Comment la planéité d’un bâti de machine se mesure réellement
Règle, niveau de précision, autocollimateur, laser et MMT comparés sur grandes surfaces usinées, et les effets d’appui et de température qui faussent la mesure.
La planéité est l’exigence la plus souvent spécifiée et la moins bien définie sur un plan de bâti de machine. « Plan à 0,05 près » apparaît constamment, et sur une grande surface, ce n’est pas encore une spécification.
Ce que signifie précisément la planéité
La planéité est la distance entre deux plans parallèles qui contiennent tout juste la surface. C’est tout. Elle ne nécessite aucune référence, ne dit rien de l’orientation, et une surface peut être parfaitement plane tout en étant inclinée par rapport à tout le reste de la pièce.
C’est important, car les ingénieurs écrivent souvent planéité quand ils veulent dire parallélisme par rapport à une face de fixation, ou perpendicularité par rapport à une référence. Ce sont des tolérances différentes, elles exigent une référence et elles se mesurent différemment. Les exprimer correctement en GD&T élimine l’essentiel du litige avant qu’il ne commence.
Les méthodes, et le domaine de chacune
Règle et jeu de cales. Rapide, bon marché et grossier. Utile pour un contrôle rapide et pour repérer un point haut évident. La mesure se fait le long d’une ligne, pas sur une surface, elle ne peut donc pas donner une vraie valeur de planéité pour une surface.
Niveau de précision. Un niveau sensible déplacé sur la surface selon une grille, dont les lectures angulaires cumulées donnent une carte des hauteurs. C’est l’outil de base pour les grands bâtis de machine, car il ne nécessite aucune référence plus grande que l’instrument et fonctionne en place. Lent, et il mesure par rapport à la gravité, il ne peut donc pas voir une inclinaison uniforme.
Autocollimateur. Un instrument optique qui lit l’angle d’un miroir monté sur un chariot déplacé sur la surface. Très précis sur de grandes longueurs, bien établi pour les travaux sur machines-outils, il exige un trajet optique dégagé et une installation stable.
Interféromètre laser ou laser tracker. Rapide sur de grandes surfaces, produit une cartographie dense, gère les géométries difficiles et plusieurs faces en un seul montage. Coûteux, et tous les ateliers n’en disposent pas. Un laser tracker vous donne toute la pièce ; un interféromètre donne une précision plus élevée le long d’une ligne.
MMT. Idéale quand la pièce y entre, ce qui, pour un bâti de machine, n’est souvent pas le cas. Là où une MMT de grande capacité existe, c’est la réponse la plus propre : planéité, parallélisme et perpendicularité par rapport à un vrai système de références, en une seule opération.
Marbre et comparateur. La méthode de référence pour les petites pièces. Elle exige un marbre plus grand que la pièce et les moyens de l’y amener, elle est donc rarement disponible pour un bâti de quelque taille que ce soit.
Ce qui invalide une mesure
C’est la partie qui provoque les litiges, et rien de tout cela n’est une erreur d’instrument.
Le schéma d’appui. Une grande structure fléchit sous son propre poids entre ses appuis. Mesurée sur trois points, elle prend une forme ; sur six, une autre ; scellée sur une fondation, une autre encore. Les trois sont des mesures correctes de conditions différentes. Si le plan n’indique pas comment la pièce est supportée pendant le contrôle, le chiffre n’est pas reproductible.
La température. L’acier et la fonte se dilatent sensiblement avec la température, et un grand bâti dans un atelier qui varie de dix degrés entre la nuit et le jour n’a pas la même taille le matin que l’après-midi. Pire, un gradient de température à travers la structure la fait fléchir. Une mesure prise alors que la pièce est encore chaude de l’usinage mesure la mauvaise forme.
Le temps de stabilisation. Une pièce posée au pont roulant sur ses appuis a besoin de temps pour se stabiliser avant de donner des lectures cohérentes. Mesurez-la immédiatement, puis quelques heures plus tard, et les chiffres différeront.
La densité de points. La planéité mesurée sur neuf points et celle mesurée sur cent points sont deux chiffres différents pour la même surface, car davantage de points trouvent davantage d’écart. Indiquez la grille.
La propreté. Sur une grande face usinée, un copeau sous un pied ou une bavure sur une arête donne une lecture qui n’a rien à voir avec la surface.
Rédiger une exigence tenable et vérifiable
Spécifiez ces six éléments :
- Quelle surface, identifiée sans ambiguïté, chaque portée séparément ou toute la face comme une seule.
- La valeur, et sur quelle longueur. 0,05 mm sur 300 mm et 0,05 mm sur 2000 mm sont des travaux entièrement différents, à des prix entièrement différents.
- La méthode, ou une liste convenue de méthodes acceptables.
- La condition d’appui pendant le contrôle.
- La température, ou une plage acceptable, et si une période de stabilisation thermique est exigée.
- La grille de points ou la densité de balayage.
Six lignes de notes. Elles transforment un litige en contrôle, et elles permettent à trois ateliers de chiffrer le même travail plutôt que trois travaux différents.
Soyez honnête sur ce dont la machine a besoin
Resserrer la planéité n’a pas un coût linéaire. Passer de 0,10 mm à 0,05 mm sur un mètre, c’est souvent une passe de plus. Passer de 0,05 mm à 0,02 mm peut impliquer une autre machine, un montage supplémentaire, une zone climatisée et un second cycle de détensionnement.
Les plans les plus coûteux de ce métier sont ceux où une tolérance serrée par défaut a été appliquée à toutes les surfaces parce que personne n’a demandé lesquelles comptaient vraiment. Des guidages posés sur une plaque scellée n’ont pas besoin de ce qu’exige un châssis de métrologie. Déterminez quelles faces sont fonctionnelles, spécifiez-les correctement, et laissez le reste brut d’usinage.
Questions fréquentes
Puis-je mesurer un bâti de machine de deux mètres sur un marbre ?
Seulement si vous disposez d’un marbre plus grand que la pièce et du pont roulant pour l’y poser, ce qui est rare dans les ateliers. Les grands bâtis se mesurent normalement en place, sur la table de la machine ou sur leurs propres points d’appui, à l’aide d’un niveau de précision, d’un autocollimateur ou d’un système laser. La méthode change la signification du chiffre, elle doit donc être convenue avant toute mesure.
Pourquoi deux ateliers qui mesurent la même surface obtiennent-ils des planéités différentes ?
En général à cause des appuis et de la température plutôt que d’une erreur d’instrument. Une grande structure fléchit entre ses points d’appui, si bien que trois appuis et six appuis donnent réellement des formes différentes, et l’acier change de dimensions avec la température. Convenez dans la spécification du schéma d’appui, de la température et de l’instrument, et les chiffres convergent.
La planéité a-t-elle besoin d’une référence ?
La planéité elle-même, non : c’est la distance entre deux plans parallèles qui contiennent la surface. Le parallélisme, la perpendicularité et la localisation, si. Cette distinction compte, car les ingénieurs écrivent souvent planéité alors qu’ils ont en réalité besoin d’un parallélisme par rapport à une face de fixation, et les deux se contrôlent de façon totalement différente.
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