FR2969947A1

FR2969947A1 - Procede d'usinage continu d'une piece a partir de mouvements discontinus de la broche d'usinage et de la piece

Info

Publication number: FR2969947A1
Application number: FR1100027A
Authority: FR
Inventors: Stephane Jean Charles Cocher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-01-05
Filing date: 2011-01-05
Publication date: 2012-07-06
Anticipated expiration: 2031-01-05
Also published as: FR2969947B1

Abstract

Le dispositif objet de l'invention permet l'usinage continu pendant le mouvement d'avance de la barre (8). Cette barre (8) est maintenue dans les mors (1) et (2) d'un dispositif de bridage à mandrins creux monté sur un centre d'usinage. Le serrage modéré de la barre (8) dans la poupée fixe (B) permet à cette barre (8) de glisser dans ce mors (2) lors du mouvement d'avance de cette barre entraînée par le mors (1) de la poupée mobile (A) qui serre fortement cette barre (8). La commande numérique prend en compte les positions et les vitesses relatives de l'outil en broche (9) par rapport à la barre (8) pour permettre la continuité de l'usinage.

Description

Le procédé objet de l'invention permet d'usiner plus rapidement et de manière plus économique des pièces de toute longueur à partir de barres ou de profilés. Ce procédé concerne le cas où les profilés sont usinés à partir de centres d'usinage équipés de plusieurs étaux ou de plusieurs diviseurs, l'avance des profilés étant obtenue par la combinaison des mouvements d'avance et de séquences de serrages desserrages successifs des mors des diviseurs. Ces diviseurs à mandrins creux font l'objet de 2 brevets déposés par Michel PIOCH, le premier FR2817780 concerne un équipement d'usinage de pièces à partir de barres sur centre d'usinage, le second FR2779676 concerne un dispositif de bridage et d'orientation pour l'usinage d'un profilé. Dans la suite du descriptif, on utilisera le terme barre sachant qu'il peut s'agir d'un profilé plein ou creux ou d'une barre de toute section et de toute nature et de toute matière : métallique, acier, titane, composites, aluminium, cuivre, plastiques ou bois, de rigidité suffisante pour pouvoir être usiné par ce type de procédé.

De même, le terme d'usinage est régulièrement employé dans la suite de cet exposé. Il désigne la transformation géométrique et dimensionnelle de la barre brute en produit fini par le recours à un outil coupant. En fait, cette invention s'applique tout aussi bien aux autres procédés d'enlèvement de la matière comme l'usinage avec une tête laser, une tête jet d'eau, une unité de poinçonnage, etc. Cette invention peut aussi s'appliquer aux procédés d'ajout ou de projection de matière, par exemple en remplaçant la broche d'usinage par une buse de projection de poudres métalliques, d'encre, ou par une tête laser ou une tête jet d'eau. Traditionnellement, les pièces de grandes longueurs sont usinées avec une machine dont la course d'usinage est supérieure à la longueur de la pièce à usiner (machines à banc long). L'inconvénient étant l'encombrement de la machine, son prix et 35 le prix des outillages de bridage. Un autre inconvénient peut être l'impossibilité de pouvoir usiner la pièce sur ses toutes ses. faces puisque ce type de machine requiert de brider la pièce sur au moins une face. Une autre solution employée depuis plus de 10 ans consiste à utiliser une machine équipée de mandrins creux (ou diviseurs) comme décrit dans le brevet Michel PIOCH FR2817780: dans la figure (1), le support de la barre (8) comprend 2 poupées (A) et (B). La poupée (B) est fixe par rapport au bâti (3), la poupée (A) est guidée en translation par rapport à ce bâti (3) dans la direction de la barre (8). La commande numérique du centre d'usinage pilote la translation de la poupée (A) dans la direction de l'axe de la barre (8). Chaque poupée (A) ou (B) comporte des mors de serrage(1) et (2) poussés par des vérins (4) et (5) commandés eux aussi par la commande numérique. Ces vérins de faible encombrement représentés sur les schémas sont de type pneumatique mais il est possible d'utiliser des vérins de type hydraulique ou électrique. Lorsque le vérin (4) de la poupée (A) est sous pression de serrage (on dira pA= pS pour signifier que la pression du vérin (4) des mors (1) de la poupée (A) est égale à la pression de serrage) les mors (1) serrent la barre (8) par une force de serrage FS et la rendent solidaire de la poupée (A). Autrement dit : la barre (8) est serrée en (A) par la force FS. De même si pA=O, FA=F=O, la barre (8) est libre en (A). Par la suite, on se libèrera du terme pression et l'on n'emploiera plus que le terme de force de serrage de la barre (8) sans en préciser l'origine. D'où les 4 différents cas possibles : - FA=FS et FB=FS la barre (8) est serrée en (A) et en (B) ; - FA=FS et FB=0 la barre (8) est serrée en (A) et libre en (B), la translation de la poupée (A) entraîne la translation de la barre (8). - FA=0 et FB=FS la barre (8) est serrée en (B) et libre en (A), la poupée (A) peut se translater sans entraîner la barre (8). -FA=0 et FB=0 la barre est libre en (A) et en (B).Ce cas est nécessaire pour l'introduction de la barre dans les mors (1) et (2) mais doit être évité en cours d'usinage sous peine de perdre la position longitudinale de la barre (8) donc de la précision. Les mors (1) et (2) permettent de positionner la barre (8) par une forme pouvant être complémentaire, complète ou partielle de sa section ; ainsi, en début d'usinage la position de la barre (8) par rapport à l'outil en broche (9) est déterminée lorsque FA=FS et FB=FS, seule la position relative dans la direction longitudinale est à définir. Le cycle d'usinage et d'avance dans le cas d'un usinage 10 classique est représenté ci-dessous, voir figure (5). Phase FA FB Usinage Description 1 FS FS Oui La barre est maintenue en (A) et en (B) : début de l'usinage. 2 FS FS Oui La barre est maintenue en (A) et en (B) : fin de l'usinage de la partie de la barre comprise entre (A) et (B). L'outil en broche (9) peut réintégrer le magasin si en reprise d'usinage il faut un autre outil ; ou être placé dans une zone d'attente qui ne risque pas de gêner les manoeuvres d'avance de la barre (8) . 3 FS 0 Non La barre est serrée en (A), libérée en (B) 4 FS 0 Non Mouvement de translation de la poupée (A) qui fait avancer la barre (8) d'une course 1 au moins égale à la longueur de la pièce augmentée de l'épaisseur de coupe. 5 FS FS Non La barre est serrée en (A) et en (B) 6 0 FS Non La barre est libérée en (A) 7 0 FS Non La poupée (A) recule d'une course 1 8 FS FS Non La barre est maintenue en (A) et en (B), la broche (9) est alimentée par un magasin d'outils d'une façon automatique pour être équipée de l'outil sélectionné pour l'usinage souhaité ; l'outil se place à la position de travail qui est celle de la phase 1. Un nouveau cycle peut recommencer. Seules les phases 1 et 2 sont des phases d'usinage, toutes les autres phases sont nécessaires pour faire avancer la barre(8) de la course nécessaire et amener la broche (9) équipée de son outil en position travail. Ce temps nécessaire à l'avance de la barre (8) est un temps machine non productif qu'il faudrait minimiser voire annuler.

L'objet de l'invention permet de réaliser un usinage continu de pièces issues d'une barre ou d'un profilé même lorsque la barre avance. Cet usinage est réalisé sur un centre d'usinage équipé de 2 poupées à mandrins creux. Le cycle d'usinage conventionnel décrit précédemment ne nécessitait que 2 intensités de force de serrage F=0 ou F=FS pour le serrage de la barre (8) au niveau des poupées (A) ou (B). Si F=0 la barre est libre par rapport à la poupée, si F=FS la barre est liée à la poupée. Ce nouveau procédé d'usinage objet de l'invention nécessite un niveau intermédiaire de l'intensité de la force de serrage que l'on appellera force de maintien F=FM, avec FM<FS ; c'est-à-dire que la force de maintien FM est inférieure à la force de serrage FS. Cette force FM maintient la section de la barre (8) dans la même position que s'il y avait serrage sous la force FS. Un effort axial appliqué à la barre dans la direction de l'axe de la barre et d'intensité suffisante permet à cette barre (8) de glisser dans ce mors. Dans la suite de l'exposé le terme de glissement sera employé, mais il est également possible de remplacer le frottement par glissement par un frottement de roulement en ayant recours par exemple à des galets escamotables, ce qui peut être souhaité dans le cadre d'usinage de pièces d'aspect.

Dans la figure (4), lorsque par exemple FA=FS et FB=FM et si la poupée (A) se translate, la barre (8) se translate aussi, glissant dans la poupée (B); de même lorsque FA=FM et FB=FS, si la poupée (A) se translate, la barre (8) reste fixe maintenue par la poupée (B). Lorsque FA=FS et FB=FM (ou FA=FM et FB=FS), la barre (8) est suffisamment maintenue entre les deux poupées pour que l'usinage soit possible. Dans le cas où FA=FS et FB=FM si la poupée (A) se translate, l'usinage de la barre (8) avec la broche d'usinage (9) se fait de manière continue car les performances des commandes numériques actuelles permettent une combinaison optimale des différents mouvements de la broche et de la poupée mobile (A) sans à-coups par la meilleure maîtrise des accélérations et des décélérations et des efforts correspondants : voir figure (3) et figure (4). Le nouveau cycle d'usinage est alors consigné dans le tableau ci-dessous et est schématisé sur la figure (6) Phase FA FB Usinage Commentaires 1 FS FS Oui La barre (8) est maintenue en (A) et en (B) par FA=FS et FB=FS : début de l'usinage. L'outil de la broche (9) proche de la poupée (B) commence l'usinage. 2 FM FS Oui La barre (8) est maintenue en (B) par FS et en (A) par FM. L'outil de la broche (9) se rapproche de la poupée (A). 3 FM FS Oui La poupée (A) recule, la barre reste fixe maintenue par FB=FS et FA=FM car FA axial < FB axial; l'outil de la broche (9) continue son usinage. 4 FS FS Oui La barre (8) est maintenue en (A) et en (B) par FA=FS et FB=FS ; l'outil de la broche (9) continue son usinage. 5 FS FM Oui La barre (8) est maintenue en (A) par FA=FS et en (B) par FB=FM ; l'outil de la broche (9) continue l'usinage. 6 FS FM Oui La poupée (A) avance entraînant la barre (8) qui est maintenue en position par FB=FM et par FA=FS glisse dans le diviseur (B).L'usinage continue car la commande numérique prend en compte les mouvements de la barre (8) et de la broche (9) en adaptant la vitesse de translation de la broche (9) de manière correspondante. Cette position de fin de phase de la poupée (A) et de la broche (9) est celle du début de nouveau cycle peut alors la phase 1, un reprendre après passage de FB à FS. L'étude de ces différentes phases montre que l'usinage est continu même pendant l'avance de la barre (8), ce qui se traduit par un gain de temps et par un contact permanent de l'outil avec la matière. Les attaques de l'outil coupant sur les fibres (par exemple fibres de verre) en début d'usinage qui sont un facteur accélérant la dégradation de l'outil, sont ici minimisées. Sur des pièces longues, ces attaques sont aussi réduites. Il est aussi possible en utilisant 2 poupées avec diviseurs, comme cela est décrit dans le brevet Michel PIOCH FR2792864, de combiner la translation de la barre (8) obtenue par la translation de la poupée (A) et de la rotation de la barre (8) obtenue par la rotation des 2 diviseurs (6) et (7) d'usiner la barre (8) sur ses 4 faces ou d'obtenir un usinage spatial continu de forme géométrique en hélice par exemple ou de toute autre forme, voir figure 2. Les longueurs usinées ne dépendent que des longueurs des barres brutes puisque l'avance se fait par pas répétitifs dont la course est au plus égale à celle de la broche (9).

La figure (1) représente les deux poupées (A) et (B) montées sur un centre d'usinage, l'ensemble étant décrit dans le brevet PIOCH FR2817780. La poupée (B) est fixe par rapport au bâti (3) et la poupée (A) est guidée en translation dans la direction de l'axe de la barre (8). Les mors (1) de la poupée (A) ne serrent pas la barre (8), les mors (2) de la poupée (B) serrent la barre (8). La figure (2) montre les 2 poupées (A) et (B) équipées de diviseurs (6) et (7). Comme décrits dans le brevet PIOCH FR2779676, les diviseurs (6) et (7) peuvent tourner dans les poupées (A) et (B). Chaque diviseur comporte un vérin (4) et (5) permettant aux mors (1) et (2) de serrer la barre (8).Le vérin (5) sous pression de serrage p=pS agit sur la barre(8) par la force de serrage FS qui la rend solidaire du diviseur (7) en rotation et liée en translation. Le vérin (4) au repos avec p=0 permet un mouvement relatif en translation du diviseur (6) par rapport à la barre (8). La figure (3) montre l'outil en broche (9) usinant la barre (8). Cette barre est serrée par les mors (1) de la poupée (A) sous FA=FS et par les mors (2) de la poupée (B) sous FB=FM, avec FM<FS ; ces mors (2) qui serrent la barre avec la force de maintien FM sont représentés par un trait mixte. La vitesse d'avance de l'outil par rapport à la pièce est V. La figure (4) illustre la phase d'usinage avec FA=FS et FB=FM pendant laquelle la poupée (A) se translate à la vitesse 2V entraînant la barre (8), l'outil de la broche (9) se translate dans la même direction à la vitesse V tout en continuant l'usinage. La vitesse d'avance de l'outil par rapport à la pièce est toujours la même V.

La figure (5) représente les phases d'un procédé d'usinage classique. La figure (6) représente les phases du procédé d'usinage objet de l'invention. La figure (7) illustre les vitesses de déplacement de l'outil, de la poupée (A) et de la barre (8) lors de l'usinage proposé objet de l'invention. Dans les phases (1), (2), (3), (4) et (5) la barre (8) est fixe, la vitesse d'avance de l'outil par rapport à la barre est V. Dans la phase (3) la poupée (A) recule à une vitesse W>V sans entraîner la barre. Dans la phase (6), la poupée (A) et la barre (8) se déplacent à la vitesse 2V et l'outil à la vitesse V de même sens que la poupée : la vitesse relative de l'outil par rapport à la barre reste à la même intensité V. Il est à noter qu'entre la phase (5) et (6) il y a eu inversion du sens de déplacement de la broche d'usinage (9) gérée par la commande numérique qui prend aussi en compte les décélérations et les accélérations de la broche (9) et de la poupée (A) de façon à maintenir des conditions optimales de vitesse et de précision.

Claims

REVENDICATIONS1-Dispositif permettant l'usinage continu de pièces issues de barres ou de profilés (8) sur des centres d'usinage dont la course de la broche est inférieure à la longueur de la pièce à usiner, grâce à l'emploi de 2 diviseurs (A) et (B) pilotés par la commande numérique du centre d'usinage, le diviseur (A) est mobile et le diviseur (B) est fixe, chacun des 2 diviseurs peut serrer la pièce (8) suivant 2 niveaux d'intensité dont un niveau de serrage FS qui bloque la barre (8) dans le diviseur et un niveau de maintien FM qui positionne la barre (8) dans le diviseur mais qui permet à la barre (8) de glisser dans ce diviseur, caractérisé pendant l'usinage en ce que la barre (8) entraînée par le diviseur (A) glisse dans le diviseur (B), simultanément la broche d'usinage (9) se déplace dans le sens et à la vitesse définis par la commande numérique permettant un mouvement continu de l'outil en broche (9) par rapport à la barre (8).
2- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les mors (1) et (2) peuvent être montés dans des diviseurs (6) et (7) animés d'un mouvement de rotation et positionnés angulairement par codeur et commande numérique. Il est alors possible positionner angulairement la barre (8) lors de l'usinage.
3-Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que le mouvement de translation de la poupée (A) combiné au mouvement de rotation des diviseurs (A) et (B) permettent un usinage spatial continu de forme géométrique donnée.
4- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les poupées (A) et (B) peuvent porter de simples étaux équipés de vérins (4) et (5) supportant des mors (1) et (2). La poupée fixe (B) supporte un étau équipé de mors10 (2), la poupée (A) qui supporte un étau équipé de mors (1) peut se translater sous l'action de la commande numérique du centre d'usinage.