FR2664191A1

FR2664191A1 - TENSILE MATERIAL CONTENT MACHINING APPARATUS AND AUTOMATIC MACHINING METHOD USING SUCH APPARATUS.

Info

Publication number: FR2664191A1
Application number: FR9008472A
Authority: FR
Inventors: Ferard Michel; Jouan De Kervenouel Tanguy; Sgarbi Frederic
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1990-07-04
Filing date: 1990-07-04
Publication date: 1992-01-10
Anticipated expiration: 2010-07-04
Also published as: EP0465357A1; ES2056600T3; DE69102500T2; EP0465357B1; FR2664191B1; DE69102500D1

Abstract

Appareil d'usinage de contours (2) en matériau tendre tel que du plastique, comprenant essentiellement un outil rotatif (6) constitué de lamelles abrasives élastiques (5) dont la souplesse permet d'amortir les à-coups de l'organe (33) porteur de l'outil (6). De préférence, on utilise un moteur pneumatique (9) et un tachymètre (10) pour asservir l'outil (6) à une vitesse constante qui garantit un effort de coupe ou d'usinage stable. Application notamment à l'ébavurage et au chanfreinage de pièces.Contour machining apparatus (2) made of a soft material such as plastic, essentially comprising a rotary tool (6) consisting of elastic abrasive blades (5), the flexibility of which makes it possible to damp the jolts of the member (33 ) tool carrier (6). Preferably, an air motor (9) and a tachometer (10) are used to control the tool (6) at a constant speed which guarantees a stable cutting or machining force. Application in particular to deburring and chamfering of parts.

Description

ii

APPAREIL D'USINAGE DE CONTOURS EN MATERIAU TENDRE TENSILE MATERIAL CONTENT MACHINING APPARATUS

ET PROCEDE D'USINAGE AUTOMATIQUE UTILISANT AUTOMATIC MACHINING METHOD AND METHOD USING

UN TEL APPAREILSuch an apparatus

DESCRIPTIONDESCRIPTION

L'invention se rapporte à un appareil d'usi- The invention relates to an apparatus for

nage de contours en matériau tendre tel que du poly- contouring in soft material such as poly-

uréthane 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 urethane or other plastic materials, as well as an automatic machining process suitable for such apparatus. The main aim is to obtain a smooth and clean machined contour, which is difficult because of the tenderness of the material on which the jolts of the machining, due in particular to the irregularities of the cutting speed, the advance and of the depth of pass and which are quite important in the case of automatic processes, have immediate repercussions

et provoquent un mauvais état de surface ou des ondula- and cause a bad surface or corrugated

tions 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 The essential 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, even if the machined contour is flexible. when, for example

on procède à l'ébavurage de nervures. the deburring of the ribs is carried out.

Un autre objet de l'invention est surtout intéressant pour les procédés automatiques et concerne l'asservissement de la position de l'outil, Another object of the invention is especially interesting for automatic processes and relates to servocontrol of the position of the tool,

c'est-à-dire de sa profondeur de passe Sur des maté- that is to say, its depth of pass On

riaux 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 the cutting force which can provide an estimate of the desired depth of pass is indeed very low and can hardly be captured correctly.

arriver à un bon résultat.to arrive at a good result.

Sous sa forme la plus générale, l'appareil d'usinage selon l'invention comprend un outil constitué de lamelles élastiques encastrées à une extrémité In its most general form, the machining apparatus according to the invention comprises a tool consisting of elastic slats embedded at one end.

dans un bloc rotatif entraîné par un dispositif moteur. in a rotary block driven by a motor device.

Les lamelles sont éventuellement constituées d'une The slats may consist of a

toile élastique recouverte d'abrasif. elastic canvas covered with abrasive.

Si les bavures du contour à usiner sont souples, on peut avantageusement utiliser un système If the burrs of the contour to be machined are flexible, one can advantageously use a system

de brosses non abrasives appuyant sur deux faces oppo- of non-abrasive brushes pressing on two opposite faces

sées du contour afin de redresser les bavures aux alentours de l'outil 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 Un tel système peut consister en deux brosses portant les éléments radiaux constituant des ressorts de flexion; les brosses tournent alors autour d'axes plus ou moins parallèles contour of the contour in order to straighten the burrs around the tool It avoids the folding of burrs that the tool could cause and which would compromise its effectiveness by rejecting burrs out of range of the slats Such a system can consist of two brushes bearing the radial elements constituting bending springs; the brushes then rotate around more or less parallel axes

aux faces du contour.to the faces of the outline.

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 asservissant la vitesse de rotation à une valeur déterminée, qui peut être périodiquement recalculée en fonction de la vitesse de rotation à vide et de It is advantageous for the motor device to be pneumatic and for the apparatus to include a sensor for the rotational speed of the tool. It is then possible to adjust the depth of the tool by slaving the speed of rotation to a determined value. , which can be periodically recalculated according to the idling speed and

ses variations avec le temps.its variations over time.

On va maintenant décrire l'invention plus en détail à l'aide des trois figures suivantes annexées The invention will now be described in more detail using the following three appended figures.

à titre illustratif et non limitatif et qui repré- illustrative and not limiting and which represents

sentent une réalisation de l'invention: feel an embodiment of the invention:

les figures 1 et 2 sont deux vues de l'en- Figures 1 and 2 are two views of the

semble du système d'usinage représentant respectivement l'outil en vue de face et en vue de dessus; et appears from the machining system respectively representing the tool in front view and in top view; and

la figure 3 est un organigramme repré- FIG. 3 is a flowchart

sentant le mode d'asservissement de l'appareil. feeling the servo mode of the device.

On se reporte tout d'abord aux figures 1 et 2 La pièce à usiner I 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 Referring firstly to FIGS. 1 and 2, the workpiece I comprises a flange 2, or a rib, the edge 3 of which is machined by a deburring operation, but the tool which will now be described is also usable for others

types d'usinage, en particulier le chanfreinage. types of machining, in particular chamfering.

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 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 Cette autre extrémité est recouverte d'une poudre It essentially comprises a rotary block 4 provided with lamellae 5 radially disposed and which lie in planes through which the axis of rotation 7 of the tool 6 passes. The rotary block 4 is secured to a pin 8 which drives it under the action of a pneumatic motor 9 The slats consist of an elastic fabric whose end is embedded in the rotary block 4 and whose other end rubs against the edge 3 This other end is covered with a powder

abrasive qui est responsable de l'usinage. abrasive which is responsible for machining.

Un tachymètre 10 fixé au moteur pneumatique 9 mesure la vitesse de rotation de la broche 8 et A tachometer 10 attached to the pneumatic motor 9 measures the rotational speed of the spindle 8 and

de l'outil 6 Par ailleurs, le carter du moteur pneu- In addition, the crankcase of the pneumatic motor

matique 9 porte une console 15 prolongée par une pou- 9 carries a console 15 extended by a

trelle 16 parallèle à la broche 8 et qui passe à proxi- trelle 16 parallel to pin 8 and which passes close to

mité 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 The truss 16 carries the axes of two parallel brushes 17 and 18 provided with groups of Nylon bristles 19 as the rotation of the brushes 17.

et 18 fait frotter sur les deux faces planes et oppo- and 18 rubs on both flat faces and oppo-

sées 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 20 and 21 of the flange 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 to extend a little next to the collar 2 The bristles 19 of the two brushes 17 and 18 have

portées qui se chevauchent ou se confondent partielle- overlapping or partially overlapping

ment, mais les bornes 17 et 18 sont légèrement décalées but terminals 17 and 18 are slightly offset

axialement et restent ainsi séparées. axially and thus remain separated.

Un moteur 22 fixé à la console 15 entraine, 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 empêchent que ceux-ci soient pliés ou courbés à cause de l'effort de coupe de l'outil 6 même s'il n'y a que quelques dixièmes de millimètre A motor 22 fixed to the bracket 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 flexed by rubbing on the faces 20 and 21 and then straighten with their elasticity The antagonistic efforts that the brushes 17 and 18 thus exert on the flange 2 and the edge 3 prevent them from being bent or bent to because of the cutting force of the tool 6 even if there are only a few tenths of a millimeter

d'épaisseur.thick.

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 o son coulissement lui permet d'approcher ou d'éloigner l'outil 6 du bord 3, et The pneumatic motor 9 is disposed at one end of a slideway 30 whose other end is pushed 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 the eccentric 31; Moreover, all these parts are housed in a terminal member 33 of a robot arm which is not shown in detail and which is programmed to approximately follow the edge 3 to be machined. The slide 30 is maintained substantially in a direction o its sliding allows it to approach or move the tool 6 away from the edge 3, and

donc de modifier l'effort de coupe; les passes d'usi- therefore to modify the cutting force; the passes

nage consistent à déplacer l'organe terminal 33 le long du contour 2 tout en réglant la profondeur de consists of moving the terminal member 33 along the contour 2 while adjusting the depth of

passe en faisant coulisser constamment la glissière 30. passes by constantly sliding the slide 30.

Un potentiomètre 34 repère les déplacements A potentiometer 34 tracks the displacements

du moteur 32 et donc de l'excentrique 31. of the motor 32 and therefore of the eccentric 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 Referring now to FIG. 3 to examine how the servo-control of the tool 6 is carried out, it has previously been necessary to make some considerations about the machining conditions.

dans le contexte technique de l'invention. in the technical context of the 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 In order to guarantee a uniform depth of penetration, it is desired to work with constant force, but if the machined material is soft, the force is very small, of the order of a few grams, and therefore can not be measured without excessive sound effects by a sensor

d'effort lié à la broche 8.stress linked to spindle 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 It is actually possible to estimate with reasonable accuracy the cutting force using the rotational speed of pin 8, especially

quand cette broche 8 est entraînée par un moteur pneu- when this pin 8 is driven by a pneumatic motor

matique 9.9.

On peut en effet écrire l'équation C = J E' + B& + Cext, o 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, We can indeed write the equation C = JE '+ B & + Cext, where C is the driving torque, J is the inertia of the parts driven around the axis of rotation 7, B is a coefficient representative of the friction losses viscous, Cext is the torque exerted by the machined material, which depends directly on the cutting force,

et W désigne la vitesse de rotation de l'outil 6. and W denotes the rotational speed of the tool 6.

Comme le couple moteur C est proprotionnel à la pres- Since the engine torque C is proprotional to the pressure

sion 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 W 1 à chaque instant Un système de fourniture de vitesse de consigne 41 fournit simultanément la vitesse de consigne Xc à respecter Un système de calcul 42 recueille les deux vitesses W 1 et (c et calcule la position angulaire Pc de l'excentrique 31 pour laquelle la vitesse réelle W 1 deviendrait égale à la vitesse de consigne et qui est égale, à un coefficient près, à t 1 Pc= A ( O 1 c) dt to o t 1 désigne l'instant considéré, to 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 In the case of the pneumatic motor 9, it can be known with great precision, and J and B can be accurately estimated by means of a preliminary calibration. The tachometer 10 is connected by its output to a filtering system 40 which calculates the actual speed W 1 at each instant. A set speed supply system 41 simultaneously provides the target speed Xc to be respected. A calculation system 42 collects the two velocities W 1 and (c and calculates the angular position Pc of the eccentric 31 for which the real speed W 1 would become equal to the set speed and which is equal, with a coefficient, to t 1 Pc = A (O 1 c) dt to ot 1 designates the instant considered, to the moment of the beginning of the measurements and A is a phase advance corrector The result of this analog calculation is provided to an actuating system 43 which actuates the motor 32 and thus modifies the actual position Pr

de l'excentrique 31 qu'il connaît grâce au potentio- of the eccentric 31 that he knows thanks to the potential

mètre 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 o 1 vers meter 34 until it coincides with the angular position Pc previously calculated The modification of the position of the tool 6 which results is reflected in a convergence of the actual speed o 1 to

la vitesse de consigne Coc.the set speed Coc.

Ce système a un temps de réaction très court. This system has a very short reaction time.

La vitesse de consigne c 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 The reference speed c can be chosen proportional to the empty rotation speed of the tool 6 As this empty rotation speed varies with time, in particular as a result of variations

de pression d'alimentation, de température ou de condi- pressure, temperature or

tions de lubrification, la vitesse de consigne Wc 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 In the case of lubrication, the setpoint speed Wc must be recalculated from time to time by the system for supplying the setpoint speed 41. In practice, it is possible to measure each time the tool 6 is released in order to carry out a new operation.

passe d'usinage.machining pass.

A ces instants de dégagement, l'asservisse- At these moments of release, the enslavement

ment décrit précédemment est interrompu et l'excen- previously described is interrupted and the excen-

trique 31 est ramené à une position fixe o la glis- 31 is brought back to a fixed position where the

sière 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 rapproché 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 30 is halfway when a new machining pass is made, the tool 6 is brought a few millimeters from the edge 3, then the end member 33 is brought slowly to the edge 3 to the touch ( in the direction of the arrow shown in Figure 3), after which a decrease in the rotational speed is detected and the trajectory that has been

enseignée au robot est parcourue en reprenant L'asser- taught in the robot is covered by taking the asser-

vissement.vissement.

Claims

1 Apparatus for machining contours of soft material, characterized in that it comprises a tool (6) consisting of elastic strips (5) embedded at one end in a rotary block (4) driven by a motor device (9). Machining apparatus according to Claim 1, characterized in that the lamellae consist of

an elastic cloth covered with abrasive.

3 Machining apparatus according to any one

of claims 1 or 2, characterized in that

comprises, for machining soft contours (2), an elastic system pressing on two opposite faces

(20, 21) of the contour.

4 machining apparatus according to claim 3, characterized in that the elastic system consists of two brushes (17, 18) carrying radial elements (19) elastic, the brushes rotating about axes

substantially parallel to the faces of the contour.

Machining apparatus according to any one

Claims 1 to 4, characterized in that

comprises a device (30, 31) for adjusting the posi-

of the tool (6) in the contour direction (2) as indicated by a sensor (10) of a magnitude

representative of the machining effort.

Machining apparatus according to claim 1, characterized in that the sensor (10) is a sensor

measuring the speed of rotation of the tool (6).

Machining apparatus according to any one of

Claims 1 to 6, characterized in that the

motor device is pneumatic.

8 Process for automatic machining of contours in soft material using a machining apparatus

according to claims 6 and 7, characterized in that

that the machining apparatus is moved along the

turn, the tool (6) being approached and away from the contour with determined movements by slaving the

speed of rotation of the tool to a determined value.

9 Automatic machining process according to

claim 8, characterized in that the determined value

mined is periodically recalculated according to

the idling speed of the tool.

Automatic machining process according to

claim 9, characterized in that it decomposes

laying in machining passes between which the determined value is recalcu Lée, each pass being then preceded by a slow approach of the tool (6) contour until a decrease in speed

of rotation of the tool (6) is detected.