machine-outil.

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machine-outil. n.f., machine fixe façonnant la matière grâce à des outils mis en oeuvre par
des mécanismes motorisés. Les machines-outils se distinguent ainsi des outils mécanisés
qui, comme les outils traditionnels, sont directement actionnés par l'homme, mais
comportent en plus une assistance électrique ou pneumatique (perceuse portative, marteaupiqueur), des robots qui actionnent des outils d'assemblage n'agissant pas sur la forme de la
matière, ainsi que des engins de terrassement, de carrière et de mine, qui sont des appareils
mobiles.

Historique.
Si l'on peut refuser d'appeler machine-outil le très ancien tour de potier (car la pièce d'argile
molle qu'il entraînait en rotation était façonnée à la main), les premières ébauches de
machines-outils n'en remontent pas moins au début du IIe millénaire avant J.-C. (tour à
bois des Égyptiens, actionné par un opérateur manuel auxiliaire, vers 1900 avant J.-C.). Ce
savoir-faire fut perfectionné en Crète et en Grèce dès 280 avant J.-C. Après une longue
période de relative stagnation de ces techniques élémentaires, Léonard de Vinci imagina
(aux environs de l'an 1500) une grande variété de machines-outils, dont certaines furent
réalisées en bois renforcé de quelques pièces métalliques forgées. Les machines-outils
entièrement construites en fonte et en fer, capables d'usiner elles-mêmes des pièces
métalliques, n'apparurent qu'au XVIIIe siècle : tour à charioter de Jacques de Vaucanson
(1745), raboteuse de Nicolas Forq (1751), aléseuse de John Wilkinson (1775). Leur
développement industriel fut associé à la motorisation des ateliers par des moulins à eau.
Ceux-ci entraînaient un grand arbre de transmission horizontal qui, à son tour,
communiquait, par poulies et courroies, son mouvement de rotation à plusieurs machinesoutils disposées en ligne.
Le tour de Sénot (1757) en France, le tour à fileter de Maudslay (1798), la raboteuse
de Roberts (1820) en Grande-Bretagne, l'utilisation de machines à vapeur à la place des
moulins à eau pour la motorisation générale ; l'utilisation directe de la vapeur sur des
machines telles que le marteau-pilon de Bourdon (1835), l'étau-limeur de Decoster (1845)
furent autant d'innovations qui accélérèrent les progrès de la machine-outil. Cet essor
s'avère ainsi étroitement associé à la révolution industrielle, qu'elle a rendu possible en
banalisant la fabrication des pièces de machine et qui, une fois amorcée, a assuré un
marché porteur à l'industrie mécanique naissante. C'est à partir de 1850 environ que les
États-Unis s'équipèrent massivement de machines-outils pour faire face à d'énormes
besoins intérieurs, considérablement amplifiés pendant la guerre de Sécession, et à partir
de 1860 que les Allemands abordèrent ce domaine qu'ils n'avaient pas encore défriché ;
commençant par construire des machines-outils sous licence étrangère, ils acquirent très
vite un savoir-faire remarquable et bâtirent une industrie spécialisée puissante qui, comme
la jeune industrie américaine, se tourna bientôt vers l'exportation.
La physionomie actuelle des machines-outils autonomes résulte de l'émergence
progressive, au cours de la première moitié du XXe siècle, du moteur électrique. En effet,
celui-ci, affecté d'abord à l'entraînement de l'arbre unique de transmission des ateliers
mécaniques, fut par la suite placé au coeur même de chacune des machines, remodelant
non seulement leur conception propre, mais également celle des ateliers qui, débarrassés
de la contrainte de la transmission centrale, purent optimiser l'implantation de leurs
machines ainsi que la circulation des pièces entre elles.

Description et classification.
Les machines-outils les plus nombreuses travaillent par usinage, c'est-à-dire par
enlèvement de métal à l'aide d'un outil tranchant. C'est le cas de toutes les machines-outils
à bois et d'un grand nombre de machines-outils qui élaborent des pièces métalliques, ellesmêmes constitutives d'appareils ou de machines. Pièce et outil sont animés d'un
mouvement relatif qui peut être engendré de diverses façons. Dans un tour, par exemple,
la pièce tourne sur elle-même et l'outil se déplace par translation, parallèlement à l'axe de

rotation, ou perpendiculairement à cet axe ; dans une raboteuse adaptée à l'usinage de
grandes surfaces planes, la pièce se déplace d'un mouvement alternatif et l'outil est fixe
pendant l'alternance active (il s'efface légèrement et se déplace latéralement pour préparer
la passe active suivante, pendant l'alternance de retour) ; dans un étau-limeur, c'est l'outil
qui est animé d'un mouvement alternatif par rapport à une pièce qui ne subit pas d'autre
déplacement que le petit déplacement latéral préparant la passe active suivante ; dans une
fraiseuse, la pièce se déplace au contact d'une fraise tournant sur elle-même en position
fixe ; dans une perceuse, la pièce est fixe et l'outil (foret) avance axialement tout en
tournant sur lui-même.
L'outil doit toujours être plus dur que la pièce à usiner (acier extradur pour acier doux
ou mi-dur, acier renforcé d'une plaquette de carbure de tungstène pour acier dur et
extradur). Il pénètre dans la pièce et, en progressant, arrache un copeau. L'effort à fournir
correspond non seulement à celui de l'arrachage, mais également au frottement du talon
de l'outil sur le fond du sillon qu'il creuse, ainsi qu'au frottement de sa face active sur le
copeau qu'il soulève. L'énergie correspondante se transforme en un important
dégagement de chaleur localisé. Pour ces différentes raisons, les outils usinant des métaux
durs sont généralement lubrifiés par un jet d'huile soluble dans l'eau : le lubrifiant diminue
les efforts de frottement, l'eau (dans laquelle l'huile spéciale est dissoute) assure un
refroidissement efficace grâce à sa grande chaleur massique, relayée - si nécessaire - par
une vaporisation partielle. Les passes de dégrossissage creusent des sillons importants et
donnent un aspect de surface irrégulier ; les passes suivantes creusent des sillons de plus
en plus discrets, jusqu'aux passes de finition qui conduisent à des surfaces lisses aux cotes
définitives. Elles peuvent être suivies ou non d'une rectification assurant un polissage final
de la surface (étalement d'une microcouche de métal amorphe au-dessus de la structure
cristalline), opération qui s'effectue généralement à la meule « diamant » et n'introduit
presque plus de modification dimensionnelle.
Une deuxième catégorie de machines-outils travaille par découpage ou déformation. Il
s'agit des cisailles, des presses qui mettent des tôles en forme entre deux matrices (en
assurant éventuellement un découpage concomitant de leurs bords), des machines à
estampage (matriçage par percussion) et des machines à forger (marteaux-pilons). On
considère toutefois que les machines continues ou semi-continues de la sidérurgie ou
d'autres métallurgies lourdes, comme les laminoirs, les extrudeuses et les filières, ne sont
pas des machines-outils.
Il existe enfin un grand nombre de machines spéciales, conçues en vue d'applications
particulières et qui n'entrent dans aucune catégorie précise. On peut citer, à titre
d'exemple, les machines à programmes complexes (à la limite des machines-outils
proprement dites et des robots), qui combinent mise en forme, soudage et usinage ; les
machines à scier la pierre ; les machines à usiner les lentilles de verre ; les machines à
percer le verre ou la céramique, dont l'outil est un jet pneumatique entraînant de la
poussière abrasive ; les machines à jet liquide et à laser ; les machines de formage sur
matrice par action hydraulique directe ou par explosif, etc. En revanche, on n'appelle pas
communément machines-outils les appareils d'usinage électrochimiques (absence d'outils),
les machines textiles élaborant fils et tissus, les machines à coudre les tissus et les peaux,
les machines produisant cigares et cigarettes, ni les machines de mise en forme des
matières plastiques par moulage, extrusion ou soufflage.
Complétez votre recherche en consultant :
Les corrélats
textiles - Histoire des textiles - Les techniques actuelles
Les livres
machine-outil multibroches, page 2963, volume 6
machine-outil - pupitre de programmation, page 2963, volume 6

L'évolution des machines-outils modernes.
Les premières machines-outils industrielles, bien que déjà perfectionnées, faisaient
largement appel à la conduite manuelle des opérations d'usinage. C'est ainsi que l'usinage
d'une pièce de révolution complexe sur un tour nécessitait un mouvement complètement
mécanisé, la rotation de la pièce sur elle-même, et deux mouvements commandés à la
main : le déplacement axial de l'outil et sa pénétration transversale. L'usinage d'une barre
de diamètre constant ou d'un filetage sur une telle barre mobilisait deux mouvements
mécanisés : la rotation de la pièce et le déplacement axial du porte-outil (chariotage
obtenu grâce à une vis mère longeant le bâti) et un ajustement manuel initial de la
pénétration transversale. Le choix des vitesses de rotation et de chariotage éventuel était
effectué grâce à des jeux d'engrenage que l'on combinait à la main, dans des carters de
boîtes non commandées, avant de commencer les opérations.
Ces premières machines évoluèrent rapidement : variateurs de vitesses divers (dans le
cadre du réglage d'un mouvement unique), boîtes de vitesses mécaniques à rapports
multiples et à commande externe (lorsqu'il fallait synchroniser deux mouvements
distincts), commande du mouvement transversal de l'outil dans un tour, ou du
mouvement de la table par rapport à l'outil dans une fraiseuse, par un servomécanisme
hydraulique piloté par un palpeur qui suivait un modèle (tours et fraiseuses à copier).
Dans l'immédiat après-guerre, des machines-transferts furent introduites dans les
grands ateliers mécaniques tels que les ateliers de construction de moteurs
d'automobiles : une pièce complexe, un bloc-moteur par exemple, passait
automatiquement d'un poste d'usinage à un autre et subissait la totalité des opérations la
concernant : rabotage des parties planes, perçage, taraudage, alésage interne des
cylindres, rectifications finales. La généralisation, enfin, de la commande numérique des
machines-outils permit de programmer l'ensemble des opérations concernant le traitement
d'une pièce par une machine, y compris sa mise en place et son évacuation, sur un support
informatique tel que disquette, disque dur ou bande magnétique ; les opérations répétitives
s'enchaînent ainsi sans perte de temps et conduisent à des cadences de production
élevées de pièces de série, assorties d'une diminution simultanée du nombre des défauts.
La maîtrise des techniques de commande numérique a permis de repenser la conception
des machines elles-mêmes. C'est ainsi que sont nés les centres d'usinage, machines
complexes et compactes réalisant toutes les différentes opérations d'usinage concernant
une même pièce, certaines séquentiellement, d'autres simultanément. Le résultat est voisin
de celui obtenu avec une machine-transfert, mais l'espace occupé par la machine et la
durée globale des opérations sont considérablement réduits. Il est également possible de
faire superviser par un ordinateur central l'ensemble des machines à commande numérique
d'un atelier et l'ensemble des organes de transfert de pièces qui assurent les déplacements
de machine à machine. Toutes les étapes successives d'élaboration en série d'une
catégorie de pièces identiques, depuis l'entrée des pièces brutes jusqu'à la sortie des pièces
terminées et contrôlées, se déroulent ainsi sans intervention humaine ; le passage d'une
série à une autre se fait par simple modification de la programmation de l'ordinateur
central, qui modifie ensuite lui-même les programmes de chacune des machines, ainsi que,
si nécessaire, l'ordre de circulation de machine à machine.
L'évolution des machines-outils se poursuit actuellement et conduit en même temps à
l'augmentation des cadences, à l'amélioration de la précision et à la disparition des erreurs.
L'augmentation des cadences dérive non seulement de la diminution des temps morts,
mais aussi de l'augmentation des vitesses de coupe proprement dites, ce qui pose de
nombreux problèmes quant à la nature et à la forme des outils, à la lubrification et au
refroidissement, à l'évacuation des copeaux, à la rigidité des structures et des bâtis.
L'amélioration de la précision exige la mise en place de dispositifs de contrôle dimensionnel
continus permettant un repositionnement automatique relatif « pièce-outil », sur chaque
poste d'usinage, qui compense exactement l'effet de l'usure de l'outil. La disparition des
défauts résulte d'une part de la fiabilité des commandes numériques, qui ne commettent

pas d'erreurs opérationnelles, de l'amélioration de la précision d'autre part, les inévitables
petites dérives résiduelles se trouvant toujours à l'intérieur des tolérances admissibles et
n'entraînant plus de rebut au contrôle final.
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Les livres
automatisation - machine-outil à commande numérique, page 463, volume 1
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