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"Procédé et installation d'usinage d'éléments longs, en particulier d'éléments métalliques aéronautiques"
La présente invention a pour but un procédé d'usinage d'éléments longs, en particulier de longerons et d'éléments métalliques analogues utilisés en aéronautique.
En aéronautique, il faut pouvoir réaliser des. longerons et éléments de renfort pour les ailes et le fuselage, qui peuvent atteindre 45 mètres de long et plus, si possible en une pièce pour éviter des problèmes de poids et de résistance qui résultent par exemple de nombreux assemblages de plusieurs parties pour former un longeron. Des machines-outils pour la fabrication d'éléments longs et étroits existent sous la forme de machines-portiques mais elles sont très massives et donc manquent de souplesse et de rapidité de déplacement. De plus, ces machines-portiques sont peu automatisées, donc coûteuses à l'emploi. Pour rentabiliser les machines-portiques, celles-ci ont été équipées de plusieurs têtes d'usinage qui fonctionnent en parallèle et qui produisent donc plusieurs éléments identiques.
Cela entraîne des stocks intermédiaires des éléments ainsi usinés et donc des coûts supplémentaires à éviter. En outre, ces têtes d'usinage ne peuvent être orientées que dans des angles limités et cela ne permet pas d'usiner l'entièreté de l'élément sur la même machine. Les machines à plusieurs têtes d'usinage ont aussi fait preuve de manque de rendement lorsqu'un seul élément d'une forme particulière doit être produit, lorsqu'une tête d'usinage est en panne, lors d'un changement d'outil d'une tête d'usinage, etc., sans compter les difficultés de positionnement l'un par rapport à l'autre des éléments à usiner.
De plus, des profils complexes idéaux dessinés actuellement par les bureaux d'étude informatisés concernés sont prati- quement impossibles à réaliser sur une seule machine. Ces éléments nécessitent alors un usinage sur plusieurs machines-outils différentes et donc un investissement supplémentaire en machine et en temps
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de préparation pour chaque machine-outil, dont résulte un coût de fabrication supplémentaire.
La présente invention a pour but de procurer un procédé efficace par lequel on puisse réaliser des éléments de 2, 5 à 45 mètres de long ou plus, avec un minimum de temps de préparation et d'attente et donc en effectuant un maximum d'opérations sur une même machine-outil, au fur et à mesure des nécessités en éléments usinés pour éviter des stockages inutiles. Un élément usiné peut ainsi être obtenu"juste à temps". En outre, la présente invention veut éliminer l'interdépendance d'une tête d'usinage par rapport à une autre tête d'usinage dans le cas de plusieurs longerons à usiner simultanément.
A cet effet, suivant la présente invention, ledit procédé prévoit l'utilisation d'au moins une machine-outil à tête d'usinage unique orientable, la machine-outil pouvant commander et déplacer pour l'usinage un outil suivant trois axes de translation par rapport à l'élément et suivant deux axes de rotation par rapport à la machineoutil et à l'élément, le procédé comprenant :
- en au moins un poste de chargement situé à l'écart de la machine- outil un bridage, sur une palette de transport et de positionnement, d'au moins un élément dans des orientation autour de l'axe longitu- dinal de ce dernier et position déterminées pour un usinage d'au moins une partie de l'élément, - un transport de la palette, avec l'élément bridé, jusqu'à une position de référence en regard de la tête d'usinage pour qu'au moins la partie de l'élément soit accessible pour un outil équipant la tête d'usinage, la machine-outil étant éventuellement sélectionnée parmi plusieurs machines-outils sensiblement identiques, - une immobilisation de la palette à cette position de référence, - l'usinage de la partie de l'élément par la machine-outil, cet usinage comportant toutes les opérations d'usinage possibles, dans l'orientation d'élément déterminée,
pour la partie de l'élément par la tête d'usi- nage orientable unique, l'usinage comportant éve., ituellerrent au moins une translation de la machine-outil ainsi qu'évemue bernent au moins une rotation de l'outil autour d'un des deux axes de-otation
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précités, de préférence au moins un changement d'outil pouvant avoir lieu pour effectuer toutes les opérations susdites, - lorsque sont terminées toutes les opérations d'usinage possibles pour la machine-outil dans l'orientation déterminée de l'élément, un retrait de la palette susdite avec l'élément bridé pour amener cette dernière à un poste de déchargement situé à l'écart de la machine-outil,
- un transport jusqu'à la position de référence susdite d'une autre palette sur laquelle est bridée, dans une orientation déterminée, au moins un autre élément à usiner au moyen de la machine-outil, cet autre élément pouvant nécessiter un usinage différent de celui du premier élément cité, - un déchargement de l'élément bridé sur la première palette citée, - éventuellement un bridage dudit élément, de préférence sur la même première palette citée, dans une autre orientation et/ou position déterminée, - un transport ultérieur de la même première palette citée jusqu'à la position de référence d'une des machines-outils précitées en vue d'un usinage dans l'autre orientation et/ou position déterminée.
Le procédé suivant l'invention est en outre poursuivi jusqu'à l'obtention d'un élément complètement usiné pour toutes les orientations possibles de l'élément autour de son axe longitudinal.
Une machine-outil à montant vertical et à tête d'usinage orientable à deux axes de rotation pour l'axe de rotation de l'outil par rapport au montant, peut être avantageusement montée sur un système de translation pour qu'elle puisse être déplacée par exemple sur une course de 45 mètres le long d'un longeron à usiner, ce dernier étant fixé sensiblement horizontalement en regard de ladite tête d'usinage. Deux autres mouvements de translation sont encore disponibles pour déplacer la tête d'usinage, d'une part, le long du montant et, d'autre part, vers ou à l'opposé de l'élément à usiner.
L'utilisation de palettes sur lesquelles le bridage des éléments à usiner est réalisé en un poste adhoc à l'écart de la machine-outil libère celle-ci pendant les temps de bridage et de réglage de l'élément sur la palette. Ainsi, la machine peut usiner pendant
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ces temps d'autres éléments fixés sur d'autres palettes.
Un changement d'outil au cours d'un usinage d'un élément par la machine-outil évite - par exemple un déplacement de l'élément, bridé sur sa palette, d'une machine-outil à une autre pour réaliser d'autres usinages sur ce même élément. Ce changement d'outil peut aussi permettre d'éviter des translations inutiles du montant susdit le long de l'élément disposé horizontalement.
Suivant un mode de réalisation de l'invention, dans le cas où au moins deux éléments sont bridés sur une même palette, un même outil équipant la tête d'usinage passe d'un élément à l'autre pour effectuer des opérations d'usinage sur chacun des éléments, la machine-outil pouvant effectuer dans ce cas de courtes translations par rapport à la longueur des éléments, pour passer d'un élément à un autre.
Par chargement et par déchargement on entend toutes les opérations effectuées pour respectivement brider un élément sur une palette dans les orientation et position souhaitées et retirer ou libérer cet élément de la palette après un usinage.
Les palettes peuvent avantageusement être prévues pour y brider par exemple quatre longerons et, en combinant des changements d'outils et des translations de la machine-outil, il est possible d'optimaliser le temps d'usinage des quatre longerons.
Suivant un mode avantageux de l'invention, au moins un poste d'attente pour la palette étant prévu à l'écart de la position de référence, le transport et/ou le transport ultérieur comportent : - un transport intermédiaire de la palette jusqu'au poste d'attente, - une mise en dépôt de la palette au poste d'attente, - une reprise ultérieure de la palette en dépôt, et - un transport complémentaire soit jusqu'à une machine-outil sans palette et prête à fonctionner soit vers un poste de chargement et/ou de déchargement.
Pour augmenter la rentabilité du procédé, il est avantageux de pouvoir réaliser le chargement ou le déchargement des éléments sur les palettes pendant que la ou les machines-outils usinent d'autres éléments sur d'autres palettes. Eventuellement, plusieurs postes de chargement et/ou de déchargement peuvent être
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prévus pour qu'il y ait suffisamment de palettes prêtes à être envoyées à l'usinage. Ces palettes sont alors stockées par exemple pour permettre de poursuivre le procédé pendant la nuit, sans qu'une équipe doive être présente alors pour le chargement et le déchargement des éléments.
Suivant un mode particulièrement avantageux de l'invention, la palette présentant un plan de bridage pour un ou plusieurs éléments, - pour le chargement des éléments, on dispose la palette pour que ce plan de bridage soit sensiblement horizontal, et - pour le transport, pour la mise en dépôt éventuelle et pour l'usinage, on dispose la palette pour que ce plan de bridage soit sensiblement vertical.
Suivant un mode plus particulièrement avantageux de l'invention, on prévoit une gestion informatisée tant des opérations d'usinage, de transport et de changement d'outils en optimalisant les temps de ces opérations que de l'utilisation des ressources disponibles : éléments, palettes, bridages...
L'invention concerne aussi une installation d'usinage d'éléments longs, en particulier de longerons et d'éléments métalliques analogues utilisés en aéronautique.
Suivant l'invention, cette installation comporte entre autres : - au moins une machine-outil à tête d'usinage unique orientable, la machine-outil étant agencée pour qu'un outil qu'elle actionne puisse être de préférence déplacé pour l'usinage suivant trois axes de translation par rapport à l'élément et suivant deux axes de rotation par rapport à la machine-outil et à l'élément, - au moins une palette de transport et de positionnement équipée de moyens de bridage d'au moins un élément dans des orientation autour de l'axe longitudinal de ce dernier et position déterminées pour un usinage d'au moins une partie de l'élément,
- au moins un poste de chargement qui est situé à l'écart de la ma- chine-outil et qui est agencé pour y brider au moins un élément sur la palette suivant les orientation et position déterminées,
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- au moins un poste de déchargement qui est situé à l'écart de la machine-outil et qui est agencé pour y libérer l'élément bridé sur la palette et pour y brider éventuellement à nouveau le même élément dans une autre orientation et/ou position déterminée, le poste de chargement pouvant éventuellement être le poste de déchargement et vice versa, - des moyens d'immobilisation de la palette en une position de réfé- rence en regard de la tête d'usinage pour qu'au moins une partie de l'élément soit accessible pour un outil équipant la tête d'usinage,
- des moyens de transport pour déplacer la palette au moins entre le poste de chargement et/ou de déchargement, la position de référence et au moins un poste d'attente éventuel, et - des moyens de gestion informatisée d'usinage agencés pour coor- donner les déplacements de la palette par les moyens de transport.
Suivant une forme avantageuse de l'invention, l'installation comporte de plus :
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- un magasin d'outils à proximité de la machine-outil, - un chariot de transport d'au moins un outil entre le magasin et la tête d'usinage, - des moyens d'échange d'outils entre le magasin et le chariot, - des moyens d'échange entre un outil équipant la tête d'usinage unique et un outil transporté par le chariot, et - des moyens de gestion informatisée d'outil programmés pour déplacer le chariot entre le magasin et la tête d'usinage et pour sélectionner un outil et le transférer tant du magasin et au chariot que du chariot à la tête d'usinage, et inversement, - les moyens de gestion informatisée d'outil étant de préférence intégrés aux moyens de gestion informatisée d'usinage.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description des dessins qui sont annexés au présent mémoire et qui illustrent, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation particulière du procédé et de l'installation suivant l'invention.
La figure 1 est une représentation schématique d'une implantation d'une installation suivant l'invention pour la réalisation du procédé suivant 1 invention.
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La figure 2 est une vue schématique en élévation et à une autre échelle d'une machine-outil utilisée à titre d'exemple dans l'installation suivant l'invention, en position de repos sans outil en traits continus, la tête d'usinage étant représentée en outre en traits interrompus dans deux positions particulières, la palette étant représentée en traits continus en position d'usinage et en traits interrompus en une position avant ou après usinage.
Dans les différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques ou analogues.
L'installation d'usinage suivant l'invention, schématisée à la figure 1 est prévue par exemple pour un usinage d'éléments d'avions, comme des longerons 1, entre autres des pièces de renfort pour fuselage, pour aile ou pour plancher.
Pour l'usinage proprement dit, on prévoit une machine-outil 2 (figure 2) qui comporte un montant 3 et une tête d'usinage 4 équipée d'un outil 5 par exemple pour la finission d'une rainure dans un longeron 1, la tête d'usinage 4 étant représentée alors dans une position 4A et l'axe de rotation de l'outil 5 dans une position 8A. Le montant 3 est monté sur un châssis 6 qui peut être déplacé suivant la double flèche X (figure 1) et positionné de façon connue sur un bâti 7 ancré par exemple dans le sol d'un atelier où est agencée l'installation d'usinage. Le déplacement de translation suivant la double flèche X permet à l'outil de parcourir toute la longueur du longeron
1, soit au moins 45 mètres par exemple.
Le montant 3 peut être déplacé suivant la double flèche Z (figure 2) et être positionné sur le châssis 6. En outre, la tête d'usinage 4 peut monter et descendre le long du montant suivant la double flèche Y. Les trois doubles flèches X, Y et Z sont parallèles aux axes de la translation susdite de l'outil 5.
La tête d'usinage 4 est prévue pour que l'axe de rotation 8, autour duquel l'outil 5 peut tourner sur lui-même, puisse pivoter en outre, de haut en bas et inversément, dans un plan autour d'un point d'articulation 10 dans la tête d'usinage 4 et par lequel passe ce plan. De plus, ce plan peut pivoter de gauche à droite et inversement autour d'une horizontale passant par ce point d'articulation
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10 et parallèle à la double flèche Z.
Plusieurs machines-outils 2 peuvent être agencées parallèlement l'une à l'autre pour former ce que l'on appelle une cellule mais l'exemple de réalisation illustré ne comporte qu'une machine-outil pour la clarté des explications.
Une palette de transport et de positionnement Il peut présenter la forme générale d'un parallélépipède rectangle muni par exemple de rainures longitudinales en té qui s'ouvrent dans la face 12 formant un plan de bridage 12 de la palette 11. Ces rainures servent à une fixation connue du longeron 1, par brides et épaisseurs, sur la face 12.
Le bridage du longeron sur la face 12 est réalisé pour que le longeron 1 présent sur la palette Il devant l'outil 5, de façon décrite ci-dessous, soit positionné sensiblement horizontalement et soit orienté autour de son axe longitudinal pour qu'un outil 5 équipant la tête d'usinage 4 puisse accéder à un maximum d'emplacements à usiner sur ce que l'on peut appeler une face du longeron, en particulier à tous les emplacements possibles que l'on veut usiner sur cette face avant d'usiner un autre longeron sur la même palette ou sur une autre.
Il est avantageux de pouvoir brider par exemple quatre longerons, même différents, sur une seule palette 11 pour réduire les temps de manipulation des palettes 11 ainsi que les temps de manipulation des longerons 1 aux postes de chargement et/ou de déchargement mentionnés ci-dessous. A la figure 2, quatre longerons 1 identiques sont représentés bridés sur la palette dans quatre orientations différentes.
Suivant la forme de réalisation décrite de l'invention, pour le bridage d'un longeron 1 sur une palette 11 il est prévu un poste de chargement 13 en un endroit à l'écart de la machine-outil 2, la palette étant disposée avec sa face 12 sensiblement à l'horizontale et tournée vers le haut pour faciliter les opérations de chargement par bride par exemple. Pour faire face à une grande charge de travail acceptée par la ou les machines-outils 2, il peut y avoir plusieurs postes de chargement 13 de ce genre, pour chacun l'accès autour du plan de bridage étant de préférence largement dégagé.
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Pour retirer un longeron 1 usiné ou pour en changer la position ou l'orientation autour de son axe longitudinal afin de permettre par exemple un accès pour l'outil 5 à d'autres faces du longeron 1 lors d'un usinage ultérieur, la palette Il peut à nouveau être ramenée au poste de chargement 13. On peut aussi prévoir un autre poste dit de déchargement, non représenté, réservé à ces opérations de retrait ou de changement mais pouvant aussi servir le cas échéant de poste de chargement 13, par exemple pour faire face à un surcroit de chargement d'éléments sur des palettes.
Parallèlement à la direction de déplacement suivant la double flèche X, on prévoit de préférence ce que l'on appelle une équerre de travail 14 sur laquelle est positionnée la palette 11, qui peut être fixée au sol et dont une face sensiblement verticale 15 tournée vers la tête d'usinage 4 sert de position de référence 15 par rapport à la machine-outil 2. La distance entre cette face verticale 15 et la machine-outil 2 est avantageusement choisie pour qu'un longeron 1 fixé sur le plan de bridage 12 d'une palette 11 maintenue verticalement contre la face verticale 15 soit accessible à l'outil 5 équipant la tête d'usinage 4, au moins pour toute zone du longeron
1 sensiblement tournée vers l'outil 5.
L'équerre de travail 14 comporte de préférence des moyens d'immobilisation connus, pouvant éventuellement être commandés à distance, pour immobiliser la palette Il contre la face verticale 15 pendant un usinage. L'équerre de travail peut mesurer de 2,5 à 45 mètres dans la direction de la double flèche X et 1 mètre en hauteur.
La position verticale du plan de bridage 12 permet une évacuation avantageuse par gravité d'une majorité de copeaux provenant de l'usinage et aboutissant ainsi dans un canal d'évacuation de copeaux 17 équipé de moyens d'évacuation connus de l'homme du métier.
Des moyens de basculement sont prévus pour faire passer la palette Il de la position horizontale de son plan de bridage
12, au poste de chargement 13, à la position verticale de ce plan de bridage 12, aux autres endroits ou pendant un transport, en 11B
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à la figure 2. A cet effet, le poste de chargement 13 est avantageusement équipé d'une équerre non représentée qui peut être basculée, par exemple par des vérins hydrauliques, autour de pivots et qui peut être sensiblement identique à l'équerre de travail 14, avec des moyens d'immobilisation sensiblement identiques.
Pour transporter des palettes Il vides ou chargées de longerons 1, l'installation suivant l'invention est équipée, dans la forme de réalisation décrite, d'un pont roulant 16 qui peut faire passer les palettes Il du poste de chargement 13 et aux machinesoutils 2 pour alimenter celles-ci en palettes Il et pour en retirer ces dernières.
Pour gérer de façon optimale l'installation décrite à titre d'exemple, l'invention prévoit des moyens de gestion informatisée (non représentés) assurant la coordination des flux des longerons et la planification de la charge des poste 13 et machine-outil 2. Le système de gestion informatisée commande donc directement le pont roulant 16. Ce système de gestion informatisée comprend par exemple un contrôleur de cellule, plusieurs commandes numériques et des automates programmables interconnectés en réseaux.
Pour assurer un certain volant de travail pour la machine-outil, suivant l'invention il est avantageux de prévoir, pour des palettes 11 équipées à l'avance de longerons 1 à usiner, des postes d'attente 18 par exemple sous la forme d'équerres 18 sensiblement semblables à l'équerre de travail 14. Ces équerres 18 peuvent être équipées par exemple de moyens d'accrochage rapide pour y déposer les palettes 11, plan de bridage 12 à la verticale. Par un nombre suffisant de postes d'attente 18, on peut stocker par exemple suffisamment de palettes que pour alimenter la machine-outil 2 pendant une pause de nuit, pour un fonctionnement sans opérateur.
Dans l'exemple illustré, les postes d'attente 18 sont disposés, entre le poste de bridage 13 et l'équerre de travail 14, parallèlement à ces poste et équerre afin de faciliter leur accessbilié pour des palettes 11 transportées au moyen du pont roulant
16. Ces postes d'attente 18 peuvent aussi recevoir des palettes il avec des longerons 1, usinés au moins pour une orientation de bridage
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sur ladite palette 11, et, le cas échéant, en attente d'un changement d'orientation en vue d'un nouvel usinage.
Afin de réaliser avec la machine-outil 2 toutes les opérations d'usinage possibles pour une orientation déterminée du longeron fixé sur une palette-11, il est prévu un changement automatique d'outils 5.
A cet effet, l'installation comporte suivant l'invention un magasin d'outils 19 (figure 2) fixe par rapport au bâti 7 et à proximité d'une extrémité de ce bâti 7, ce magasin pouvant comporter des râteliers disposés l'un au-dessus de l'autre non représentés. Le magasin d'outils 19 est agencé pour que par exemple un râtelier déterminé puisse être amené, par montée ou descente, à hauteur et dans l'axe d'un chariot 20 prévu sur un chemin de roulement sur une face supérieure 21 de l'équerre de travail 14. Des moyens sont prévus pour fixer un râtelier sur le chariot 20 et pour l'en retirer et le remettre dans le magasin 19. Le chemin de roulement est agencé pour que le chariot 20 puisse y rouler jusqu'à se présenter devant le montant 3, dans l'alignement de la tête d'usinage 4.
Un même râtelier peut comporter plusieurs outils 5 soit pour remplacer un outil cassé 5 soit pour changer de type d'usinage : perçage, fraisage, filetage, alésage, etc.
La tête d'usinage elle-même peut être agencée pour pouvoir porter et déposer l'outil 5 dernièrement utilisé par exemple dans une case vide du râtelier et pour prendre dans ce même râtelier, après un déplacement adéquat de ce dernier ou du montant 3, un autre outil 5 (position de la tête d'usinage en traits interrompus en 4B, l'axe de rotation d'outil étant horizontal en 8B).
La sélection du râtelier parmi ceux qui sont stockés dans le magasin 19 peut être faite par les moyens de gestion infor- matisée déjà mentionnés, en fonction d'un programme d'usinage assorti à l'orientation du longeron 1 sur la palette Il.
Le procédé suivant l'invention est démarré par un bridage manuel d'un longeron 1 sur une palette 11, celle-ci reposant horizontalement sur le poste de chargement 13. Le bridage manuel est réalisé pour orienter le longeron 1 autour de son axe longitudinal
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afin de rendre accessible à un outil 5 des zones à usiner du longeron lorsque la palette Il est transportée, après un basculement pour disposer verticalement son plan de bridage 12, par le pont roulant 16 jusqu'à l'équerre de travail 14 et est immobilisée contre la face verticale 15 de cette dernière. L'usinage proprement dit peut commencer après qu'un outil 5 a équipé la tête d'usinage unique 4.
La machine-outil 2 et la tête d'usinage 4 sont commandées par les moyens de gestion informatisée pour déplacer et actionner l'outil 5 afin d'effectuer, pour l'orientation du longeron 1, tous les usinages possibles avec cet outil 5. Un autre outil 5 peut être fixé, à la place de l'outil 5 précité, dans la tête d'usinage 4 pour effectuer d'autres usinages pour la même orientation du longeron 1, et ainsi de suite.
Lorsque tous les usinages ont été réalisés pour cette orientation de longeron, la palette Il est détachée de l'équerre de travail 14 et par exemple ramenée par le pont roulant 16 au poste de chargement et/ou de déchargement 13 soit pour changer l'orientation du longeron 1 soit pour évacuer un longeron 1 terminé et pour éventuellement brider sur cette même palette Il un ou plusieurs autres longerons 1 dans des orientations déterminées. Ensuite, cette palette 11 est déplacée à nouveau par le pont roulant 16 pour la stocker en un poste d'attente 18 ou la transporter directement vers une machine-outil 2 disponible.
Après avoir déplacé la palette 11 précédente de l'équerre de travail 14 au poste de chargement et/ou déchargement 13, le pont roulant 16 peut par exemple prendre une autre palette 11 à un poste d'attente 18 et l'amener à l'équerre de travail 14 pour recommencer une série d'usinages qui peut être différente de la série précédente. En outre, le nombre de longerons, la forme et la longueur de ceux-ci peuvent différer sur une même palette Il et aussi d'une palette Il à l'autre.
Un même longeron 1 peut ainsi passer plusieurs fois pour que toutes ses faces soient usinées.
Lorsque deux ou plusieurs longerons 1 sont bridés sur la même palette 11 immobilisé sur l'équerre de travail i, un outil 5 équipant la tête d'usinage 4 peut passer d'un longeron 1 à
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l'autre et éventuellement revenir au précédent en vue de limiter les déplacements du montant 3 sur le bâti 7.
Le poste de chargement et/ou déchargement 13 équipé de son équerre basculante est actionné à chaque fois que le pont roulant 16 a apporté une palette 11 ou va en emporter une.
Dans l'installation décrite, comme il n'y a qu'un poste de chargement 13 et que les changements d'orientation de longeron 1 sur la palette 11 y ont lieu aussi, le trajet du pont roulant est sensiblement le même quelque soit le nombre de fois que le longeron 1 est ramené à l'usinage, en passant éventuellement par-un poste d'attente 18.
Une programmation adéquate en fonction des caractéristiques des longerons 1, du nombre de longerons 1 par palette 11 et des types d'usinages à réaliser permet une gestion informatisée de l'installation d'usinage pour qu'une palette 11 remplace une autre à la position de référence 15 et pour que les outils 5, les vitesses de rotation de ceux-ci autour de leur axe, les translations du montant 3 et rotations de l'axe 8 de l'outil 5 autour du point d'articulation 10 soient assortis aux usinages respectifs à réaliser tout le long des longerons 1. La gestion informatisée permet de limiter au minimum les temps de non utilisation de la machine-outil 2.
Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et que bien des modifications peuvent être apportées à ces dernières sans sortir du cadre de la présente invention.
Ainsi, par la gestion informatique susdite, un râtelier muni d'outils 5 sélectionnés peut être sorti à l'avance du magasin
19, emporté par le chariot 20 roulant sur la face supérieure 21 pour que le râtelier présente, au moment d'un changement d'outil, l'outil
5 adéquat à la tête d'usinage 4 en position 4B. Le chariot 20 peut en outre ramener jusqu'au magasin 19 l'outil 5 utilisé pour l'usinage précédent et déposé par la tête d'usinage 4 sur le râtelier.
De plus, la disposition générale des machines-outils
2, postes d'attente 18, et poste de chargement et/ou de déchargement
13 peut être sensiblement différente de la disposition de la figure
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1. Ainsi, les postes de chargement et/ou de déchargement 13 et d'attente 18 peuvent par exemple être disposés sur le côté de la machineoutil 2 et non pas en face de celle-ci comme le suggère la figure 1, le pont roulant 16 étant adapté à cette autre disposition.
La fixation d'un-longeron 1 sur une palette Il peut aussi être réalisée par d'autres procédés connus que par bridage.
En outre, le chargement et/ou le déchargement d'une palette 11 est avantageusement réalisé suivant l'invention alors que la machine-outil 2 usine un ou des longerons 1 sur une ou des autres palettes 11, les temps de chargement et/ou de déchargement pouvant être différents du temps nécessaire pour que la machine-outil 2 réalise par exemple tous les usinages d'éléments sur une même palette 11.
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"Method and installation for machining long elements, in particular aeronautical metallic elements"
The object of the present invention is a method of machining long elements, in particular longitudinal members and similar metallic elements used in aeronautics.
In aeronautics, you have to be able to. spars and reinforcing elements for the wings and the fuselage, which can reach 45 meters in length and more, if possible in one piece to avoid weight and resistance problems which result for example from numerous assemblies of several parts to form a spar . Machine tools for the manufacture of long and narrow elements exist in the form of gantry machines but they are very massive and therefore lack flexibility and speed of movement. In addition, these portal machines are not very automated and therefore costly to use. To make portal machines profitable, they have been fitted with several machining heads which operate in parallel and which therefore produce several identical elements.
This results in intermediate stocks of the elements thus machined and therefore additional costs to be avoided. In addition, these machining heads can only be oriented in limited angles and this does not allow the entire element to be machined on the same machine. Machines with several machining heads have also shown a lack of efficiency when only one element of a particular shape has to be produced, when a machining head has failed, during a tool change. 'a machining head, etc., without taking into account the difficulties of positioning the elements to be machined relative to each other.
In addition, ideal complex profiles currently drawn by the computerized design offices concerned are practically impossible to produce on a single machine. These elements then require machining on several different machine tools and therefore an additional investment in machine and time.
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preparation for each machine tool, resulting in an additional manufacturing cost.
The object of the present invention is to provide an efficient process by which elements from 2, 5 to 45 meters long or more can be produced, with a minimum of preparation and waiting time and therefore by carrying out a maximum of operations. on the same machine tool, as and when required in terms of machined elements to avoid unnecessary storage. A machined element can thus be obtained "just in time". In addition, the present invention seeks to eliminate the interdependence of a machining head with respect to another machining head in the case of several beams to be machined simultaneously.
To this end, according to the present invention, said method provides for the use of at least one machine tool with a single orientable machining head, the machine tool being able to control and move a tool along three axes of translation for machining. with respect to the element and along two axes of rotation with respect to the machine tool and the element, the method comprising:
- in at least one loading station located away from the machine tool, clamping, on a transport and positioning pallet, of at least one element in orientation around the longitudinal axis of the latter and position determined for machining at least part of the element, - transport of the pallet, with the element clamped, to a reference position opposite the machining head so that at least the part of the element is accessible for a tool fitted to the machining head, the machine tool possibly being selected from several substantially identical machine tools, - immobilization of the pallet at this reference position, - the machining of the part of the element by the machine tool, this machining comprising all the possible machining operations, in the determined element orientation,
for the part of the element by the single orientable machining head, the machining comprising eve., ituellerrent at least one translation of the machine tool as well as evernue at least one rotation of the tool around d one of the two axes of otation
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mentioned above, preferably at least one tool change which can take place to carry out all of the above operations, - when all the possible machining operations for the machine tool in the determined orientation of the element are completed, removal of the aforementioned pallet with the clamped element to bring the latter to an unloading station located away from the machine tool,
a transport to the above reference position of another pallet on which is clamped, in a determined orientation, at least one other element to be machined by means of the machine tool, this other element possibly requiring machining different from that of the first element mentioned, - an unloading of the element clamped on the first pallet cited, - possibly a clamping of said element, preferably on the same first pallet cited, in another orientation and / or determined position, - subsequent transport of the same first pallet cited up to the reference position of one of the above-mentioned machine tools for machining in the other orientation and / or determined position.
The process according to the invention is further continued until a completely machined element is obtained for all the possible orientations of the element around its longitudinal axis.
A machine tool with vertical upright and an adjustable machining head with two axes of rotation for the axis of rotation of the tool relative to the upright, can advantageously be mounted on a translation system so that it can be moved for example over a stroke of 45 meters along a beam to be machined, the latter being fixed substantially horizontally opposite said machining head. Two other translational movements are also available to move the machining head, on the one hand, along the upright and, on the other hand, towards or opposite the element to be machined.
The use of pallets on which the clamping of the elements to be machined is carried out in an ad hoc station away from the machine tool releases the latter during the clamping and adjustment times of the element on the pallet. So the machine can machine during
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these times other elements fixed on other pallets.
A tool change during machining of an element by the machine tool avoids - for example a displacement of the element, clamped on its pallet, from one machine tool to another to carry out other machining on this same element. This change of tool can also make it possible to avoid unnecessary translations of the abovementioned amount along the horizontally arranged element.
According to one embodiment of the invention, in the case where at least two elements are clamped on the same pallet, the same tool equipping the machining head passes from one element to another to perform machining operations on each of the elements, the machine tool can perform in this case short translations relative to the length of the elements, to move from one element to another.
By loading and unloading is meant all the operations carried out for respectively clamping an element on a pallet in the desired orientation and position and removing or releasing this element from the pallet after machining.
The pallets can advantageously be provided for clamping thereon for example four beams and, by combining tool changes and translations of the machine tool, it is possible to optimize the machining time of the four beams.
According to an advantageous embodiment of the invention, at least one waiting station for the pallet being provided away from the reference position, the transport and / or the subsequent transport comprise: - an intermediate transport of the pallet to at the waiting station, - placing the pallet in storage at the waiting station, - later picking up the pallet in storage, and - additional transport either to a machine tool without a pallet and ready to operate either to a loading and / or unloading station.
To increase the profitability of the process, it is advantageous to be able to carry out the loading or unloading of the elements on the pallets while the machine tool (s) machine other elements on other pallets. Optionally, several loading and / or unloading stations can be
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provided so that there are enough pallets ready to be sent for machining. These pallets are then stored for example to allow the process to continue overnight, without a team then having to be present for loading and unloading of the elements.
According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the pallet having a clamping plane for one or more elements, - for loading the elements, the pallet is arranged so that this clamping plane is substantially horizontal, and - for transport, for the possible deposit and for machining, the pallet is arranged so that this clamping plane is substantially vertical.
According to a more particularly advantageous embodiment of the invention, provision is made for computerized management both of the machining operations, of transport and of tool change by optimizing the times of these operations than of the use of the available resources: elements, pallets , clamps ...
The invention also relates to an installation for machining long elements, in particular beams and similar metal elements used in aeronautics.
According to the invention, this installation comprises inter alia: - at least one machine tool with a single orientable machining head, the machine tool being arranged so that a tool which it actuates can preferably be moved for machining along three axes of translation relative to the element and along two axes of rotation relative to the machine tool and the element, - at least one transport and positioning pallet equipped with clamping means of at least one element in orientation around the longitudinal axis of the latter and position determined for machining at least part of the element,
- at least one loading station which is located away from the machine tool and which is arranged to clamp therein at least one element on the pallet according to the determined orientation and position,
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- At least one unloading station which is located away from the machine tool and which is arranged to release the element clamped thereon on the pallet and to possibly clamp the same element again in another orientation and / or determined position, the loading station possibly being the unloading station and vice versa, - means for immobilizing the pallet in a reference position facing the machining head so that at least part of the element is accessible for a tool fitted to the machining head,
- means of transport for moving the pallet at least between the loading and / or unloading station, the reference position and at least one possible standby station, and - computerized machining management means arranged to coordinate give the movements of the pallet by means of transport.
According to an advantageous form of the invention, the installation further comprises:
EMI6.1
- a tool magazine near the machine tool, - a carriage for transporting at least one tool between the magazine and the machining head, - means for exchanging tools between the magazine and the carriage , - exchange means between a tool fitted to the single machining head and a tool transported by the carriage, and - computerized tool management means programmed to move the carriage between the magazine and the machining head and to select a tool and transfer it both from the store and to the trolley and from the trolley to the machining head, and vice versa, - the computerized tool management means being preferably integrated into the computerized machining management means.
Other details and particularities of the invention will emerge from the description of the drawings which are annexed to this specification and which illustrate, by way of non-limiting example, a particular embodiment of the method and of the installation according to the invention. .
Figure 1 is a schematic representation of an installation of an installation according to the invention for carrying out the method according to 1 invention.
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Figure 2 is a schematic view in elevation and on another scale of a machine tool used by way of example in the installation according to the invention, in the tool-free rest position in solid lines, the machining head being also shown in broken lines in two particular positions, the pallet being shown in solid lines in the machining position and in broken lines in a position before or after machining.
In the different figures, the same reference notations designate identical or analogous elements.
The machining installation according to the invention, shown diagrammatically in FIG. 1, is provided for example for machining aircraft elements, such as side members 1, inter alia reinforcing parts for fuselage, for wing or for floor.
For the actual machining, a machine tool 2 is provided (FIG. 2) which comprises an upright 3 and a machining head 4 equipped with a tool 5 for example for finishing a groove in a spar 1, the machining head 4 then being shown in a position 4A and the axis of rotation of the tool 5 in a position 8A. The upright 3 is mounted on a frame 6 which can be moved along the double arrow X (Figure 1) and positioned in a known manner on a frame 7 anchored for example in the floor of a workshop where the machining installation is arranged . The translational movement along the double arrow X allows the tool to travel the entire length of the beam
1, i.e. at least 45 meters for example.
The upright 3 can be moved along the double arrow Z (Figure 2) and be positioned on the chassis 6. In addition, the machining head 4 can go up and down along the upright according to the double arrow Y. The three double arrows X, Y and Z are parallel to the axes of the above-mentioned translation of tool 5.
The machining head 4 is provided so that the axis of rotation 8, around which the tool 5 can turn on itself, can also pivot, from top to bottom and vice versa, in a plane around a point articulation 10 in the machining head 4 and through which this plane passes. In addition, this plane can rotate from left to right and vice versa around a horizontal passing through this point of articulation.
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10 and parallel to the double arrow Z.
Several machine tools 2 can be arranged parallel to each other to form what is called a cell, but the illustrated embodiment only has one machine tool for clarity of explanation.
A transport and positioning pallet It may have the general shape of a rectangular parallelepiped provided for example with longitudinal tee grooves which open in the face 12 forming a clamping plane 12 of the pallet 11. These grooves serve to known fixing of the spar 1, by flanges and thicknesses, on the face 12.
The clamping of the spar on the face 12 is carried out so that the spar 1 present on the pallet II in front of the tool 5, as described below, is positioned substantially horizontally and is oriented around its longitudinal axis so that a tool 5 fitted to the machining head 4 can access a maximum of locations to be machined on what may be called one face of the beam, in particular at all the possible locations that it is desired to machine on this front face of machine another beam on the same pallet or on another.
It is advantageous to be able to clamp, for example four beams, even different ones, on a single pallet 11 to reduce the handling times of the pallets 11 as well as the handling times of the beams 1 at the loading and / or unloading stations mentioned below. . In Figure 2, four identical beams 1 are shown clamped on the pallet in four different orientations.
According to the described embodiment of the invention, for the clamping of a beam 1 on a pallet 11 there is provided a loading station 13 in a location away from the machine tool 2, the pallet being arranged with its face 12 substantially horizontal and turned upwards to facilitate loading operations by flange for example. To cope with a large workload accepted by the machine tool (s) 2, there may be several loading stations 13 of this kind, for each access around the clamping plane being preferably largely unobstructed.
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To remove a machined spar 1 or to change its position or orientation around its longitudinal axis to allow, for example, access for the tool 5 to other faces of the spar 1 during subsequent machining, the pallet It can again be brought back to the loading station 13. It is also possible to provide another so-called unloading station, not shown, reserved for these withdrawal or change operations but which can also be used as a loading station 13, for example to deal with overloading of items on pallets.
Parallel to the direction of movement along the double arrow X, provision is preferably made for a so-called working square 14 on which the pallet 11 is positioned, which can be fixed to the ground and of which a substantially vertical face 15 facing towards the machining head 4 serves as a reference position 15 relative to the machine tool 2. The distance between this vertical face 15 and the machine tool 2 is advantageously chosen so that a beam 1 fixed on the clamping plane 12 a pallet 11 held vertically against the vertical face 15 is accessible to the tool 5 fitted to the machining head 4, at least for any region of the spar
1 substantially turned towards tool 5.
The working bracket 14 preferably comprises known immobilization means, which can optionally be controlled remotely, for immobilizing the pallet II against the vertical face 15 during machining. The work square can measure from 2.5 to 45 meters in the direction of the double arrow X and 1 meter in height.
The vertical position of the clamping plane 12 allows an advantageous evacuation by gravity of a majority of chips coming from the machining and thus ending in a chip evacuation channel 17 equipped with evacuation means known to those skilled in the art. .
Tipping means are provided for passing the pallet II from the horizontal position of its clamping plane
12, at the loading station 13, at the vertical position of this clamping plane 12, at other places or during transport, at 11B
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in Figure 2. For this purpose, the loading station 13 is advantageously equipped with a bracket (not shown) which can be tilted, for example by hydraulic cylinders, around pivots and which can be substantially identical to the working square 14, with substantially identical immobilization means.
To transport empty pallets II or loaded with beams 1, the installation according to the invention is equipped, in the embodiment described, with a traveling crane 16 which can pass the pallets II from the loading station 13 and to machine tools 2 to supply them with pallets II and to remove the latter.
To optimally manage the installation described by way of example, the invention provides computerized management means (not shown) ensuring the coordination of the flow of the beams and the planning of the load of the station 13 and machine tool 2. The computerized management system therefore directly controls the overhead crane 16. This computerized management system comprises for example a cell controller, several digital controls and programmable logic controllers interconnected in networks.
To ensure a certain working wheel for the machine tool, according to the invention it is advantageous to provide, for pallets 11 equipped in advance with side members 1 to be machined, waiting stations 18 for example in the form of 'brackets 18 substantially similar to the working square 14. These brackets 18 can be equipped for example with quick coupling means for depositing the pallets 11, clamping plane 12 vertically. By a sufficient number of waiting stations 18, it is possible, for example, to store enough pallets to supply the machine tool 2 during an overnight break, for operation without an operator.
In the example illustrated, the waiting stations 18 are arranged, between the clamping station 13 and the work square 14, parallel to these stations and brackets in order to facilitate their access for pallets 11 transported by means of the overhead crane
16. These waiting stations 18 can also receive pallets 11 there with beams 1, machined at least for a clamping orientation
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on said pallet 11, and, if necessary, awaiting a change of orientation with a view to further machining.
In order to carry out with the machine tool 2 all the possible machining operations for a determined orientation of the beam fixed on a pallet-11, an automatic change of tools 5 is provided.
To this end, the installation comprises, according to the invention, a tool magazine 19 (FIG. 2) fixed relative to the frame 7 and close to one end of this frame 7, this magazine possibly comprising racks arranged one above each other not shown. The tool magazine 19 is arranged so that, for example, a determined rack can be brought up or down, at the height and in the axis of a carriage 20 provided on a raceway on an upper face 21 of the work angle 14. Means are provided for fixing a rack to the carriage 20 and for removing it and putting it back in the magazine 19. The raceway is arranged so that the carriage 20 can roll there until it presents itself in front of the upright 3, in line with the machining head 4.
The same rack can have several tools 5 either to replace a broken tool 5 or to change the type of machining: drilling, milling, threading, boring, etc.
The machining head itself can be arranged to be able to carry and deposit the tool 5 recently used for example in an empty box of the rack and to take in this same rack, after an adequate displacement of the latter or of the upright 3, another tool 5 (position of the machining head in broken lines at 4B, the axis of rotation of the tool being horizontal at 8B).
The selection of the rack from among those stored in the store 19 can be made by the computerized management means already mentioned, according to a machining program matched to the orientation of the beam 1 on the pallet II.
The process according to the invention is started by manual clamping of a beam 1 on a pallet 11, the latter resting horizontally on the loading station 13. Manual clamping is carried out to orient the beam 1 around its longitudinal axis
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in order to make accessible to a tool 5 the areas to be machined from the beam when the pallet It is transported, after a tilting operation to have its clamping plane 12 vertically, by the traveling crane 16 to the working bracket 14 and is immobilized against the vertical face 15 of the latter. The actual machining can start after a tool 5 has fitted the single machining head 4.
The machine tool 2 and the machining head 4 are controlled by the computerized management means for moving and actuating the tool 5 in order to carry out, for the orientation of the beam 1, all the possible machining operations with this tool 5. Another tool 5 can be fixed, in place of the aforementioned tool 5, in the machining head 4 to carry out other machining operations for the same orientation of the beam 1, and so on.
When all the machining has been carried out for this spar orientation, the pallet II is detached from the working bracket 14 and for example brought back by the traveling crane 16 to the loading and / or unloading station 13 either to change the orientation of the spar 1 either to evacuate a finished spar 1 and possibly to clamp on this same pallet It one or more other spars 1 in determined orientations. Then, this pallet 11 is moved again by the traveling crane 16 to store it in a waiting station 18 or transport it directly to a machine tool 2 available.
After having moved the previous pallet 11 from the working bracket 14 to the loading and / or unloading station 13, the traveling crane 16 can for example take another pallet 11 to a waiting station 18 and bring it to the work square 14 to start a series of machining operations which may be different from the previous series. In addition, the number of beams, the shape and the length thereof can differ on the same pallet II and also from one pallet II to another.
The same spar 1 can thus pass several times so that all of its faces are machined.
When two or more beams 1 are clamped on the same pallet 11 immobilized on the working bracket i, a tool 5 equipping the machining head 4 can pass from a beam 1 to
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the other and possibly return to the previous one in order to limit the displacements of the upright 3 on the frame 7.
The loading and / or unloading station 13 equipped with its tilting bracket is actuated each time the traveling crane 16 has brought a pallet 11 or is going to carry one.
In the installation described, as there is only one loading station 13 and the changes of orientation of the beam 1 on the pallet 11 also take place there, the path of the crane is substantially the same whatever the number of times that the beam 1 is brought back to machining, possibly passing through a waiting station 18.
Adequate programming according to the characteristics of the beams 1, the number of beams 1 per pallet 11 and the types of machining to be carried out allows computerized management of the machining installation so that one pallet 11 replaces another in the position 15 and so that the tools 5, the rotational speeds of these around their axis, the translations of the upright 3 and rotations of the axis 8 of the tool 5 around the point of articulation 10 are matched to the respective machining operations to be carried out along the longitudinal members 1. The computerized management makes it possible to minimize the times of non-use of the machine tool 2.
It should be understood that the invention is in no way limited to the embodiments described and that many modifications can be made to the latter without departing from the scope of the present invention.
Thus, by the abovementioned IT management, a rack fitted with selected tools 5 can be removed in advance from the store.
19, carried by the carriage 20 rolling on the upper face 21 so that the rack has, when changing the tool, the tool
5 suitable for the machining head 4 in position 4B. The carriage 20 can also bring the tool 5 used for the previous machining and deposited by the machining head 4 onto the rack to the magazine 19.
In addition, the general layout of machine tools
2, waiting stations 18, and loading and / or unloading station
13 may be significantly different from the arrangement of the figure
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1. Thus, the loading and / or unloading stations 13 and waiting 18 can for example be arranged on the side of the machine tool 2 and not in front of it as suggested in Figure 1, the crane 16 being adapted to this other provision.
The fixing of a spar 1 on a pallet It can also be achieved by other known methods than by clamping.
In addition, the loading and / or unloading of a pallet 11 is advantageously carried out according to the invention while the machine tool 2 machines one or more beams 1 on one or more other pallets 11, the loading times and / or unloading may be different from the time necessary for the machine tool 2 to carry out, for example, all the machining of elements on the same pallet 11.