Comment sont fabriquées les machines : l'oeuf ou la poule?

[nboucheron]

Bonjour à tous,

Je possède une micro fraiseuse (Proxxon MF70) que j'ai convertie en commande num.
Je souhaiterais me construire une fraiseuse de plus grande capacité et plus grande puissance.

Je m'intéresse donc à la conception et la fabrication des fraiseuses mais je suis autodidacte en productique, et n'y connais donc pas grand chose pour l'instant.
Ma question est la suivante : est-il possible de fabriquer une machine plus précise que la machine dont on dispose pour la fabriquer?

En effet, un collègue m'a dit un jour que si, par exemple, on veut usiner une pièce au centième près, alors il faut disposer d'une machine précise d'un ordre de grandeur au dessus, c'est a dire au micron.

Mais alors, en suivant ce raisonnement, si l'on dispose d'une machine précise au micron près, il aura fallut une machine précise à 0,1 micron pour la fabriquer, et ainsi de suite... Alors comment aura été fabriqué la première machine?

Il doit donc bien exister une méthode permettant de contrôler les imperfections d'une pièce pour pouvoir les corriger en effectuant une sorte de rétro-contrôle.

Par exemple, en optique, pour fabriquer un miroir de téléscope, la tolérance est de l'ordre de + ou - 40nm, voir moins.
On effectue donc un polissage en mesurant régulièrement l'écart par rapport à la surface parfaite recherchée, par la méthode de Foucault (méthode optique).
On visualise ainsi les creux et les bosses à la surface du miroir et l'on polit en insistant sur les bosses afin de les faire "rentrer" dans la tolérance.

Existe-t-il l'équivalent en usinage?
Comment fait-on pour sortir des pièces avec parfois une tolérance de l'ordre du micron?

Merci d'avance pour vos réponses!

Nicolas.

 

[lion10]

Re: Comment sont fabriquées les machines : l'oeuf ou la poul

Bonjour

Ce qui me paraitrait logique c'est de disposer de matériel de mesure plus précis que ce que l'on veut réaliser.

Pour le reste il y a des techniques manuelles d'ajustage qui mises dans des mains expertes permettent sans doute de faire une machine précise à partir d'une ébauche faite à la machine.

Mais c'est certainement très long surtout si on n'est pas du métier.

Il faut considérer aussi qu'avec une mf70 la plus grande pièce réalisable sera bien plus petite que le plus petit élément de précision nécessaire pour construire la grosse fraiseuse, prenons par exemple la table de la grosse fraiseuse à réaliser.

Une petite machine moyennant un bon opérateur sera performante dans son créneau à savoir des petites pièces pour la mf70, problème de rigidité.

Votre but est de passer du temps à construire une machine perfectible ou d'utiliser une plus grosse machine ? Si c'est l'utilisation il faut passer par la case achat !
cdlt lion10

 

[albatros_del_sur]

Re: Comment sont fabriquées les machines : l'oeuf ou la poul

Bonjour,
Dans la pratique je suis d'accord, si on veut avancer assez vite il y a des moments où il faut acheter. MAIS avant il n'y avait pas de machine, et à un moment il a bien fallu des outilleurs suffisamment doués pour faire sans, la première, puis la 2 nde, etc...
C'est comme à la maison, on a ou on n'a pas l'outil, alors on l'achète, ou on se le fait.

 

[chrisbur99]

Re: Comment sont fabriquées les machines : l'oeuf ou la poul

La question est loin d'être stupide : par exemple, pour construire une machine à vapeur qui tienne la route, James Watt a longtemps buté sur le problème de l'alésage du cylindre, il a fallu qu'une entreprise "amie" réussisse à construire une aléseuse digne de ce nom (la première, paraît-il) pour obtenir enfin un cylindre correct ... Lire à ce sujet (sur le site "Forgotten Books") la biographie de James Watt par Andrew Carnegie, et, sur le même site, un certains nombre d'ouvrages (en anglais) consacrés à l'émergence de la mécanique de précision, tout au long du XVIIIe et du XIXe siècle.

Quelle que soit la machine dont on dispose, au dessus d'un certain niveau de qualité (par exemple : lorsque la machine à fabriquer est du même ordre de précision globale que les machines dont on dispose) on est est réduit à miser sur les statistiques ... Et l'huile de coude (grattage, polissage).

... Et des moyens de métrologie suffisamment sophistiqués (interférométrie)

Ca veut dire que dans certains cas il faudra écarter 3 pièces sur 4, ou 9 pièces sur 10, pour obtenir enfin l'élément de machine de la qualité souhaitée.

Une machine "de précision" est souvent une machine composée de parallélépipèdes bien rigides, et de pièces de révolution qui tournent dans ces parallélépipèdes ... Donc, pour contourner le problème de la "précision globale", assez souvent on le décompose en travaux plus simples que le problème initial, par exemple en essayant d'usiner des plans qui soient vraiment des surfaces planes, et les plus parallèles possible, avec des équerrages qui soient le plus perpendiculaires possibles, des cylindres qui soient aussi cylindriques que possible, le tout avec des états de surface optimaux, etc, etc ...

Des fabrications qui aujourd'hui apparaissent "banales" - telles que la fabrication de vis-mères de qualité uniforme, ou d'un plateau diviseur de haute précision - étaient encore considérées comme une sorte d'exploit, dans la 2e partie du XVIIIe siècle

 

[michto]

Re: Comment sont fabriquées les machines : l'oeuf ou la poul

Bjr

Si vous (tous ceux du forum) avez l'occasion un jour, de visiter le musée des Arts et Métiers à Paris vous y verrez des pièces faites sans machine, à la main d'une précision et d'une complexité diabolique

Depuis la restructuration du musée je le trouve moins bien mais il est fabuleux quand même.

A++ Michel

 

[chrisbur99]

Re: Comment sont fabriquées les machines : l'oeuf ou la poul

A l'intention de nboucheron :

Si tu cherches une machine pas trop chère qui te permette d'usiner de l'acier (au moins par petites passes) avec une précision et des capacités de coupe nettement meilleures que la Proxxon, tu as peut être intérêt à numériser une machine comme la "Major Mill" de WARCO , ou la MB3 d'Optimachines, qui semblent toutes deux sortir de la même usine, ou peu s'en faut :

http://www.warco.co.uk/milling-machines/36-major-milling-drilling-machine.html

Construire une fraiseuse "de précision" par soi-même est une entreprise fort instructive, mais totalement ruineuse, et qui prend un temps fou (j'en sais quelque chose) :

- le problème No.1 c'est la rigidité, donc pour le châssis il faut de la fonte, de la fonte, encore de la fonte, ou alors confectionner des "compounds" : structures d'acier finement ajustées, puis enrobées dans un mélange de sable et de résine spéciale, comme l'avait fait le regretté Micluc (cf. historique du forum).Voir la pièce jointe Major Mill.pdf

 

[Barbidou]

Re: Comment sont fabriquées les machines : l'oeuf ou la poul

Bonjour Nboucheron,
Tu cites avec raison les techniques utilisées en optique qui montrent bien qu'il n'est pas indispensable de disposer d'un outil précis pour obtenir des pièces de grande précision.
On retrouve des techniques équivalentes en mécanique. Le rodage et le grattage en sont des exemples concrets. Des méthodes comme celle des trois marbres permettent d'obtenir des surfaces de référence sans avoir de référence au départ. Le contrôle se fait par comparaison entre les pièces.

Ainsi,il n´y à pas de mystère, il est tout à faut possible de construire une machine précise à partir de rien.

Mais ces méthodes sont longues, laborieuses et coûteuses... C'est pourquoi elles ne sont utilisées qu'en dernier recours. On préfère utiliser une machine précise, quitte à devoir la louer, l'acheter ou sous-traiter le travail...

 

[Tech91]

Re: Comment sont fabriquées les machines : l'oeuf ou la poul

Bonjour Nicolas

Et déja bienvenu a toi .
Je pense que tu devrais déja essayer de fabriquer une machine qui usine au 1/10 mm et laisse tombé le Micron

Tu veras que c'est en forg..... que l on deviens forgeron , c'est vrai que ta question est interresante mais plus sur un forum
de philo ;; Non ;;;

Au plaisir si tu as d autres questions ;

Victor.

 

[moissan]

Re: Comment sont fabriquées les machines : l'oeuf ou la poul

pour faire de la grande production de piece avec une precision de 0,1mm et ne pas faire de rebut il vaut mieux avoir une machine construite avec une precision de 0,01mm

mais ce n'est pas la seule solution : on peu faire a la lime une piece avec des precision de 0,1mm et même avec beaucoup de temps et d'experience du 0,01

voir aussi le gratage ! on peut faire tout a la main des precision enorme : le gratage est entierement manuel comme la lime : il faut juste le bon moyen de controle de ce que l'on fait : regle , et on peut faire ses regles par grattage

il existe aussi une machine capable de faire des piece plus grande que sa plus grande piece : la raboteuse : rien a voir avec la machine a bois , c'est plutot le principe etaux limeur : une raboteuse peut usiner les piece pour faire une autre raboteuse plus grosse

 

[stanloc]

Re: Comment sont fabriquées les machines : l'oeuf ou la poul

Il faudrait déjà définir qu'est ce qu'une machine de précision.
Lorsqu'on donne les tolérances de fabrication d'une pièce il y a plusieurs paramètres à prendre en compte et la rugosité en est un. Et de ce point de vue une surface grattée est tout à fait inacceptable. Les surfaces sont grattées pour satisfaire à certaines nécessités comme la rétention d'huile (cas de surface de glissement) ou de non tendance à l'adhérence type moléculaire. Une cale étalon n'est pas grattée bien sûr.
Il y a quelques principes de base qui permettent de faire des mécanismes de précision comme la loi des grands nombres (c'est ce qui donne son sens au grattage ou le rodage du genre usinage en optique) et le principe de la niveleuse utilisée en terrassement.
Mais la métrologie est la clé de la précision autant durant le travail des machines qu'ensuite pour le contrôle. Mais la "patte" du praticien est aussi essentielle. Comme il a été dit à propos de la méthode de Foucault qui permet de voir les défauts d'une surface il faut aussi ensuite savoir quelle action mener pour les supprimer et là ce n'est pas gagné.
Stan

 

[chrisbur99]

Re: Comment sont fabriquées les machines : l'oeuf ou la poul

Il y a aussi les dimensions maxi de la machine d'usinage, et le volume de travail considéré.

Par exemple, si nboucheron veut usiner de toutes petites pièces à l'intérieur d'un volume de travail qui ne dépasse pas disons : 250 x 250 x 250 mm, c'est déjà plus facile d'obtenir rigidité et précision en construisant la machine avec des plaques en fonte épaisse, soigneusement dressées, telles que celles vendues par Bosch Rexroth.

Sauf que, une fois les plaques de fonte fraisées aux cotes voulues, le jeu de plaques risque à lui seul de coûter plus cher qu'une Proxxon.

 

[duredetrouverunpseudo]

Re: Comment sont fabriquées les machines : l'oeuf ou la poul

Warco, de l'expérience de "plopiche" le sav tu t'asseoie dessus

 

[Allan675]

Re: Comment sont fabriquées les machines : l'oeuf ou la poul

Il n'y a pas forcement besoin d'une machine plus précise pour fabriquer une machine précise.
Imaginons, tu travailles avec une machine très très rigide, précise au 10eme. Si en effet elle est très rigide, disons qu'elle ne prend aucune déformation lors des usinages, on peut se poser la question de pourquoi la précision est d'un 10eme.
Les tambours et les volants sont gradués tous les degrés avec un diamètre de 5 cm et un degré correspond à un déplacement d'un 10eme de l'outil. On comprend mieux la précision atteignable...
Modifions simplement le rapport de réduction entre la manivelle et le déplacement du chariot, pour obtenir un déplacement d'un demi 10ème pour un degré. Pour que ce soit aussi plus simple, on augmente le diamètre du tambour et du volant à 10cm, on se positionnera plus facilement sur la graduation souhaitée. La précision se retrouve donc améliorée, sans avoir eut besoin de pièce "plus précises" ...

J'espère cette explication convaincante et parlante ...

Bonne soirée !

 

[moissan]

Re: Comment sont fabriquées les machines : l'oeuf ou la poul

il ne faut pas confondre la precision des vis et de graduation pour faire une cote precise , et la precision geometrique pour faire un plan ou une droite corect

pour construire , une machine il faut surtout des coulisse bien droite ... que la largeur d'une coulisse fasse 1mm de plus ou de moins pourvu que tout soit parrallele on est content : il y a toujours un lardon pour faire le reglage

une autre course a la precision a été les vis de haute qualité , genre vis mere de tour : un tour fait une vis moins precise que sa propre vis mere ... mais la aussi il y a eu des moyen de mesurer les defaut d'une vis en cours de realisation , et de corriger manuellement pour faire une vis meilleur que la vis mere du tour que l'on a

 

[nboucheron]

Re: Comment sont fabriquées les machines : l'oeuf ou la poul

Merci à tous pour vos réponses instructives.

Je ne compte pas utiliser ma Proxxon pour me fabriquer une plus grosse fraiseuse, mais acheter des profilés et un système de rails avec roulements linéaires pour réaliser une sorte de portique.
Pour les pièces que j'ai à faire, une précision de 1/10 serait acceptable. Il me faudrait simplement une capacité beaucoup plus grande que la Proxxon et ses 45mm sur l'axe des Y...
Je l'ai achetée pour graver des circuits imprimés et réaliser des pièces de modèles réduits, mais même pour cet usage, sa capacité est trop réduite...
Par contre je suis heureux de pouvoir programmer une commande numérique et de l'avoir motorisée moi-même. Et ca permet de se rendre compte qu'une tolérance d'un dixième de millimètre dans du plastique ou de l'alu n'est pas si facile à obtenir pour un néophyte...

Donc si j'ai bien compris, le cheminement permettant de faire des machines toujours plus précises a été le même que celui permettant de sortir des pièces optiques à la main : tout est dans les contrôles et c'est très couteux en temps.

Je vais me tourner vers la littérature sur l'histoire des machines et des "arts".

Et ma deuxième question n'a obtenu qu'une réponse partielle : il est possible, je crois, de réaliser des pièces avec une précision de l'ordre du micron.
Comment sont réalisées ces pièces ? Par "érosion" et contrôle optique du genre interférométrie ?

Merci d'avance,

Nicolas.

 

[Allan675]

Re: Comment sont fabriquées les machines : l'oeuf ou la poul

une autre course a la precision a été les vis de haute qualité , genre vis mere de tour : un tour fait une vis moins precise que sa propre vis mere ... mais la aussi il y a eu des moyen de mesurer les defaut d'une vis en cours de realisation , et de corriger manuellement pour faire une vis meilleur que la vis mere du tour que l'on a

J'ai réfléchi un moment, ta réponse est correcte, mais peut être précisée. Si on reprend mon raisonnement et tes explications :
Je prends une machine qui usine une vis mère de 2m, diamètre 40mm, et fabrique un tour avec. La vis mère à un défaut de l'ordre du 10eme entre 2 pas. Si on utilise cette vis en divisant le déplacement par 2 (par un bras de levier ou autre), pour usiner une vis d'1m et de 20mm de diamètre, nous aurons une erreur reportée théorique de l'ordre du 1/2 10eme. Bien entendu le défaut sera plus grand car d'autres éléments entrent en jeux, mais c'est un raisonnement...
En espérant que l'explication a été plus convaiquante ...
Cordialement, Allan

 

[SULREN]

Re: Comment sont fabriquées les machines : l'oeuf ou la poul

Bonjour,

A la question « l’œuf ou la poule », ou comment réaliser une machine d’une certaine précision à partir d’une machine moins précise qu’elle, la réponse a été apportée plus haut, à savoir en utilisant en complément des techniques d’usinage différentes de celles que mettent en œuvre ces machines elles-mêmes (exemple : polissage, grattage) et en faisant appel à des astuces de métrologie (exemple méthode de Foucault).
On peut transformer trois surfaces planes approximatives en trois plans « parfaits » en les frottant l’une sur l’autre, deux à deux, en présence d’un abrasif.
Si on ne frotte que deux surfaces planes l’une sur l’autre on obtient deux surfaces sphériques « parfaites » (principe taillage miroir de télescope), l’une concave, l’autre convexe.

Bien que ce soit hors sujet par rapport à la préoccupation de nboucheron, on peut ajouter qu’un autre élément de réponse à la question «l’œuf ou la poule » en matière d’usinage, est la propriété de l’acier au carbone de se travailler lui-même.
L’acier, une fois trempé, permet de couper l’acier non trempé comme du beurre et de façonner des outils, qui une fois trempés, ont permis de faire encore mieux.
Sans cette propriété de l’acier on peut penser que le travail des métaux aurait été bien plus difficile au début de l’horlogerie à la Renaissance par exemple, ainsi que la fabrication des machines au début de l’ère industrielle.

 

[moissan]

Re: Comment sont fabriquées les machines : l'oeuf ou la poul

si la vis mère a une erreur de pas constante sur toute sa longueur c'est trop facile : on calcule un train d'engrenage pour corriger l'erreur

mais les erreur de pas de vis sont plus viscieuse : c'est plutot un partie de la vis en retard d'un centieme , une autre partie de la vis en retard d'une autre valeur

on peut si on prend le temps de mesurer la vis en cour de realisation , prendre quelque passe de plus uniquement sur les partie qui en on besoin

il y a eu aussi des methode de rodage des vis avec des ecrou long pour eviter les petites erreur de pas sur des faible nombre de tour : le rodage egalise , et il ne faut corriger que les erreur persistant sur plusieurs tours

j'ai vu sur certaine machine a pointer une espece de came a coté de la vis avec un systeme de levier utilisant la came pour corriger la vis ...sur les quelque tour ou la vis est usé d'un centieme , on lime la came d'un mm et le levier fait la corection comme si la vis etaient parfaite ... j'imagine qu'il a existé des tour pour faire les vis de haute precision equipé de ce systeme ... enfin plutot machine a rectifier les filetage que tour

en mecanique on peut imaginer n'importe quoi , ce n'est jamais une invention ça a toujours été deja fait