Prévoir les opérations et les reprises

Une CNC peut réaliser un contour remarquable, mais il reste à retourner le corps pour usiner les cavités arrière. Que restera-t-il pour le repositionner ? Un projet qui conserve ses références assez longtemps économise beaucoup de manipulations et de mauvaises surprises.

Faire les choses dans le bon ordre

L'ordre dans lequel les opérations sont réalisées influence directement leur difficulté. Un corps peut conserver ses faces planes pendant le perçage des cavités et des logements, puis recevoir son contour définitif et ses chanfreins. Un manche peut être percé et rainuré pendant qu'il possède encore une géométrie simple, avant que son profil arrière ne soit sculpté. Sur une table rapportée, certains passages ou évidements peuvent être réalisés avant collage. Il n'existe pas une séquence universelle valable pour tous les instruments. Mais une bonne séquence cherche à conserver aussi longtemps que nécessaire les surfaces de référence et les possibilités de maintien. Elle évite également de terminer une surface fragile avant une opération susceptible de l'endommager.

La fabrication d'un corps implique souvent des opérations sur la face avant et sur la face arrière. Les cavités des micros, du manche et du chevalet peuvent être réalisées d'un côté, tandis que les logements de l'électronique, les cavités des ressorts et certains contours ergonomiques se trouvent de l'autre. Il faut donc prévoir comment retourner la pièce sans perdre son positionnement. Sur une CNC, plusieurs méthodes existent : utiliser des références mécaniques conservées sur le brut, placer des piges de positionnement dans un montage adapté ou employer un dispositif de reprise dédié. Le principe essentiel est de conserver une relation précise entre les deux faces.

Une erreur de repositionnement peut conduire une cavité arrière à se retrouver décalée par rapport à une cavité avant, avec une épaisseur résiduelle très différente de celle prévue. Ce problème est particulièrement sensible sur les corps minces et les instruments fortement chambrés.

Deux trous de positionnement réalisés dans une zone extérieure au contour final peuvent suffire à définir une reprise de position en plan lorsque le dispositif de maintien est correctement conçu. Ces trous servent à repositionner le brut sur des piges fixées à un support. Leur intérêt est de fournir une référence mécanique reproductible indépendamment de la silhouette de la guitare. Ils doivent cependant être placés de manière à rester disponibles tant que les retournements sont nécessaires. Il faut également prévoir une troisième condition : la pièce doit reposer sur un plan d'appui correctement défini pour que sa hauteur et son orientation soient maîtrisées. Les piges ne remplacent donc pas une surface de référence.

Une ébauche destinée à la fabrication ne devrait pas être commandée exactement aux dimensions finales de l'instrument. Il faut conserver de la matière pour dresser les faces, corriger de petites variations dimensionnelles, réaliser les opérations de maintien et détourer proprement la pièce. La surépaisseur dépend du matériau disponible, de sa stabilité, de son état de surface et des méthodes de fabrication. Une pièce de bois massif brut de sciage n'exige pas la même préparation qu'un panneau déjà raboté et calibré. Le dessin de l'ébauche doit donc être distinct de celui du composant terminé. Cette différence doit aussi tenir compte des éventuels mouvements du bois pendant les étapes de dégrossissage.

Une pièce dont on retire beaucoup de matière peut se déformer légèrement lorsque les contraintes internes se redistribuent ou que ses conditions d'humidité évoluent. Il peut être préférable de réserver une opération de finition dimensionnelle après une première phase de mise en forme, plutôt que d'atteindre immédiatement toutes les cotes définitives.

Ne pas fragiliser les pièces avant leur assemblage

Les poches de micros, les chambres d'allègement et les cavités électroniques réduisent localement la rigidité du corps. Lorsque ces évidements sont réalisés très tôt, ils peuvent également modifier la manière dont la pièce réagit aux efforts de serrage. Une bride placée au-dessus d'une zone devenue très mince peut provoquer une déformation locale. Sur une table rapportée, les opérations de collage peuvent également solliciter les parties situées au-dessus des chambres. Il faut donc examiner la résistance de la pièce non seulement une fois terminée, mais aussi pendant les différentes étapes de fabrication. Cette question devient particulièrement importante pour les instruments semi-creux ou fortement chambrés.

Un corps en plusieurs pièces, une table rapportée ou un manche multipli demandent des surfaces capables de recevoir correctement les efforts de serrage. Une jonction dessinée sans tenir compte de son assemblage peut devenir inutilement difficile à réaliser. Il faut pouvoir préparer les surfaces, répartir la pression et maintenir les pièces dans leur position pendant le collage. Une table très sculptée sera généralement plus simple à coller avant sa sculpture définitive, lorsque sa face extérieure présente encore des zones permettant un serrage approprié. Cette remarque dépend évidemment de l'architecture retenue et de l'adhésif utilisé. Sur certaines constructions, un contre-moule ou un dispositif de pressage spécifique peut être nécessaire.

Une guitare ne se compose pas seulement de pièces fabriquées séparément. Certaines dimensions deviennent fonctionnelles uniquement une fois les éléments réunis. La jonction corps-manche en constitue l'exemple le plus important. Un logement peut être parfaitement usiné suivant son propre dessin et un manche parfaitement conforme au sien, sans que leur association donne nécessairement l'alignement recherché si les références ou les ajustements n'ont pas été définis de manière cohérente. Il faut donc déterminer quelles surfaces servent à positionner les pièces pendant l'assemblage. Dans Concevoir la jonction corps-manche, nous avons abordé ses conséquences mécaniques et géométriques. Le problème devient maintenant celui de la fabrication : les références prévues sur le plan doivent pouvoir être matérialisées et contrôlées dans l'atelier.

Gabarits, CNC et simulation

Dans un atelier utilisant des méthodes conventionnelles, le gabarit constitue souvent l'interface principale entre le dessin et la pièce. Nous avons déjà traité son fonctionnement, ses matériaux, sa fabrication et ses modes de fixation dans Le gabarit, lien entre le plan et la pièce. Il n'est donc pas nécessaire de reprendre ici toutes ces techniques. En revanche, il faut retenir que le gabarit devrait idéalement être prévu dès le dessin du composant. Son contour doit tenir compte de la fraise utilisée, du roulement ou de la bague de copiage, de la manière dont il sera fixé et de la profondeur à atteindre.

StewMac publie notamment des instructions consacrées au copiage des cavités, montrant l'importance de la position du roulement, de la longueur de l'outil et des différentes passes de travail. StewMac — utilisation des fraises à copier pour guitare Le gabarit n'est donc pas simplement la reproduction d'une silhouette. C'est un élément du système de fabrication.

La commande numérique apporte une excellente répétabilité géométrique lorsque la machine, les outils, le brut et les références sont correctement maîtrisés. Elle permet également de réaliser des surfaces complexes et d'organiser plusieurs opérations à partir d'un modèle numérique. Mais elle ne supprime ni les problèmes de bridage, ni les limites des outils, ni les contraintes du matériau. Une CNC trois axes ne peut pas atteindre une surface cachée derrière une autre sans modification du montage ou recours à un outil adapté. Elle ne sait pas non plus, à partir du seul dessin, si une fraise est trop longue, si une bride gêne la broche ou si le bois risque de s'arracher dans une zone particulière.

La programmation des parcours d'outils, appelée fabrication assistée par ordinateur ou FAO, constitue donc une étape distincte de la conception géométrique. La documentation d'Autodesk Fusion présente cette chaîne : définition de la pièce et du brut, configuration de l'usinage, génération des parcours, simulation puis production du programme machine. Autodesk Fusion — principes du passage de la CAO à la FAO La CAO décrit la pièce recherchée ; la FAO définit comment l'outil va enlever la matière pour l'obtenir.

Un parcours d'outil peut être parfaitement correct dans le logiciel et poser un problème sur la machine réelle. La simulation doit donc représenter autant que possible le brut, les outils et les dispositifs de maintien utilisés. La longueur totale de l'outil et son porte-outil comptent autant que la partie coupante lorsqu'il faut vérifier les collisions. Il faut également tenir compte des déplacements entre opérations. Sur une guitare comportant de profondes cavités, un outil peut atteindre correctement le fond d'une poche tout en créant un risque de collision entre le porte-outil et la surface supérieure du corps. Ces situations doivent être étudiées avant l'usinage.

Certaines géométries nécessiteraient des opérations longues ou des outils particulièrement fins si elles étaient entièrement réalisées à la CNC. Il peut être plus rationnel de laisser une petite quantité de matière à reprendre manuellement. Les angles d'une cavité de micro très ajustée, certaines transitions près d'une jonction de manche ou les détails d'une sculpture peuvent se prêter à cette approche. L'opération inverse est tout aussi intéressante : une CNC peut fabriquer des gabarits précis qui seront ensuite utilisés avec une défonceuse conventionnelle. Cette combinaison évite d'utiliser la machine la plus complexe pour chaque opération. La fabrication doit donc être conçue comme une succession de procédés complémentaires plutôt que comme une obligation de tout réaliser avec un seul équipement.

Surfaces, fil et préparation de finition

Toutes les surfaces usinées ne sortent pas de l'atelier avec le même état. Une face obtenue par rabotage, une cavité fraisée avec un outil droit et une surface sculptée à la fraise sphérique peuvent présenter des traces très différentes. La préparation nécessaire avant finition dépend de ces états de surface. Un dessin comportant de nombreuses petites zones concaves peut être difficile à poncer sans modifier leur géométrie. Une grande surface continue sera souvent plus simple à contrôler. Il faut donc anticiper la finition manuelle lorsque celle-ci fait partie du processus. Le temps consacré à éliminer les traces d'usinage peut parfois dépasser celui de la coupe elle-même.

Le bois n'est pas un matériau homogène. Ses fibres possèdent une direction et leur orientation varie autour des courbes du corps ou le long d'une pièce figurée. Une opération de fraisage peut produire une surface propre dans une zone et provoquer des arrachements quelques centimètres plus loin. Le phénomène devient particulièrement sensible autour des cornes, des changements brusques de courbure et de certains bois à fil irrégulier. Le dessin peut limiter certains risques en évitant des détails inutilement fragiles, mais la stratégie d'usinage reste également déterminante. Dans Le gabarit, lien entre le plan et la pièce, nous avons expliqué pourquoi un bon gabarit ne suffit pas à prévenir l'arrachement.