Brevet FR2412116A1 — publié le 19790713

L'invention concerne l'6valuation des temps d'usinage de pièces par enlèvement de matière, notamment par tournage, fraisage, perçage ou alésage. On connait dé la méthode empirique ou estimative, la mdthode analogique, et la méthode d'analyse détaillée, mais elles prdsentent toutes des inconvénients. La méthode empirique ou estimative fait appel à l'expérience de la personne qui la pratique; elle lui permet d'obtenir une valeur approchée du temps d'usinage, mais laisse un doute quant sa précision. La méthode ne s' appuie pas sur des bases tangibles et peut aboutir è des écarts importants par rapport b ceux obtenus par la méthode analytique. Elle n'est pas communicative et ne peut s'employer que dans le cadre d'une entreprise. La méthode analogique s'appuie sur des rdalisations antérieu- res, enregistrées et compares à des cas de pièces morphologiquement semblables, en tenant compte de la nature du matriau, du poids de la pièce et du degrd de précision demandé. Cette mdthode ne peut être employée que dans le cas de chiffrage par familles de pièces de morphologie semblable. Enfin, la méthode d'analyse détaille se décompose en trois phases principales, è savoir : d'abord lecture du plan et défi- nition des conditions de coupe, puis définition du processus opératoire, et enfin laboration du document de chiffrage. EL ce qui concerne la première phase, on retiendra que le plan doit autre lu avec beaucoup d'attention, surtout lorsque les pièces ont des formes complexes, La deuxième phase ncessite une analyse minutieuse très poussée de toutes les opérations élémen- taires d'usinage, même celles qui ne produisent, en fait, pas de copeaux. Enfin, ltélaboration du document de chiffrage qui fait l'objet-de la troisième phase constitue ce qu'on appelle couramment la gamme d'usinage; elle comprend la procédure d'usinage, les conditions de coupe, le calcul des temps de coupe proprement dits et des temps de mouvements dits temps main. Le chiffrage des temps de coupe est effectue i partir de règles à calculs, d'abaques ou de tableaux, tandis que le chiffrage des temps main est effectue è partir de standards ou de barêmes de temps élémentaires.Cette méthode présente l'inconvénient d'être très longue en raison de l'approfondissement de la lecture da plan, de la nécessité de définir le processus opératoire, de la recherche des valeurs des temps main pour chaque opérations et du grand nombre de chiffres è manipuler. Le but de l'invention est de présenter une méthode qui permette, à partir du plan dtune pièce, de calculer globalement et rapidement un temps d'usinage, sans faire appel i l'ezp6rien ce d'un préparateur comme dans la méthode empirique, sans tenir compte d'analogies comme dans la méthode analogique, et enfin, sans établir un processus d'usinage et sans ddtailler les opérations élémentaires comme dans la méthode analytique. A cet effet, le procédé suivant l'invention, pour l'valua- tion des temps d'usinage d'un genre donnd d'une pièce, sur machine outils travaillant par enlèvement de matière, est caractdrisé en ce qu'il consiste b faire la somme de deux temps, d savoir : un premier temps d'usinage dit "temps technologique Tt" qui est le temps de coupe proprement dit des passes substantielles d'usinage augmenté des temps de prendre passe, et un deuxième temps dit "temps de mouvement Tm", le temps technologique se calculant par des moyens classiques, tandis que le temps de mouvements, qui est une notion nouvelle, résul- te lui-même de la prise en considération de trois paramètres P, g, c , ces trois paramètres étant repésentatifs, respectivement, du poids de la pièce, de la qualité d'usinage de la pièce, et d'une valeur dite "degré de complexité". Le procédé suivant l'invention stapplique notamment aux travaux par enlèvement de copeaux, tels que tournage, fraisage, perçage, ou alésage, mais il convient également pour tous les autres travaux faisant intervenir l'enlèvement de matière. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le paramètre p peut prendre ltune de quelques valeurs prédéterminées (par exemple au nombre de trois) correspondant, respectivement, b quelques tranches de poids de pièces. Suivant une autre caractdristique de l'intention, le paramètre g prend une valeur (par exemple ae 6 è 10) qui correspond à une interprétatio prédéterminée du nombre et des degrés de précision des tolérances d'usinage de la pièce considérée (par exemple la précision de la tolérance utilisée dans au moins 30%, des cotes du genre de travail d'usinage en cause sur la pièce). Suivant une autre caractéristique de l'invention, le paramèw tre c exprime le total des nombres d'interventions d'outils sur la pièce pour l'exécution des passes prises en considdra- tion dans le temps technologique, augmenté des nombres d'inter- ventions d'outils sur la pièce pour l'exécution de toutes opé rations supplémentaires du même genre, telles que gorges, chan- freins, arrondis, filetage par exemple. On conçoit facilement que cette nouvelle méthode répond très exactement au but tel qu'exposé plus haut; notamment la réalisation d'un calcul global très rapide. Cela est d surtout au fait t - que le poids de la pièce n'intervient qu'une seule fois dans le calcul sous la forme d'un équivalent de temps global, au lien d'intervenir chaque fois qu'vil y a manutention, comme dans les autres méthodes analytiques, - que le degré de précision de l'usinage n'intervient égale- ment qu'une seule fois dans le calcul également sous la forme d'un équivalent de temps global, au lieu d'intervenir au niveau de chaque opération comme dans les autres méthodes. - que la complexité de la pièce est prise en considération également globalement par un simple comptage du nombre des élé- mentis qui constituent cette complexité, sous la forme d'un cotes ficient, sans nécessiter aucune évaluation individuelle des temps de coupe et de mouvements nécessités pour l'usinage de ces éléments qui confèrent à la pièce sa complexité. Malgré sa grande facilité d'application, la méthode fournit un résultat aveo une précision de l'ordre de + 12% dans 90% des cas. Les écarts ne peuvent porter que sur le calcul des temps de mouvements (autres que ceux de prendre passe) qui découlent des trois paramètres p, a, c Les temps de mise en route ou d'équipement de la machine peuvent être calculés séparément, en tenant compte d'un paramé- tre supplémentaire "#" qui est le nombre de pièces d'une série à usiner. D'autre part, les temps de montage, démontage, retournement de la pièce, et les temps de manoeuvre d'un appareil de levage éventuellement utilisé sont automatiquement pris en charge dans le paramètre p de la tranche de poids à laquelle appartient la pièce, Le paramètre g qui matérialise la qualité d'usinage tient compte aussi, automatiquement, de tous les suppléments de temps qu'impliquent une précision d'usinage accrue, tels que, par exemple, les temps de contrôle des cotes et d'utilisation d'appareils de mesure. Le temps technologique, ctest-à-dire le temps de coupe proprement dit des passes substantielles d'usinage augmenté des temps de prendre passe peut etre calculé par les formules mathématiques classiques complétées par des valeurs fixes et par des valeurs variables pour tenir compte des temps de prendre passe relatifs à la longueur usinée considérée. Le calcul des temps de mouvements autres que ceux de prendre passe Ee traduit par un seul nombre qui est fonction des trois paramètres p, q, c relatifs au poids, à la qualité d'usinage et à la complexité de la pièce respectivement, de la manière exposée plus-haut. Le temps total unitaire d'usinage recherché est la somme du temps technologique augmenté du temps de mouvements. T=Tt + Tm. La nouvelle méthode proposée présente de sérieux avantages par rapport aux trois types de méthodes précitées. Comparée à la méthode empirique, elle est plus prdcise et aussi plus homogène. Elle s'appuie sur des bases qui découlent de dossiers de temps groupés et présente l'avantage de pouvoir être exploitée sans formation particulière. Elle évite des jugements de valeur différents d'un individu 'a l'autre ce qui provoque parfois des différences de temps entre deux chiffreurs. Comparée à la méthode analogique, la nouvelle méthode est plus universelle. Elle peut également servir de base de chiffrage au Bureau d'études pour faire des choix entre des pièces de même fonction mais de morphologies différentes. Comparée b la méthode d'analyse détaillée, la nouvelle mdtho- de est, bien entendu, moins précise parce/moins détaillée dans l'analyse des temps élémentaires. Par contre, elle est nettement plus rapide, du fait de la simplicité des calculs des temps de mouvementa. La durée du chiffrage est réduite du fait que : - la lecture du plan est moins approfondie. - le processus opératoire n'a-pas à être défini. - Il n'y a pas à faire de recherche des valeurs de temps main. - il n'y a pas à faire d'écriture du document de chiffrage. La méthode peut être commodément mise en oeuvre, soit au moyen d'une règle à calculs spécialement établie A cet effet d'après les dossiers de temps obtenus par de nombreuses statistiques, soit au moyen d'un programme spécial exploitable sur un micro-ordinateur programmable. La règle è calculs, ainsi que-le programme ainsi établis, font également partie de la présente invention. Ils sont établis chacun pour une famille de machines, notamment : les tours, les fraiseuses, les perceuses, les aléseuses. L'invention sera mieux comprise k la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui montrent à titre d'exemple, une règle à calculs suivant l'invention pour la détermination des temps d'usinage de pièces par des opérations de tournage-et un exemple d'application à l'usinage d'une pièce déterminée. Sur ces dessins La fig. 1 représente l'ensemble de la règle è calculs observée du côté de son recto. La fig. 2 montre le verso de la règle à calculs. La fig. 3 est une vue en élévation d'une pièce à usiner. La fig. 4 est une vue en bout correspondante de la mtme pièce. La fig. 5 est une coupe faite suivant la ligne V-V de la fig. 4. La fig. 6 illustre la mise en oeuvre de la méthode suivant l'invention au moyen d'un programme sur cassette et d'un microordinateur programmable. La fig. 7 est une vue partielle, en position de mesure, du recto de la règle à calculs. La règle à calculs de temps d'usinage, spécialement de temps de tournage, représentée sur les figs. 1 et 2 se compose d'un corps 1 et d'un tiroir 2 qui peut coulisser l'intérieur du corps 1. Le recto 3 du corps de la règle présente une feaêtre supérieure 4 dans laquelle apparaissent des colonnes de chiffres 5 portés par le recto 6 du tiroir 2. Ces colonnes indiquent des vitesses de rotation de la pièce d usiner en tours par minute et chacune d'elles porte, en tête, l'indication 7 d'une valeur de diamètre d'usinage en mm. Le long du bord vertical gauche de la fenêtre 4 se trouve un tableau de vitesses de coupe 11 en m/mn et, le long du bord vertical droit de cette même fenêtre, un tableau de valeurs d'avance 12 en mm par tour de piece. Les lignes de ces deux tableaux correspondent aux lignes 5 du tiroir 2, La partie inférieure du recto 3'du corps 1 de la règle présente une autre fenêtre 15 dans laquelle apparaissent des colonnes de chiffres 16 portées aussi par le recto 6 du tiroir 2. Ces colonnes indiquent des temps de mouvements en centièmes d'heure et chacune d'elles porte, en texte, l'indication 17 d'une valeur de "degré de complexité".Sur le recto du corps 1 de la règle, le long du bord vertical gauche de la fenêtre 15, se trouvent trois cases identiques divisées chacune en trois parties égales dans lesquelles sont portées les indications Immédiatement à la gauche de ces trois cases, se trouvent trois cases de mêmes dimensions portant les indications "0-6". "6-20" et "Palan", correspondant respectivement aux trois catégories de poids susceptibles d'entre prises en considération, comme indiqué plus haut et rappelé par le symbole "p" placé au dessus de ces trois dernières cases. Le verso 31 du corps 1 de la règle ne présente qu'une seule fenêtre 32 dans laquelle apparaissent des colonnes de chiffres 33 portées par le verso 34 du tiroir 2. Ces colonnes indiquent des 'temps de mouvementst eu centièmes-d'heure. Le long du bord gauche de cette fenêtre, le verso 31 du corps de la règle porte un tableau 36 de valeurs de longueurs d'usinage en mm. On va donner un exemple d'utilisation de cette règle d calculs appliqué aux opérations de tournage de la pièce représentée aux figs. 3 d 5. La surface cylindrique de diamètre 120 mm ne comporte pas d'indication de tolérance d'usinage, on va supposer qu'elle reste brute. Le travail substantiel de tournage consiste donc k obtenir la partie de la pièce de diamètre 70 mm è partir du diamètre 120, abstraction faite, pour le moisent, de la toléran- ce usinage "g6" . On commence par se fixer une vitesse de coupe, par esemple 125 m/mn, une avance par tour de pièce, par exemple 0,32 mm/t; et le nombre de passes qui permettent de passer du diamètre de 120 au diamètre de 70, par exemple cinq passes. On procède ensuite à la manipulation de la règle à calculs On fait coulisser le curseur jusqu'à ce que, dans la fenêtre supérieure du recto du corps de la règle, on puisse lire la valeur du diamètre moyen de tournage, soit 100 me environ; en face de la valeur de vitesse de coupe 125 lue sur le corps de la règle, on lit sur la réglette la valeur de la vitesse de rotation de la pièce en tours par minuteS soit -400 t/mn; on déplace le curseur de manière à amener la même valeur de vitesse se de rotation lue sur le curseur, en regard de la valeur de l'avance 0,32 lue sur le tableau du corps de la règle (position fig. 1); sans toucher au curseur, on retourne 11 ensemble de la règle et, en regard de la longueur d'usinage lue sur le tableau du verso du corps de la règle, soit 80 mm, on lit une première rdponse, è savoir: le temps technologique par passe Tt = 1,6 en centièmes d'heure (position de la fig. 2), c'est-à- dire le temps de coupe proprement dit augmenté du temps de prendre passe; pour les cinq passes le temps total sera donc Tt = 1,6 z 5 = 8 ch. On- procède de la même façon pour le diamètre 80, soit un diamètre moyen égal b 100 ; vitesse de rotation : 400; longueur a usiner : 24 mm (20 mm + 4 mm); nombre de passes : 2. Le temps sera égal à 0,8 x 2 = 1,6 que l'on ajoute à 8 soit 9,6 ch. On calcule ensuite les temps de déplacements transversaux suivant la formule D - a soit 120 - 0 = 120. Vitesse de coupe: 125 ; Avance : 0,25 ; diamètre moyen : 60'. Temps 1,9 ch qui s'ajoutent aux 9,6 trouvés précédemment, soit au total 11,5 centièmes d'heure. On retourne la règle et, sur le tableau de la partie inf4- rieure du recto de son corps, on prend en considération le poids de la pièce qui, dans l'exemple, est de 9,8 kg, c'est dire dans la tranche des poids compris entre 6 et 20 kg, parmi les trois tranches prévues couvrant l'usinage-des pièees de n'importe quel poids, à savoir s la tranche de O è 6 kg, la tranche de 6 A 20 kg et la tranche au-dessus due 20 kg nécessi tant l'utilisation dun palan.Pour prendre en considération la qualité d'usinage, on recherche, sur le dessin de la pièce; combien il y a de cotes de diamètres a' usiner affectées d'une tolérance par rapport au nombre de cotes de diamètres à usiner non affectées d'une tolérance; dans l'exemple, il y a deux cotes de diamètres à usiner, à savoir la cote de 70 mm et la cote 80 mm; seule la cote de 80 mm est affectée d'une tolérance; il y a donc 5o de cotes affectées d'une tolérance par rapport au nombre total de cotes ; ce pourcentage atteint (et en l'occurence dépasse) la valeur de 30% qui est une valeur critique dans la présente méthode; en application de cette méthode, il convient donc de prendre, pour le coefficient de qualité "q" , la valeur de la tolérance "6" qui est celle de la cote 80g6.Dans la colonne "q" du tableau du recto du corps de la règle, on choisit donc une case " : 8" puisque la valeur retenue 6 est inférieure à 8 > et parmi les trois cases n I1 convient maintenant de prendre en considération le regard de complexité "o" de la pièce. En examinant le plan de la pièce, on compte le nombre dtinterventions d'outils sur la pièce, et on trouve : une intervention pour le tournage substantiel et une intervention pour l'exécution de l'épaulement de diamètre 80 Mm et de longueur 4 mm, ce qui fait, en tout, deux interventions. Le coefficient de complexité est donc c = 2.S'il y avait eu, en outre, un arrondi, par exemple, il aurait fallu ajouter une unité, un chanfrein une unité de plus, une gorge encore une unité; avec en plus, un arrondi, un ohanfrein et une gorge, le coefficient de complexité aurait donc été de c = 2- 1 + 1 = 5. aintenant, pour faire entrer an jeu ce coefficient, on fait coulisser le curseur de la règle de manière è faire appa rattre le coefficient de complexité c = 2 au sommet de la fenê- tre inférieure du recto du corps de la règle puis en regard de la case " > 8" sélectionnée ainsi qu'il a été exposé plus hauts on lit directement le temps de mouvement soit Tm = 7,5 également en centièmes d'heures (voir fig. 7). Le résultat défintif- de l'évaluation du temps total d'asi- nage (tournage seul) de la pie' ce est donc égal à Tt + Tm = 11,5 + 7,5 = 19 centièmes d'heure. La présente règle à calculs a été établie pour des opdra- tions d'usinage par tournage. Pour des opérations de fraisage, on établirait une règle analogue. Les vitesses de rotation se rapporteraient è la fraise au lieu de se rapporter à la pièce à tourner, les vitesses d'avance et les profondeurs de passe seraient å adapter. D'autres règles analogues peuvent être établies pour les aut-res opérations d'usinage telles que, perçage, alésage ou ("autres genres d'usinage. L'invention vise aussi l'exploitation de la méthode au moyen d'un programme enregistré, par exemple sur une bande magnétique contenue dans une cassette 101 (fig. 6) et d'usa micro-ordinateur programmable 102 qui fournit une bande imprimée sur laquelle sont consignés les données et les résultats. Toutes les données, en fonction du genre de travail et des caractéristiques de la pièce è usiner sont introduites dans le micro-ordinateur par l'opérateur suivant un ordre prdddter- miné en accord avec le programme enregistré dans la cassette. La lecture du plan de la pièce, la ddfinition des conditions de coupe, les cotes d'ébauche et de finition, les longueurs b usiner et les proBondeurs de passes sont h définir comme pour l'utilisation de la règle è calculs. Le processus de calcul s'effectue automatiquement, le nombre de passes est calculé automatiquement, ainsi que le temps technologique global, y compris le temps de prendre passe. La seconde partie du calcul se fait, comme avec la règle è calculs, d partir du poids de la pièce, de la qualité d'usinage et de la cote de complexité de la pièce. Le cumul des temps technologiques et des temps de mouvements se fait automatiquement. Les temps de mise en route sont pris en charge comme dans le calcul à la règle. 0a obtient finalement le temps total désiré affiché sur la calculatrice et sur la bande 103, sur laquelle on peut d'tailleurs retrouver tous les calculs intermédiaires, si on le désire. L'exploitation de la méthode avec programme enregistré et calculatrice de bureau est particulièrement avantageuse, car elle permet d'obtenir le résultat beaucoup plus rapidement, c' est-è-dire dans un temps deux ou trois fois plus court; en outre, les calculs sont plus précis, car ils sont effectués par des opérations arithmétiques, au lieu d'être le résultat de sélections de chiffres dans des barêmes qui procèdent nécessairement par incrdments. L'utilisateur a très peu de données 9 entrer dans la calculatrice où se font tous les calculs. Une cassette peut enregistrer environ 100.000 instructions, alors qu'un programme ne nécessite environ que 400 instructions. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes opératoires et aux formes ("exécution ('écrites et représentées; on peut y apporter de nombreuses modifications, suivant les applications envisagées, sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour l'évaluation des temps d'usinage de pièces sur machine outils travaillant par enlèvement de matière, caractérisé en ce qu'il consiste à faire la somme de deux temps, à savoir : un premier temps d'usinage dit "temps technologique Tj" qui est le temps de coupe proprement dit des passes substantielles d'usinage augmenté des temps de prendre passe, et un deuxième temps dit "temps de mouvements Tm, le temps technologique se calculant par des moyens classiques, tandis que le temps de mou vements, qui est une notion nouvelle, résulte lui-même de la prise en considération de trois paramètres Psq e, ces trois paramètres étant représentatifs, respectivement, du poids de la pièce, de la qualité d'usinage de la pièce, et d'une valeur dite "degré dec complexité". 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre p prend l'une de quelques valeurs prédéter minées (par exemple au nombre de trois) correspondant respectivement à quelques tranches de poids de pièces. 3 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le-paramètre q prend une valeur (par exemple de 6 à 10) qui correspond à une interprétation prédéterminée du nombre et des degrés de précision des tolérances d'usinage de la pièce eor- sidérée (par exemple la précision de la tolérance utilisée dans au moin-s;0 des-côte-s du genre de travail d'usinage en cause sur la pièce. 4 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre c exprime tout simplement le total des nombres d'interventions d'outils sur la pièce pour l'exécution des passes prises en considération dans le temps technologique, aug menté des nombres d'interventions d'outils sur la pièce pour l'éxécution de toutes opérations supplémentaires du même genre (telles que gorges, chanfreins, arrondis, filetage, par exemple)0 5 - Support d'informations pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, carac- térisé en ce outil porte des moyens de reprise, dans l2ordre in diqué par le procédé, de données mises en mémoire, en fonction des caractéristiques d'une pièce à usiner, ainsi que des moyens de détermination des calculs des temps en cause. 6 - Support dtinformatiors suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est constitué par une règle à calculs adaptée à des opérations d'usinage d'un genre déterminé quelconque et comportant un tiroir dont une face porte un tableau de statistiques formé d'une iuxtaposition de colonnes de chiffres pouvant apparattre chacune sélectivement dans une fenêtre pratiquée dans le corps de la règle, les lignes successives de chaque colonne donnant les valeurs du temps technologique Tt pour l'éx- cution d'une passe, dans des conditions d'usinage, telles que vitesse de coupe et d'avance par tour, prédéterminées qui définissent le temps nécessaire à l'usinage de l'unité de longueur de la passe considérée, l'autre face du tiroir portant un autre tableau formé de colonnes de chiffres juxtaposees dont chacune peut apparaitre sélectivement dans une fenêtre du corps de la règle et indiquer le temps de mouvement Tm fonction de ,a et c, pour chaque valeur de degré de complexité portée en tête des colonnes, en regard de chaque combinaison possible des paramètres 2 et q, combinaisons matérialisées le long d'un bord vertical de ladite fenêtre. 7 - Règle à calculs suivant la revendication 6, notamment pour le calcul des temps de tournage, caractérisée en ce que le tiroir de la règle porte un autre tableau formé d'une åuxtaposi- tion de colonnes de chiffres pouvant apparattre chacune sélectivement dans une fenêtre du corps de la règle, lesdites colonnes portant des valeurs de vitesses de rotation disposées de façon telle que, lorsque, par un déplacement du tiroir, on amène la valeur de la vitesse de rotation considérée en regard de la valeur de l'avance par tour faisant partie d'une graduation correspondante d'un bord vertical de ladite fenêtre, la colonne d'indication du temps technologique dans les conditions de coupe choisies, apparaît automatiquement dans la fenêtre correspondante. 8 - Règle à calculs suivant larevndication 7, caractérisée en ce que chaque colonne de vitesses de rotation porte, en tête, l'indication d'une valeur de diamètre de pièce à usiner ou 4'outil et la valeur de vitesse de rotation inscrite sur chaque ligne de chaque colonne correspond, pour le diamètre considérez une vapeur dt vitesse de coupe inscrite sur une échelle portée le long de l'autre bord vertical de la fenêtre correspondante du corps de la règle. 9 - Support d'informations suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est constitué --par une bande magnétique utilisable en coopération avec un mico-ordinateur et comportant toutes les instructions de commande de reprise de données mises en mémoires dans le micro-ordinateur par un opérateur en fonction des caractéristiques d'une pièce à usiner ainsi que les instructions de commande des calculs de détermination des temps en cause.