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Télécharger PDFLa Poupée Mobile : Comprendre et Analyser ses Mécanismes
La poupée mobile est un élément essentiel des machines-outils, notamment des tours. Elle sert à soutenir les pièces longues à usiner, garantissant leur centrage et leur stabilité. Ce document technique explore divers aspects de la poupée mobile, de la mesure de son pas de vis à son analyse fonctionnelle et sa représentation.
Mesure et Détermination du Pas de la Vis
La détermination précise du pas de la vis est cruciale pour le bon fonctionnement de la poupée mobile. Ce processus implique des mesures minutieuses du déplacement du fourreau.
Procédure de Mesure du Pas
- Mesurer le dépassement initial L0 du fourreau par rapport au corps (4) de la poupée à l'aide d'une jauge de profondeur.
- Mesurer le dépassement L du fourreau après avoir effectué 1 tour de la vis (10), 2 tours et puis 3 tours.
- Enregistrer les mesures et calculer pour chaque mesure le déplacement (d), qui correspond à la différence absolue entre le dépassement initial et le dépassement après n tours (d = |L0 - L|).
- Calculer le pas (p) pour chaque mesure en divisant le déplacement par le nombre de tours (p = d/n).
- Calculer le pas moyen pour obtenir une valeur représentative.
Voici un exemple de tableau pour organiser les mesures et les calculs :
| Nombre de tours du volant (n) | Dépassement L (mm) | Déplacement d = |L0 - L| (mm) | Pas p = d/n (mm) |
|---|---|---|---|
| 1 | (L1) | (d1) | (p1) |
| 2 | (L2) | (d2) | (p2) |
| 3 | (L3) | (d3) | (p3) |
| Pas moyen | (calculé) | ||
Analyse Fonctionnelle et Validation du Pas
L'analyse fonctionnelle permet de comprendre comment chaque composant contribue à la fonction globale du système. Après avoir calculé le pas moyen, il est essentiel de le valider par rapport aux valeurs normalisées.
Validation du Pas Réel de la Vis
Le pas réel mesuré doit être comparé à une série de pas normalisés pour identifier le pas standard le plus proche. Par exemple, si les valeurs normalisées sont :
| Pas (mm) | 1 | 1,25 | 1,5 | 2 | 2,5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Choix |
Le choix final doit correspondre à la valeur normalisée la plus proche du pas moyen calculé.
Diagrammes FAST pour les Fonctions de Service
Les diagrammes FAST (Function Analysis System Technique) décomposent les fonctions de service d'un produit en fonctions techniques et solutions constructives. Ils permettent de visualiser les liens logiques entre le besoin, les fonctions et les composants.
Fonction FT24 : Transformer la rotation du volant en translation du fourreau
Cette fonction est essentielle pour avancer ou reculer le fourreau de la poupée mobile. Les solutions techniques étudiées incluent souvent des systèmes de guidage.
- Guider le fourreau en translation : Une solution courante implique l'utilisation de clavettes et de rainures, ou d'autres systèmes de guidage linéaire.
- Identification de la solution utilisée dans la poupée : L'analyse du mécanisme permet de déterminer les composants spécifiques qui réalisent cette fonction (ex: arbre, alésage, clavette).
Fonction FT25 : Avancer ou reculer la pointe 6
Cette fonction est directement liée au positionnement de la pièce à usiner. Le mécanisme le plus fréquent pour transformer une rotation en translation est le système vis-écrou.
- Transformer la rotation du volant en translation du fourreau : Le système vis-écrou est la solution typique, où la rotation d'une vis entraîne le déplacement linéaire d'un écrou (ou vice-versa).
- Identification de la solution utilisée dans la poupée : Déterminer quels éléments constituent le système vis-écrou spécifique à l'assemblage (ex: vis de manœuvre, écrou intégré).
Tableau des Fonctions et Processeurs
Ce tableau met en correspondance les fonctions techniques avec les processeurs (composants ou ensembles de composants) qui les réalisent.
| Fonction | Processeur(s) |
|---|---|
| Guider en rotation la vis de manœuvre (10) | (Exemple : Roulements, bagues, paliers) |
| Guider en translation le fourreau (7) par rapport au corps (4) | (Exemple : Goupille (21), glissières) |
| Transformer la rotation de l'axe (23) en translation de la tige (26) | (Exemple : Système bielle-manivelle, came) |
Composants des Fonctions Techniques
Le diagramme FAST détaillé permet également d'identifier les composants spécifiques qui répondent aux besoins et réalisent les fonctions techniques :
- Besoin principal : Centrer l’outil et maintenir des pièces longues à usiner.
- Fonctions liées à la fixation et au positionnement sur le banc :
- Assurer sa fixation sur le banc à position réglable.
- Positionner la poupée par rapport au banc.
- Maintenir en position la poupée par rapport au banc (ex: Assurer des surfaces de liaison sur le banc et sur la poupée).
- Bloquer la poupée sur le banc après positionnement.
- Fonctions liées au déplacement de la pointe :
- Guider la vis de manœuvre en rotation.
- Interposer une liaison hélicoïdale pour transformer le mouvement.
- Bloquer la rotation pour assurer la translation.
- Guider le fourreau en translation.
- Maintenir la pointe en position voulue.
Lecture et Interprétation d'un Dessin d'Ensemble
L'analyse d'un dessin d'ensemble est fondamentale pour comprendre la structure et le fonctionnement de la poupée mobile, en associant chaque composant (processeur) à sa fonction spécifique.
| Fonctions | Processeur(s) (ou solution(s)) |
|---|---|
| (Exemple : Faciliter la prise en main) | Méplats sur la manette (24) |
| (Exemple : Guider en translation et compenser l'usure) | Lardon (3) |
| Guider en rotation l'axe-excentrique (23) par rapport au corps (4) | (Exemple : Bagues, roulements) |
| Fixer la pointe (6) dans le fourreau (7) | (Exemple : Cônes morse, vis de blocage) |
| Graisser la poupée mobile | (Exemple : Graisseurs, canaux de lubrification) |
Matériaux Utilisés dans la Poupée Mobile
Le choix des matériaux est crucial pour la durabilité et la performance des composants de la poupée mobile.
La Semelle (2) : EN GJL 200
- Désignation : EN GJL 200 est une fonte grise à graphite lamellaire. "GJL" signifie "Grafit (Graphite) Lamellaire", et "200" indique une résistance minimale à la traction de 200 MPa.
- Justification du choix : Ce matériau est choisi pour sa bonne usinabilité, ses excellentes capacités d'amortissement des vibrations (important pour la stabilité de la machine-outil), sa bonne résistance à la compression et son coût relativement bas. Il est idéal pour les pièces de structure soumises à des charges statiques ou des vibrations.
Le Palier (15) : CuSn9
- Désignation : CuSn9 est un alliage de cuivre et d'étain, communément appelé bronze à 9% d'étain.
- Justification du choix : Le bronze est un excellent matériau pour les paliers en raison de ses propriétés tribologiques (faible coefficient de frottement), de sa bonne résistance à l'usure, de sa capacité à fonctionner sous des charges élevées et de sa résilience face à la corrosion. Il est parfaitement adapté pour guider des arbres en rotation.
Analyse des Liaisons Mécaniques
Comprendre la nature des liaisons entre les différents organes est fondamental pour l'analyse cinématique du mécanisme.
| Organes Liés | Type de Liaison | Symbole Normalisé |
|---|---|---|
| (10+17) / (15+4) | (Exemple : Pivot) | (Exemple : Cercle avec axe) |
| (10+17) / (7+11) | (Exemple : Hélicoïdale) | (Exemple : Cercle avec hélice) |
| 7 / (4+15) | (Exemple : Glissière) | (Exemple : Carré ou rectangle) |
Assemblage : Mise en Position et Maintien en Position
L'assemblage des composants implique des choix techniques pour assurer la mise en position (MiP) et le maintien en position (MaP) des pièces.
| Assemblage | Mise en Position (MiP) | Maintien en Position (MaP) |
|---|---|---|
| 15 / 4 | (Exemple : Centrage court, appui plan) | (Exemple : Vis, goupille) |
| 6 / 7 | (Exemple : Centrage conique) | (Exemple : Frottement, vis de blocage) |
Cotation Fonctionnelle : Tolérancement
La cotation fonctionnelle définit les exigences de précision des dimensions pour garantir le bon fonctionnement et l'interchangeabilité des pièces.
Justification des Conditions Fonctionnelles (Ja et B)
Les conditions fonctionnelles (Ja, B, etc.) sont des cotes cruciales qui garantissent une fonction spécifique du mécanisme. Par exemple :
- Condition Ja : Pourrait représenter un jeu fonctionnel nécessaire au mouvement, ou une condition d'appui entre deux pièces.
- Condition B : Pourrait assurer un serrage, un alignement ou une étanchéité.
Leur existence est justifiée par les exigences du cahier des charges fonctionnel du produit.
Chaînes de Cotes et Calcul de Tolérance
Les chaînes de cotes permettent de relier une condition fonctionnelle à une série de cotes de fabrication. Le calcul de la cote fonctionnelle C27 à partir d'une chaîne de cotes est un exercice courant en tolérancement. Si la chaîne est C = C1 - C27 - C28, et connaissant les valeurs nominales et les tolérances des autres cotes, on peut déterminer C27.
Par exemple, si C = C1 - C27 - C28 :
- Pour la valeur nominale : C27_nom = C1_nom - C_nom - C28_nom.
- Pour la tolérance : La tolérance de C27 (T_C27) est calculée en considérant l'accumulation des tolérances des autres cotes de la chaîne.
En reprenant l'exemple donné : C = 9±1, C1 = 30±0,2, C28 = 12 (supposé nominal sans tolérance pour cet exemple).
C27 (nominal) = 30 - 9 - 12 = 9 mm.
Pour les tolérances, une analyse des bornes maximales et minimales est nécessaire :
C27_min = C1_min - C_max - C28 = 29,8 - 10 - 12 = 7,8 mm.
C27_max = C1_max - C_min - C28 = 30,2 - 8 - 12 = 10,2 mm.
Donc C27 = 9 ± 1,2 mm.
Dessin de Définition et Conception Assistée par Ordinateur (DAO)
Le dessin de définition est un document technique essentiel qui décrit complètement une pièce afin qu'elle puisse être fabriquée. Il inclut des vues en coupe, des spécifications géométriques et des indications de rugosité de surface.
Dessin de Définition du Fourreau (7)
Il est typiquement demandé de compléter le dessin par des vues spécifiques comme :
- La vue de face en coupe (par exemple, B-B).
- La vue de gauche en demi-coupe (par exemple, C-C).
- Les spécifications géométriques (tolérances de forme, d'orientation, de position, etc.) dans les cadres appropriés.
- La valeur de la rugosité pour les surfaces fonctionnelles (par exemple, surface A).
Dessin de Définition du Boîtier (15)
Pour le boîtier, des compléments similaires peuvent être requis :
- La vue de droite en coupe (par exemple, C-C), en omettant les détails cachés pour la clarté.
- Les spécifications géométriques demandées.
- Les valeurs de rugosité pour les surfaces pertinentes (par exemple, surfaces A et B).
Dessin de Définition de l'Écrou (11)
Un dessin de définition complet de l'écrou inclurait également toutes les informations nécessaires à sa fabrication.
Conception Assistée par Ordinateur (DAO)
La DAO est une technologie indispensable pour la création de ces dessins de définition. Des logiciels comme AUTOCAD et SOLIDWORKS sont largement utilisés pour modéliser des pièces en 2D ou 3D et générer les documents techniques associés, facilitant ainsi le processus de conception et de fabrication.
Foire Aux Questions (FAQ)
Qu'est-ce qu'une poupée mobile et quel est son rôle ?
La poupée mobile est un composant mécanique que l'on trouve principalement sur les tours. Son rôle est de soutenir une pièce longue à usiner à son extrémité libre, afin d'éviter le flambage ou les vibrations excessives pendant l'opération d'usinage. Elle assure le centrage et la stabilité de la pièce.
Pourquoi est-il important de mesurer le pas de la vis d'une poupée mobile ?
La mesure du pas de la vis est essentielle car elle détermine la précision et la régularité du déplacement axial du fourreau. Un pas précis garantit un positionnement exact de la pointe de la poupée mobile, ce qui est fondamental pour la qualité de l'usinage et la conformité des pièces.
À quoi sert l'analyse fonctionnelle (méthode FAST) dans la conception d'un mécanisme ?
La méthode FAST (Function Analysis System Technique) est un outil d'analyse fonctionnelle qui permet de décomposer la fonction globale d'un produit en fonctions plus élémentaires. Elle aide à comprendre "comment" une fonction est réalisée et "pourquoi" elle existe, facilitant ainsi la conception, l'optimisation ou la résolution de problèmes en identifiant les liens entre les fonctions et les solutions constructives.