PROD-ARéalisation et production : usinage, croquis de phase, programme CN

Croquis de phase : référentiel, cotes de fabrication, opérations et outils

Idée directrice

Un croquis de phase se lit en trois couches. Les normales numérotées disent comment la pièce est mise en position : c’est le référentiel, pris sur des surfaces déjà finies. Les traits forts disent quelles surfaces la phase usine. Les cotes Cf disent ce que le régleur doit obtenir. Chaque réponse se déduit de la nature de la surface — face, cylindre, trou — et de ce qui produit la cote : l’outil lui-même, le réglage de la machine, ou le montage qui positionne la pièce.

Ce qui aide à reconnaître la démarche

« le référentiel est défini par » ; « Donner les valeurs des cotes de fabrication » ; « identifier les opérations et choisir les outils nécessaires à la réalisation des surfaces » ; « en cochant les cases correspondantes aux catégories des cotes de fabrication » ; « Relier chaque surface repérée par l’opération d’usinage qui convient »

Besoin d’un point de départ ? Voir la méthode

Lire le référentiel : grouper les normales par surface — 3 sur une face, appui plan ; 2 sur un cylindre court, centrage court ; 4 sur un cylindre long, centrage long ; 1 seule, butée — et vérifier que ce sont des surfaces déjà finies.
Le serrage est le maintien en position : il ne compte jamais parmi les degrés de liberté supprimés.
Opération d’après la surface : face perpendiculaire à l’axe, dressage ; cylindre extérieur, chariotage ; trou, perçage, puis alésage s’il est précis (H7) ; arête à 45°, chanfreinage ; méplat, rainure, trous hors de l’axe, fraiseuse.
Cote axiale Cf : face dressée. Cote 2Cf : diamètre, réglé en rayon ; Cf = 2Cf/2 et la tolérance se divise aussi par 2.
Catégorie : dimension de l’outil, cote outil ; diamètre réglé, ou deux surfaces usinées dans la même phase, cote machine ; une extrémité sur le référentiel, cote appareillage.

Les pièges à vérifier dans ta démarche

Compter le serrage parmi les degrés de liberté supprimés. Prendre l’épaulement ③ pour un chariotage parce qu’il termine le cylindre ② : il est coté axialement, c’est une face dressée. Écrire Cf3 = 36 au lieu du rayon 18 ± 0,05. Cocher « alésage » pour un simple trou de passage de vis. Classer 2Cf4 en cote machine : c’est le foret qui donne le diamètre.

Sujet principal

Exercice — bague épaulée (26) au tour parallèle, dans l’esprit des sessions 2024–2025

5 questionsFigure fournieCorrigé masqué

Bague épaulée d’un tendeur de courroie. On se propose d’usiner une série de la bague épaulée (26). La phase 10 a réalisé la face ④ et le cylindre ⑤ : ces deux surfaces sont finies. La figure 1 donne le croquis de la phase 20, relatif à la réalisation des surfaces ①, ②, ③ et ⑥.

Extrait du dessin de définition de la bague (26)

Élément	Cote
longueur totale, de ④ à ①	48 ± 0,1
épaisseur de la collerette, de ④ à ③	16 ± 0,1
collerette ⑤	Ø64 ± 0,2
portée ②	Ø36 ± 0,1
trou ⑥ débouchant, passage d’une vis M12	Ø14

Outils disponibles : outil à charioter coudé, outil à dresser, foret hélicoïdal, outil à aléser, outil à chanfreiner.

Tableau de la question 3

Surface	Opération d’usinage	Outil	Cote de fabrication
①	……	……	……
②	……	……	……
③	……	……	……
⑥	……	……	……

Référentiel de mise en position (figure 1).
1. Compléter : le référentiel est défini par : …… (normales 1, 2 et 3) ; …… (normales 4 et 5). Préciser pour chacun la surface qui le porte et le nombre de degrés de liberté supprimés.
2. Combien de degrés de liberté sont supprimés au total ? Pourquoi la rotation de la pièce autour de son axe n’a-t-elle pas besoin d’être supprimée par une normale ?
3. Pourquoi les normales 4 et 5 forment-elles un centrage court et non un centrage long ?
4. Que représente le symbole de serrage ? Participe-t-il à la mise en position ?
Cotes de fabrication.
1. Donner les valeurs des cotes de fabrication Cf1, Cf2, 2Cf3 et 2Cf4.
2. Que vaut Cf3, et avec quelle tolérance ?
Compléter le tableau de la question 3 : pour chacune des surfaces ①, ②, ③ et ⑥, choisir l’opération d’usinage (dressage, chariotage, perçage, alésage, chanfreinage) et l’outil, puis indiquer la cote de fabrication que l’opération réalise.
Cocher, pour chacune des cotes Cf1, Cf2, 2Cf3 et 2Cf4, sa catégorie : cote machine, cote outil ou cote appareillage.
Machine.
1. Nommer la machine utilisée pour la phase 20 et justifier ce choix par la nature des surfaces usinées.
2. Une phase 30 doit réaliser deux méplats parallèles sur la collerette ⑤, pour immobiliser la bague avec une clé. Quelle machine et quelle opération faut-il prévoir ?

Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1.a Idée : les normales portées sur une même surface se comptent ensemble ; leur nombre dit ce que la surface supprime.

normales 1, 2 et 3 sur la face ④ : appui plan — il supprime 3 degrés de liberté (la translation suivant l’axe et les deux rotations autour des axes perpendiculaires à l’axe de la pièce) ;
normales 4 et 5 sur le cylindre ⑤ : centrage court — il supprime 2 degrés de liberté (les deux translations perpendiculaires à l’axe).

Ce sont bien les deux surfaces finies en phase 10 : la pièce est positionnée sur du fini, ce qui rend les cotes de la phase 20 précises.

1.b 3 + 2 = $\boxed{5}$ degrés de liberté supprimés. Les surfaces ①, ②, ③ et ⑥ sont toutes de révolution autour de l’axe : faire tourner la pièce autour de cet axe ne change aucune d’elles, une sixième normale serait inutile. C’est d’ailleurs la broche qui entraîne la pièce dans cette rotation.

1.c La portée ⑤ n’a que 16 mm de long (l’épaisseur de la collerette, de ④ à ③) pour un diamètre de 64 mm :

\dfrac{L}{D} = \dfrac{16}{64} = 0{,}25

La longueur est petite devant le diamètre : le cylindre ne peut pas orienter l’axe, il le positionne seulement — centrage court, 2 normales. C’est la grande face ④ qui oriente la pièce (3 normales). Un centrage long, à 4 normales, demanderait une portée longue devant son diamètre.

1.d Le symbole de serrage représente les mors du mandrin : il assure le maintien en position, plaque la pièce sur son référentiel et résiste aux efforts de coupe. Il ne supprime aucun degré de liberté : il conserve la position obtenue par les normales, il ne la crée pas.

2.a Idée : les valeurs se relèvent sur le dessin de définition ; une cote Cf part du référentiel, une cote 2Cf est un diamètre.

Cf1 = 16 ± 0,1 (de la face ④ à l’épaulement ③) ;
Cf2 = 48 ± 0,1 (de la face ④ à la face ①) ;
2Cf3 = Ø36 ± 0,1 (portée ②) ;
2Cf4 = Ø14 (trou ⑥).

2.b Cf3 est le rayon : la valeur et la tolérance se divisent par 2, soit $\boxed{Cf_3 = 18 \pm 0{,}05}$ . C’est la grandeur que le tourneur règle, puisque l’outil se déplace radialement à partir de l’axe.

3. Idée : la surface impose l’opération, l’opération impose l’outil ; la direction de la cote le confirme — cote axiale pour une face dressée, cote 2Cf pour un cylindre.

Surface	Nature	Opération	Outil	Cote
①	face plane perpendiculaire à l’axe	dressage	outil à dresser	Cf2
②	cylindre extérieur	chariotage	outil à charioter coudé	2Cf3
③	épaulement plan	dressage	outil à dresser	Cf1
⑥	trou dans l’axe, sans précision	perçage	foret Ø14	2Cf4

Pas d’alésage : le trou ⑥ ne laisse passer qu’une vis, aucune tolérance serrée ne l’exige. Pas de chanfreinage : aucune arête à 45° n’est demandée dans cette phase.

4. Idée : regarder d’où part la cote et ce qui la produit.

Cf1 et Cf2 relient la face ④, surface du référentiel, à une surface usinée : leur valeur dépend de la position de la pièce dans son montage — cotes appareillage ;
2Cf3 est un diamètre obtenu par la position radiale de l’outil par rapport à l’axe de la broche, réglée sur la machine — cote machine ;
2Cf4 est donnée par le diamètre du foret — cote outil.

5.a Tour parallèle : les quatre surfaces sont de révolution et coaxiales (deux faces perpendiculaires à l’axe, un cylindre, un trou dans l’axe). Elles s’obtiennent pièce en rotation, l’outil se déplaçant parallèlement ou perpendiculairement à l’axe.

5.b Un méplat est une surface plane parallèle à l’axe, qui n’est pas de révolution : il faut une fraiseuse, opération de fraisage (surfaçage).

Changer d’énoncé, garder le raisonnement

Choisis un seul transfert après le sujet principal. Qu’est-ce qui change ? Quel résultat ou quelle méthode peux-tu réutiliser ? Les autres exercices restent disponibles pour une prochaine séance.

Variantes rencontrées : référentiel à compléter, valeurs de Cf₁, Cf₂, 2Cf₃ puis catégories des cotes d’un pignon (principale 2024) ; opérations et outils (pictogrammes) des surfaces d’un plateau, lus sur la direction des cotes (contrôle 2024) ; opération, outil et cote de fabrication de chaque surface d’un couvercle (principale 2025) ; relier chaque surface d’une pièce tournée à son opération (contrôle 2022) ; machines et opérations d’une clavette à ergot, méplat à la fraiseuse (contrôle 2020) ; diagramme procédés / opérations de deux pièces, moulage puis tournage et fraisage (principale 2016).

Exercices d'entraînement — une nuance à la fois

1 Drill PROD-A.1 — face ou cylindre : la direction de la cote décide

Entraînement 01 / 06

Drill PROD-A.1 — face ou cylindre : la direction de la cote décide

7 questionsCorrigé masqué

On se propose d’usiner une série du moyeu (18) d’une poulie de convoyeur, au tour parallèle. Le croquis de phase ne montre la pièce qu’en silhouette ; les surfaces à usiner y sont repérées par leurs cotes de fabrication :

surface ① : cotée par Cf1 = 30 ± 0,1, cote horizontale (parallèle à l’axe), mesurée depuis la face d’appui du référentiel ;
surface ② : cotée par 2Cf2 = Ø45 ± 0,05, cote verticale précédée du facteur 2 ;
surface ③ : cotée par Cf3 = 12 ± 0,1, cote horizontale mesurée depuis la même face d’appui ; ③ limite la surface ② du côté gauche, ① la limite du côté droit.

Pour chaque surface, dire s’il s’agit d’une face plane perpendiculaire à l’axe ou d’une surface cylindrique, en vous appuyant uniquement sur la direction de sa cote.
Cocher l’opération d’usinage (chariotage, dressage, perçage) et l’outil (outil à charioter, outil à dresser, foret) de chaque surface.
Pour chaque opération retenue, indiquer la direction du mouvement d’avance de l’outil par rapport à l’axe de la pièce.
En déduire la longueur de la surface ②.

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1. Idée : une cote horizontale mesure une distance le long de l’axe, elle relie des faces perpendiculaires à l’axe ; une cote 2Cf est un diamètre, elle cote un cylindre. ① et ③ sont des faces planes perpendiculaires à l’axe ; ② est une surface cylindrique extérieure de diamètre 45.

Surface	Opération	Outil
①	dressage	outil à dresser
②	chariotage	outil à charioter
③	dressage	outil à dresser

Aucun perçage : aucune des trois surfaces n’est un trou.

3. Dressage de ① et de ③ : avance radiale, perpendiculaire à l’axe, l’outil balaie la face à Z constant. Chariotage de ② : avance parallèle à l’axe, l’outil décrit le cylindre à rayon constant.

4. La surface ② va de la face ③ à la face ① : 30 − 12 = $\boxed{18\text{ mm}}$ .

2 Drill PROD-A.2 — trou de passage ou alésage : perçage seul, ou perçage puis alésage

Entraînement 02 / 06

Drill PROD-A.2 — trou de passage ou alésage : perçage seul, ou perçage puis alésage

9 questionsCorrigé masqué

Le couvercle-palier (23) d’un touret à meuler est obtenu par usinage sur un tour parallèle. Ses surfaces usinées sont repérées de a à e :

a : logement Ø25H7, dans l’axe, qui reçoit la bague extérieure d’un roulement ;
b : face d’extrémité plane, perpendiculaire à l’axe ;
c : surface cylindrique extérieure ;
d : trou lisse Ø9 débouchant, dans le même axe, au fond du logement, qui laisse passer la vis M8 de fixation ;
e : arête extérieure cassée à 45° (1 × 45°).

Opérations proposées : alésage, chanfreinage, chariotage, dressage, perçage.

Relier chaque surface a à e à l’opération d’usinage qui convient.
Les surfaces a et d sont deux trous : pourquoi l’un est-il percé puis alésé, et l’autre seulement percé ?
Le logement a est d’abord percé au foret Ø23. Quelle surépaisseur radiale reste-t-il à enlever ? Avec quel outil ?
Dans quel ordre réalise-t-on les deux opérations du logement a ? Pourquoi ?

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1. a : alésage (après un perçage) ; b : dressage ; c : chariotage ; d : perçage ; e : chanfreinage.

2. Idée : ce qui décide, c’est l’exigence de précision du trou. Le logement a porte une tolérance H7 et doit tenir la bague du roulement, coaxiale au reste de la pièce : le foret ne donne ni cette précision ni cet état de surface, on finit par un alésage. Le trou d ne sert qu’au passage d’une vis M8 dans un trou de Ø9 : un grand jeu est voulu, la précision du foret suffit.

3. Surépaisseur radiale :

\dfrac{25 - 23}{2} = \boxed{1\text{ mm}}

Elle est enlevée avec un outil à aléser.

4. Le perçage d’abord, l’alésage ensuite : on ne peut aléser qu’un trou qui existe déjà. Le foret ébauche le trou, l’alésage le met à la cote et à l’état de surface voulus.

3 Drill PROD-A.3 — méplat et rainure : quand la surface impose la fraiseuse

Entraînement 03 / 06

Drill PROD-A.3 — méplat et rainure : quand la surface impose la fraiseuse

8 questionsCorrigé masqué

L’axe de manœuvre (7) d’une vanne, en acier, est débité dans une barre étirée (brut Ø22) ; fini, c’est un cylindre de diamètre 20 et de longueur 80. Sur son dessin de définition, les surfaces usinées sont repérées :

S1 : face frontale plane de droite ;
S2 : surface cylindrique extérieure Ø20 ;
S3 : méplat, plan parallèle à l’axe, coté 17 depuis la génératrice opposée de S2 ;
S4 : rainure de clavette de largeur 6, parallèle à l’axe ;
S5 : arête de l’extrémité droite, cassée à 45°.

Surface	Opération d’usinage	Machine
S1	dressage (donné)	tour parallèle (donné)
S2	……	……
S3	……	……
S4	……	……
S5	……	……

Compléter le tableau.
Quelle épaisseur de matière le méplat S3 enlève-t-il ?
Le méplat S3 doit-il être usiné avant ou après la surface S2 ? Pourquoi ?

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1. Idée : surface de révolution, tour ; surface plane qui n’est pas de révolution, fraiseuse.

Surface	Opération d’usinage	Machine
S1	dressage	tour parallèle
S2	chariotage	tour parallèle
S3	fraisage (surfaçage)	fraiseuse
S4	fraisage (rainurage)	fraiseuse
S5	chanfreinage	tour parallèle

La rainure S4 se fait avec une fraise de diamètre 6 : sa largeur est donnée par l’outil.

2. Le méplat est coté 17 depuis la génératrice opposée d’un cylindre de 20 : il enlève 20 − 17 = $\boxed{3\text{ mm}}$ .

3. Après : la cote 17 part de la surface S2, qui doit donc exister à sa dimension finale avant le fraisage. On tourne d’abord S1, S2 et S5 au tour parallèle, puis on fraise S3 et S4 en prenant appui sur le cylindre S2.

4 Drill PROD-A.4 — lire les normales du référentiel : plateau mince ou arbre long

Entraînement 04 / 06

Drill PROD-A.4 — lire les normales du référentiel : plateau mince ou arbre long

4 questionsCorrigé masqué

On usine au tour parallèle la face ① et l’alésage ② du plateau (40) d’un diviseur : diamètre 80, épaisseur 12. Le croquis de phase définit le référentiel : les normales 1, 2 et 3 sont portées sur la grande face ④, finie ; les normales 4 et 5 sur le cylindre extérieur ⑤, fini, tenu sur toute l’épaisseur de 12 mm ; un symbole de serrage agit sur ⑤.

Nommer l’élément du référentiel réalisé par les normales 1, 2 et 3, puis par les normales 4 et 5. Combien de degrés de liberté chacun supprime-t-il, et lesquels ?
Calculer le rapport L/D de la portée ⑤. Pourquoi est-ce la face ④ qui reçoit trois normales, et le cylindre ⑤ seulement deux ?
Combien de degrés de liberté restent libres ? Est-ce gênant pour l’usinage de ① et ② ?
Comparaison : un arbre de diamètre 30 est tenu dans le mandrin sur 60 mm de longueur, sa face d’extrémité contre une butée. Répartir les cinq normales et nommer les deux éléments du référentiel.

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1. Idée : trois normales sur une même face, c’est un plan ; deux normales sur un cylindre court, c’est un centrage court.

1, 2, 3 sur ④ : appui plan, 3 degrés de liberté — la translation suivant l’axe et les deux rotations autour des axes perpendiculaires à l’axe ;
4, 5 sur ⑤ : centrage court, 2 degrés de liberté — les deux translations perpendiculaires à l’axe.

\dfrac{L}{D} = \dfrac{12}{80} = 0{,}15

La portée est très courte devant son diamètre : elle ne peut pas orienter l’axe de la pièce, elle le centre seulement. L’orientation est donnée par la grande face ④, qui reçoit donc les trois normales de l’appui plan.

3. 6 − (3 + 2) = $\boxed{1}$ : la rotation autour de l’axe. Ce n’est pas gênant : ① et ② sont de révolution autour de cet axe. Le serrage, lui, maintient la pièce mais ne supprime aucun degré de liberté.

4. Pour l’arbre, L/D = 60/30 = 2 : portée longue. Le cylindre reçoit 4 normales, centrage long (deux translations et deux rotations perpendiculaires à l’axe) ; la face reçoit 1 normale, la butée, qui arrête la translation suivant l’axe. 4 + 1 = 5.

5 Drill PROD-A.5 — 2Cf : un diamètre coté, un rayon réglé

Entraînement 05 / 06

Drill PROD-A.5 — 2Cf : un diamètre coté, un rayon réglé

7 questionsCorrigé masqué

Le galet (31) d’un tendeur est tourné dans une barre de Ø46. Le croquis de phase porte :

2Cf1 = Ø40 ± 0,1 sur la surface de roulement ①, obtenue par chariotage ;
Cf2 = 3 : largeur de la gorge ②, réalisée d’une seule plongée avec un outil à gorge de largeur 3 ;
2Cf3 = Ø8 : trou ③ dans l’axe, percé au foret Ø8.

Que vaut Cf1 ? Donner sa tolérance.
Le tourneur fait sur ① deux passes d’ébauche de 1,2 mm de profondeur chacune. Quel diamètre obtient-il ?
De combien doit-il alors déplacer l’outil, radialement, pour obtenir Ø40 en finition ?
Cocher la catégorie de 2Cf1, Cf2 et 2Cf3 : cote machine, cote outil ou cote appareillage. Justifier.

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1. Cf1 est le rayon : valeur et tolérance divisées par 2, $\boxed{Cf_1 = 20 \pm 0{,}05}$ .

2. Idée : une passe de profondeur $a$ enlève $a$ sur le rayon, donc $2a$ sur le diamètre.

46 - 2 \times (2 \times 1{,}2) = 41{,}2

Le galet mesure Ø41,2 après l’ébauche.

3. Il reste 41,2 − 40 = 1,2 mm sur le diamètre, soit sur le rayon :

\dfrac{41{,}2 - 40}{2} = \boxed{0{,}6\text{ mm}}

et non 1,2 mm : la machine déplace l’outil en rayon, alors que la cote est un diamètre.

2Cf1 : cote machine — le diamètre dépend de la position radiale de l’outil, réglée sur la machine ;
Cf2 : cote outil — la gorge a la largeur de l’outil qui la plonge ;
2Cf3 : cote outil — le trou a le diamètre du foret.

6 Drill PROD-A.6 — du brut à la pièce : procédés et opérations

Entraînement 06 / 06

Drill PROD-A.6 — du brut à la pièce : procédés et opérations

5 questionsCorrigé masqué

On étudie l’obtention de deux pièces d’un réducteur.

Bague (8), débitée dans une barre de bronze. Surfaces usinées : a, trou Ø16H7 dans l’axe, qui reçoit un axe ; b, face d’extrémité plane ; c, arête extérieure cassée à 45° ; d, surface cylindrique extérieure.
Flasque (15), dont le brut en fonte est obtenu en coulant le métal dans un moule. Surfaces usinées : b, portée cylindrique extérieure, qui centre le flasque sur le carter ; c, face plane de fixation, perpendiculaire à l’axe ; d, arête de la portée cassée à 45° ; e, quatre trous Ø9 de fixation, parallèles à l’axe, répartis sur un cercle autour de lui.

Pièce	Opérations	Procédé
bague (8)	a …… ; b …… ; c …… ; d ……	……
flasque (15)	obtention du brut	……
flasque (15)	b …… ; c …… ; d ……	……
flasque (15)	e ……	……

Compléter le diagramme pour la bague (8).
Compléter le diagramme pour le flasque (15) : procédé d’obtention du brut, opérations d’usinage b à e et procédé de chacune.
Pourquoi les quatre trous e ne peuvent-ils pas être percés au tour parallèle, comme le trou a de la bague ?

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1. Idée : toutes les surfaces de la bague sont de révolution et coaxiales : un seul procédé. a : alésage, après un perçage (tolérance H7) ; b : dressage ; c : chanfreinage ; d : chariotage. Procédé : tournage.

obtention du brut : moulage ;
b : chariotage ; c : dressage ; d : chanfreinage — procédé : tournage ;
e : perçage — procédé : fraisage, sur fraiseuse.

3. Au tour, la pièce tourne autour de son axe : on n’obtient que des surfaces coaxiales à cet axe. Les trous e sont hors de l’axe, il faut amener l’outil successivement à quatre positions autour de lui, la pièce restant fixe : c’est le travail de la fraiseuse, par les déplacements de sa table (une perceuse munie d’un gabarit de perçage convient aussi).

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Drill PROD-A.1 — face ou cylindre : la direction de la cote décide

Drill PROD-A.2 — trou de passage ou alésage : perçage seul, ou perçage puis alésage

Drill PROD-A.3 — méplat et rainure : quand la surface impose la fraiseuse

Drill PROD-A.4 — lire les normales du référentiel : plateau mince ou arbre long

Drill PROD-A.5 — 2Cf : un diamètre coté, un rayon réglé

Drill PROD-A.6 — du brut à la pièce : procédés et opérations

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