EP0465357B1 - Appareil d'usinage de contours en matériau tendre et procédé d'usinage automatique utilisant un tel appareil - Google Patents

Appareil d'usinage de contours en matériau tendre et procédé d'usinage automatique utilisant un tel appareil Download PDF

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EP0465357B1
EP0465357B1 EP19910401829 EP91401829A EP0465357B1 EP 0465357 B1 EP0465357 B1 EP 0465357B1 EP 19910401829 EP19910401829 EP 19910401829 EP 91401829 A EP91401829 A EP 91401829A EP 0465357 B1 EP0465357 B1 EP 0465357B1
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EP
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machining
tool
contour
contours
rotation speed
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EP19910401829
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Michel Ferard
Tanguy Jouan De Kervenouel
Frédéric Sgarbi
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B29/00—Machines or devices for polishing surfaces on work by means of tools made of soft or flexible material with or without the application of solid or liquid polishing agents
    • B24B29/005—Machines or devices for polishing surfaces on work by means of tools made of soft or flexible material with or without the application of solid or liquid polishing agents using brushes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B29/00—Machines or devices for polishing surfaces on work by means of tools made of soft or flexible material with or without the application of solid or liquid polishing agents
    • B24B29/02—Machines or devices for polishing surfaces on work by means of tools made of soft or flexible material with or without the application of solid or liquid polishing agents designed for particular workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/16—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation taking regard of the load
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
    • B24B7/20—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground
    • B24B7/30—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding plastics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
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    • B24B9/00—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor
    • B24B9/002—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor for travelling workpieces
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    • B24B9/00—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor
    • B24B9/02—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground
    • B24B9/20—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground of plastics

Definitions

  • the invention relates to an apparatus for machining contours of soft material such as polyurethane or other plastic materials, as well as to an automatic machining process suitable for such apparatus.
  • the primary object of the invention is therefore the provision of a tool, and more generally of an apparatus, which makes it possible to produce a machined contour of good quality on such materials, and this even if the machined contour is flexible, when for example we proceed to the removal of burrs in very fine ribs of a few tenths of a millimeter.
  • Another object of the invention is especially interesting for automatic methods and relates to the control of the position of the tool, that is to say of its depth of cut.
  • the cutting force which can provide an estimate of the desired depth of cut is indeed very low and can hardly be captured correctly. We therefore planned another system to achieve a good result.
  • the device machining according to the invention comprises a tool acting on the contour and consisting of elastic strips embedded at one end in a rotary block driven by a motor device.
  • the slats are possibly made of an elastic canvas covered with abrasive.
  • a system of non-abrasive brushes pressing on two opposite faces of the contour is used in order to maintain the burrs around the tool in a state where they lend themselves well to deburring. This avoids the folding of the burrs that the tool could cause and which would compromise its effectiveness by rejecting the burrs out of reach of the slats.
  • This system consists of two brushes carrying elastic radial elements constituting bending springs; the brushes then rotate around axes more or less parallel to the faces of the contour.
  • the motor device prefferably pneumatic and for the device to include a sensor for the speed of rotation of the tool. It is then possible to adjust the cutting depth of the tool by slaving the rotation speed to a determined value, which can be periodically recalculated as a function of the idle rotation speed and its variations over time.
  • Figures 1 and 2 are two views of the entire machining system respectively representing the tool in front view and in top view; and - Figure 3 is a flowchart showing the control mode of the device.
  • the workpiece 1 comprises a flange 2, or a rib, the edge of which is machined 3 by a deburring operation, but the tool which will now be described is also usable for other types of machining, in particular chamfering.
  • a rotary block 4 provided with lamellae 5 arranged in a radiating manner and which lie in planes through which passes the axis of rotation 7 of the tool 6.
  • the rotary block 4 is subject to a spindle 8 which drives under the action of a pneumatic motor 9.
  • the slats 5 consist of an elastic fabric, one end of which is embedded in the rotary block 4 and the other end of which rubs against the edge 3, along which it is moved. This other end is covered with an abrasive powder which is responsible for the machining.
  • a tachometer 10 fixed to the pneumatic motor 9 measures the speed of rotation of the spindle 8 and of the tool 6. Furthermore, the casing of the pneumatic motor 9 carries a console 15 extended by a beam 16 parallel to the spindle 8 and which passes near the tool 6.
  • the beam 16 carries the axes of two parallel brushes 17 and 18 provided with groups of nylon bristles 19 that the rotation of the brushes 17 and 18 rubs on the two flat and opposite faces 20 and 21 of the collar 2 and the edge 3; the axes of rotation of the brushes 17 and 18 are parallel to the faces 20 and 21.
  • the beam 16 is arranged so as to extend a little next to the flange 2.
  • the bristles 19 of the two brushes 17 and 18 have bearing surfaces which overlap or partially merge, but the brushes 17 and 18 are slightly offset axially and thus remain separate.
  • a motor 22 fixed to the console 15 drives, by a first belt 23, one of the brushes 17, and a second belt 24 interconnects the axes of the brushes 17 and 18 so that the second brush is driven.
  • the bristles 19 are bent by rubbing on the faces 20 and 21 and then straighten out thanks to their elasticity.
  • the opposing forces that the brushes 17 and 18 thus exert on the flange 2 and the edge 3 have the effect of bending the flexible burrs which would otherwise bend under the force of the tool 6 and would be difficult to eliminate.
  • Such a burr bears the reference 29. It is folded around its root (where it is connected to the collar 2) and glued against the upper edge of the collar 2 by the upper brush 17. The tool 6 then attacks it by the root and thus detaches it from the collar 2 rather than eliminating it.
  • the tool 6 is placed obliquely with respect to the surfaces of the flange 2 and only removes material from the edge which carries the burr 29, that is to say that it makes chamfering.
  • the tool 6 with blades 5 is much preferable in such a situation to a rotary brush furnished with abrasive bristles because the abrasive elastic structures must be sufficiently approached from the region to be deburred to exert a sufficient abrasion force. Hair would therefore be brought to portions of the surface of the flange 2 adjacent to the region to be deburred, which would therefore be scratched, which can be accepted for aesthetic reasons in many cases, while the lamellae 5 are curved. over their entire height.
  • the lower brush 18 is intended to raise the burr 29 if necessary, in order to put it within the reach of the upper brush 17.
  • the pneumatic motor 9 is disposed at one end of a slide 30, the other end of which is pushed back by an eccentric 31 actuated by a motor 32.
  • a return system such as a spring 35 holds the end of the slide 30 against eccentric 31; moreover, all of these parts are housed in a terminal member 33 of a robot arm which is not shown in detail and which is programmed to follow approximately the edge 3 to be machined.
  • the slide 30 is held substantially in a direction where its sliding allows it to approach or move the tool 6 away from the edge 3, and therefore to modify the cutting force; the machining passes consist in moving the end member 33 along the contour 2 while adjusting the depth of the pass by constantly sliding the slide 30.
  • a potentiometer 34 locates the displacements of the motor 32 and therefore of the eccentric 31.
  • FIG. 3 examine how the servo-control of the tool 6 takes place, but it is previously necessary to devote some considerations to the machining conditions in the technical context of the invention.
  • the tachometer 10 is connected by its output to a filtering system 40 which calculates the real speed ⁇ 1 at each instant.
  • a setpoint speed supply system 41 simultaneously supplies the setpoint speed ⁇ c to be observed.
  • a calculation system 42 collects the two speeds ⁇ 1 and ⁇ c and calculates the angular position P c of the eccentric 31 for which the real speed ⁇ 1 would become equal to the set speed and which is equal to a coefficient near to where t1 designates the instant considered, t0 the instant of the start of the measurements and A is a phase advance corrector.
  • This system has a very short reaction time.
  • the set speed ⁇ c can be chosen proportional to the no-load speed of the tool 6. As this no-load speed varies over time, in particular following variations in supply pressure, temperature or of lubrication conditions, the set speed ⁇ c must be recalculated from time to time by the set speed supply system 41. In practice, a measurement can be made each time the tool 6 is released to proceed with a new machining pass.

Description

  • L'invention se rapporte à un appareil d'usinage de contours en matériau tendre tel que du polyuréthane ou d'autres matériaux plastiques, ainsi qu'à un procédé d'usinage automatique adapté à de tels appareils.
  • On cherche avant tout à obtenir un contour usiné lisse et propre, ce qui est difficile en raison de la tendreté du matériau sur lequel les à-coups de l'usinage, dus notamment aux irrégularités de la vitesse de coupe, de l'avance et de la profondeur de passe et qui sont assez importants dans le cas de procédés automatiques, se répercutent immédiatement et provoquent un mauvais état de surface ou des ondulations. L'objet primordial de l'invention est donc la fourniture d'un outil, et plus généralement d'un appareil, qui permet de réaliser un contour usiné de bonne qualité sur de tels matériaux, et ceci même si le contour usiné est souple, quand par exemple on procède à la suppression de bavures en nervures très fines de quelques dixièmes de millimètres.
  • Un autre objet de l'invention est surtout intéressant pour les procédés automatiques et concerne l'asservissement de la position de l'outil, c'est-à-dire de sa profondeur de passe. Sur des matériaux tendres, l'effort de coupe qui peut fournir une estimation de la profondeur de passe recherchée est en effet très faible et ne peut guère être capté correctement. On a donc prévu un autre système pour arriver à un bon résultat.
  • Sous sa forme la plus générale, l'appareil d'usinage selon l'invention, voir la revendication 1, comprend un outil agissant sur le contour et constitué de lamelles élastiques encastrées à une extrémité dans un bloc rotatif entraîné par un dispositif moteur. Les lamelles sont éventuellement constituées d'une toile élastique recouverte d'abrasif.
  • On utilise de plus, ce qui est avantageux pour des bavures souples sur le contour, un système de brosses non abrasives appuyant sur deux faces opposées du contour afin de maintenir les bavures aux alentours de l'outil à un état où elles se prêtent bien à l'ébavurage. On évite ainsi le repliement des bavures que l'outil pourrait provoquer et qui compromettrait son efficacité en rejetant les bavures hors de portée des lamelles. Ce système consiste en deux brosses portant des éléments radiaux élastiques constituant des ressorts de flexion ; les brosses tournent alors autour d'axes plus ou moins parallèles aux faces du contour.
  • Il est avantageux que le dispositif moteur soit pneumatique et que l'appareil comprenne un capteur de la vitesse de rotation de l'outil. Il est alors possible de régler la profondeur de passe de l'outil en asservissement la vitesse de rotation à une valeur déterminée, qui peut être périodiquement recalculée en fonction de la vitesse de rotation à vide et de ses variations avec le temps.
  • On va maintenant décrire l'invention plus en détail à l'aide des trois figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif et qui représentent une réalisation de l'invention :
       les figures 1 et 2 sont deux vues de l'ensemble du système d'usinage représentant respectivement l'outil en vue de face et en vue de dessus ; et
       - la figure 3 est un organigramme représentant le mode d'asservissement de l'appareil.
  • On se reporte tout d'abord aux figures 1 et 2. La pièce à usiner 1 comprend une collerette 2, ou une nervure, dont on usine le bord 3 par une opération d'ébavurage, mais l'outil qui va maintenant être décrit est également utilisable pour d'autres types d'usinage, en particulier le chanfreinage.
  • Il comprend essentiellement un bloc rotatif 4 muni de lamelles 5 disposées de manière rayonnante et qui se trouvent dans des plans par lesquels passe l'axe de rotation 7 de l'outil 6. Le bloc rotatif 4 est assujetti à une broche 8 qui l'entraîne sous l'action d'un moteur pneumatique 9. Les lamelles 5 sont constituées d'une toile élastique dont une extrémité est encastrée dans le bloc rotatif 4 et dont l'autre extrémité vient frotter contre le bord 3, le long duquel elle est déplacée. Cette autre extrémité est recouverte d'une poudre abrasive qui est responsable de l'usinage.
  • Un tachymètre 10 fixé au moteur pneumatique 9 mesure la vitesse de rotation de la broche 8 et de l'outil 6. Par ailleurs, le carter du moteur pneumatique 9 porte une console 15 prolongée par une poutrelle 16 parallèle à la broche 8 et qui passe à proximité de l'outil 6. La poutrelle 16 porte les axes de deux brosses 17 et 18 parallèles munies de groupes de poils de Nylon 19 que la rotation des brosses 17 et 18 fait frotter sur les deux faces planes et opposées 20 et 21 de la collerette 2 et du bord 3 ; les axes de rotation des brosses 17 et 18 sont parallèles aux faces 20 et 21. La poutrelle 16 est disposée de manière à s'étendre un peu à côté de la collerette 2. Les poils 19 des deux brosses 17 et 18 ont des portées qui se chevauchent ou se confondent partiellement, mais les brosses 17 et 18 sont légèrement décalées axialement et restent ainsi séparées.
  • Un moteur 22 fixé à la console 15 entraîne, par une première courroie 23, une des brosses 17, et une seconde courroie 24 relie entre eux les axes des brosses 17 et 18 pour que la seconde brosse soit entraînée.
  • Les poils 19 sont fléchis en frottant sur les faces 20 et 21 et se redressent ensuite grâce à leur élasticité. Les efforts antagonistes que les brosses 17 et 18 exercent ainsi sur la collerette 2 et le bord 3 ont pour effet de courber les bavures souples qui autrement fléchiraient sous l'effort de l'outil 6 et seraient difficile à éliminer. Une telle bavure porte la référence 29. Elle est pliée autour de sa racine (où elle se raccorde à la collerette 2) et collée contre le bord supérieur de la collerette 2 par la brosse 17 supérieure. L'outil 6 l'attaque alors par la racine et la détache ainsi de la collerette 2 plutôt qu'il ne l'élimine. On remarquera que l'outil 6 est placé obliquement par rapport aux surfaces de la collerette 2 et n'enlève de la matière que sur l'arête qui porte la bavure 29, c'est-à-dire qu'il fait du chanfreinage. L'outil 6 à lamelles 5 est bien préférable dans une telle situation à une brosse rotative garnie de poils abrasifs car les structures élastiques abrasives doivent être suffisamment approchées de la région à ébavurer pour exercer un effort d'abrasion suffisant. Des poils seraient donc amenés sur des portions de la surface de la collerette 2 voisines de la région à ébavurer, qui seraient donc rayées, ce quine peut être accepté pour des raisons d'esthétique dans de nombreux cas, alors que les lamelles 5 sont courbées sur toute leur hauteur.
  • La brosse 18 inférieure est destinée à soulever la bavure 29 si nécessaire, afin de la mettre à la portée de la brosse 17 supérieure.
  • Le moteur pneumatique 9 est disposé à une extrémité d'une glissière 30 dont l'autre extrémité est repoussée par un excentrique 31 actionné par un moteur 32. Un système de rappel tel qu'un ressort 35 maintient l'extrémité de la glissière 30 contre l'excentrique 31 ; par ailleurs, l'ensemble de ces pièces est logé dans un organe terminal 33 d'un bras de robot qui n'est pas représenté en détail et qui est programmé pour suivre approximativement le bord 3 à usiner.La glissière 30 est maintenue sensiblement dans une direction où son coulissement lui permet d'approcher ou d'éloigner l'outil 6 du bord 3, et donc de modifier l'effort de coupe ; les passes d'usinage consistent à déplacer l'organe terminal 33 le long du contour 2 tout en réglant la profondeur de passe en faisant coulisser constamment la glissière 30.
  • Un potentiomètre 34 repère les déplacements du moteur 32 et donc de l'excentrique 31.
  • On se reporte maintenant à la figure 3 pour examiner comment s'effectue l'asservissement de l'outil 6, mais il est auparavant nécessaire de se livrer à quelques considérations sur les conditions d'usinage dans le contexte technique de l'invention.
  • On désire, pour garantir une profondeur de passe uniforme, travailler à effort constant, mais si le matériau usiné est tendre, l'effort est très faible, de l'ordre de quelques grammes, et ne pourrait donc être mesuré sans bruitage excessif par un capteur d'effort lié à la broche 8.
  • Il est en réalité possible d'estimer avec une précision acceptable l'effort de coupe à l'aide de la vitesse de rotation de la broche 8, surtout quand cette broche 8 est entraînée par un moteur pneumatique 9.
  • On peut en effet écrire l'équation C = J ω ′ + B ω + C ext ,
    Figure imgb0001
    où C est le couple moteur, J est l'inertie des parties entraînées autour de l'axe de rotation 7, B est un coefficient représentatif des pertes par frottement visqueux, Cext est le couple exercé par la matière usinée, qui dépend directement de l'effort de coupe, et ω′ et ω désignent la vitesse de rotation de l'outil 6 et son accélération. Comme le couple moteur C est proportionnel à la pression d'alimentation du moteur pneumatique 9, il peut être connu avec une grande précision, et on peut de même estimer J et B avec précision grâce à un calibrage préliminaire.
  • Le tachymètre 10 est relié par sa sortie à un système de filtrage 40 qui calcule la vitesse réelle ω₁ à chaque instant. Un système de fourniture de vitesse de consigne 41 fournit simultanément la vitesse de consigne ωc à respecter. Un système de calcul 42 recueille les deux vitesses ω₁ et ωc et calcule la position angulaire Pc de l'excentrique 31 pour laquelle la vitesse réelle ω₁ deviendrait égale à la vitesse de consigne et qui est égale, à un coefficient prés, à
    Figure imgb0002
    où t₁ désigne l'instant considéré, t₀ l'instant du début des mesures et A est un correcteur d'avance de phase. Le résultat de ce calcul analogique est fourni à un système d'actionnement 43 qui actionne le moteur 32 et modifie ainsi la position réelle Pr de l'excentrique 31 qu'il connaît grâce au potentiomètre 34 jusqu'à la faire coïncider avec la position angulaire Pc prédédemment calculée. La modification de la position de l'outil 6 qui en résulte se traduit par une convergence de la vitesse réelle ω₁ vers la vitesse de consigne ωc.
  • Ce système a un temps de réaction très court.
  • La vitesse de consigne ωc peut être choisie proportionnelle à la vitesse de rotation à vide de l'outil 6. Comme cette vitesse de rotation à vide varie avec le temps, notamment à la suite de variations de pression d'alimentation, de température ou de conditions de lubrification, la vitesse de consigne ωc doit être recalculée de temps en temps par le système de fourniture de la vitesse de consigne 41. On peut en pratique effectuer une mesure à chaque fois que l'outil 6 est dégagé pour procéder à une nouvelle passe d'usinage.
  • A ces instants de dégagement, l'asservissement décrit précédemment est interrompu et l'excentrique 31 est ramené à une position fixe où la glissière 30 est à mi-course. Quand une nouvelle passe d'usinage est effectuée, l'outil 6 est amené à quelques millimètres du bord 3, puis l'organe terminal 33 est rapproche à vitesse lente du bord 3 jusqu'à le toucher (dans la direction de la flèche représentée sur la figure 3), après quoi une diminution de la vitesse de rotation est détectée et la trajectoire qui a été enseignée au robot est parcourue en reprenant l'asservissement.

Claims (8)

  1. Appareil d'usinage de contours en matériau tendre et notamment de contours souples (2), comprenant un outil (6) agissant sur le bord desdits contours et constitué de lamelles élastiques (5) encastrées à une extrémité dans un bloc rotatif (4) entraîné par un dispositif moteur (9) et un système élastique appuyant sur deux faces opposées (20, 21) du contour et consistant en deux brosses (17, 18) portant des éléments radiaux (19) élastiques, les brosses tournant autour d'axes sensiblement parallèles aux faces du contour.
  2. Appareil d'usinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lamelles sont constituées d'une toile élastique recouverte d'abrasif.
  3. Appareil d'usinage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de réglage (30, 31) de la position de l'outil (6) dans la direction du contour (2) selon les indications d'un capteur (10) d'une grandeur représentative de l'effort d'usinage.
  4. Appareil d'usinage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le capteur (10) est un capteur mesurant la vitesse de rotation de l'outil (6).
  5. Appareil d'usinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif moteur est pneumatique.
  6. Procédé d'usinage automatique de contours en matériau tendre utilisant un appareil d'usinage selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'appareil d'usinage est déplacé le long du contour, l'outil (6) étant approché et éloigné du contour avec des mouvements déterminés en asservissant la vitesse de rotation de l'outil à une valeur déterminée.
  7. Procédé d'usinage automatique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la valeur déterminée est périodiquement recalculée en fonction de la vitesse de rotation à vide de l'outil.
  8. Procédé d'usinage automatique selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il se décompose en passes d'usinage entre lesquelles la valeur déterminée est recalculée, chaque passe étant ensuite précédée par une approche lente de l'outil (6) du contour jusqu'à ce qu'une diminution de la vitesse de rotation de l'outil (6) soit détectée.
EP19910401829 1990-07-04 1991-07-03 Appareil d'usinage de contours en matériau tendre et procédé d'usinage automatique utilisant un tel appareil Expired - Lifetime EP0465357B1 (fr)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
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FR9008472A FR2664191B1 (fr) 1990-07-04 1990-07-04 Appareil d'usinage de contours en materiau tendre et procede d'usinage automatique utilisant un tel appareil.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0465357A1 EP0465357A1 (fr) 1992-01-08
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EP19910401829 Expired - Lifetime EP0465357B1 (fr) 1990-07-04 1991-07-03 Appareil d'usinage de contours en matériau tendre et procédé d'usinage automatique utilisant un tel appareil

Country Status (4)

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DE (1) DE69102500T2 (fr)
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FR (1) FR2664191B1 (fr)

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