Tourner des pièces ovales avec une précision de 10 microns

Précision > Le CEA a conçu pour le tournage de pièces ovales une machine-outil qui atteint une précision de quelques microns sur une excentration de plus de 10 mm. Il l'utilise depuis trois ans pour ses besoins propres, et prospecte aujourd'hui le marché tout en étudiant son industrialisation. Cet équipement polyvalent permet le tournage de pièces classiques ou ovales, ainsi que les opérations de fraisage et de polissage sur ces mêmes pièces. De plus, de nombreux outils peuvent y être adaptés et une station de contrôle intégrée permet de les prérégler.

En mécanique, tout ne tourne pas toujours très rond. Aussi, le CEA tourne des pièces... ovales. Développée pour ses besoins propres, cette machine-outil prototype se distingue par des performances remarquables. Là où les machines industrielles traditionnelles permettent d'atteindre une précision de 20 micromètres (µm), celle-ci atteint 10 µm. Et ceci pour une excentration de plus de 10 mm, contre quelques dixièmes de millimètres pour les machines commerciales. Polyvalente, elle permet également le tournage classique, le tournage des pièces ovales, le fraisage et le polissage de ces pièces.
"Pour parvenir à créer les mouvements nécessaires au processus d'usinage, la machine est dotée d'une broche porte-pièce montée sur une table croisée à deux axes. Le premier, perpendiculaire à l'axe de la broche, est destiné à positionner la pointe d'un outil de coupe sur un rayon donné" explique Michel Démésy, responsable du service des technologies froides et uranium du CEA Valduc. Le second est un axe linéaire longitudinal, parallèle à l'axe de la broche, nécessaire pour réaliser une trajectoire hélicoïdale de la pointe de l'outil : il avance pendant que la pièce tourne. La broche est notamment dotée d'un capteur de mesure de dilatation de la face avant de la partie tournante, pour compenser cette déformation en temps réel.
En fonction de l'usinage à réaliser, différents outils sont disponibles : une tourelle à changement d'outil rapide pour utiliser des porte-plaquettes standard, un bloc porte-outil pouvant recevoir un palpeur de contrôle dimensionnel de pièce sans démontage de l'outil en cours d'utilisation, une électrobroche et son support pour les outils tournants (fraises, meules, feutres). En cas de tournage ovale, un module porte-outil "vibrant" assure un mouvement transversal alternatif rapide de l'outil, asservi à la position angulaire de la broche porte-pièce.
Par ailleurs, une station de contrôle intégrée permet de prérégler les différents types d'outils utilisables. Elle utilise une caméra à transfert de charge CCD et un éclairage épiscopique (par le dessus) pour obtenir une image grossie 100 fois de la pointe des outils sur un écran vidéo. Trois ans d'utilisation par les ingénieurs du CEA attestent de la fiabilité de l'ensemble.
Cet outil complète les compétences en usinage de précision existantes avec le porte-outil Actarus ST (voir CEA Technologies n° 61). Celui-ci permet de suivre les opérations de finition et de superfinition (typiquement 1 à 2 dixièmes de millimètre de profondeur de passe et 2 centièmes de millimètre de vitesse d'avance par tour), nécessaires pour des pièces à très haute valeur ajoutée.