Cours 4.1 · Bac Pro TRPM
À la fin de la séance, tu sais monter un prisme dans un étau exactement comme le contrat de phase le demande, et vérifier qu'il est bien posé avant de lancer l'usinage.
Tu as besoin de : les axes X, Y, Z d'un centre d'usinage ; savoir lire une vue de dessus et une vue en bout sur un dessin.
Une pièce posée n'importe comment dans l'étau sera usinée n'importe comment : la face fraisée ne sera pas parallèle au dessous, et les cotes seront fausses d'une pièce à l'autre. Le contrat de phase dit sur quelles faces la pièce doit s'appuyer. Réaliser ces appuis, c'est la mise en position. Serrer la pièce pour qu'elle ne bouge plus sous l'effort de coupe, c'est le maintien en position.
Sur la figure 1, la pièce est un prisme de 80 × 50 × 32 en alliage d'aluminium, brut de la phase 10 : on va fraiser la face du dessus pour l'amener à 30. Elle s'appuie sur trois choses : les cales en dessous, le mors fixe sur le grand côté, la butée au bout.
Figure 1Le prisme monté dans l'étau du centre d'usinage : à gauche en 3D, à droite vu de dessus. Les cales sont de part et d'autre, sous la pièce.
Mise en position — les appuis qui donnent à la pièce une place unique dans la machine : cales, mors fixe, butée. Maintien en position — le serrage qui l'y garde pendant l'usinage : le mors mobile.
Le bureau des méthodes ne dessine pas l'étau sur le contrat de phase : il dessine les points d'appui. Chaque point est une flèche posée sur la face de la pièce, que la norme appelle normale de repérage. Une pièce libre peut bouger de six façons : trois translations et trois rotations. Chaque normale en supprime une. Il en faut donc six, et pas une de plus, pour que la pièce n'ait qu'une seule place possible.
Sur un prisme, les six normales se répartissent toujours en trois groupes, sur trois faces différentes :
| Groupe | Normales | Sur quelle face | Ce qu'il supprime | Dans l'étau, c'est |
|---|---|---|---|---|
| Appui plan | 1, 2, 3 | La plus grande face, points écartés, jamais alignés | 1 translation 2 rotations | Les cales |
| Linéaire rectiligne | 4, 5 | Un grand côté, points écartés | 1 translation 1 rotation | Le mors fixe |
| Ponctuelle | 6 | Le bout | 1 translation | La butée |
Figure 2Extrait du contrat de phase, phase 10 : les six normales de repérage sur le prisme. Une normale vue de bout se dessine par un cercle quadrillé : sur la vue de dessus, les normales 1, 2 et 3 arrivent par-dessous ; sur la vue en bout, regardée depuis X+, la normale 6 arrive par l'arrière.
Complète : les cales réalisent l'appui plan, soit 3 normales ; le mors fixe réalise la linéaire rectiligne, soit 2 normales ; la butée réalise la ponctuelle, soit 1 normale.
Pourquoi les normales 1, 2 et 3 forment-elles un triangle, et pas une ligne ?
Sur le contrat de phase, une flèche est un appui, jamais un serrage. Le serrage du mors mobile n'apparaît pas parmi les six normales : il vient en face de la linéaire rectiligne, après que la pièce est posée.
Figure 3Le montage vu de droite, avec les hauteurs : mors de 45, cales de 30, brut de 32. La pièce dépasse de 17 mm au-dessus des mors.
On ne plaque jamais une pièce brute au maillet. Le maillet ne sert que pour une pièce dont la face posée sur les cales est déjà usinée : on la frappe au-dessus des cales entre le serrage à la main et le serrage final. En phase 10, le prisme est brut : pas de maillet.
Une cale qui bouge, c'est une pièce mal posée : la face fraisée ne sera pas parallèle au dessous. On desserre, on nettoie, on repose la pièce, on resserre, on ressaie la cale.
Calcule de combien la pièce dépasse des mors, en écrivant le calcul.
La phase 10 enlève 2 mm sur le dessus. De combien la pièce dépassera-t-elle encore après l'usinage ? Et si le dépassement est trop faible, que touche la fraise ?
En atelier, personne ne lance un usinage sans avoir contrôlé le montage : c'est lui qui décide de la pièce. Le contrôle se fait dans cet ordre, la main sur la pièce :
Trois de ces quatre montages ont un défaut. Pour chacun, écris le défaut, ou « correct », puis la conséquence sur la pièce usinée.
Durée : 2 h. Mise en situation, 10 min, à l'atelier : deux prismes fraisés en phase 10, l'un monté correctement, l'autre monté avec un copeau sous une cale ; les élèves mesurent l'épaisseur aux quatre coins au pied à coulisse. Problématique : pourquoi la seconde pièce n'a-t-elle pas la même épaisseur partout ? Démonstration, 15 min : montage complet devant les élèves, en nommant chaque geste de la méthode, avec le test des cales. Hypothèses, 5 min : que se passe-t-il si une cale bouge encore après le serrage ? Activités 1 à 3 sur le cours, 35 min, en binôme. Restitution, 15 min : un binôme monte un prisme, la classe applique la liste « Vérifie ton montage ». Synthèse, 10 min. Réinvestissement : chaque élève monte sa pièce au début du TP suivant, vérification par un camarade avec la liste.
Matériel : étau de centre d'usinage sur table ou sur banc, un jeu de cales de 30 mm et un jeu plus bas pour montrer le défaut C, butée, maillet, soufflette, deux prismes 80 × 50 × 32, pied à coulisse.
Activité 1 : cales, appui plan, 3 ; mors fixe, linéaire rectiligne, 2 ; butée, ponctuelle, 1. Question 2 : trois points alignés laissent une rotation libre autour de la ligne ; en triangle ils suppriment une translation et deux rotations. Attendre le mot « rotation », pas seulement « ça bascule ».
Activité 2 : 30 + 32 − 45 = 17 mm ; après usinage 17 − 2 = 15 mm, largement plus que les 5 mm de sécurité ; un dépassement trop faible ferait toucher les mors par la fraise. Erreur fréquente : compter depuis le dessus des cales et répondre 32.
Activité 3 : A, copeau sous la cale de gauche, pièce inclinée, face fraisée non parallèle au dessous ; B, une seule cale au centre, la pièce bascule au serrage et ne repose plus sur un appui plan ; C, cales trop basses, le dessus de la pièce est sous le niveau des mors, la fraise touche l'étau ; D, correct.
Frapper au maillet le prisme brut « pour le plaquer » : jamais sur un brut, seulement sur une face déjà usinée. Cales posées l'une contre l'autre au centre. Pièce contre la butée mais décollée du mors fixe à un bout, parce que l'étau n'a pas été nettoyé. Élève qui teste les cales avant le serrage final. Le mot « isostatisme » n'est pas dans ce cours : il vient avec le cours sur la norme de mise en position.
« 4.1 · Évaluation », 20 min sur table, 20 points, dans le même dossier. Les questions 1 et 2 mesurent la lecture du contrat de phase ; les questions 3 à 5 mesurent la méthode et la vérification, au niveau 3 : l'élève décide. Le cours prépare la deuxième partie de l'épreuve E31 (installer, régler, faire valider les réglages) sans le dire aux élèves : on les met en situation de travail, pas d'examen.