Voici une série d’exercices corrigés sur la gamme d’usinage, qui est un document essentiel décrivant les différentes étapes nécessaires pour fabriquer une pièce mécanique. Ces exercices couvrent des situations concrètes, où vous devrez définir les étapes de production, choisir les outils appropriés, et définir les paramètres d’usinage.
Exercice 1 : Élaboration d’une gamme d’usinage pour une pièce cylindrique
Contexte :
Vous devez usiner une pièce cylindrique en acier de diamètre 50 mm et de longueur 100 mm à partir d’une ébauche de 55 mm de diamètre et 110 mm de longueur. Les tolérances sur le diamètre final sont de ±0,1 mm et sur la longueur de ±0,2 mm. La surface doit être tournée avec une finition de qualité Ra 1,6 µm.
Question :
Élaborez une gamme d’usinage pour cette pièce, en indiquant les opérations, les outils, et les paramètres d’usinage.
Correction :
Opération 1 : Dressage de face
Objectif : Obtenir une longueur de 100 mm (tolérance ±0,2 mm)
Outil : Outil à dresser
Paramètres : Vitesse de coupe 120 m/min, avance 0,2 mm/tour, profondeur de passe 2 mm
Machine : Tour
Opération 2 : Dressage de la deuxième face
Objectif : Assurer la perpendicularité et obtenir la longueur finale de 100 mm
Outil : Outil à dresser
Paramètres : Vitesse de coupe 120 m/min, avance 0,2 mm/tour, profondeur de passe 1 mm
Opération 3 : Dressage du diamètre extérieur
Objectif : Réduction du diamètre à 50 mm avec une tolérance de ±0,1 mm
Outil : Outil à charioter à plaquette carbure
Paramètres : Vitesse de coupe 140 m/min, avance 0,3 mm/tour, profondeur de passe 2 mm
Contrôle : Vérification du diamètre avec un micromètre
Opération 4 : Finition du diamètre
Objectif : Assurer une finition de qualité Ra 1,6 µm
Outil : Outil de finition à plaquette carbure
Paramètres : Vitesse de coupe 200 m/min, avance 0,1 mm/tour, profondeur de passe 0,5 mm
Opération 5 : Contrôle final
Objectif : Vérification des tolérances de longueur et de diamètre
Outils de contrôle : Micromètre (diamètre), pied à coulisse (longueur)
Schéma — Pièce cylindrique (tournage) et logique de reprise
Étapes de résolution
Identifier la référence : quelle face sert au repérage des longueurs (Face A ou B) ?
Choisir la Phase 10 : serrage initial + usinage de la référence + Ø principal (ébauche puis finition).
Décider la reprise : dès qu’une cote dépend de l’autre face/épaulement, créer Phase 20.
Placer le contrôle : Ø + L après la finition (pas au milieu de l’ébauche).
Exercice 2 : Gamme d’usinage pour une pièce prismatique avec un perçage central
Contexte :
Vous devez usiner une pièce prismatique en aluminium de dimensions 100 mm × 50 mm × 20 mm, comportant un perçage central de 20 mm de diamètre sur une profondeur de 10 mm. La pièce est brute et mesure initialement 110 mm × 55 mm × 25 mm.
Question :
Définissez les différentes opérations nécessaires pour fabriquer cette pièce, en précisant les outils et les paramètres d’usinage.
Correction :
Opération 1 : Surfaçage de la face supérieure
Objectif : Obtenir une épaisseur de 20 mm
Outil : Fraise à surfacer en carbure
Paramètres : Vitesse de coupe 300 m/min, avance 0,2 mm/dent, profondeur de passe 1 mm
Machine : Fraiseuse
Opération 2 : Dressage des quatre côtés
Objectif : Obtenir les dimensions 100 mm × 50 mm
Outil : Fraise 2 tailles
Paramètres : Vitesse de coupe 250 m/min, avance 0,15 mm/dent, profondeur de passe 1,5 mm
Contrôle : Vérification des dimensions à l’aide d’un pied à coulisse
Opération 3 : Surfaçage de la deuxième face
Objectif : Obtenir une épaisseur finale de 20 mm
Outil : Fraise à surfacer
Paramètres : Vitesse de coupe 300 m/min, avance 0,15 mm/dent, profondeur de passe 0,5 mm
Opération 4 : Perçage du trou central
Objectif : Perçage du trou de 20 mm de diamètre avec une profondeur de 10 mm
Outil : Foret carbure Ø20 mm
Paramètres : Vitesse de coupe 180 m/min, avance 0,2 mm/tour
Opération 5 : Chanfreinage des arêtes du perçage
Objectif : Chanfreiner les arêtes pour enlever les bavures
Outil : Fraise à chanfreiner Ø45°
Paramètres : Vitesse de coupe 150 m/min, avance 0,15 mm/dent
Opération 6 : Contrôle final
Objectif : Vérification des dimensions finales et du perçage
Outils de contrôle : Pied à coulisse (dimensions), jauge de profondeur (profondeur du perçage)
Schéma — Pièce prismatique (fraisage) : créer la face de référence puis positionner le perçage
Étapes de résolution
Choisir F1 : la face la plus “porteuse” (appui) devient la référence.
Créer F1 en premier (surfaçage) pour obtenir stabilité et répétabilité.
Bloquer l’orientation : prévoir la 2e référence (flanc) si une position dépend d’un côté.
Positionner le perçage : pointage → perçage → alésage/lamage si demandé.
Contrôler : position (entraxe/repère) + Ø, juste après la finition.
Exercice 3 : Gamme d’usinage pour une pièce avec filetage externe
Contexte :
Vous devez usiner une tige en acier de diamètre 20 mm et de longueur 150 mm, avec un filetage externe M20×1,5 sur une longueur de 50 mm à une extrémité.
Question :
Élaborez une gamme d’usinage pour cette pièce, en précisant les outils, les étapes et les paramètres de coupe.
Correction :
Opération 1 : Dressage de la face avant
Objectif : Obtenir une longueur de 150 mm avec une face propre
Outil : Outil à dresser
Paramètres : Vitesse de coupe 120 m/min, avance 0,2 mm/tour, profondeur de passe 2 mm
Machine : Tour
Opération 2 : Dressage du diamètre extérieur
Objectif : Assurer un diamètre constant de 20 mm sur la longueur de 150 mm
Outil : Outil de chariotage à plaquette carbure
Paramètres : Vitesse de coupe 140 m/min, avance 0,3 mm/tour, profondeur de passe 2 mm
Opération 3 : Filetage externe M20×1,5
Objectif : Réalisation du filetage sur une longueur de 50 mm
Outil : Porte-outil à fileter avec plaquette pour filetage externe
Paramètres : Vitesse de coupe 60 m/min, avance 1,5 mm/tour
Contrôle : Vérification du filetage avec une jauge de filetage
Opération 4 : Chanfreinage de l’extrémité filetée
Objectif : Chanfreiner l’extrémité du filetage pour faciliter l’assemblage
Outil : Outil à chanfreiner Ø45°
Paramètres : Vitesse de coupe 80 m/min, avance 0,2 mm/tour
Opération 5 : Contrôle final
Objectif : Vérification des dimensions et du filetage
Outils de contrôle : Pied à coulisse (dimensions générales), jauge de filetage (pour la qualité du filetage)
Schéma — Mise en position 3–2–1 et serrage : appuis, butée, maintien
Étapes de résolution
Définir la référence principale : surface qui porte la pièce (appuis plan).
Poser 3 appuis pour stabiliser (évite le basculement).
Ajouter 2 appuis latéraux pour guider (bloquer une translation + une rotation).
Placer 1 butée pour verrouiller la dernière translation.
Choisir le serrage : opposé aux appuis, sans déformer la zone à usiner.
Exercice 4 : Gamme d’usinage pour une pièce complexe avec un alésage
Contexte :
Vous devez usiner une pièce en acier avec les caractéristiques suivantes : un diamètre extérieur de 100 mm, une longueur de 80 mm, et un alésage de 50 mm de diamètre et 60 mm de profondeur centré dans la pièce.
Question :
Définissez la gamme d’usinage, en détaillant chaque étape avec les outils et paramètres nécessaires.
Correction :
Opération 1 : Dressage de la face avant
Objectif : Obtenir une surface plane et propre pour la face avant
Outil : Outil à dresser
Paramètres : Vitesse de coupe 120 m/min, avance 0,2 mm/tour, profondeur de passe 2 mm
Opération 2 : Dressage du diamètre extérieur
Objectif : Réduction du diamètre extérieur à 100 mm (tolérance ±0,1 mm)
Outil : Outil de chariotage
Paramètres : Vitesse de coupe 130 m/min, avance 0,
Opération 3 : Alésage du trou central
Objectif : Réaliser l’alésage de 50 mm de diamètre avec une profondeur de 60 mm
Outil : Alésoir carbure
Paramètres : Vitesse de coupe 100 m/min, avance 0,2 mm/tour, profondeur de passe 2 mm
Contrôle : Utilisation d’un micromètre d’intérieur pour vérifier le diamètre et la jauge de profondeur pour vérifier la profondeur.
Opération 4 : Finition de l’alésage
Objectif : Assurer une bonne qualité de surface à l’intérieur du trou avec une finition de qualité Ra 1,6 µm
Outil : Alésoir de finition
Paramètres : Vitesse de coupe 150 m/min, avance 0,1 mm/tour
Contrôle : Vérification de la surface à l’intérieur de l’alésage avec un rugosimètre pour contrôler la qualité de surface.
Opération 5 : Chanfreinage des bords de l’alésage
Objectif : Chanfreiner les bords pour enlever les bavures et faciliter l’assemblage
Outil : Fraise à chanfreiner à 45°
Paramètres : Vitesse de coupe 120 m/min, avance 0,2 mm/tour
Opération 6 : Contrôle final
Objectif : Vérification des dimensions finales du diamètre extérieur et de l’alésage ainsi que la qualité de la surface
Outils de contrôle : Micromètre d’extérieur (diamètre extérieur), micromètre d’intérieur (diamètre de l’alésage), rugosimètre (qualité de surface).
Schéma — Contrat de phase : ce qui doit apparaître pour exécuter sans ambiguïté
Étapes de résolution
Nommer la phase : opération dominante (tournage, fraisage, perçage…).
Fixer les références : sur quoi la pièce se place et comment elle se maintient.
Associer les outils : outil d’ébauche, outil de finition, foret/alésoir, etc.
Placer le contrôle : cote critique + moyen (pied à coulisse, comparateur, tampon…).
Exercice 5 : Gamme d’usinage pour une pièce prismatique avec poches et trous percés
Contexte :
Vous devez usiner une pièce prismatique en aluminium de dimensions 150 mm × 80 mm × 40 mm. La pièce comporte deux poches carrées de 40 mm de côté et 10 mm de profondeur, ainsi que quatre trous de 10 mm de diamètre disposés aux coins de la pièce.
Question :
Décrivez les étapes de la gamme d’usinage pour réaliser cette pièce, en précisant les outils, les opérations et les paramètres.
Correction :
Opération 1 : Surfaçage de la face supérieure
Objectif : Obtenir une épaisseur de 40 mm avec une surface plane
Outil : Fraise à surfacer en carbure
Paramètres : Vitesse de coupe 250 m/min, avance 0,2 mm/dent, profondeur de passe 1 mm
Machine : Fraiseuse CNC
Opération 2 : Dressage des côtés
Objectif : Réaliser les dimensions extérieures de la pièce (150 mm × 80 mm)
Outil : Fraise 2 tailles
Paramètres : Vitesse de coupe 220 m/min, avance 0,15 mm/dent, profondeur de passe 1,5 mm
Contrôle : Vérification des dimensions avec un pied à coulisse
Opération 3 : Surfaçage de la deuxième face
Objectif : Obtenir la finition plane de la deuxième face avec une épaisseur de 40 mm
Outil : Fraise à surfacer
Paramètres : Vitesse de coupe 250 m/min, avance 0,15 mm/dent, profondeur de passe 0,5 mm
Opération 4 : Usinage des poches carrées
Objectif : Réaliser les poches de 40 mm de côté et 10 mm de profondeur
Outil : Fraise deux tailles en carbure
Paramètres : Vitesse de coupe 300 m/min, avance 0,2 mm/dent, profondeur de passe 2 mm
Contrôle : Vérification des dimensions des poches avec un pied à coulisse et une jauge de profondeur
Opération 5 : Perçage des trous
Objectif : Percer les trous de 10 mm de diamètre aux coins de la pièce
Outil : Foret carbure Ø10 mm
Paramètres : Vitesse de coupe 200 m/min, avance 0,15 mm/tour
Contrôle : Vérification des diamètres des trous avec des piges de contrôle
Opération 6 : Chanfreinage des arêtes des trous
Objectif : Enlever les bavures et créer un chanfrein pour les trous
Outil : Fraise à chanfreiner Ø45°
Paramètres : Vitesse de coupe 180 m/min, avance 0,2 mm/dent
Opération 7 : Contrôle final
Objectif : Vérification des dimensions générales de la pièce, des poches et des trous
Outils de contrôle : Pied à coulisse (dimensions extérieures), jauge de profondeur (poches), piges de contrôle (trous)
Schéma — Usinage d’un trou : pointage, perçage, lamage, alésage, chanfrein et contrôle
Pourquoi cet ordre
Le pointage évite le déport, le perçage crée la matière à reprendre, l’alésage donne la précision,
le chanfrein finit et protège l’entrée du trou.
Contrôle attendu
Vérifier Ø final, profondeur du lamage si présent, et l’état de l’arête (chanfrein régulier).
Étapes de résolution
Lire la fonction du trou : simple passage, ajusté, lamé, taraudé… (ça décide les opérations).
Choisir la référence : la face qui porte la position du trou doit être usinée et stable.
Commencer par le pointage : centre fiable, surtout si la pièce est brute ou longue.
Créer le trou : perçage (ØD1) → puis finition (alésage/alésoir) si tolérance serrée.
Ajouter la forme : lamage/chanfrein en fin de phase pour éviter de l’abîmer ensuite.
Contrôler : Ø final + profondeur/forme + propreté de l’entrée (bavures).
Ces exercices permettent de se familiariser avec l’élaboration d’une gamme d’usinage pour différentes pièces mécaniques, qu’il s’agisse de pièces cylindriques, prismatiques, filetées ou percées. Ils couvrent les principales opérations telles que le dressage, le perçage, le filetage, l’alésage, ainsi que les contrôles nécessaires pour s’assurer du respect des tolérances.