La présente invention se rapporte à un procédé d'ébavurage robotisé du contour d'une pièce.
L'ébavurage est une opération d'enlèvement de métal sur une partie de la pièce dont la position est parfaitement connue, telle que le plan de joint d'une pièce venue de fonderie. On peut donc être tenté de robotiser l'ébavurage en déplaçant un outil à l'extrémité du poignet d'un robot animé d'une trajectoire prédéterminée le long du contour à ébavurer. Le problème est alors d'assurer des conditions de coupe correctes en fonction de la vitesse d'avance du robot et de la profondeur de passe, quoique l'épaisseur et la largeur de la bavure varient souvent fortement le long du contour de la pièce.
Suivant une conception déjà rencontrée, le poignet du robot est avancé suffisamment lentement pour qu'une coupe correcte se produise même pour de grosses bavures. Le procédé résultant est très lent et implique d'ajouter un système de sécurité par arrêt automatique pour le cas où des bavures trop grosses seraient rencontrées.
On rencontre également des commandes d'après lesquelles on applique sur le poignet un effort constant dans une direction déterminée, par exemple suivant la normale à la trajectoire. Si la bavure est inexistante ou de taille très faible, l'outil entame la pièce, et si au contraire la bavure est importante, elle n'est pas totalement éliminée.
Avec l'invention, on s'affranchit de ces inconvénients en proposant un procédé qui tient compte des très grandes variations que peuvent prendre les tailles des bavures sur un contour. On peut décrire rapidement l'invention en disant que la vitesse d'avance du poignet de robot sur la trajectoire le long du contour de la pièce est asservie à l'effort d'ébavurage de l'outil et qu'une stratégie de passes multiples est adoptée pour les parties de la trajectoire, qui vont être appelées parties d'achoppement, parcourues à des vitesses d'avance trop faibles (quand les efforts de coupe sont élevés).
Plus précisément, l'invention concerne un procédé d'ébavurage du contour d'une pièce utilisant un outil monté au bout d'un poignet de robot déplacé le long du contour de la pièce suivant une trajectoire prédéterminée, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer une grandeur caractéristique de l'effort d'ébavurage de l'outil et à ajuster la vitesse d'avance du poignet le long du contour pour ramener la grandeur caractéristique à une valeur de référence tout en relevant la position sur la trajectoire de parties d'achoppement du contour pour lesquelles la vitesse d'avance est inférieure à une valeur de seuil, et à faire repasser l'outil par les parties d'achoppement jusqu'à ce que toute la trajectoire ait été parcourue avec une vitesse d'avance supérieure à la valeur de seuil.
Le poignet peut repasser par les parties d'achoppement en empruntant de nouveau la trajectoire prédéterminée s'il possède une partie souple au moins perpendiculairement au contour de la pièce pour permettre les dégagements d'outil.
Le poignet peut aussi repasser par les parties d'achoppement en empruntant des segments de trajectoires décalées parallèles à la trajectoire prédéterminée, la vitesse d'avance étant supérieure à la vitesse de seuil lorsque ces segments sont empruntés.
Il est également possible de combiner ces deux variantes. Les segments de trajectoires décalées ne sont alors empruntes que lorsque la vitesse d'avance tomberait en-dessous d'une valeur miminale, inférieure à la valeur de seuil, si le poignet empruntait la trajectoire prédéterminée.
Une très bonne qualité de surface usinée est dans tous les cas obtenue grâce aux passes multiples.
Les figures suivantes vont maintenant être commentées pour fournir une illustration non limitative du procédé conforme à l'invention.
- la fig. 1 est une vue d'ensemble du dispositif mis en oeuvre; et
- les fig. 2 à 4 représentent des variantes du procédé.
La pièce à ébavurer est référencée par 1 sur la fig. 1. La bavure 2 plane et saillant du contour de pièce 3 est attaquée par un outil tel qu'une fraise 4 à l'extrémité d'un poignet 5 de robot. Le poignet 5 porte un moteur pneumatique 6 d'entraînement de la fraise 4 dont l'arbre moteur 7 est surveillé par un tachymètre 8 qui mesure sa vitesse de rotation et l'envoie au système de commande 9 du robot. Le poignet 5 comprend également ce que les spécialistes appellent fréquemment une compliance, c'est-à-dire un degré de liberté de souplesse, ici constitué par trois ressorts de grande raideur 10 disposés en triangle. La fraise 4 peut donc fléchir par rapport au poignet 5.
On se reporte à la fig. 2. Le système de commande 9 agit sur la vitesse d'avance du poignet 5 le long d'une trajectoire 11 parallèle au contour 3. La vitesse de rotation de l'arbre moteur 7 constitue une grandeur qui peut permettre de caractériser les efforts de coupe: si la vitesse de rotation diminue, c'est le signe que la fraise 4 peine pour éliminer la portion de bavure devant laquelle elle se trouve. Il est donc indiqué de réduire la vitesse d'avance de la fraise 4. C'est pourquoi le système de commande 9 ajuste en permanence la vitesse d'avance du robot pour ramener la vitesse de rotation de l'arbre 7 et de la fraise 4 à une valeur de référence fixe et déterminée par l'utilisateur.
D'autres paramètres caractéristiques de l'effort d'ébavurage pourraient être mesurés avec d'autres systèmes moteurs, par exemple le courant d'un moteur électrique synchrone ou la pression d'un moteur hydraulique.
La vitesse d'avance peut chuter au-dessous d'un seuil choisi par l'utilisateur pour des portions de bavures de grande taille dites parties d'achoppement 12. Le système de commande 9 conclut que ces parties d'achoppement 12 ne pourront être éliminées qu'en effectuant plusieurs passes. Le segment de trajectoire compris entre les points 11a et 11b pour lequel la vitesse d'avance est inférieure à la vitesse de seuil, est alors relevé et la fraise 4 l'emprunte de nouveau une ou plusieurs fois jusqu'à ce que la vitesse d'avance soit partout supérieure à la valeur de seuil.
Au cours de ses passages successifs, la fraise 4 est déviée et éloignée du contour à grâce à la souplesse 10 quoique le poignet 5 emprunte toujours la même trajectoire 11. Elle passe par exemple par la position 4a. La partie d'achoppement 12 est donc progressivement éliminée. La partie de bavure enlevée au cours de la première passe est hachurée.
On pourrait, suivant le cas, repasser plusieurs fois de suite par la même partie d'achoppement 12 ou au contraire passer successivement par les diverses parties d'achoppement le long du contour à avant de revenir à la première.
On pourra soit refaire passer la fraise 4 le long des mêmes portions de trajectoires comprises entre les points 11a et 11b, soit réajuster la longueur de ces portions à chaque passage d'après les mesures de vitesse d'avance.
Le procédé que l'on vient de décrire serait toutefois insuffisant pour un poignet 5 dépourvu de la souplesse 10. Il le serait également si le débattement de la souplesse 10 était insuffisant pour permettre de contourner la partie d'achoppement 12. Or l'accroissement excessif de cette souplesse empêche d'exercer un effort d'ébavurage suffisant. C'est pourquoi on peut être amené à préférer, pour certains types d'ébavurages, la variante de l'invention illustrée fig. 3.
La fraise 4 est déplacée normalement sur la trajectoire 11 jusqu'à ce que, comme précédemment, la vitesse d'avance devienne inférieure à une valeur de seuil.
Le poignet 5 est alors déplacé pour parcourir des segments de trajectoires tels que 14, 15 et 16 parallèles à la trajectoire normale 11 mais plus éloignés du contour 3. Le segment choisi est celui pour lequel la vitesse d'avance de la fraise 4 est supérieure à la valeur de seuil. Comme précédemment, le système de commande 9 note les points, ici 11c à 11f, entre lesquels la fraise 4 n'a pas suivi la trajectoire normale 11 et parcourt un des segments.
On peut concrètement choisir les segments 14, 15 et 16 à intervalles égaux 17 les uns des autres. Quand la trajectoire normale 11 ne peut plus être suivie, la fraise 4 est décalée d'un intervalle 17 et déplacée sur le segment 14 le plus proche de la trajectoire 11 jusqu'à ce que ce segment 14 ne puisse plus lui-même être suivi à la vitesse de seuil. On passe alors au segment 15 distant de la trajectoire normale 11 d'un double intervalle 17, et ainsi de suite le cas échéant. La réciproque est également vraie pour se rapprocher de la trajectoire normale 11. Quand la vitesse d'avance excède de nouveau la valeur de seuil en parcourant un segment, on essaie de rapprocher la fraise 4 de la trajectoire 11 en la plaçant sur le segment voisin moins éloigné de celle-ci.
Les intervalles 17 sont choisis en fonction de la quantité de matière que l'on prévoit de pouvoir enlever de façon acceptable en une seule passe. Les parties d'achoppement sont donc parcourues avec des positions du poignet 5 qui sont d'une façon générale à chaque fois plus proches d'un intervalle 17 de la trajectoire normale 11.
Les procédés de la fig. 2 et de la fig. 3 peuvent d'ailleurs être cumulés. On utilise en priorité le procédé de la fig. 2, et celui de la fig. 3 uniquement lorsque la vitesse d'avance de la fraise 4 sur une partie d'achoppement 12 devient inférieure à une seconde valeur de seuil, dite valeur inférieure, qui est inférieure à la première valeur de seuil. Le poignet 5 est ramené sur la trajectoire normale 11 dès que la vitesse d'avance redevient supérieure à cette valeur inférieure.
Un perfectionnement est représenté fig. 4. Le dégagement latéral de la fraise 4 pour emprunter un segment parallèle à la trajectoire normale 11 est difficile si la fraise 4 a déjà profondément pénétré dans la partie d'achoppement 12. Dans ce cas il peut être avantageux de faire précéder le dégagement latéral d'un recul, parallèle à la trajectoire 11 et sur une longueur invariable 18, de la fraise 4. Le dégagement latéral a alors lieu et la fraise 4 est déplacée comme précédemment en lui faisant suivre des segments tels que 19, parallèles à la trajectoire normale 11.
L'invention permet donc d'obtenir une bonne qualité d'ébavurage, c'est-à-dire d'état de surface, tout en accroissant la sécurité. Il est évidemment possible de compléter ce processus robotisé par une passe de finition à vitesse d'avance constante pour arriver au contour final représenté en traits mixtes sur les figures.
The present invention relates to a robotic deburring process of the contour of a part.
Deburring is a metal removal operation on a part of the part whose position is perfectly known, such as the parting line of a part coming from foundry. We can therefore be tempted to robotize deburring by moving a tool at the end of the wrist of a robot animated with a predetermined trajectory along the contour to be deburred. The problem is then to ensure correct cutting conditions as a function of the speed of advance of the robot and the depth of the pass, although the thickness and the width of the burr often vary greatly along the contour of the part.
According to a concept already encountered, the robot's wrist is advanced slowly enough for a correct cut to occur even for large burrs. The resulting process is very slow and involves adding a safety system with automatic shutdown in the event that excessively large burrs are encountered.
There are also commands by which a constant force is applied to the wrist in a determined direction, for example along the normal to the trajectory. If the burr is nonexistent or of very small size, the tool starts the part, and if on the contrary the burr is large, it is not completely eliminated.
With the invention, these drawbacks are overcome by proposing a method which takes account of the very large variations which the sizes of the burrs on a contour can take. We can quickly describe the invention by saying that the speed of advance of the robot wrist on the trajectory along the contour of the workpiece is controlled by the deburring effort of the tool and that a strategy of multiple passes is adopted for the parts of the trajectory, which will be called stumbling parts, traversed at too low feed speeds (when the cutting forces are high).
More specifically, the invention relates to a method for deburring the contour of a part using a tool mounted at the end of a robot wrist moved along the contour of the part along a predetermined path, characterized in that it consists to measure a characteristic quantity of the deburring force of the tool and to adjust the speed of advance of the wrist along the contour to bring the characteristic quantity to a reference value while noting the position on the trajectory of parts of the contour for which the speed of advance is lower than a threshold value, and to have the tool pass again by the stopping parts until the whole trajectory has been traversed with a speed of advance greater than the threshold value.
The wrist can pass through the stumbling parts again using the predetermined path if it has a flexible part at least perpendicular to the contour of the part to allow the tool to be released.
The wrist can also pass through the stumbling blocks by taking segments of offset trajectories parallel to the predetermined trajectory, the speed of advance being greater than the threshold speed when these segments are taken.
It is also possible to combine these two variants. The segments of offset trajectories are then taken only when the speed of advance would fall below a minimum value, lower than the threshold value, if the wrist followed the predetermined trajectory.
A very good quality of machined surface is in all cases obtained thanks to the multiple passes.
The following figures will now be commented on to provide a non-limiting illustration of the process according to the invention.
- fig. 1 is an overview of the device used; and
- figs. 2 to 4 represent variants of the process.
The part to be deburred is referenced by 1 in fig. 1. The flat burr 2 projecting from the contour of the part 3 is attacked by a tool such as a milling cutter 4 at the end of a wrist 5 of the robot. The wrist 5 carries a pneumatic motor 6 for driving the cutter 4, the motor shaft 7 of which is monitored by a tachometer 8 which measures its speed of rotation and sends it to the control system 9 of the robot. The wrist 5 also includes what specialists frequently call compliance, that is to say a degree of freedom of flexibility, here constituted by three very stiff springs 10 arranged in a triangle. The cutter 4 can therefore flex relative to the wrist 5.
We refer to fig. 2. The control system 9 acts on the speed of advance of the wrist 5 along a path 11 parallel to the contour 3. The speed of rotation of the motor shaft 7 constitutes a quantity which can make it possible to characterize the efforts of cutting: if the speed of rotation decreases, this indicates that the cutter 4 is struggling to eliminate the portion of burr in front of which it is located. It is therefore advisable to reduce the feed speed of the cutter 4. This is why the control system 9 continuously adjusts the feed speed of the robot to reduce the speed of rotation of the shaft 7 and the cutter 4 to a fixed reference value determined by the user.
Other parameters characteristic of the deburring force could be measured with other motor systems, for example the current of a synchronous electric motor or the pressure of a hydraulic motor.
The speed of advance can drop below a threshold chosen by the user for large burr portions called stopping parts 12. The control system 9 concludes that these stopping parts 12 cannot be eliminated only by making several passes. The trajectory segment between points 11a and 11b for which the speed of advance is lower than the speed of threshold, is then raised and the cutter 4 borrows it again one or more times until the speed d advance is everywhere higher than the threshold value.
During its successive passages, the cutter 4 is deflected and moved away from the contour by virtue of the flexibility 10 although the wrist 5 always follows the same trajectory 11. It passes for example through position 4a. The stumbling block 12 is therefore gradually eliminated. The burr part removed during the first pass is hatched.
One could, as the case may be, pass several times in succession through the same stumbling part 12 or, on the contrary, pass successively through the various stopping parts along the contour before before returning to the first.
We can either redo pass the cutter 4 along the same portions of trajectories between points 11a and 11b, or readjust the length of these portions on each pass according to the feed rate measurements.
The process which has just been described would however be insufficient for a wrist 5 devoid of flexibility 10. It would also be insufficient if the movement of flexibility 10 was insufficient to enable the stopping part to be circumvented 12. However, the increase excessive flexibility prevents from exerting sufficient deburring effort. This is why it may be necessary to prefer, for certain types of deburring, the variant of the invention illustrated in FIG. 3.
The cutter 4 is moved normally on the path 11 until, as before, the speed of advance becomes lower than a threshold value.
The wrist 5 is then moved to traverse segments of trajectories such as 14, 15 and 16 parallel to the normal trajectory 11 but more distant from the contour 3. The segment chosen is that for which the speed of advance of the cutter 4 is greater at the threshold value. As before, the control system 9 notes the points, here 11c to 11f, between which the cutter 4 has not followed the normal trajectory 11 and traverses one of the segments.
One can concretely choose the segments 14, 15 and 16 at equal intervals 17 from each other. When the normal trajectory 11 can no longer be followed, the cutter 4 is shifted by an interval 17 and moved to the segment 14 closest to the trajectory 11 until this segment 14 can no longer be followed itself at the threshold speed. We then pass to the segment 15 distant from the normal trajectory 11 by a double interval 17, and so on if necessary. The converse is also true for approaching the normal trajectory 11. When the speed of advance again exceeds the threshold value by traversing a segment, one tries to approach the cutter 4 of the trajectory 11 by placing it on the neighboring segment less distant from it.
The intervals 17 are chosen according to the quantity of material which is expected to be able to be removed in an acceptable manner in a single pass. The stumbling blocks are therefore traversed with positions of the wrist 5 which are generally each time closer to an interval 17 of the normal trajectory 11.
The processes of fig. 2 and fig. 3 can also be combined. Priority is given to the method of FIG. 2, and that of FIG. 3 only when the speed of advance of the cutter 4 on a stumbling part 12 becomes less than a second threshold value, called the lower value, which is less than the first threshold value. The wrist 5 is returned to the normal path 11 as soon as the speed of advance becomes greater than this lower value.
An improvement is shown in fig. 4. The lateral release of the cutter 4 to borrow a segment parallel to the normal path 11 is difficult if the cutter 4 has already deeply penetrated into the stopping part 12. In this case it may be advantageous to precede the lateral release of a recoil, parallel to the path 11 and over an invariable length 18, of the cutter 4. The lateral release then takes place and the cutter 4 is moved as before by making it follow segments such as 19, parallel to the trajectory normal 11.
The invention therefore makes it possible to obtain good deburring quality, that is to say a surface finish, while increasing safety. It is obviously possible to complete this robotic process with a finishing pass at a constant feed speed to arrive at the final contour shown in phantom in the figures.