Dessiner avec les outils de l’atelier

Une poche profonde et étroite est très facile à dessiner. La réaliser avec une fraise trop courte est une autre histoire. Sur un manche, supprimer trop tôt une face plane peut compliquer toutes les opérations suivantes. Avant de célébrer une jolie forme, il faut vérifier qu’un outil pourra l’atteindre et qu’on pourra encore tenir la pièce.

Du modèle final à l’ébauche

Une même guitare peut être construite avec des procédés très différents. Un artisan travaillant principalement à la scie, au rabot, au ciseau et à la défonceuse ne préparera pas nécessairement les mêmes opérations qu'un atelier équipé d'une fraiseuse CNC trois axes. Une production répétée de plusieurs instruments impose encore d'autres contraintes. Les trois approches peuvent aboutir à un résultat de qualité comparable, mais elles ne favorisent pas toujours les mêmes géométries. Une longue rainure droite est simple à réaliser avec une défonceuse guidée ou une CNC. Une cavité comportant plusieurs petites poches de profondeurs différentes demande davantage de préparation avec des gabarits conventionnels, tandis qu'elle peut être relativement simple à programmer en commande numérique.

À l'inverse, certaines retouches ponctuelles, comme ajuster un logement ou supprimer une petite quantité de matière dans un angle, sont parfois beaucoup plus rapides avec un outil manuel qu'avec une nouvelle mise en position sur une machine. La fabrication ne doit donc pas être définie par une opposition entre travail manuel et commande numérique. Le procédé doit être choisi en fonction de l'opération, de la précision nécessaire et des moyens disponibles. Dans Construire une guitare avec un atelier simple, nous avons présenté les possibilités offertes par un équipement relativement limité. Ici, nous allons examiner comment anticiper ces contraintes directement dans le dessin.

Le modèle définitif représente l'instrument terminé. Il ne représente pas nécessairement la forme que devront posséder les pièces pendant les différentes étapes de leur fabrication. Un corps peut ainsi être dessiné avec son contour définitif, ses arrondis et ses chanfreins, alors qu'il sera plus pratique de conserver une ébauche rectangulaire pendant les premiers usinages. Un manche peut posséder un profil arrière complexe tout en restant provisoirement plat pendant la réalisation de la rainure du truss rod ou le positionnement de la touche. Une table figurée peut être destinée à suivre une sculpture relativement profonde, mais sa face inférieure devra d'abord offrir une surface de collage correctement préparée. Il faut donc distinguer trois états :

• La pièce brute, avec ses surépaisseurs et les zones nécessaires à son maintien.
• La pièce en cours de fabrication, qui conserve éventuellement des références ou des volumes provisoires.
• La pièce terminée, correspondant aux dimensions et surfaces fonctionnelles de l'instrument.

Une opération précise exige une référence fiable. Sur un corps, il peut s'agir de la face supérieure dressée, de l'axe longitudinal ou d'un bord provisoire. Sur un manche, une face plane et l'axe du truss rod constituent souvent des références particulièrement utiles. Si ces surfaces disparaissent trop tôt, les opérations suivantes deviennent plus difficiles à positionner. Imaginons un corps dont le contour extérieur est immédiatement détouré, arrondi et chanfreiné. Il peut ensuite devenir compliqué de le maintenir correctement pour réaliser une cavité arrière ou un perçage latéral. Conserver temporairement une ébauche rectangulaire permet au contraire de disposer de surfaces droites et planes pour l'appui, le traçage et le bridage.

Références et origines d’usinage

Les pièces principales d'une guitare ne doivent pas être fabriquées comme des objets géométriquement indépendants. L'axe du manche, la ligne du diapason, la position du chevalet et les trajectoires des cordes constituent un système de références déjà défini dans Axe, manche, chevalet et trajectoire des cordes. Ce système doit être conservé pendant la fabrication. Une cavité de micro peut avoir des dimensions parfaites et être pourtant mal placée si son gabarit a été aligné sur un contour extérieur légèrement asymétrique au lieu de l'axe fonctionnel de l'instrument. De la même manière, un logement de manche ne devrait pas être positionné uniquement à partir d'une distance mesurée depuis une corne ou une extrémité du corps.

Dans un logiciel de CAO, l'origine du modèle peut être placée pratiquement n'importe où. Elle peut correspondre à l'intersection des axes, à un coin de l'ébauche ou à un point fonctionnel comme le centre d'un chevalet. Pour l'usinage, cette origine doit surtout pouvoir être retrouvée physiquement. Une origine définie sur un coin qui sera supprimé dès la première opération peut devenir peu pratique lors d'une seconde mise en position. Sur une CNC, le système de coordonnées de travail sert précisément à établir la relation entre la pièce réelle et les parcours programmés.

La documentation d'Autodesk Fusion distingue explicitement le modèle, le brut, les dispositifs de maintien et le système de coordonnées de travail lors de la préparation d'une opération de fabrication. Autodesk Fusion — définir une configuration d'usinage Le principe dépasse largement l'utilisation de ce logiciel : une référence d'usinage doit être stable, accessible et suffisamment précise pour être retrouvée à chaque étape qui en dépend.

Maintenir la pièce et prévoir des zones provisoires

Une pièce ne peut être usinée correctement que si elle reste immobilisée pendant l'opération. Cette exigence paraît évidente, mais elle est souvent absente des dessins. Un corps de guitare possède une surface suffisamment importante pour recevoir plusieurs dispositifs de maintien lorsqu'il est encore brut. Une fois son contour terminé, la situation peut devenir beaucoup moins favorable. Les serre-joints peuvent gêner le passage d'une défonceuse. Sur une CNC, les brides risquent d'entrer dans l'enveloppe de déplacement de l'outil ou de la broche. Certaines zones du corps peuvent également être trop minces pour supporter un serrage important sans déformation. Il est donc utile de prévoir les surfaces de maintien dès la conception de l'ébauche.

Sur une pièce usinée à la commande numérique, on peut également conserver des zones sacrificielles destinées exclusivement au bridage. Elles seront supprimées une fois les opérations délicates terminées. Cette approche est généralement préférable à une modification improvisée du système de fixation pendant l'usinage.

Une pièce terminée ne comporte évidemment pas de languettes ou de prolongements inutiles. Pendant sa fabrication, ces éléments peuvent pourtant être très pratiques. Une extension provisoire permet de placer une vis de fixation sans endommager une surface qui restera visible. Une languette peut retenir un contour pendant sa découpe. Un cadre extérieur peut maintenir plusieurs petites pièces dans une même plaque. Ces parties appartiennent à l'ébauche, pas au modèle final. Leur position doit être choisie pour qu'elles puissent être retirées sans abîmer la pièce et sans supprimer une zone structurelle importante. Sur un corps de guitare, par exemple, des zones de maintien peuvent être conservées à l'extérieur du contour définitif pendant les opérations de cavités et de perçages.

Fraises, rayons et contre-dépouilles

Une cavité peut être parfaitement réalisable en théorie mais demander une profondeur supérieure à celle que peut atteindre l'outil disponible. Avec une défonceuse, la longueur utile de la fraise, la position de son roulement et la course de la machine limitent directement les profondeurs possibles. Sur une CNC, il faut également prendre en compte le porte-outil, la broche, la surface de la pièce et les éléments de bridage. Allonger simplement la sortie de la fraise n'est pas une solution universelle.

Plus l'outil dépasse de son support, plus il devient sensible à la flexion et aux vibrations sous l'effort de coupe. Cette difficulté peut entraîner une dégradation de la surface, une perte de précision ou, dans certaines conditions, une rupture. La conception doit donc éviter les cavités profondes et étroites qui imposeraient un outil inutilement long alors qu'une autre géométrie pourrait remplir la même fonction.

Une fraise cylindrique ne peut pas produire un angle intérieur parfaitement vif. Le rayon minimal obtenu dans le plan de coupe dépend du rayon de l'outil utilisé. Par exemple, une poche usinée avec une fraise de 6 mm de diamètre possède normalement des angles intérieurs d'au moins 3 mm de rayon, sauf si une autre opération vient les reprendre. Ce point devient important lorsqu'un composant rectangulaire doit entrer dans la poche. Dans Intégrer les micros, nous avons déjà rencontré cette difficulté avec les micros incrustés. Les contours visibles peuvent demander des rayons relativement faibles, tandis que les dégagements cachés disposent généralement de davantage de liberté.

Une solution rationnelle consiste donc à distinguer les zones nécessitant un petit outil de celles qui peuvent être usinées rapidement avec une fraise plus grande. On évite ainsi d'utiliser une fraise très fine pour retirer la totalité du volume d'une cavité importante.

Une partie des angles intérieurs que l'on rencontre dans les dessins ne possède aucune fonction mécanique particulière. Ils apparaissent simplement parce que la cavité a été représentée par un rectangle. Si le composant installé dispose de suffisamment de dégagement, arrondir ces angles peut faciliter considérablement l'usinage. La même réflexion vaut pour les petites transitions entre deux cavités ou les logements de connecteurs. Il faut toutefois distinguer les angles purement géométriques des angles réellement fonctionnels. Une cavité destinée à recevoir une pièce ajustée ne peut pas être modifiée arbitrairement. Si son contour doit conserver des angles vifs, il faudra prévoir un outil plus petit, une opération complémentaire ou une reprise manuelle.

La règle est simple : ne pas imposer à l'atelier une difficulté qui n'apporte aucune fonction à l'instrument.

Une fraiseuse trois axes travaille principalement suivant des directions accessibles depuis les orientations prévues pour la pièce. Elle peut réaliser de nombreuses surfaces complexes, mais pas toutes avec un outil standard. Une gorge située sous un rebord, une cavité dont l'ouverture est plus étroite que le volume intérieur ou une surface inaccessible depuis les directions d'usinage prévues peuvent exiger un outil particulier, une autre mise en position ou un procédé différent. Il faut donc identifier ces formes avant de considérer le modèle comme prêt à fabriquer. Une petite modification de géométrie peut parfois supprimer une opération particulièrement compliquée sans altérer l'aspect extérieur.

Une table bombée, un chanfrein profond ou un dos de manche sculpté demandent une approche différente d'une simple cavité à fond plat. Leur réalisation peut nécessiter plusieurs opérations : enlever rapidement la matière excédentaire, approcher la forme finale, puis effectuer une finition plus précise des surfaces. La géométrie influence directement le choix des outils et le temps de travail. Une surface très douce et continue peut être relativement facile à obtenir avec une stratégie adaptée. Une succession de petites variations de courbure peut au contraire multiplier les changements de direction et compliquer le ponçage final. Il ne faut pas en conclure qu'une forme complexe doit être abandonnée.

Il faut simplement vérifier que les détails dessinés sont intentionnels et qu'ils pourront être reproduits correctement. Cela rejoint les principes de Concevoir le corps : les contours ergonomiques et les sculptures doivent répondre à une fonction ou à une intention esthétique identifiable.

La question de l'accessibilité ne concerne pas uniquement les machines. Une vis doit pouvoir être serrée. Une fraise doit pouvoir atteindre une surface. Un ciseau doit disposer d'un espace suffisant pour travailler dans la bonne direction. Certaines géométries sont très faciles à réaliser avant assemblage et presque impossibles à reprendre ensuite. Un exemple courant concerne les passages de câbles. Il peut être simple de réaliser une rainure entre deux cavités lorsque la table n'est pas encore collée. La même liaison peut demander un perçage oblique délicat une fois le corps assemblé. Le choix doit donc être fait avant la fermeture de la structure.

Un projet bien conçu ne se contente pas de prévoir la place du composant : il prévoit également la manière dont les outils nécessaires pourront intervenir.