la spécification géométrique des produits présentation dune méthode technique et dune approche...
TRANSCRIPT
La spécification géométrique des produits
Présentation d’une méthode technique et d’une approche pédagogique de la cotation,
appliquée à l’étude d’un axe à excentrique
Gilles GlémarecDominique Taraud
Séminaire BTS CPI d’Albi, le 16 décembre 2004
BesoinCdCF produit
Produit ProcessusMoyensMatériau Procédé
Pré conceptiondu produit
Qualificationdu produit
Configuration des moyensLancement de la production
Production
Gestion des ressourceshumaines et matérielles
Contrôle et suivi de la production
Conceptiondétaillée pièce
Pré conceptionde la pièce
Conceptiondétaillée produit
Par pièce, spécification dimension-nelle et géométrique critique
Conceptionspécifiée pièce
Validation d’unprincipe d’outillage
Par pièce, analyse de la relationproduit – matériau – procédé
Par pièce, élaboration du processus prévisionnel,validation du procédé, définition d’un brut capable
Choix des moyens
Étude, réalisation et qualificationdes outillages
Définition du processus et desparamètres de production
Validation du processus parsimulation
Optimisation du processus
Rédaction du dossier d’industrialisation
ÉlaborationCdCF outillage
Conceptionspécifiée pièce
La spécification géométrique des produitsObjectif : méthodologie de cotation et
de spécification
Approche Méthodologiqu
e
Approche pédagogique
S77 Spécification de produits
La spécificité du métier est clairement centrée sur la production d’études de produits destinés à l’industrialisation. La définition complète des produits et pièces avec leurs spécifications est une tâche spécifique du technicien supérieur.
S771 - Cotation et tolérancement normalisés
S772 - La démarche de détermination des spécifications d’une pièce
Exemple
Étude de cas : ponceuse orbitale triangulaireExemple
Produit manufacturé
simple
Approche fonctionnelle
Étude d’un sous ensemble
Prix de vente : 10 Euros
Produit industrialisé et optimisé
Produit simple, optimisé au niveau de la relation produit - matériau - procédé
Vue de détail de la transmission de mouvement et de la création du mouvement orbital (patin de ponçage monté sur 4 bras flexibles)
Exemple
Produit manufacturé
simple
Approche fonctionnelle
Étude d’un sous ensemble
Étude globale
Fonctionnement de la ponceuse orbitaleExemple
Produit manufacturé
simple
Approche fonctionnelle
Étude d’un sous ensemble
Étude globale
• Structure du patin et création du mouvement orbital
• Structure de l’axe à excentrique
FAST de description fonctionnelle
FP : Poncer dans les
coins
Créer un mouvement
orbital
Positionner une plaque d’abrasif
Positionner et déplacer l’abrasif
Support rigide triangulaire
Support adhérant
Aspirer les poussières
Créer un mouvement de rotation
Transformer et réduire la vitesse
Créer un mouvement de translation circulaire
Support rigide triangulaire « fixe » par rapport à la
poignée
Support triangulaire percé
Conduit d’aspiration vers extérieur
Collage velcro
Encastrement « flexible » en flexion,
rigide en flambage
Moteur électrique
Couple conique
Axe à excentrique
Support triangulaire caissonné et percé
Raccordement externe à l’aspiration
Support triangulaire :Rigide
CaissonnéPercé
Recouvert de velcroRaccordement tube extraction
poussières
4 jambes de forceencastrées aux extrémités : N ↑ Mf ↓
Moteur universel 36000 t/min, refroidissement air,
interrupteur
Arbres perpendiculaires, coïncidence des sommets, i = 1/2
Arbre à excentrique : e = 0,5 mm
Créer un mouvement plan orbital du support
triangulaire
Encastrement « flexible » et rotation
Liaison Pivot Glissant excentrique - triangle
Utilisation mauelleCorps poignée ergonomique
Corps injecté plastique, léger, préhensible, raccordements
électrique et aspiration
Outil portatif électrique
Exemple
Produit manufacturé
simple
Approche fonctionnelle
Étude d’un sous ensemble
Étude globale
Relations entre fonctions et solutions techniques
Support rigide triangulaire
Collage velcro
Encastrement « flexible » en flexion,
rigide en flambage
Moteur électrique
Couple conique
Axe à excentrique
Support triangulaire caissonné et percé
Raccordement externe à l’aspiration
Support triangulaire :Rigide
CaissonnéPercé
Recouvert de velcroRaccordement tube extraction
poussières
4 jambes de forceencastrées aux extrémités : N ↑ Mf ↓
Moteur universel 36000 t/min, refroidissement air,
interrupteur
Arbres perpendiculaires, coïncidence des sommets, i = 1/2
Arbre à excentrique : e = 0,8 mm
Encastrement « flexible » et rotation
Liaison Pivot Glissant excentrique - triangle
Corps poignée ergonomique
Corps injecté plastique, léger, préhensible, raccordements
électrique et aspiration
Exemple
Produit manufacturé
simple
Approche fonctionnelle
Étude d’un sous ensemble
Étude globale
001 007 301 304 204 203
102005201
206
101
007 104
303302
202
Relations entre solutions techniques et architecture
Sous ensemble 3 rotor moteur
Sous ensemble 2
arbre excentré équilibré
Sous ensemble 0
carter
Sous ensemble 4
stator moteur
Sous ensemble 1
support ponçage
Couple conique : axes
perpendiculairesCentres coïncidants
Jeu entrefer
rotor/stator
Non contact ventilateur/carter
Encastrement « flexible »
Mise en position
Création mvt planorbital
Encastrement du stator/carter
MIP MAPmasselotte
Liaison pivot
Liaison pivot
Schéma architectural : représenter les solutions techniques envisagées ou utilisées
Graphe des liaisons global et des contraintes : identifier les sous ensembles fonctionnels, les liaisons et les contraintes fonctionnelles globales associées
Exemple
Produit manufacturé
simple
Approche fonctionnelle
Étude d’un sous ensemble
Étude globale
Formalisation de la structure : graphe des liaisons niveau 1
Sous ensemble 3 rotor moteur
Sous ensemble 2 arbre
excentré équilibré
Sous ensemble 0
carter
Sous ensemble 4
stator moteur
Sous ensemble 1
support ponçage
Couple conique : axes
perpendiculairesCentres coïncidants
Jeu entrefer
rotor/stator
Non contact ventilateur/carter
Encastrement « flexible »
Mise en position
Mouvement orbitalpar axe excentriqueEt non interférence
Encastrement du stator/carter
LE
MIP MAPmasselotte
Rlt303
Rlt 007
Liaison Pivot
LP
Bague 204
Rlt 006
Liaison Pivot
LPA
xe D
1
Axe
D2
203304
Graphe d’un niveau 1 :
Formalisation des liaisons complexes, identifications de certaines pièces participant à des solutions techniques complexes
Exemple
Produit manufacturé
simple
Approche fonctionnelle
Étude d’un sous ensemble
Étude globale
Formalisation de la structure : graphe des liaisons de niveau 2Exemple
Produit manufacturé
simple
Approche fonctionnelle
Étude d’un sous ensemble
Sous ensemble 3 rotor moteur
Sous ensemble 2 arbre
excentré équilibré
Sous ensemble 0
carter
Sous ensemble 4
stator moteur
Sous ensemble 1
support ponçage
Couple conique : axes
perpendiculairesCentres coïncidants
Jeu entrefer
rotor/stator
Non contact ventilateur/carter
Encastrement « flexible »
Mise en position
Mouvement orbitalpar axe excentriqueEt non interférence
Encastrement du stator/carter
LE
MIP MAPmasselotte
Rlt303
Rlt 007
Liaison Pivot
LP
Bague 204
Rlt 006
Liaison Pivot
LP
Axe
D1
Axe
D2
203304
Carter
001
002
LE400
300
Jeu entrefer
101
102
LE
LE
103
LE
LE104
007
LE
LE
201
005
LE
202LE
LE005 LP
203 LG
AP
LE
LPG
304
Axes perpendiculairesCentres coincidants
301
LE
302
LPGLE
LPG
LE
LE
LPG
LE
Non contact
LEPosition : perpendiculaire
Orientation masselotte
GS
1
GS2204
006
303
007
AP
LG
LE
225
LE
305
LELLA
APo
Axe Excentré
Noncontact
Formalisation des liaisons entre toutes les pièces, regroupement par sous ensembles fonctionnels
Formalisations des contraintes fonctionnelles
Étude globale
Graphe élaboré à partir de l’analyse de l’avant projet de définition détaillée
Traitement des relations contraintes – surfaces fonctionnelles
Ca
rter
001
002
LE400
300
Jeu entrefer
101
102
LE
LE
103
LE
LE104
007
LE
LE
201
005
LE
202LE
LE005 LP
203 LG
AP
LE
LPG
304
Axes perpendiculairesCentres coincidants
301
LE
302
LPGLE
LPG
LE
LE
LPG
LE
Non contact
LEPosition : perpendiculaire
Orientation masselotte
GS
1
GS2204
006
303
007
AP
LG
LE
225
LE
305
LELLA
APo
Axe Excentré
Noncontact
Exemple
Produit manufacturé
simple
Approche fonctionnelle
Étude d’un sous ensemble
Étude globale
Chaque contrainte fonctionnelle induit une boucle fermée de contraintes (dimensions ou spécification) passant par des surfaces associées à des pièces…
Traitement général de chaque boucleExemple
Produit manufacturé
simple
Approche fonctionnelle
Étude d’un sous ensemble
Étude globale
Carter
001
002
LE400
300
Jeu entrefer
101
102
LE
LE
103
LE
LE104
007
LE
LE
201
005
LE
202LE
LE005 LP
203 LG
LE
LPG
304
Centres coincidants
301
LE
302
LPGLE
LPG
LE
LE
LPG
LE
Non contact
Position : perpendiculaire
Orientation masselotte
GS
1
GS2204
006
303
007
AP
LG
LE
225
LE
305
LELLA
APo
APo
Axe Excentré
Non contact
LE
Méthode « analytique » lourde, délicate à mettre en œuvre « à la main ». A limiter à des situations particulières
Le traitement systématique de chaque condition est lourd et implique la recherche de « filtres » permettant de le limiter aux contraintes « critiques ».
Le diaporama joint, traitant d’une éolienne, présente cette méthode générale
007
201 202LE
LE005 LP
203 LG
Axes perpendiculairesCentres coincidants Orientation
masselotte
GS2204
006
225
LELLA
Axe Excentré
NoncontactLE
Circlips
Roue conique
Masselotte
Axe excentré
Bague élastomère Bague
autolubrifianteRoulement
d’excentrique
Roulement
007
201
202
LE
LR
005
LP
203
LG
LLA
Orientation masselotte
GS2
204
006
LLAAxeexcentré
Apo
Non contact
Étude d’un sous ensemble : approche limitée mais structurée
Jeu
Jeu
min
i Excentration 0.5
Axes perpendiculaires 90.0°
Sommets coincidants
Linéaire
annulaire LLA
Liaison rotule LR
Liaison glissière
LG
Liaison linéaire
annulaire avec jeu LLA
Butée axiale APo
Exemple
Produit manufacturé
simple
Approche fonctionnelle
Étude d’un sous
ensemble
Étude globale
On restreint l’étude à un sous ensemble et on se propose d’étudier la cotation d’une pièce identifiée du sous ensemble
Méthode d’analyse d’une pièce dans son sous ensemble
007
201
202
LE
LR
005
LP
203
LG
LLA
Orientation masselotte
GS2
204
006
LLA
Axeexcentré
Apo
Non contact
Compenser les effets dynamiques
Lier arbre et roue conique
Mettre en mouvement
l’abrasif
Guider l’arbre en rotation
Composants parents
Composants enfants
Composant étudié
Exemple
Produit manufacturé
simple
Approche fonctionnelle
Étude d’un sous
ensemble
Étude globale
Pour la pièce étudiée, on identifie les composants parents (ceux qui permettent à la pièce « d’exister ») et les composants enfants (ceux qui dépendent de la pièce étudiée)
Le bilan des conditions fonctionnelles traitées et des liaisons reliant les pièces permet d’éviter des oublis et de vérifier la cohérence du schéma partiel par rapport à une approche globale
Graphe des contacts du sous ensemble arbre excentriqueGraphe de
contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Une approche méthodologique de la spécification géométrique des produits
Méthodologie
Identification des surfaces de l’axe à excentrique 201
Une approche méthodologique de la spécification géométrique des produits
Graphe de contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Méthodologie
Principe d’analyse des antériorités
Une approche méthodologique de la spécification géométrique des produits
Graphe de contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Méthodologie
Fonction technique
Surfaces ou groupement de surfaces fonctionnelles
Caractéristiques
Contraintes géométriques d’antériorité
Primaires
Secondaires
Tertiaires
Intrinsèques
De contact
B : Portée cylindrique, ajustement
serré
A : Portée cylindrique, ajustement
glissant
PL : Plan théorique d’arrêt (montage presse)
S4 : jeu de sortie d’arbre J1
Guidage long : rotule, linéaire annulaire
Position d’arrêt du rlt / arbre
Condition de portée mini de la bague
GC1 : Groupement de surfaces cylindriques
Pas d’antériorité :pas de liaison de GC1
avec des surfaces « mères »
Orientation et mise en position / GC1
Mise en position du plan / centrage long GC1
Perpendiculaire / GC1
Parallèle et distant / PL
Perpendiculaire / GC1
Caractéristiques des cylindres A et B
Diamètres, ajustements
État de surface, rugosité
Pas de contraintes particulières
Pas de contraintes particulières
Feuille d’analyse des antériorités : relations entre fonctions, surfaces et
spécifications
Une approche méthodologique de la spécification géométrique des produits
Graphe de contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Méthodologie
Analyse des antériorités vers les composants parents de l’axe 201
Liaison aux parents
(MIP du composant étudié)
Une approche méthodologique de la spécification géométrique des produits
Graphe de contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Méthodologie
Analyse des antériorités vers les composants enfants de l’axe 201
Liaison aux enfants
(MIP/MAP du composant enfant - 0203)
Graphe de contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Méthodologie
Ordre de spécification : recherche d’une hiérarchisation de
spécificationGraphe de
contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Une approche méthodologique de la spécification géométrique des produits
Report des informations de lien de parenté
Méthodologie
Ordre de spécification : matrice d’antériorités et ordre de cotationGraphe de
contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Une approche méthodologique de la spécification géométrique des produits
Recherche itérative des degrés de parenté entre les surfaces traitées de l’axe 201
Méthodologie
Spécification de l’axe 201 : surfaces GC1Graphe de
contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Une approche méthodologique de la spécification géométrique des produits
Méthodologie
Pas d’antériorités
Spécification : surfaces CC9, GC2, SC6 et SC2Graphe de
contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Une approche méthodologique de la spécification géométrique des produits
Méthodologie
Graphe de contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Une approche méthodologique de la spécification géométrique des produits
MéthodologieSpécifications générales de l’axe
Besoin d’un « filtrage »Graphe de
contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Une approche méthodologique de la spécification géométrique des produits
Méthodologie
Le filtrage d’une cotation est l’opération consistant à décider de ne pas tout coter… pour gagner du temps ou ne pas imposer des contraintes trop fortes aux réalisateurs…
Cette exigence dépend du mode de travail de l’entreprise.
• Dans une entreprise intégrée, la cotation systématique n’est plus indispensable à condition que :
• la chaîne informatique globale, imposant aux réalisateur le travail sur maquette numérique (sous ensemble fonctionnel et pièces fabriquées associées) soit une réalité;
• les capabilités des procédés, des processus et des moyens de réalisation (formalisée ou connue par expérience) soient maîtrisés.
• Dans une entreprise sous traitant ses pièces sans relations particulières entre donneur d’ordre et société sous traitante, le plan conserve sa double finalité (technique et juridique) et la cotation se doit d’être complète.
Principes et niveaux d’un « filtrage »Graphe de
contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Une approche méthodologique de la spécification géométrique des produits
Méthodologie
Le filtrage d’une cotation s’effectue à deux niveaux, celui de la cotation et celui du tolérancement :
• Cotation indiquée ou non : dépend de sa précision et du niveau de fiabilité que les réalisateurs peuvent récupérer sur le « plan ». Par exemple, à partir d’une maquette numérique, toute la géométrie nominale est parfaitement définie et récupérable… d’où le concept de cotation critique, ne faisant apparaître que les cotes particulières, qui méritent un traitement spécifique en lien avec les fonctionnalités du système.
• Tolérancement général implicite : utilisant une norme globale de type ISO 2768 mk, évitant de tolérancer des formes et dimensions non critiques mais exigeant une définition géométrique de toute la pièce (par cotation nominale ou renvoi vers une maquette numérique)
Filtrer le schéma de spécificationGraphe de
contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Une approche méthodologique de la spécification géométrique des produits
Méthodologie
Détermination des intervalles de toléranceGraphe de
contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Plusieurs approches à utiliser en parallèle:
• Retour à des traitements bidimensionnels, « à la main » ou par assistance informatique
• Simulation de comportements géométriques 3D à l’aide d’outils informatiques.
Approches
Aspect 2D
Simulation
Une approche méthodologique de la spécification géométrique des produits
Méthodologie
Détermination des intervalles de toléranceAspect bidimensionnelGraphe de
contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Identification de la boucle dans le graphe de contact
Chaîne vectorielle associée
Approches
Aspect 2D
Simulation
Une approche méthodologique de la spécification géométrique des produits
Méthodologie
Détermination des intervalles de toléranceAspect géométrique 3DGraphe de
contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Chaîne de spécifications associées à une condition
Approches
Aspect 3D
Simulation
Une approche méthodologique de la spécification géométrique des produits
Méthodologie
Identification de la boucle dans le graphe de contact
Orientation imposée : parallèlisme
Parallèlisme
Parallèlisme
Parallèlisme
Carter
C1
P1
Patin
P1
P2
Pieds
P1
P2
Orientation imposée :
parallèlisme
Parallèlisme
Parallèlisme
Parallèlisme
Parallèlisme
Parallèlisme
L’utilisation d’outils informatiques de simulation permet de quantifier l’influence d’une spécification 3D dans une boucle
Détermination des intervalles de toléranceSimulation-1Graphe de
contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Approches
Aspect 2D
Simulation
Objectif fonctionnel : limiter les efforts parasites sur le roulement ST007 (logé dans le triangle moteur) -> limiter les défauts d’orientation de l’excentrique / roulement en se rapprochant de la valeur d’angle de rotulage.
Conséquence :Quelles sont les valeurs à affecter à tf, tp et to?
Une approche méthodologique de la spécification géométrique des produits
Méthodologie
Détermination des intervalles de toléranceSimulation 2
Coller sur la maquette un schéma de liaison (issu du graphe de contact général) et les défauts associés.
Une approche méthodologique de la spécification géométrique des produits
Approches
Aspect 2D
Simulation
Graphe de contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Méthodologie
Détermination des intervalles de toléranceSimulation 3
Une approche méthodologique de la spécification géométrique des produits
Approches
Aspect 2D
Simulation
Mise en évidence des influences de chacune des liaisons sur l’objectif visé, puis de leurs contributions chiffrées.
Graphe de contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Méthodologie
Détermination des intervalles de toléranceSimulation 4
Analyse des résultats et retouches itératives -> conclusion sur les valeurs de tolérance à adopter.
Une approche méthodologique de la spécification géométrique des produits
Approches
Aspect 2D
Simulation
Graphe de contact
Identification des surfaces
Analyse des antériorités
Ordre de spécification
Spécification primaire
Filtre
Détermination des IT
Méthodologie
Une approche pédagogique de la spécification géométrique des produits
Spécification géométrique des
produits
Tolérancement Ecriture
AnalyseLecture
Cycle d’apprentissage
Apprentissage de la spécification géométrique des produits
Apprentissage
La lecture
L’analyse
L’écriture
Le tolérancement
La pièce Le dessin de détail
Gamme de contrôle
Document de décodage
Moyens de contrôle
Apprentissage de la spécification géométrique des produits
Apprentissage
La lecture
L’analyse
L’écriture
Le tolérancement
Une approche pédagogique de la spécification géométrique des produits
Une approche pédagogique de la spécification géométrique des produits
Dessin d’ensembleEventuellement
Produit
FAST
Graphe de contact
Document analyse de composant
Schémas
Apprentissage de la spécification géométrique des produits
Apprentissage
La lecture
L’analyse
L’écriture
Le tolérancement
Une approche pédagogique de la spécification géométrique des produits
FAST Graphe de contactDocument analyse
de composantSchémas Dessin de détail
ébauché
Dessin de détail spécifiéOrdre de spécification
Apprentissage de la spécification géométrique des produits
Apprentissage
La lecture
L’analyse
L’écriture
Le tolérancement
Une approche pédagogique de la spécification géométrique des produits
Apprentissage de la spécification géométrique des produits
Apprentissage
La lecture
L’analyse
L’écriture
Le tolérancement
Remerciements à :Sylvie Portas
Saskia Van der VeenMichel Balas
du lycée Godefroy de Bouillon à Clermont Ferrand
Spécification géométrique des
produits
Tolérancement Ecriture
AnalyseLecture
Cycle d’apprentissage
Dessin d’ensemble
FAST
Schémas
Dessin de détail spécifié et tolérancé
Graphe de contact
Document analyse de composant
Dessin de détail spécifiéBases de données sur les procédés
et leurs capabilités
Outils de simulation