P roductique M écanique U sinage L’isostatisme - Les degrés de liberté - Les différentes...

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Productique Mécanique Usinage

L’isostatismeL’isostatisme

- Les degrés de liberté- Les degrés de liberté

- Les différentes liaisons- Les différentes liaisons

LP Irénée Cros PamiersTâche principale : La mise en œuvre

Activité professionnelle : La fabrication

Un solide en liberté dans Un solide en liberté dans l’espacel’espace

Est animé d’un mouvement qui peut se décomposer en 6 mouvements élémentaires

3 translations :3 translations :

x

yz

T.x

T.y

T.z

T.xT.yT.z

3 rotations :3 rotations :

x

yzR.z

R.x

R.y

R.xR.yR.z

Ces 6 mouvements élémentaires

Degrés De Liberté (DDL)

T.x, T.y, T.z, R.x, R.y, R.z

sont appelés les :

Sur une machine-outil réglée,Sur une machine-outil réglée,

pour réaliser une série de pièces, en assurant une bonne stabilitédes cotes réalisées, il est indispensable que chaquepièce prenne une position uniquedans le porte pièce

Cote fabriquée 1

Cote fabriquée 2

On parle d’isostatisme :On parle d’isostatisme :

Égale Position

Lorsqu’une pièce est en mise en position  isostatique ,

tous ses degrés de liberté sont supprimés

Cet isostatisme est réalisé Cet isostatisme est réalisé par l’intermédiaire de par l’intermédiaire de

différentes liaisons qui différentes liaisons qui suppriment chacune un suppriment chacune un

certain nombre de certain nombre de DDegrés egrés DDe e LLiberté (DDL)iberté (DDL)

Liaison appui planLiaison appui plan

En posant ce prisme sur le plan, je limite sa liberté dans l’espace ...

Liaison appui planLiaison appui plan

x

yz

Puis-je déplacer le solide suivant T.x sans rompre le contact surfacique* avec le plan ?

* ici, plan sur plan

T.xT.yT.zR.xR.yR.z

Liaison appui planLiaison appui plan

x

yz

Puis-je déplacer le solide suivant T.x sans rompre le contact surfacique* avec le plan ?

* ici, plan sur plan

oui

T.xT.yT.zR.xR.yR.z

Liaison appui planLiaison appui plan

x

yz

Puis-je déplacer le solide suivant T.y sans rompre le contact surfacique avec le plan ?

T.xT.yT.zR.xR.yR.z

Liaison appui planLiaison appui plan

x

yz

Puis-je déplacer le solide suivant T.y sans rompre le contact surfacique avec le plan ?

T.xT.yT.zR.xR.yR.z

oui

Liaison appui planLiaison appui plan

x

yz

Puis-je déplacer le solide suivant T.z sans rompre le contact surfacique avec le plan ?

T.xT.yT.zR.xR.yR.z

Liaison appui planLiaison appui plan

x

yz

Puis-je déplacer le solide suivant T.z sans rompre le contact surfacique avec le plan ? non

T.xT.yT.zR.xR.yR.z

Liaison appui planLiaison appui plan

x

yz

Puis-je faire tourner le solide suivant R.x sans rompre le contact surfacique avec le plan ?

T.xT.yT.zR.xR.yR.z

Liaison appui planLiaison appui plan

x

yz

Puis-je faire tourner le solide suivant R.x sans rompre le contact surfacique avec le plan ?

T.xT.yT.zR.xR.yR.z

non

Liaison appui planLiaison appui plan

x

yz

Puis-je faire tourner le solide suivant R.y sans rompre le contact surfacique avec le plan ?

T.xT.yT.zR.xR.yR.z

Liaison appui planLiaison appui plan

x

yz

Puis-je faire tourner le solide suivant R.y sans rompre le contact surfacique avec le plan ?

T.xT.yT.zR.xR.yR.z

non

Liaison appui planLiaison appui plan

x

yz

Puis-je faire tourner le solide suivant R.z sans rompre le contact surfacique avec le plan ?

T.xT.yT.zR.xR.yR.z

Liaison appui planLiaison appui plan

x

yz

Puis-je faire tourner le solide suivant R.z sans rompre le contact surfacique avec le plan ?

T.xT.yT.zR.xR.yR.z

oui

Liaison appui planLiaison appui plan

x

yz T.x

T.yT.zR.xR.yR.z

L ’appui plan élimine 3 degrés de liberté :

Une translation et 2 rotations

Liaison linéaire rectiligne Liaison linéaire rectiligne

x

yz T.x

T.yT.zR.xR.yR.z

Tout en conservant la liaison appui plan, on souhaite maintenant placer le prisme en appui sur la réglette

Liaison linéaire rectiligneLiaison linéaire rectiligne

x

yz T.x

T.yT.zR.xR.yR.z

Puis-je déplacer le solide suivant T.x sans rompre le contact linéique* avec la réglette ?

* suivant une ligne

Liaison linéaire rectiligneLiaison linéaire rectiligne

x

yz T.x

T.yT.zR.xR.yR.z

Puis-je déplacer le solide suivant T.x sans rompre le contact linéique* avec la réglette ?

* suivant une lignenon

Liaison linéaire rectiligneLiaison linéaire rectiligne

x

yz T.x

T.yT.zR.xR.yR.z

Puis-je déplacer le solide suivant T.y sans rompre le contact linéique avec la réglette ?

Liaison linéaire rectiligneLiaison linéaire rectiligne

x

yz T.x

T.yT.zR.xR.yR.z

Puis-je déplacer le solide suivant T.y sans rompre le contact linéique avec la réglette ?

oui

Liaison linéaire rectiligneLiaison linéaire rectiligne

x

yz T.x

T.yT.zR.xR.yR.z

Puis-je déplacer le solide suivant R.z sans rompre le contact linéique avec la réglette ?

Liaison linéaire rectiligneLiaison linéaire rectiligne

x

yz T.x

T.yT.zR.xR.yR.z

Puis-je déplacer le solide suivant R.z sans rompre le contact linéique avec la réglette ? non

Liaison linéaire rectiligneLiaison linéaire rectiligne

x

yz T.x

T.yT.zR.xR.yR.z

La liaison linéaire rectiligne élimine 2 degrés de liberté :

Une translation et Une rotation

Liaison ponctuelleLiaison ponctuelle

x

yz T.x

T.yT.zR.xR.yR.z

Pour éliminer le dernier degré de liberté, j’impose le contact ponctuel du prisme avec le pion (tout en conservant les deux autres liaisons) . Puis-je déplacer le solide suivant T.y sans rompre le contact avec le pion ?

Liaison ponctuelleLiaison ponctuelle

x

yz T.x

T.yT.zR.xR.yR.z

Pour éliminer le dernier degré de liberté, j’impose le contact ponctuel du prisme avec le pion (tout en conservant les deux autres liaisons) . Puis-je déplacer le solide suivant T.y sans rompre le contact avec le pion ?

non

Liaison ponctuelleLiaison ponctuelle

x

yz T.x

T.yT.zR.xR.yR.z

z

La liaison ponctuelle élimine 1 degré de liberté :

Une translation

Bilan sur l’isostatisme des Bilan sur l’isostatisme des pièces prismatiquespièces prismatiques

x

yz T.x

T.yT.zR.xR.yR.z

Ainsi, en respectant ces 3 liaisons, on peut reproduire à tout instant cette mise en position du prisme dans l’espace.

Maintien en positionMaintien en position

x

yz T.x

T.yT.zR.xR.yR.z

Bien sûr, pour pouvoir usiner le prisme ainsi positionné, il est indispensable de prévoir un serrage qui l’immobilisera sur ses appuis . On parle de

Effort deserrage

MAINTIEN EN POSITION (MAP)

Liaison linéaire annulaireLiaison linéaire annulaireOn place maintenant le cylindre ci-dessous sur le Vé court

On considère qu ’il tient en équilibre sur 2 points

12

Liaison linéaire annulaireLiaison linéaire annulaire

12

x

yz

Peut-on déplacer le cylindre suivant T.x sans perdre le contact avec les 2 points ?

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

Liaison linéaire annulaireLiaison linéaire annulaire

12

x

yz

Peut-on déplacer le cylindre suivant T.x sans perdre le contact avec les 2 points ?

OUI

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

Liaison linéaire annulaireLiaison linéaire annulaire

12

x

yz

Peut-on déplacer le cylindre suivant T.y sans perdre le contact avec les 2 points ?

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

Liaison linéaire annulaireLiaison linéaire annulaire

12

x

yz

Peut-on déplacer le cylindre suivant T.y sans perdre le contact avec les 2 points ?

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

NON

Liaison linéaire annulaireLiaison linéaire annulaire

12

x

yz

Peut-on déplacer le cylindre suivant T.z sans perdre le contact avec les 2 points ?

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

Liaison linéaire annulaireLiaison linéaire annulaire

12

x

yz

Peut-on déplacer le cylindre suivant T.z sans perdre le contact avec les 2 points ?

NON

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

Liaison linéaire annulaireLiaison linéaire annulaire

12

x

yz

Peut-on déplacer le cylindre suivant R.x sans perdre le contact avec les 2 points ?

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

Liaison linéaire annulaireLiaison linéaire annulaire

12

x

yz

Peut-on déplacer le cylindre suivant R.x sans perdre le contact avec les 2 points ?

OUI

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

Liaison linéaire annulaireLiaison linéaire annulaire

12

x

yz

Peut-on faire tourner le cylindre (un peu) suivant R.y sans perdre le contact avec les 2 points ?

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

Liaison linéaire annulaireLiaison linéaire annulaire

12

x

yz

Peut-on faire tourner le cylindre (un peu) suivant R.y sans perdre le contact avec les 2 points ?

OUI

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

Liaison linéaire annulaireLiaison linéaire annulaire

12

x

yz

Peut-on déplacer le cylindre (un peu) suivant R.z sans perdre le contact avec les 2 points ?

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

Liaison linéaire annulaireLiaison linéaire annulaire

12

x

yz

Peut-on déplacer le cylindre (un peu) suivant R.z sans perdre le contact avec les 2 points ?

OUI

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

Liaison linéaire annulaireLiaison linéaire annulaire

12

x

yz

La liaison linéaire annulaire supprime 2 degrés de liberté :

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

- Deux translations

Liaison linéaire annulaireLiaison linéaire annulaire

Cette liaison correspond aussi à la liaison d’un arbre dans un alésage court

2 4

Liaison pivot glissantLiaison pivot glissant

Ce cylindre long est placé sur un Vé long (ou 2 Vé courts)

1 3

On considère qu ’il repose sur 4 points

x

yz

Liaison pivot glissantLiaison pivot glissant

Peut-on déplacer le cylindre suivant T.x sans perdre le contact avec les 4 points ?

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

2 41 3

x

yz

Liaison pivot glissantLiaison pivot glissant

Peut-on déplacer le cylindre suivant T.x sans perdre le contact avec les 4 points ?

OUI

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

2 41 3

x

yz

Liaison pivot glissantLiaison pivot glissant

Peut-on déplacer le cylindre suivant T.y sans perdre le contact avec les 4 points ?

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

2 41 3

x

yz

Liaison pivot glissantLiaison pivot glissant

Peut-on déplacer le cylindre suivant T.y sans perdre le contact avec les 4 points ?

NON

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

2 41 3

x

yz

Liaison pivot glissantLiaison pivot glissant

Peut-on déplacer le cylindre suivant T.z sans perdre le contact avec les 4 points ?

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

2 41 3

x

yz

Liaison pivot glissantLiaison pivot glissantPeut-on faire tourner le cylindre suivant R.x sans perdre le contact avec les 4 points ?

NON

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

2 41 3

x

yz

Liaison pivot glissantLiaison pivot glissantPeut-on faire tourner le cylindre suivant R.y sans perdre le contact avec les 4 points ?

OUI NON

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

2 41 3

x

yz

Liaison pivot glissantLiaison pivot glissantPeut-on faire tourner le cylindre suivant R.y sans perdre le contact avec les 4 points ?

NON

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

2 41 3

x

yz

Liaison pivot glissantLiaison pivot glissantPeut-on faire tourner le cylindre suivant R.z sans perdre le contact avec les 4 points ?

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

2 41 3

x

yz

Liaison pivot glissantLiaison pivot glissantPeut-on faire tourner le cylindre suivant R.z sans perdre le contact avec les 4 points ?

NON

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

2 41 3

x

yz

Liaison pivot glissantLiaison pivot glissant

T.x T.y T.z

R.x R.y R.z

2 41 3

x

yz

La liaison pivot glissant supprime 4 degrés de liberté :

- 2 translations- 2 rotations

Liaison pivot glissantLiaison pivot glissant

Cette liaison correspond aussi à la liaison d’un arbre dans un alésage long.

Isostatisme des pièces de Isostatisme des pièces de révolutionrévolution

La pièce ci-contre est positionnée comme sur le dessin.

Sur la surface 1, la pièce est en liaison :

- Appui plan

- Linéaire rectiligne

- Ponctuelle

- Linéaire annulaire

- Pivot glissant

1

Isostatisme des pièces de Isostatisme des pièces de révolutionrévolution

La pièce ci-contre est positionnée comme sur le dessin.

Sur la surface 1, la pièce est en liaison :

- Appui plan

- Linéaire rectiligne

- Ponctuelle

- Linéaire annulaire

- Pivot glissant

1

Isostatisme des pièces de Isostatisme des pièces de révolutionrévolution

Sur la surface 2, la pièce est en liaison :

- Appui plan

- Linéaire rectiligne

- Ponctuelle

- Linéaire annulaire

- Pivot glissant

12

Isostatisme des pièces de Isostatisme des pièces de révolutionrévolution

Sur la surface 2, la pièce est en liaison :

- Appui plan

- Linéaire rectiligne

- Ponctuelle

- Linéaire annulaire

- Pivot glissant

12

Isostatisme des pièces de Isostatisme des pièces de révolutionrévolution

Dans le système d’axes proposé, quel est le seul degré de liberté qui n’est pas éliminé ?

- T.x

- T.y

- T.z

- R.x

- R.y

12

- R.z

x

y

z

Isostatisme des pièces de Isostatisme des pièces de révolutionrévolution

Dans le système d’axes proposé, quel est le seul degré de liberté qui n’est pas éliminé ?

- T.x

- T.y

- T.z

- R.x

- R.y

12

- R.z

x

y

z

Isostatisme des pièces de Isostatisme des pièces de révolutionrévolution

En effet, l’élimination de 5 degrés de liberté est suffisante pour positionner une pièce de révolution : il n ’est pas possible de distinguer une position angulaire particulière de la pièce autour de son axe de révolution

Avant rotation

Après rotation ?

Isostatisme des pièces de Isostatisme des pièces de révolutionrévolution

Quelle liaison faut-il ajouter à ce cylindre pour compléter sa mise en position ?

- Appui plan

- Linéaire rectiligne

- Ponctuelle

- Linéaire annulaire

- Pivot glissant

Isostatisme des pièces de Isostatisme des pièces de révolutionrévolution

Quelle liaison faut-il ajouter à ce cylindre pour compléter sa mise en position ?

- Appui plan

- Linéaire rectiligne

- Ponctuelle

- Linéaire annulaire

- Pivot glissant

Isostatisme des pièces de Isostatisme des pièces de révolutionrévolution

Là encore, la mise en position du cylindre est considérée comme complète avec seulement 5 degrés de liberté éliminés.

RAPPEL

Un système d ’axe

3 Translations Tx Ty Tz

3 Rotations Rx Ry Rz

X

Y

Z

Translation

Tra

nsla

tion

Rotation

Rotation

Rotation

PRINCIPE DE MISE EN POSITION

Pour générer une surface :Il faut : Une liaison avec une autre surface Comment : Par une cote

Quel type de surface :

Plane

Brut

Petite

Grande

Pour obtenir

une cote fabriquée il faut : Un outil

Une butée

40 0.2+-

COMMENT FAIRE UNE MISE EN POSITION1 Faire un repérage des surfaces usinées

3 Faire un repérage des surfaces de liaison

2 Faire un repérage des cotes

Il faut procédé à une analyse impérativement

(40)

(50)(30)

1

2

3

4

5

6

18 0.2+-

15 0.05

+-

Pièce prismatique

Surface à usiner

Pour usiner, je suis en relationavec les surfaces :

Spécification dimensionnelle(cote de liaison à la surface usinée)

Intervalle de tolérance

Spécification géométrique

Nombre d'appui possible :(normales) 3 2 1

Stabilité de l'appui ?(bonne ou mauvaise)

Opposition aux efforts de coupe ?(oui ou non)

Surface accessible ?(pour mettre les appuis)

Cote directe ? ou indirecte ?

Type de surfaces(plane, cylindrique, autres)

Nature des surfaces(brute ou usinée)

1

1 4 17

0.2

+ -

18

0.4

3

O

B

O

D

P

B

2

2 5

15

0.1

3

B

O

O

P

B

3

3 6

17

0.4

3

B

O

O

P

B

CHOIX DECISIONNEL

IT de S5 S2 est le plus précisIT de S1 S4 et S3 S6 est identiqueLa surface S6 > S4

= 9Il faut faire une répartition

D D

COMMENT FAIRE UNE MISE EN POSITIONPièce cylindrique1 Faire un repérage des surfaces usinées

1

2

20

Ø20

2 Faire un repérage des cotes

3 Faire un repérage des surfaces de liaison 4

5

10 0.05+-

Il faut procédé à une analyse impérativement

Surface à usiner

Pour usiner, je suis en relationavec les surfaces ou l'axe:

Spécification dimensionnelle(cote de liaison à la surface usinée)

Intervalle de tolérance

Spécification géométrique

Nombre d'appui possible :(normales) 4 3 2 1

Stabilité de l'appui ?(bonne ou mauvaise)

Opposition aux efforts de coupe ?(oui ou non)

Surface accessible ?(pour mettre les appuis)

Cote directe ? ou indirecte ?

Type de surfaces(plane, cylindrique, autres)

Nature des surfaces(brute ou usinée)

Longueur usiné > à 1.5 fois le diamètrede prise de mors

B

N

N

O

C

U

Ø40

0

.2+ -

0.4

1

1 5

4

2

2 4

1040

0.1

3

B

O

N

O

P

U

CHOIX DECISIONNEL

= 7Il faut faire une répartition

DD

Fin de l’apprentissageFin de l’apprentissage