Isostatisme

École de technologie supérieure Génie de la production automatisée

Antoine Brière-Côté

GPA-210, Éléments de fabrication mécanique 1

GPA-210 Éléments de fabrication mécanique

PLAN DE COURS (ÉTÉ 2013)

1 - 29/04 Lecture de dessins selon les normes ISO-ANSI (rappel)

2 - 6/05 Procédés d’usinage

3 - 13/05 Tolérances dimensionnelles et ajustements

4 - 21/05 États de surface – Tolérances géométriques

5 - 27/05 Cotation fonctionnelle – Tracé

6 - 3/06 Cotation fonctionnelle – Calcul

7 - 10/06 Examen de contrôle

8 - 17/06 Procédés d’obtention des pièces brutes

9 - 26/06 Montages isostatiques

10 - 08/07 Transfert de cotes et d’orientations

11 - 15/07 Rédaction de gammes d'usinage

12 - 22/07 Introduction à la CAO – Modélisation et mises en plan

13 - 29/07 Rédaction de gammes d'usinage (projet de session)


Roland Maranzana


9. Montages isostatiques

Plan du chapitre

Introduction

Degrés de liberté

Symboles

Simplifiés (utilisés en cours)

Détaillés (utilisés en industrie)

Isostatisme de base

Cylindre court

Cylindre long

Solide prismatique

Serrage

Configurations physiques

Exemples d’application


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Introduction

Définition d’isostatisme:

Même état statique ou retrouver le même état statique.

Pour respecter les spécifications dimensionnelles et géométriques des plans de définition en usinage en série, il faut positionner de manière identique et précise les pièces sur les machines.

Lors de l’usinage, chaque pièce est montée, démontée de nombreuses fois. Il faut être en mesure de la repositionner avec précision à chaque fois.

L’agent des méthodes fait appel à l’isostatisme pour assurer cette mise en position rigoureuse des pièces lors de l’usinage.


Roland Maranzana


Introduction

Le positionnement isostatique d’une pièce est défini à partir des éléments suivants :

la cotation,

la géométrie de la pièce,

les usinages réalisés et à réaliser,

le maintien de la pièce (Serrage).

Des modèles d’isostatisme de base sont présentés sur des formes géométriques simples:

Le cylindre court

Le cylindre long

Le parallélépipède rectangle

La définition d’un isostatisme, puis la réalisation du montage d’usinage font appel à beaucoup de jugement (expérience).


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Degrés de liberté

Un corps rigide libre dans l’espace à six degrés de liberté:

3 translations (Avance, Ascension, Dérive)

3 rotations (Roulis, Tangage, Lacet)

Suppression des degrés de liberté:

Ajout d’une liaison par degré de liberté à supprimer.


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Degrés de liberté

1. Supprimer la translation en Z (Ascension):

Tz


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Degrés de liberté

2. Supprimer la rotation en Y (Tangage):

Tz

Ry


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Degrés de liberté

3. Supprimer la rotation en X (Roulis):

Tz

Ry

Rx


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Degrés de liberté

4. Supprimer la translation en X (Avance):

Tz

Ry

Rx


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Degrés de liberté

5. Supprimer la rotation en Z (Lacet):

Tz

Ry

Rx


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Degrés de liberté

6. Supprimer la translation en Y (Dérive):

Tz

Ry

Rx


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Degrés de liberté

Autres solutions possibles


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Symbolisation des liaisons isostatiques

Le symbole a la même représentation dans les projections visibles (devant) ou cachées (derrières)


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Mise en position isostatique de base

Le cylindre court Applicable au solide de révolution court;

( Diamètre > Longueur )

1. Appui plan Sur une grande surface plane,

Plan -> 3 points -> 3 liaisons -> 3 DL supprimés (Tz, Rx, Ry);

2. Centrage court Sur une surface cylindrique

de grand diamètre, de faible longueur,

2 liaisons -> 2 DL supprimés (Tx, Ty);

3. Buté ou localisation Une surface quelconque,

1 liaison -> 1 DL supprimé (Rz).

ØD L

1

2

3

5

6

5

4 4

1

2

3

6

Rz Rz

Ry

Rx

Tz

Rx

Ry

Tz

Ty

Tx

Ty

Tx


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Le cylindre long Applicable au solide de révolution long;

( Diamètre < Longueur )

1. Centrage long Sur une surface cylindrique

de grande longueur,

-> 4 DL supprimés (Tx, Tz, Rx, Rz);

2. Buté ou localisation Une surface normale à l’axe

de la surface cylindrique,

-> 1 DL supprimé (Ty);

3. Buté ou localisation Une surface quelconque,

-> 1 DL supprimé (Ry);

5

X

Z

1 3 2

4

6 Y

2

1

4

3 5

X

6

Ry Ry Rz

Rx

Tz

Tx

Ty Ty

Rx Tz

Rz

Tx


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Mise en position Plan/Ligne/Point

Applicable au solide prismatique;

1. Appui plan

Sur une grande surface plane,


1 3

2

Rz

Tx

Ty

Ry Rx

Tz


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1. Appui plan



2. Orientation

Sur une surface de grande longueur,

-> 2 DL supprimés (Ty, Rz);

1 3

2

Tx

Rz Ty


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1. Appui plan



2. Orientation

Sur une surface de grande longueur,

-> 2 DL supprimés (Ty, Rz);

3. Buté ou localisation

Une surface quelconque,

-> 1 DL supprimé (Tx);

6

1 3

2

Tx


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Le serrage

Le serrage doit maintenir durant l’usinage les contacts entre la pièce et les liaisons isostatiques;

Critères de choix pour définir les serrages:

Serrage opposé aux liaisons isostatiques,

Être aussi proche que possible des surfaces à usiner,

Ne pas déformer la pièce (effort de serrage modéré), ni pendant l’usinage, ni après,

Être suffisant pour s’opposer aux efforts de coupes;

Le serrage n’est pas un point de mise en position isostatique!


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Le serrage

Exemple de mauvais serrage:

Pièce déformée durant l’usinage F


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Le serrage

Exemple de mauvais serrage:

Pièce déformée durant l’usinage,

Modification du dessin.

F


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Symbolisation détaillée des liaisons


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Configuration physique des liaisons

Surfaces brutes:

Contacts par…

Touches bombées,

Touches striées,

Griffes;

L’aire doit être faible pour limiter les dispersions.

Touche bombée Touche striée Griffes


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Configuration physique des liaisons

Surfaces usinées:

Contacts…

Lisses,

Plan ou ligne;

L’aire de contact doit être assez importante pour ne pas marquer la surface tout en restant limitée pour réduire les dispersions.

Contact plan Contact ligne


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Configuration physique des liaisons – Exemples

Pièce prismatique

1. Appui plan (1,2,3),

2. Orientation (4,5),

3. Pas de butée…?

Train de fraises

Table de la fraiseuse

Cale de positionnement (alignement)

Du montage sur la table de la machine

Montage

Mécano-soudé

1

Touches raportées

(acier trempé) 2 3

4

5


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X±0.5

Le palonnier

1. Appui plan (1,2,(3a,3b)),

3a et 3b comptent pour une seule liaison à cause de l’axe de rotation qui permet de pivoter autour de l’axe A,

Pas de butée;

Localisation symétrique (et serrage combiné)

Butée simple (malgré les 2 points de contact).




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Perçage des trous ‘A’

1. Appui plan 1,2,3

2. Centrage court 4,5

3. Centrage partiel 6

Serrage

(Système manuel

Lent, donc petite série

Montage

mécano-soudé

(remplaçable en acier trempé) Système d’indexation

du montage d’usinage

Centreur dégagé (Locating)

B

Forêt


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Mandrin 3 mors

Isostatisme de qualité moyenne

Pinces de serrage

Isostatisme de meilleure qualité pour un centrage long.

Centrage court Centrage long


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Montage sur surface conique

Équivalent à 5 liaisons

1. Centrage long 1,2,3,4;

2. Butée 5 sur plan de jauge.

Conditions morphologiques:

Demi-angle au sommet < 45°;

Diamètre moyen ≤ longueur axiale de portée.


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Montage entre pointes

1. Centrage long (deux cônes courts)

2. Butée axiale (pointe fixe du tour, coté broche)

Rapide, précis

Entrainement par toc


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Montage mixte (entre mandrin et contre-pointe)

1. Centrage long (3 mors du mandrin et cône court)

2. Butée (Sur face avant du mandrin)

Positionnement de l’axe de la pièce moins précis.


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Symboles – réalisation pratique


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Exemple d’application de l’isostatisme

Définir la position isostatique de la pièce suivante:

3 solutions possibles (parmi d’autres):

Laquelle retenir?


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Définir la position isostatique de la pièce suivante

Solution


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Définir la position isostatique de la pièce suivante:

Solution

1 1

2

3

4

5

6

2

3

4

5

6

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