Du DXF à une barre que la machine sait réellement produire

Un fichier DXF, c'est de la géométrie. Une machine CNC de jeux de barres a besoin d'instructions. Entre les deux se trouve une étape de traduction que la plupart des ateliers ne découvrent que le jour où la première barre sort 4 mm trop courte et où personne ne peut dire à qui la faute.

L'écart ne tient pas aux formats de fichiers, même si les formats causent bien des ennuis. Un plan décrit une forme ; une machine a besoin d'une liste ordonnée. Rien dans un DXF ne dit quelle boucle fermée est un trou et laquelle est le contour extérieur. Votre FAO doit le déduire, et la déduction échoue de manière précise et prévisible.

Ce dont la machine a réellement besoin

Une fois le logiciel mis de côté, un cycle poinçonnage-cisaillage-cintrage a besoin de six choses : la longueur et la section du flan, avec matériau et état métallurgique, puisque le retour élastique et l'effort de poinçonnage en dépendent tous deux ; une table de trous en X, Y et diamètre depuis une référence ; une table de plis en position, angle, sens et rayon intérieur ; la séquence des opérations, car poinçonner après cintrer est souvent impossible tandis que cintrer après poinçonner peut déformer un trou trop proche de la tangente ; la référence elle-même, c'est-à-dire quelle extrémité est le zéro et quelle face est vers le haut ; et la longueur développée, qui n'est pas la somme des longueurs d'ailes du plan.

Un DXF vous donne bien la table de trous, partiellement la section, la table de plis seulement si quelqu'un l'a annotée, et les trois dernières pas du tout. Tout ce qui tourne mal vit dans ce manque.

Conventions de calques, et à quoi ressemble un bon gabarit

Le seul moyen fiable d'indiquer à la FAO ce que signifie un élément de géométrie est de le placer sur un calque nommé et de mapper ce nom dans l'importateur. La couleur ne remplace rien : elle survit mal aux conversions, la couleur par bloc écrase silencieusement la couleur de calque, et personne dans votre bureau d'études n'est d'accord sur ce que veut dire le rouge.

Un jeu de calques praticable pour les jeux de barres :

Les règles qui font fonctionner le gabarit en pratique :

• Une pièce par fichier, ou une pièce par bloc avec un espace de noms plat. Les blocs imbriqués mettent en échec la plupart des importateurs, et une référence de bloc mise à l'échelle de façon non uniforme transforme les cercles en ellipses.
• Espace objet, 1
  , millimètres. Réglez $INSUNITS sur 4 (millimètres). Un plan qui arrive sans unité fait l'objet d'une supposition, et la supposition est souvent le pouce.
• Ne décomposez rien sur le contour, ne décomposez rien en hachures. Une hachure sur la face de la pièce est une décoration que la FAO peut tenter de découper.
• Les trous sont des entités CIRCLE, toujours. Pas des polygones, pas des arcs assemblés en boucle, pas des blocs contenant un cercle à moins que votre importateur ne les résolve.
• Aucune cote ni marque de centre sur les calques de fabrication. Une marque de centre sur BB_HOLES devient deux minuscules lumières.
• Référence à un coin indiqué, par convention en bas à gauche du développé avec la face de référence vers le haut, et énoncée dans le gabarit pour n'avoir jamais à être négociée affaire par affaire.

Rédigez cela comme une norme de dessin d'une page et diffusez-la à tous ceux qui vous envoient des plans, votre propre bureau d'études compris. Ne pas l'avoir coûte un appel téléphonique par affaire.

DXF R12, R14 et DWG

La version DXF compte davantage qu'on ne le pense, car les types d'entités ont été ajoutés au fil du temps et un export vers une version ancienne doit simuler tout ce qui n'existait pas encore.

DXF R12 (AC1009) n'a ni SPLINE, ni ELLIPSE, ni LWPOLYLINE. Il possède LINE, ARC, CIRCLE et la POLYLINE lourde, ce qui suffit généralement pour le travail des jeux de barres : les contours sont des lignes et des arcs, les trous sont des cercles. R12 est un format d'échange sûr à condition que la pièce ait été dessinée ainsi. Dessinez une extrémité de lumière en ellipse ou tracez un profil à la spline et l'export R12 la convertit silencieusement en une polyligne à nombreux segments — c'est là que la reconnaissance s'effondre.

DXF R13 et R14 (AC1012, AC1014) ont introduit les entités SPLINE et ELLIPSE ainsi que la polyligne légère. Les courbes survivent comme courbes. En pratique, une version DXF ASCII intermédiaire, R14 ou AutoCAD 2000, est le meilleur choix par défaut : assez récente pour porter de vrais arcs et ellipses, assez ancienne pour que tous les lecteurs FAO du marché la gèrent.

DWG est le format binaire natif d'Autodesk et une cible mouvante. Chaque version le modifie, les lecteurs tiers procèdent par rétro-ingénierie, et il transporte bien plus que ce dont vous avez besoin : xréfs vers des fichiers qu'on ne vous a pas envoyés, objets proxy issus d'applications métier, géométrie de fenêtres. Acceptez le DWG quand il le faut, convertissez-le vous-même, et inspectez le résultat.

Préférez le DXF ASCII au binaire. L'ASCII est un fichier texte que vous pouvez fouiller. Quand une pièce refuse de s'importer, ouvrez-la dans un éditeur de texte et comptez les types d'entités. Un rectangle à huit trous qui affiche quarante enregistrements POLYLINE et zéro CIRCLE vous a dit ce qui s'est passé avant même que vous n'ouvriez le moindre logiciel de FAO.

Pourquoi splines décomposées et arcs polygonalisés cassent la reconnaissance de trous

La reconnaissance de trous fonctionne par filtrage de motifs. L'importateur cherche une entité CIRCLE, ou une boucle fermée d'arcs partageant un même centre, et l'appelle trou avec un diamètre qu'il peut associer à un poinçon. Quand un cercle arrive sous forme de polygone, ce test échoue.

La défaillance n'est pas seulement catégorielle, elle est dimensionnelle. Un cercle de rayon R approché par un polygone inscrit à n segments a ses sommets sur le cercle vrai et le milieu de ses côtés à l'intérieur, au rayon R·cos(π/n). Pour un trou de passage de 11 mm (R = 5,5 mm) approché par 16 segments, le rayon à mi-corde vaut 5,5 × cos(11,25°) = 5,394 mm : le diamètre inscrit du polygone est donc de 10,79 mm. Cela fait 0,21 mm de moins. Un algorithme de reconnaissance qui s'ajuste sur la mi-corde choisira le mauvais poinçon. Avec 32 segments, l'erreur tombe à environ 0,05 mm, ce qui correspond exactement à la précision de positionnement publiée pour l'IMAC-CENTER 80 : vous dépensez alors tout votre budget géométrique en artefact d'arrondi.

Certains importateurs ne tentent aucun ajustement de cercle et traitent la polyligne fermée comme un profil, ce qui, sur une poinçonneuse, signifie une erreur ou un contour grignoté en soixante coups là où un seul suffirait.

Une distinction compte. Un arc stocké comme valeur de bulge dans une LWPOLYLINE est un véritable arc et survit parfaitement ; le bulge vaut tan(θ/4) pour l'angle inscrit du segment, et les importateurs le reconstruisent exactement. Ce sont les arcs linéarisés, produits par décomposition, par export R12 d'une géométrie spline, ou par un passage dans un logiciel d'illustration, qui détruisent l'information. Les splines sont le coupable habituel, car rien en aval ne sait les représenter et tous les chemins d'export les aplatissent quelque part. Resserrer la tolérance de corde ne fait qu'échanger de l'erreur géométrique contre du nombre de segments. Le vrai remède est en amont : dessinez les trous comme des cercles.

Développement du flan et position réelle de la fibre neutre

Une barre pliée est plus longue à l'extérieur qu'à l'intérieur. Entre les deux surfaces se trouve une fibre qui ne s'allonge ni ne se comprime, et la longueur de cette fibre à travers le pli est la matière à prévoir dans le développé.

La relation standard est :

BA = (π/180) × θ × (R + K·t)

où θ est l'angle de pli en degrés, R le rayon intérieur, t l'épaisseur, et K le facteur K, défini comme la distance de la surface intérieure à la fibre neutre divisée par t.

L'hypothèse naïve est la mi-épaisseur, K = 0,5. Elle est fausse, pour des raisons mécaniques. À mesure que la barre épouse la matrice, les fibres extérieures s'allongent et s'amincissent tandis que les fibres intérieures se compriment contre la matrice : la fibre neutre migre donc vers la face intérieure, et elle migre d'autant plus que le pli est serré. Pour de la barre de cuivre cintrée à plat sur un rayon généreux, R/t de 2 ou plus, K se situe typiquement entre 0,42 et 0,48 ; à mesure que R/t approche 1, il descend couramment vers 0,35. Ce sont des ordres de grandeur, non des constantes. Ils bougent avec l'état métallurgique, la géométrie de matrice, et selon que la machine essuie ou enveloppe.

Alors mesurez les vôtres. La procédure prend vingt minutes et se rembourse indéfiniment :

1. Découpez une éprouvette de la section que vous employez, d'une longueur L₀ mesurée à 0,05 mm.
2. Pliez-la à 90° sur la matrice utilisée en production, dans la même orientation.
3. Mesurez les deux cotes d'ailes extérieures A′ et B′ jusqu'à l'apex extérieur théorique.
4. Retrait de pli BD = A′ + B′ − L₀.
5. Retrait extérieur OSSB = (R + t) × tan(θ/2), qui pour 90° vaut simplement R + t.
6. Allocation de pli BA = 2 × OSSB − BD.
7. K = (BA / θ_radians − R) / t.

Application : t = 10 mm, rayon intérieur de matrice R = 10 mm, θ = 90°. Si vos mesures donnent K = 0,45, alors BA = 1,5708 × (10 + 4,5) = 22,78 mm, OSSB = 20 mm, et BD = 40 − 22,78 = 17,22 mm. Une pièce dont les ailes extérieures font 200 et 300 mm a une longueur développée de 500 − 17,22 = 482,78 mm.

Supposons maintenant que votre CAO portait un K tôlerie par défaut de 0,33, hérité d'un gabarit acier que personne n'a modifié. BA devient 1,5708 × 13,3 = 20,89 mm, BD devient 19,11 mm, et le développé ressort à 480,89 mm. Une erreur de 1,9 mm par pli, due à un paramètre enfoui trois boîtes de dialogue plus loin. Sur une colonne montante en U à quatre plis, cela représente jusqu'à 7,6 mm d'erreur cumulée, et cela se manifestera par un trou qui rate son goujon.

Le cintrage sur chant ne se développe pas selon la même relation, et bien des dépliages CAO généralistes lui appliquent discrètement la règle du cintrage à plat. Si vos pièces comportent des plis sur chant, vérifiez le développé sur une éprouvette avant de lui faire confiance ; la différence entre cintrage sur chant et cintrage à plat n'est pas un détail.

Une cotation des lignes de pli qu'une machine sache lire

Une ligne de pli sur un plan doit porter quatre informations, et chacune comporte un piège de convention.

La position. La ligne est-elle au centre du pli, à la tangente intérieure, ou à l'apex des surfaces extérieures ? La plupart des FAO attendent le centre de la zone de pli dans le développé. Énoncez-le dans le gabarit.

Le sens. Vers le haut ou vers le bas par rapport à une face nommée, non par rapport à « la vue », car la vue s'inverse dès que quelqu'un met la pièce en miroir. Deux calques, BB_BEND_UP et BB_BEND_DOWN, suppriment entièrement l'ambiguïté.

L'angle, et lequel. L'angle de pli (écart par rapport au plan) et l'angle inscrit (entre les ailes) sont supplémentaires. À 90° ils sont égaux, ce qui explique la survie de la confusion : la première pièce d'essai de chacun est un angle droit et les deux conventions concordent. Pour un angle de pli de 45°, l'angle inscrit vaut 135° : un plan qui n'indique que « 45° » est un coup de dés. Écrivez BEND UP 45 (INC 135).

Le rayon intérieur. L'allocation de pli en dépend : il n'est donc pas facultatif. En pratique, le rayon est fixé par la matrice dont vous disposez ; le plan doit donc nommer la matrice ou le rayon, et le bureau d'études doit savoir quels rayons existent à l'atelier avant de dessiner un pli qui en exige un que vous n'avez pas. L'état métallurgique du cuivre le contraint aussi, puisqu'une barre demi-dure n'acceptera pas le rayon qu'accepte une barre recuite ; voyez les recommandations sur le rayon minimal de cintrage par état. Confrontez section et rayon à la capacité de la machine avec le calculateur d'effort de cintrage au moment de la conception, plutôt que devant la presse.

Une annotation de plus à porter : la distance trou-pli. Un trou dont le bord se trouve à l'intérieur de la zone de déformation se déformera à la formation du pli. Garder le bord du trou à au moins 1,5 à 2 fois l'épaisseur de la tangente de pli est la règle de travail usuelle, et c'est une règle que votre FAO n'appliquera pas à votre place.

Le cumul de tolérances, de bout en bout

Additionnons les contributions entre une cote CAO nominale et une barre finie, pour une pièce à quatre plis de 2 m de long en cuivre 100 × 10 mm :

Le constat est net. Les contributions machine se comptent en dixièmes de millimètre ; la contribution du développé se compte en millimètres. Une machine plus précise ne corrige pas un facteur K faux, et un atelier qui achète un positionnement à ±0,05 mm puis développe avec une valeur par défaut acier a dépensé son argent au mauvais endroit. Le terme discret est la température de mesure : le cuivre se dilate d'environ 17 µm par mètre et par kelvin, de sorte qu'une barre de 6 m mesurée à 5 K de la référence lit un demi-millimètre de trop. Cela explique une bonne part des discussions entre un fabricant et la réception marchandises d'un client.

Ancrez les conventions de position et de pas des trous pour raccordements boulonnés à une norme, au lieu de les négocier plan par plan. DIN 43673-1 couvre les perçages et les raccordements vissés des barres rectangulaires, en donnant l'implantation et la dimension des trous ainsi que les données de base des raccordements vissés. Notez que DIN 46433 n'est pas une norme de jeux de barres, quoi qu'en dise un moteur de recherche ; elle couvre les dimensions des fils plats étirés et constitue l'une des références les plus obstinément mal citées de ce métier.

Ce que les acheteurs dessinent réellement

La CAO en appareillage est fragmentée, et le problème de format diffère dans chaque coin.

AutoCAD. Reste la source la plus courante de géométrie de jeux de barres. Il produit directement des développés, puisque le plan est le développé. Cela coupe dans les deux sens : il n'y a pas d'étape de dépliage à rater, mais pas de modèle non plus pour vérifier, et l'allocation de pli a été appliquée à la main en amont par quelqu'un qui a pu, ou non, utiliser le bon K.

SolidWorks. Bon dépliage tôlerie avec prise en charge du facteur K et des tables de plis, et un export DXF de développé propre. Le piège est la valeur par défaut : les gabarits tôlerie sont livrés avec des tables d'épaisseurs et de K orientées acier, et de la barre de cuivre de 10 mm d'épaisseur n'est pas de la tôle. Constituez un jeu de paramètres tôlerie propre aux jeux de barres, un par section et par état, et verrouillez-le.

EPLAN Pro Panel avec le module Copper. Le seul conçu spécifiquement pour ce travail. Il planifie le système de jeux de barres en 3D en même temps que l'armoire, produit le développé, et exporte les données NC pour les machines de cintrage, de perçage et de poinçonnage, en tenant compte des plis sur chant. Si la conception de vos armoires vit déjà dans EPLAN, cela supprime toute une classe d'erreurs de recopie. EPLAN Electric P8, purement schématique, ne produit aucune géométrie de cuivre ; il vous faut le produit d'armoire 3D.

Elecdes Design Suite et SEE Electrical (IGE+XAO) couvrent tous deux l'implantation d'armoires et d'enveloppes, et tous deux apparaissent dans les affaires EPC et OEM. Comme pour EPLAN, ce que vous obtenez dépend des modules sous licence : les outils de schéma exportent des schémas.

Quelle que soit la source, vérifiez la géométrie une fois contre une pièce initiale mesurée et consignez le résultat par section et par état. Une fois par combinaison, pas une fois par affaire.

Le problème du transfert de fichiers

Rien de ce qui précède n'est la cause la plus fréquente d'une barre fausse. La cause la plus fréquente est la dérive d'indice.

Le scénario est familier. Le bureau d'études émet l'indice B. Il atteint la machine par courriel, ou sur une clé USB, ou via un dossier partagé que l'îlot machine ne voit pas, si bien que quelqu'un le copie en local. L'opérateur modifie le programme sur l'IHM pour lever une interférence, et cette modification n'existe nulle part ailleurs. Le bureau d'études émet l'indice C. Personne ne prévient la machine. Deux semaines plus tard, un lot est produit à l'indice B augmenté d'une modification locale non documentée, et le seul enregistrement de ce qui a été fabriqué se trouve dans la mémoire d'un opérateur.

C'est ce que traite AIRLINK sur des machines comme l'EMAC-BB-S12 et les lignes de poinçonnage-cisaillage et centres d'usinage : partage de plans et de fichiers en temps réel entre le bureau et la machine, de sorte que la machine tire l'indice courant au lieu d'en détenir une copie, et que le bureau voie ce que la machine exécute. Avec l'imbrication à l'échelle du projet dans SMARTNEST BUSBAR et la conversion 3D-vers-programme dans SmartDraw derrière, le plan cesse d'être un fichier que l'on trimballe pour devenir un enregistrement que l'on référence.

C'est une affirmation sur le flux de travail et non sur la géométrie, et les deux doivent rester distinctes. L'hygiène des fichiers ne corrigera pas un facteur K faux, et un facteur K correct ne vaut rien si la machine exécute le plan du mois dernier.

Corrigez d'abord la norme de dessin, parce qu'elle ne coûte rien. Mesurez ensuite vos propres facteurs K, parce que c'est là que les millimètres se cachent.