nous devons situer un triangle rectangle qui nous permettra de trouver les coordonnées cartésiennes. Une fois le triangle situé dans l’espace, nous pourrons identifier ses parties. Voici quelques points à ne pas oublier : Un triangle rectangle a toujours un angle droit (90 degrés). Le côté le plus long d’un triangle rectangle se nomme hypoténuse. L’angle droit et l’hypoténuse sont toujours opposés. Ainsi, sur la pièce métallique à analyser, nous avons six trous également espacés, disposés sur un cercle inscrit de 47 mm de diamètre. À la suite de ces informations, nous pouvons déterminer qu’il y a, en fonction du cercle inscrit, 60 degrés d’ouverture entre les trous (si on divise 360 degrés par 6 trous, on obtient 60 degrés). Sur la figure de la page précédente, observez le triangle rectangle. La longueur de l’hypoténuse est de 23,5 mm (47 divisé par 2). Deux valeurs dans le triangle sont connues, soit l’angle de 60 degrés et la longueur de l’hypoténuse. Les autres longueurs du triangle peuvent être déduites avec des formules de sinus et de cosinus. Voici les formules d’utilisation des sinus : SINUS de l’angle = Côté OPPOSÉ/Hypoténuse Côté OPPOSÉ = SINUS de l’angle X Hypoténuse Hypoténuse = Côté OPPOSÉ/SINUS de l’angle 34 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Voici les formules d’utilisation des cosinus : COSINUS de l’angle = Côté ADJACENT/Hypoténuse Côté ADJACENT = COSINUS de l’angle X Hypoténuse Hypoténuse = Côté ADJACENT/COSINUS de l’angle Pour obtenir des informations additionnelles, vous pouvez consulter, à l’adresse qui suit, un résumé d’environ 11 minutes sur les notions de base de la trigonométrie : http://www.dailymotion.com/video/x4x67s_trigonometrie-4eme-partie-1_school Ainsi, dans la situation qui nous intéresse, puisque la longueur de l’hypoténuse est connue (23,5 mm), de même que la mesure de l’angle (60 degrés)5, les formules suivantes peuvent être utilisées : Pour trouver la valeur de la longueur du côté opposé : Côté OPPOSÉ = SINUS de l’angle X Hypoténuse Côté opposé = sin 60o X 23,5 mm Côté opposé = 20,35 mm Pour trouver la longueur du côté adjacent : Côté ADJACENT = COSINUS de l’angle X Hypoténuse Côté adjacent = cos 60 o X 23,5 mm Côté adjacent = 11,75 mm Le centre du trou 1 est donc situé à 50,35 mm sur l’axe x et à 41,75 mm sur l’axe y, par rapport au point de référence de la pièce. 5 Pour effectuer les calculs impliquant des sinus et des cosinus, assurez-vous que votre calculatrice scientifique est en mode « degrés ». 35 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Activité 4 © D. Labrecque, 2009 Lecture de plans et compréhension des vues Pour fabriquer une pièce, le machiniste doit être en mesure de lire un plan représentant cette pièce et être capable de bien visualiser les différentes vues de cette pièce sur le plan. Il est essentiel pour le machiniste de bien interpréter le dessin de fabrication qui représente en deux dimensions la pièce à fabriquer, pour pouvoir ensuite l’usiner en trois dimensions. La compréhension de deux éléments de base d’un dessin permet de le visualiser correctement, pour ensuite effectuer un travail de qualité : être capable d’interpréter les types de lignes et les types de vues. Les types de lignes Chacun des types de lignes d’un dessin possède une signification précise. Sur la figure 8, on peut voir les principaux traits utilisés sur les dessins de fabrication et leur signification. Référez-vous au dessin de fabrication de la pièce (annexe 3) et repérez les différents types de lignes. 36 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E © P. Jacques, 2009 Figure 8 : Les types de lignes6 Les types de vues Tout objet en trois dimensions peut être représenté par des vues en deux dimensions, comme celles que l’on trouve sur un dessin de fabrication d’une pièce à usiner. Ce dessin indique au machiniste, clairement et précisément, le travail à effectuer pour fabriquer la pièce. Il lui permet aussi de lire des cotes et de mesurer des dimensions. Il est donc essentiel de comprendre le principe de représentation des trois vues principales d’un dessin de fabrication : la vue de face (ou vue en élévation), la vue de dessus (ou vue en plan) et la vue de côté (généralement le côté droit). Un machiniste doit être capable de se représenter la pièce en trois dimensions à partir des cotes et des dimensions de fabrication. Notez que d’autres vues, telles que celles du côté gauche et de dessous, peuvent être utilisées pour montrer des détails additionnels. Pour faciliter la compréhension des vues, imaginez que la pièce d’aluminium de votre coffret-projet est placée dans une boîte en carton fermée. Pour faciliter la tâche de 6 Types de lignes : la ligne de plan de section ou de coupe ne sera pas utilisée dans le présent document. 37 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E visualisation, la pièce a été simplifiée en éliminant les trous et en remplaçant les surfaces courbes par des surfaces à angles droits. Note importante : l’ouverture rectangulaire faite sur la section avant de la pièce a la même profondeur que le dessus de la section arrière de la pièce. La figure 9 montre que la vue de face est celle que l’on obtient en observant la pièce à partir du devant de la boîte. C’est comme si nous tracions ce que nous pouvons voir de la pièce sur le côté avant de la boîte. De la même façon, la vue de droite est obtenue en observant la pièce à partir de la droite de la boîte et la vue de dessus, en l’observant à partir du dessus de la boîte. © P. Jacques, 2009 Figure 9 Les dessins en deux dimensions des trois vues de la pièce sont obtenus en dépliant chacun des trois côtés de la boîte. Sur la vue de dessus, nous voyons des traits gras continus parce que tous les contours sont visibles (ils ne sont pas cachés). Sur les autres vues, les traits gras continus indiquent que les contours sont visibles, et les traits fins coupés indiquent que les contours sont invisibles à l’œil (ils sont cachés). La 38 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E figure 10 montre comment nous pouvons obtenir les vues en dépliant la boîte de la figure 9. © P. Jacques, 2009 Figure 10 39 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E La figure 11 montre le résultat final lorsqu’on enlève la boîte, comme nous pouvons le voir sur un dessin de fabrication. © P. Jacques, 2009 Figure 11 Notez que les vues d’un dessin (face, dessus, côté ou autres) ne permettent pas de toujours bien représenter tous les détails de la pièce à fabriquer. C’est pour cette raison que les dessins peuvent parfois comporter des vues de détails ou de coupes. Une vue de détails est un dessin additionnel (sur la même feuille ou sur une autre feuille) qui montre des informations difficiles à dessiner sur une des vues principales du dessin de fabrication. Une coupe (ou section) est un type de vue de détails obtenu après avoir coupé la pièce à partir d’une vue principale. Des flèches indiquent le sens vers lequel on doit regarder la pièce coupée. Au besoin, référez-vous à la figure 8 portant sur les types de lignes utilisés. 40 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Exercice 5 À partir de la pièce représentée en trois dimensions sur cette même page, dessinez les vues de face, de dessus et de droite correspondantes sur la grille-réponse de la page qui suit. Note importante : Les deux ouvertures rectangulaires faites sur la section avant de la pièce ont la même profondeur que le dessus de la section arrière de la pièce. Les sections avant et arrière de la pièce ont approximativement les mêmes dimensions (largeur et longueur). L’épaisseur de matériel de la section centrale est de un carreau sur la grille-réponse. © P. Jacques, 2009 41 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E - © P. Jacques, 2009 Note importante : Assurez-vous que cette page comporte bien un quadrillage lors de l’impression. Si ce n’est pas le cas, utilisez une autre imprimante ou plus simplement du papier quadrillé, comme celui qu’on retrouve dans d’autres coffrets-projets (par exemple, Dessin de bâtiment : un petit garage). 42 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E 43 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Activité 5 Utilisation d’un logiciel de simulation Vous aurez maintenant l’occasion d’utiliser un logiciel de simulation. Avec les cotes et les dimensions de la pièce d’aluminium contenue dans votre coffret-projet, vous programmerez les différentes fonctions qui permettront d’usiner virtuellement cette pièce à partir d’un bloc d’aluminium plein. Comme le ferait un machiniste, vous devrez être précis et rigoureux quant à la programmation des commandes. Le travail de certains machinistes est constitué en très grande partie de programmation de logiciels spécialisés. Pour réaliser cette activité, le logiciel Cimco-Edit est accessible dans le répertoire Usinage de votre ordinateur. Pour vous aider à bien comprendre le fonctionnement du logiciel, un tutoriel est également accessible sur le site http://liensppo.qc.ca, en cliquant sur Tutoriel_Cimco_Edit. Prenez le temps de bien analyser chacune des étapes présentées, car vous aurez à les réaliser par la suite. Au besoin, retournez voir le tutoriel lorsque vous utiliserez le logiciel. Voici la contextualisation de la situation. Bonne simulation! 44 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Mise en situation Bienvenue dans l’univers de la fabrication assistée par ordinateur ou autrement dit la FAO. Imaginez que vous venez de terminer vos études sur la programmation des machines à commandes numériques et venez d’être engagé par une des compagnies les plus prestigieuses de votre secteur. Le patron vient vous voir et vous donne le dessin d’une pièce qu’il a à usiner pour la semaine prochaine. Comme c’est le meilleur moment pour lui de tester vos capacités avec ce logiciel de programmation, il vous faudra donc redoubler d’ardeur afin d’impressionner votre patron. Le logiciel avec lequel vous devrez travailler est un logiciel de programmation et de lecture de codes G nommé Cimco-Édit. Afin d’exécuter une programmation parfaite, vous devrez suivre plusieurs étapes dans un certain ordre pour vous assurer de ne rien oublier. Voici un résumé des étapes qui vous aidera à commencer la pièce d’aluminium. Premièrement, avant toute chose, il faut ouvrir le logiciel Cimco-Edit. Ensuite, il faut importer le programme dans le logiciel. De plus, vous devrez éditer le matériel brut, éditer la liste d’outil, apporter des modifications au programme et, finalement, faire la simulation du tout afin de vous assurer que le programme donne le résultat voulu avant de laisser la véritable machine-outil faire son œuvre. Pour vous aider à suivre ces étapes parfaitement, des tutoriels sont à votre disposition dans les pages qui suivent. Deux exercices vous permettront d’approfondir l’étude de ce logiciel. Vous trouverez les fichiers et le logiciel requis pour ces exercices sur votre poste de travail, dans le répertoire Usinage. Vous entrerez des informations déjà approuvées concernant la pièce d’aluminium de votre coffret-projet et tenterez de la reproduire à l’aide du logiciel de simulation. 45 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E TUTORIEL Exercice 1 Initiation à l’utilisation d’un logiciel de programmation Importation du fichier de programmation Démarrer Cimco-Edit V57 Pour démarrer Cimco-Edit V5, double-cliquez sur l’icône Programme / Cimco V5 / Cimco Edit V5. ou sélectionnez Vue d’ensemble sur l’interface de l’utilisateur : © CIMCO-EDIT, 2010 7 Pour cette activité l’utilisation des captures d’écran et des images s’y rattachant a été autorisée par la compagnie CIMCO Integration. Le tout est sous copyright. 46 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Ouvrir le fichier de programmation Après avoir ouvert Cimco-Edit V5, vous êtes prêt à ouvrir le fichier de programmation afin de commencer à faire les modifications sur la pièce. À partir de Cimco-Edit, cliquez sur Fichier en haut à gauche de l’écran et ensuite sur Ouvrir. Sélectionnez le fichier nommé « Pièce aluminium » et faire Ouvrir. Vous devriez voir apparaître une fenêtre avec plusieurs lettres et chiffres comme suit. © CIMCO-EDIT, 2010 47 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Ouvrir le mode de simulation Afin d’obtenir une simulation avec un visuel de la pièce à l’écran, cliquez sur l’onglet qui se nomme Simulation dans le haut de la page, et ensuite cliquez sur Fenêtre de simulation. Vous devriez voir apparaître une deuxième fenêtre à droite de celle que vous venez d’ouvrir. Voici un exemple : © CIMCO-EDIT, 2010 Cela vous permettra plus tard de faire une simulation de la programmation de la pièce usinée afin de voir le résultat avant d’envoyer le code G dans la machine. Cette étape permet au programmeur d’apporter des modifications à la pièce s’il juge qu’elle n’est pas correcte. 48 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Éditer le brut matériel Pour éditer le brut matériel, vous devrez cliquer sur l’icône de la configuration de la simulation du volume brut . Par la suite, vous devrez entrer les valeurs de la longueur, la largeur et l’épaisseur de la pièce dans les endroits requis. © CIMCO-EDIT, 2010 Pour obtenir un visuel de la pièce le plus réaliste possible, entrez les dimensions qui sont fournies sur la feuille des dimensions ci-dessus de la pièce fournie dans le répertoire des dessins de la pièce. 49 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Éditer la liste d’outils Lors de la simulation, le logiciel simule la largeur et la longueur des outils. Pour ce faire, vous devez entrer les bonnes mesures ainsi que les bons types d’outils applicables à la programmation. Les outils utilisés sont ceux-ci : T2, T3, T15, T18. Le type d’outil et le diamètre sont importants. Le type doit être réglé à « Fin Fraise Plat » pour tous et à 7 mm pour T2, 16 mm pour T3, 12 mm pour T15 et 8 mm pour T18. Voici un exemple de la fenêtre des paramètres d’outil : © CIMCO-EDIT, 2010 50 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Apporter des modifications au programme Pour faire des modifications au programme, vous devrez ouvrir le deuxième fichier qui se nomme Trous supplémentaires. Afin de modifier le programme initial pour qu’il tienne compte de l’ajout d’un nouveau trou de plus à faire sur la pièce, nous devons simplement le copier et le coller en dessous de la ligne N210 à l’endroit de l’espace blanc qui se trouve sur l’onglet « Pièce aluminium » au haut de la page. Vous verrez apparaître un trou de plus sur la pièce dans la fenêtre de simulation. © CIMCO-EDIT, 2010 Simulation finale En utilisant la fonction « Utilitaire de simulation » dans le bas à la droite de l’écran de Cimco-Edit, vous pouvez faire le visuel final de la programmation. 51 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E TUTORIEL Exercice 2 Programmation d’un contour 2D Lors de l’exercice 1, vous avez appris comment faire pour apporter des modifications dans un logiciel de programmation comme Cimco-Edit V5. Étant donné que vous voulez perfectionner votre apprentissage dans le domaine de la programmation numérique, vous devrez faire, au cours de l’exercice 2, la programmation du contournage de la pièce à l’aide des options de Cimco-Edit. Pour commencer, double-cliquez sur l’icône de Cimco-Edit V5 pour ouvrir le logiciel. Ensuite, cliquez sur l’icône « Ouvrir une nouvelle fenêtre de dessin » celle-ci : . Vous devriez voir apparaître une fenêtre comme © CIMCO-EDIT, 2010 52 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Cette fenêtre vous permettra de faire le dessin nécessaire à la programmation du contournage 2D. Dessin de la pièce Afin de pouvoir faire le parcours d’outil du contournage de la pièce, il vous faudra un dessin avec lequel vous pourrez sélectionner les lignes comme géométrie du contour. Pour ce faire, vous devrez sélectionner l’icône du rectangle . En cliquant sur cette fonction, des options s’offriront à vous, à gauche de l’écran graphique. Pour obtenir les bonnes dimensions de la pièce, inscrivez les mesures comme vous les voyez dans l’image de droite. Cliquez ensuite sur le crochet bleu. © CIMCO EDIT, 2010 Ensuite, cliquez sur la fonction de contournage qui se trouve dans la barre d’outils des opérations de fraisage. © CIMCO EDIT, 2010 Après avoir cliqué sur la fonction de contournage, vous devrez sélectionner une des quatre lignes du rectangle pour permettre au logiciel de calculer le trajet d’outil. Ensuite, vous devrez cliquer sur le bouton « Paramètre » que vous voyez sur l’image à gauche. En cliquant sur ce bouton, une fenêtre s’ouvrira et vous n’aurez qu’à entrer les valeurs qui sont inscrites sur l’image en bas à droite. 53 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E © CIMCO-EDIT, 2010 Après avoir entré les paramètres des deux images ci-dessus, cliquez sur le bouton « Exporter éditeur ». Vous verrez apparaître une fenêtre avec plusieurs chiffres et lettres comme dans l’exercice 1. Ce qui vous reste à faire est de copier la partie de programme en dessous de la ligne N266 du programme « Pièce aluminium ». Finalement, comme vous l’avez vu dans l’exercice 1, faites la simulation de la pièce programmée. NOTE : À l’annexe 4, vous trouverez les différents codes de programmation G de même que leur signification. 54 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Conclusion Le secteur de la fabrication mécanique offre de nombreuses possibilités de programmes d’études et de travail. Ce guide d’activités a cerné davantage le métier de machiniste et le monde de l’usinage, tout en faisant référence aux plans que le dessinateur industriel effectue. Si votre intérêt porte sur un travail qui demande de la minutie (moins que l’épaisseur d’un cheveu!) et de la précision, et que vous avez de l’attirance envers la fabrication des pièces, il serait important que vous vous informiez sur le présent programme d’études ou sur d’autres rattachés au même secteur, tels que Montage mécanique en aérospatiale ou Mise en œuvre de matériaux composites. D’ailleurs, vous pourrez trouver sur le site du Répertoire PPO des visites virtuelles d’ateliers qui vous permettront de voir des élèves ou des travailleurs à l’œuvre. Vous y apprendrez qu’il existe des machinistes traditionnels, comme ceux qui travaillent principalement sur des machines-outils conventionnelles, telles que des tours, des fraiseuses, etc. Dans certaines entreprises, des machinistes travaillent davantage sur des machines-outils à commande numérique. Les tâches de ces travailleurs sont différentes. À vous de constater l’avancement dans ce domaine en effectuant des visites virtuelles pour bien comprendre les rouages de ce métier! Le métier de serrurier, comme on l’a mentionné précédemment, exige de la précision. En effet, la fabrication de clés demande de faire des ajustements et diverses autres opérations. Le programme d’études de serrurerie appartient au secteur de la mécanique d’entretien, celui-ci englobant plusieurs autres métiers. Le serrurier travaille sur des plans, tout comme le machiniste et le soudeur. Ces métiers appartiennent toutefois à des secteurs différents. Ils font appel à des aptitudes semblables (la précision, par exemple) et à des intérêts communs (comme réparer ou fabriquer), mais les tâches et les contextes de travail ne sont pas les mêmes. Les tâches quotidiennes d’un serrurier sont beaucoup plus complexes que celles que vous venez de réaliser. La serrurerie demande des connaissances en électricité, en électronique, en soudage, en repérage et taillage de clés, en lecture de plans, en informatique et aussi en techniques de vente et de marketing afin d’offrir le meilleur service aux différents clients. D’autres guides d’activités PPO pourraient vous aider à mieux évaluer ce qui vous convient en vous permettant d’expérimenter des métiers semblables ou connexes, tels que ceux sur le dessin et le design industriels, les plastiques, le soudage, etc. N’hésitez pas à rencontrer des travailleurs de votre milieu; interrogez-les sur leurs motivations face à leur métier. Vous avez aimé travailler à l’aide du logiciel de simulation? Pourquoi ne tenteriez-vous pas d’approfondir votre compréhension à cet égard en tentant de modifier les commandes proposées? Analysez ensuite les résultats des changements apportés en comparant avec la pièce originale. 55 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Annexe 1 : Lexique Pour plus d’informations, faites une recherche sur le site encyclopédique Wikipedia en utilisant les mots-clés : Liste du vocabulaire technique pour les formes d'une pièce; Procédés de fabrication (mécanique); Machine-outil. Voici quelques définitions de termes usuels en usinage. Abaque : Tableau ou grille qui facilite le calcul des opérations d’usinage. L’abaque est généralement distribué par les fournisseurs de machines-outils ainsi que par les fournisseurs d’outils. Chanfreinage : Action d’enlever une petite quantité de matériel sur un coin vif d’une pièce (habituellement à 45 degrés sur une certaine largeur, comme 1, 2 ou 3 mm environ). Foret : Instrument métallique en forme de cylindre fileté, tranchant par rotation, pour forer (percer) le bois, le métal, le plastique, etc. RPM : Abréviation de Révolution Par Minute (nombre de révolutions d’une pièce ou d’un outil dans une minute). Taraudage : Action d’usinage d’un filet sur la paroi d’un trou, en prévision d’un assemblage fileté (vis et écrou). 56 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Annexe 2 : Abaque À la page qui suit, vous trouverez un abaque de même qu’un exemple de calcul. 57 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E 58 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Annexe 3 : Plans de la pièce Dans votre ordinateur, vous trouverez les plans de la pièce d’aluminium de votre coffretprojet. Consultez les fichiers listés ci-dessous dans le répertoire Usinage. Piece_diam inspection.pdf Piece_diam.pdf Piece_points CN.pdf 59 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Piece_diam inspection.pdf 60 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Piece_diam.pdf 61 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Piece_points CN.pdf 62 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Annexe 4 : Codes de programmation Les codes M M00 Pause : arrêt de l’outil jusqu’à ce que la touche « Entrée » soit pressée. On peut aussi utiliser G05. M02 Fin du programme : c’est la dernière instruction d’un programme. M03 Démarrage de la rotation de l’axe rotatif. M05 Arrêt de la rotation de l’axe rotatif. M06 Changement d'outil : arrêt de toutes les opérations. M47 Rembobiner : répéter le programme. Si le mot rembobiner est utilisé, vous devez placer une pause G05 ou M00 au début du programme. 63 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Les codes G G00 Mouvement rapide : déplacement rapide de l’outil à la position indiquée; mouvement rapide ne signifie pas nécessairement un mouvement de l'outil en ligne droite. G01 Interpolation linéaire : mouvement de l’outil en ligne droite. G02 Interpolation circulaire, dans le sens horaire : déplacement de l'outil sur un arc dans le sens horaire. G03 Interpolation circulaire, dans le sens antihoraire : déplacer l'outil sur un arc dans le sens antihoraire. G04 Attente : temps de pause qui est égal à la valeur de la vitesse en secondes. G05 Pause : arrêt de l'outil jusqu’à ce que la touche « Entrée » soit pressée; on peut aussi utiliser M00. G90 Coordonnées absolues : déplacement de l'outil à l'endroit défini dans le programme par X, Y ou Z. G91 Coordonnées relatives : déplacement de l'outil de la distance définie dans le programme par X, Y et Z. 64 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Les programmes NC utilisent deux types d'instructions : celles qui définissent le parcours de l’outil (telles que les coordonnées : abscisse et ordonnée) et celles qui spécifient les opérations de la machine (comme démarrer la rotation de l’axe rotatif ou l’arrêter). Un programme CN est composé de blocs de codes (lignes). Chaque bloc de codes contient une série de mots. Un mot CN est composé d'un caractère alphabétique (caractère d'adresse) et d’un nombre (paramètre). Par exemple, la coordonnée X2 a le caractère d'adresse « X » et le paramètre « 2 ». Les caractères d'adresse utilisés dans les programmes CN sont N, G, X, Y, Z, I, J, K, F, S, T, M, et le point virgule (;). Le caractère « N » est utilisé dans les mots servant à numéroter les blocs de codes d’un programme. Par exemple, le premier bloc d’un programme commence avec le mot N0. Le bloc suivant commence avec N1. Les prochains blocs sont N2, N3, N4, et ainsi de suite. Les mots « N » sont toujours les premiers mots d’un bloc. Le caractère « G » est utilisé pour créer des codes préparatoires. Ces codes indiquent au centre d’usinage quel genre de coupure doit être effectué et quel mode de programmation doit être utilisé. Les mots « G » sont toujours écrits avant les instructions indiquant au centre d’usinage de déplacer l'outil. Le caractère « X » est utilisé pour dire à l'outil où se déplacer (absolu) ou à quelle distance se déplacer (relative) sur les abscisses. Si vous travaillez dans le mode de programmation « absolu », le mot X2 indique au centre d’usinage que l'outil doit être déplacé à la coordonnée « X2 ». Dans le mode de programmation relative, l'outil se déplacerait de 2 unités à partir de sa position actuelle sur l’axe des X. Le caractère « Y » est utilisé pour dire à l'outil où se déplacer (absolu) ou à quelle distance se déplacer (relative) sur les ordonnées. Le caractère « Z » est utilisé pour dire à l'outil où se déplacer (absolu) ou à quelle distance se déplacer (relative) sur l'axe des Z. Les mots « I », « J » et « K » indiquent à l'outil les coordonnées X, Y et Z du point du centre d'un arc (pour interpolation circulaire). Dans la programmation absolue, les mots « I » représentent la coordonnée X, les mots « J » représentent la coordonnée Y et les mots « K » représentent la coordonnée Z. Dans la programmation relative, les mots « I », « J » et « K » spécifient la distance du point de départ au point de centre de l'arc. Le caractère « F » est utilisé dans les mots spécifiant la vitesse de déplacement de l'outil dans la pièce à usiner. Le paramètre représente la vitesse en mm par minute. 65 T E C H N I Q U E S D ’ U S I N A G E ( M A C H I N I S T E ) E T S E R R U R E R I E Par exemple, le mot F2 signifie le déplacement de l’outil à une vitesse de deux millimètres par minute. Le caractère « S » est utilisé dans les mots qui spécifient la vitesse de rotation de l’axe rotatif. Le paramètre définissant la vitesse à laquelle l’axe tourne est donné en révolutions par minute (RPM). Le caractère « T » est utilisé dans les mots définissant l'outil, lorsque plus d’un outil est utilisé. Le paramètre dans les mots « T » est le numéro assigné à l'outil. Par exemple, l'outil no 1 (T01) peut être une fraiseuse « End mill » de 3,175 mm alors que l'outil no 2 (T02) est une fraiseuse « End mill » de 6,350 mm. Le caractère « M » est utilisé dans les mots représentant diverses opérations. Ces opérations peuvent être de démarrer la rotation de l’axe rotatif et de l’arrêter (M03 et M05), ou bien de répéter le programme de CN (M47). Il existe de nombreux mots « M ». Un point virgule « ; » ou code de commentaire, permet d’inscrire des commentaires ou des rappels, pour chaque bloc de codes. Ces commentaires décrivent habituellement le bloc. Par exemple, le commentaire dans ce bloc N2M03; Démarrer la rotation de l’axe rotatif indique exactement la fonction de ce bloc de programmation. Les caractères apparaissant après un « ; » ne sont pas interprétés par le centre d’usinage. Voici un autre exemple : N5G90G01X2Y3F2; Aller au point de départ à la vitesse de 2 mm par minute. Tous les textes suivant le point virgule sont des commentaires et doivent être situés sur la même ligne que le point virgule. 66 Techniques d’usinage (machiniste) et serrurerie Description de l'outil Ce guide d’activités vous ouvrira les horizons du vaste domaine du secteur de la fabrication mécanique. Le document se divise en deux parties. Dans un premier temps, vous explorerez le monde de l’usinage. Dans un deuxième temps, vous vous familiariserez plus précisément avec la taille des clés et le métier de serrurier. L’usinage peut se définir comme étant l’application de différentes techniques de fabrication de pièces mécaniques. À l’aide de machines-outils, on retire de la matière d’une pièce brute pour lui donner une forme précise. En ce sens, la serrurerie et la fabrication de clés se classent parmi les nombreuses applications de ce principe. Le défi de ce guide d’activités sur le monde de l’usinage et de la serrurerie est de vous amener à mieux connaître des métiers d’action. Pour mieux vous situer, il vous sera possible d’explorer différents procédés, comme le tournage, le fraisage et le contrôle numérique. Vous pourrez également utiliser un logiciel de simulation qui vous permettra de modifier la programmation des commandes menant à la création d’une pièce métallique que vous trouverez dans votre coffret-projet. Finalement, vous aurez l’opportunité de fabriquer une clé à l’aide de limes et découvrirez par la même occasion différentes facettes du métier de serrurier. Bonne exploration! Type d’outil Expérimentation Version 4.0 Langue Français Coût d’utilisation Types de supports Oui pour le matériel. Guide d’activités téléchargeable gratuitement sur http://liensppo.qc.ca. Texte, sites Internet A Auteur et informations légales M. Denis Labrecque Enseignant, techniques d’usinage, Commission scolaire du Valdes-Cerfs et Commission scolaire Eastern Townships M. Pierre Jacques Consultant, Service-conseil Pierre Jacques, Comité sectoriel de main-d’œuvre dans la fabrication métallique industrielle M. Pierre-Luc Fortin Conseiller technique M. Bernard Binette Serrurier M. Réal Robert Consultant, Commission scolaire du Val-des-Cerfs Programmes concernés Programmes concernés DEP Veuillez noter que la notion de « programmes concernés » est considérée au sens large du terme. Nous avons pris soin de considérer tout programme pouvant toucher de près ou de loin la ressource. Lien direct : Technique d’usinage Serrurerie Lien indirect : Dessin industriel Électromécanique de systèmes automatisés Entretien de bâtiments nordiques Entretien général d'immeubles Fabrication de structures métalliques et de métaux ouvrés Ferblanterie-tôlerie Horlogerie-bijouterie Mécanique industrielle de construction et d’entretien Mise en œuvre de matériaux composites Montage mécanique en aérospatiale Montage structural et architectural Opération de d’équipements de production Soudage-montage Tôlerie de précision B Programmes concernés DEC Lien direct : Lien indirect : Techniques de construction aéronautique Techniques de génie mécanique Techniques de génie mécanique de marine Technologie de maintenance industrielle Technologie du génie métallurgique Technique de design industriel Programmes concernés BACC Lien direct : Lien indirect : Enseignement professionnel Génie des matériaux et de la métallurgie Génie électromécanique Génie mécanique Ingénierie de l'aluminium Secteurs d’intérêt du Répertoire PPO Lien direct : Métallurgie Lien indirect : Sciences et ingénierie Production manufacturière et équipement industriel Sciences humaines et sciences de l’éducation Bâtiment et travaux publics Secteurs de la formation professionnelle Lien direct : Fabrication mécanique Mécanique d’entretien Lien indirect : Électrotechnique Bâtiment et travaux publics Métallurgie C
