FR3039783A1 - Ensemble pour la mesure de pression et de debit d'un fluide de coupe - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un ensemble pour la mesure d'une pression et d'un débit en sortie d'un porte-outil (4) comprenant un porte-outil (4) dont une première extrémité (6) est destinée à être accouplée à des moyens d'entraînement à rotation et à déplacement du porte-outil (4), le porte-outil (4) comportant un conduit (13) de circulation de fluide s'étendant entre la première extrémité (6) et une seconde extrémité (8) du porte-outil (4) opposée à ladite première extrémité (6). Selon l'invention, le porte-outil (4) porte un capteur de pression (24) destiné à mesurer la pression dans le conduit (13) du porte-outil (4) et ladite seconde extrémité dudit conduit (13) du porte-outil (4) est en communication fluidique avec un canal (28) d'un débitmètre (26) dont une sortie loge de manière amovible et à étanchéité un organe (30) comportant au moins un orifice (40) en communication fluidique avec le canal (28) du débitmètre (26).

Description

ENSEMBLE POUR LA MESURE DE PRESSION ET DE DEBIT D’UN

FLUIDE DE COUPE

La présente invention concerne un ensemble pour la mesure de pression et de débit d’un fluide de coupe afin de calibrer des moyens d’usinage utilisés dans l’industrie aéronautique.

La fabrication des pièces destinées à être utilisées dans le contexte de l’aviation nécessite de réduire au maximum le risque de formation d’anomalies lors de l’usinage. L’usinage d’une pièce est effectué par des outils adaptés sur des installations spécialement développées pour ces opérations. De telles installations comprennent des moyens de déplacement dans l’espace et de mise en rotation d’un outil. Pour cela, l’outil est fixé sur l’installation par l’intermédiaire d’un porte-outil. Lesdits moyens de déplacement et de mise en rotation sont accouplés à une première extrémité du porte-outil. L’installation comprend également une pompe en amont du porte-outil qui est reliée à des moyens d’amenée d’un liquide de lubrification reliés fluidiquement avec un conduit du porte-outil au niveau de sa première extrémité. Le conduit du porte-outil est en communication fluidique avec un orifice formé dans l’outil.

Ce type d’installation permet d’amener le fluide de lubrification au plus près de la zone à usiner, ce qui permet de limiter réchauffement lors de la phase d’usinage.

Notons que l’apport de fluide de lubrification peut également être réalisé depuis l’extérieur au moyen d’une canne articulée dont une buse de sortie est orientée vers la zone à lubrifier.

Par exemple lors du perçage d’une pièce donnée, la pression et le débit du fluide de lubrification sont des paramètres important à surveiller et doivent correspondre à des valeurs bien précises pour éviter un échauffement de la pièce et garantir ses propriétés mécaniques. Ces deux paramètres doivent ainsi être régulièrement surveillés.

En effet, si lors du perçage, il se produisait une diminution de la pression ou du débit du fluide de lubrification, on observerait une augmentation de la température au niveau de la zone de friction entre l’outil de coupe et la pièce, ce qui pourrait conduire à l’usure prématurée de l’outil et à la formation de défauts métallurgiques au sein de la matière.

Actuellement, la mesure de la pression s’effectue à l’aide d’un organe de mesure situé en sortie de la pompe. La valeur ainsi mesurée ne permet pas de distinguer la pression du fluide circulant dans le circuit dédié à l’arrosage extérieur de la pression du fluide circulant dans le porte-outil puis l’outil. Ainsi, la valeur mesurée ne rend pas compte des pertes de charge qui se produisent entre la sortie de la pompe et la sortie de l’outil.

De plus, la mesure du débit s’écoulant en sortie de l’outil est effectuée par mesure du volume de liquide s’écoulant dans un récipient durant un intervalle de temps donné, ce qui s’avère très imprécis.

De plus, lors de cette mesure, l’outil doit être monté puis démonté afin que cette mesure puisse être répétées sur une famille entière de forets. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à cet inconvénient. A cette fin, elle propose un ensemble pour la mesure d’une pression et d’un débit en sortie d’un porte-outil comprenant un porte-outil dont une première extrémité est destinée à être accouplée à des moyens d’entraînement à rotation et à déplacement du porte-outil, le porte-outil comportant un conduit de circulation de fluide s’étendant entre la première extrémité et une seconde extrémité du porte-outil opposée à ladite première extrémité, caractérisé en ce que le porte-outil porte un capteur de pression destiné à mesurer la pression dans le conduit du porte-outil et en ce que ladite seconde extrémité dudit conduit du porte-outil est en communication fluidique avec un canal du débitmètre dont une sortie loge de manière amovible et à étanchéité un organe comportant au moins un orifice en communication fluidique avec le canal du débitmètre.

La solution proposée est d’utiliser un ensemble comprenant un porte-outil sur lequel est fixé un organe de mesure de la pression, dont la localisation sur le porte-outil permet de déterminer la pression dans la conduite du porte-outil qui communique en fonctionnement normal avec une conduite du centre de l’outil également appelée conduite « centre-outil ». Ainsi, avec cet agencement, on connaît la pression en sortie du porte-outil, ce qui n’était pas le cas avec la technique antérieure. L’intégration d’un débitmètre au niveau de la seconde extrémité du porte-outil permet d’effectuer une mesure plus automatique du débit en sortie du porte-outil, ce qui rend la mesure plus précise et surtout plus simple à mettre en oeuvre.

Ces deux capteurs permettent ainsi une mesure simultanée de la pression et du débit à proximité au plus près de la zone d’usinage, là, où la connaissance de ces grandeurs physiques s’avère le plus pertinent. L’utilisation d’un organe comportant au moins un orifice qui est agencé en sortie du débitmètre permet de simuler la présence d’un foret, ce qui rapproche le plus possible des conditions de fonctionnement normales.

En effet, un débitmètre commercial est utilisé et celui-ci peut ne pas être accouplable avec des outils de coupe. Ledit organe permet ainsi d’assurer les mesures sans nécessairement avoir à modifier structurellement le débitmètre.

Selon une autre caractéristique de l’invention, l’organe comprend des moyens de liaisons coopérant par couplage amovible avec des moyens de liaisons complémentaires de l’orifice du débitmètre, ce qui permet d’assurer la solidarisation temporaire entre l’organe et le débitmètre, L’emploi de moyens de liaisons amovibles permet rapidement de mesurer les paramètres de débit et de pression en utilisant plusieurs organes correspondant à différents types de conduit « centre-outil ».

Dans un mode de réalisation préféré, les moyens de liaisons comprennent des filets de vis formés sur une surface externe de l’organe coopérant avec des filets de vis des moyens de liaisons complémentaires formés sur une face interne d’un orifice de sortie du débitmètre.

Selon encore une autre caractéristique de l’invention, l’organe a en section une forme générale en T comportant une première partie cylindrique portant les filets de vis et une seconde partie cylindrique d’un diamètre supérieur à celui de la première partie et venant en appui sur une face externe du débitmètre.

Dans une réalisation particulière de l’invention, l’organe comporte deux orifices.

Cette variante permet de simuler les outils comportant deux conduits « centre-outil » de lubrification. L’invention concerne également une installation d’usinage comprenant au moins un ensemble tel que décrit précédemment et un dispositif comprenant des moyens de déplacement dans l’espace et de mise en rotation du porte-outil, lesdits moyens étant accouplés à la première extrémité du porte-outil, le dispositif comprenant une pompe et des moyens d’amenée d’un liquide de lubrification communiquant avec la première extrémité du conduit du porte-outil. L’usage d’un tel ensemble permet de calibrer non seulement une famille d’outils de coupe tels que des forets ou des fraises mais aussi de vérifier que l’installation d’usinage permet d’acheminer un fluide au niveau de la zone d’usinage dans les conditions de débit et de pression requises. L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d’une installation d’usinage selon l’art antérieur ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective à plus grande échelle du porte-outil équipé d’un foret de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique en coupe selon une direction transverse à la direction d’allongement du foret de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue schématique en perspective d’une installation selon l’invention ; - la figure 5 est une vue schématique en perspective de l’ensemble selon l’invention destiné à être utilisé dans l’installation de la figure 4; - la figure 6 est une vue isolée de la zone délimitée en pointillée sur la figure 5 ; - la figure 7 est une vue schématique en perspective d’un organe d’obturation partielle de la sortie du débitmètre.

On se réfère à la figure 1 qui représente une installation 1 d’usinage selon la technique antérieure et qui comprend un bâti 2 portant un support 3 dans lequel sont montés des moyens de déplacement et de mise en rotation d’un porte-outil 4 relié par une première extrémité 6 au support. Le porte-outil 4 comprend une seconde extrémité8 opposée à la première extrémité 6 qui est destinée à porter un outil d’usinage 10 tel qu’un foret d’usinage à dents hélicoïdales par exemple. L’installation 1 comprend également une pompe 12 en amont du porte-outil 4 qui est reliée à des moyens d’amenée d’un liquide de lubrification reliés fluidiquement à un conduit interne 13 du porte-outil 4 au niveau de la première extrémité 6 du porte-outil 4. La seconde extrémité 8 du porte-outil 4 peut comprendre des moyens de blocage permettant de maintenir l’outil dans le porte-outil. L’outil peut ainsi être monté par frettage dans l’extrémité 8 du porte-outil. L’outil peut également être serré dans le porte-outil au moyen d’un organe de serrage mécanique, par exemple par vissage d’une bague sur un cône ajouré, ou par mandrin hydraulique.

Comme cela est visible sur la figure 2, le foret 10 comporte une conduite 15 dite « centre-outil » centrée sur l’axe du forêt et débouchant à une extrémité par un orifice 16. Un tel conduit 15 permet l’acheminement de fluide de lubrification depuis la pompe 12 dans le conduit 13 du porte-outil 4 puis dans le conduit 15 de l’outil 10 jusqu’à la zone de friction entre l’outil 10 et la zone d’usinage. Notons qu’un outil usine une pièce avec son extrémité libre, le fluide arrivant sur la face de dépouille de l’outil pour ensuite remonter le long de l’outil.

Notons qu’il est possible de réaliser un foret 10 avec deux conduits 18 «centre-outil» comme représenté sur la figure 3 qui est une vue schématique selon un plan de coupe perpendiculaire à l’axe du foret 10. La ou les conduites 15, 18 peuvent également être hélicoïdales de manière à suivre la forme de l’outil lorsque celui-ci ne présente pas suffisamment de matière dans sa partie centrale.

La lubrification au niveau de la zone d’usinage est ainsi effectuée par l’amenée du fluide de lubrification comme décrit ci-dessus. Comme cela est visible sur la figure 1, l’installation 1 comprend également des cannes articulables 20 formées par une succession d’éléments rotulants les uns par rapport aux autres. Chaque canne 20 loge un conduit interne d’amenée de fluide de lubrification, ce conduit étant relié à la pompe 12. Ces cannes 20 permettent ainsi d’amener du fluide de lubrification au voisinage de la zone usinée permettant de refroidir la pièce dans sa globalité, ce qui n’est pas possible avec l’arrosage centre-outil. L’emploi d’un fluide de lubrification implique de vérifier régulièrement le débit et la pression du fluide circulant dans le/les conduit(s) « centre-outil » afin de s’assurer qu’ils soient conformes aux valeurs requises pour l’usinage.

Actuellement, la mesure de la pression s’effectue par un organe de mesure situé immédiatement en sortie de la pompe 12. La valeur ainsi mesurée ne permet pas de distinguer la pression circulant dans les conduites dédiées à l’arrosage de la zone d’usinage par l’extérieur, des conduites dédiées à l’arrosage « centre-outil ».

Autrement dit, la valeur mesurée ne rend pas compte des inévitables pertes de charge qui se produisent entre la sortie de la pompe 12 et le/les conduit(s) pour l’arrosage « centre-outil ». L’installation 22 selon l’invention représentée en figure 4 permet de remédier à ces inconvénients. Selon l’invention, le porte-outil 4 porte un capteur de pression 24 permettant la mesure de la pression du fluide circulant dans son conduit interne 13. Ce capteur de pression 24 présente une partie 24a destinée à recevoir des câbles de connexion blindés relié à un dispositif d’acquisition, de traitement et d’affichage de l’information (non représenté). Ce capteur de pression 24 est apte à mesurer des pressions supérieures à 0,41 MPa soit 4,1 bars.

La seconde extrémité 8 du porte outil 4 est en communication fluidique avec un débitmètre 26. Ce débitmètre 26 peut être un débitmètre du commerce et doit être apte à tenir à des débits/pressions nécessaires pour assurer un bon usinage. .

Le débitmètre 26 est représenté de manière plus détaillée en figure 6 et comporte un canal 28 comportant une première extrémité 28a amont ou entrée raccordée à la seconde extrémité 8 ou sortie du porte-outil 4 et une seconde extrémité 28b ou sortie communiquant avec deux orifices d’un organe 30 monté à étanchéité et de manière amovible dans un orifice de sortie du débitmètre 26.

Le canal 28 du débitmètre 26 distribue d’autres entrées/sorties 34 utilisables selon les besoins. La commutation entrée/sortie dépend du sens de circulation du fluide. De plus, il est possible de les condamner provisoirement par des éléments rapportés comme des bouchons 36 comme cela est visible sur la figure 5. L’organe 30 comprend des moyens de liaisons coopérant par couplage amovible avec des moyens de liaisons complémentaires de l’orifice du débitmètre 26. L’organe 30 représenté en figure 7 présente un axe de révolution Δ. L’organe 30 comporte une première partie 30a présentant sur sa face extérieure des filets de vissage 38, cette première partie 30a présente un évidemment cylindrique intérieur. L’organe 30 comporte également une seconde partie 30b raccordée à la première partie 30a. Cette seconde partie 30b a un diamètre supérieur au diamètre de la première partie 30a et comprend deux orifices 40 s’étendant selon l’axe Δ. Ces orifices 40 ont pour fonction de simuler les conduits « centre-outil » d’un outil tel qu’un foret par exemple. L’organe 30 a ainsi une forme générale en T et est ainsi vissé par sa première partie 30a dans des filets de vis de l’orifice de sortie 32 du débitmètre, la seconde partie 30b venant en appui sur une surface externe du débitmètre 26 pour réaliser une jonction étanche. L’emplacement des orifices 40 est choisi pour correspondre et simuler au mieux l’emplacement des conduits « centre-outil » dans un outil comportant deux orifices de sortie.

Le débitmètre 26 comporte un connecteur 26a portant le moyen de mesure du débit, ce connecteur étant relié par un câble 26b à un dispositif d’acquisition, de traitement et d’affichage de l’information.

Si l’organe précédemment décrit comporte deux orifices, l’invention concerne également des ensembles avec un organe 30 ayant une seule sortie ou plus de deux sorties. L’invention permet ainsi de calibrer une installation d’usinage en déterminant au plus près de la zone d’usinage, les paramètres importants que sont le débit et la pression du fluide de lubrification circulant dans la conduite du porte-outil. En outre, elle permet également d’améliorer la rapidité de la calibration.

Claims (6)

1. REVENDICATIONS

   1. Ensemble pour la mesure d’une pression et d’un débit en sortie d’un porte-outil (4) comprenant un porte-outil (4) dont une première extrémité (6) est destinée à être accouplée à des moyens d’entraînement à rotation et à déplacement du porte-outil (4), le porte-outil (4) comportant un conduit (13) de circulationde fluide s’étendant entre la première extrémité (6) et une seconde extrémité (8) du porte-outil (4) opposée à ladite première extrémité (6), caractérisé en ce que le porte-outil (4) porte un capteur de pression (24) destiné à mesurer la pression dans le conduit (13) du porte-outil (4) et en ce que ladite seconde extrémité dudit conduit (13) du porte-outil (4) est en communication fluidique avec un canal (28) d’un débitmètre (26) dont une sortie loge de manière amovible et à étanchéité un organe (30) comportant au moins un orifice (40) en communication fluidique avec le canal (28) du débitmètre (26).
2. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe (30) comprend des moyens de liaisons (38) coopérant par couplage amovible avec des moyens de liaisons complémentaires de l’orifice (32) du débitmètre (26).
3. 3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de liaisons comprennent des filets (38) de vis formés sur une surface externe de l’organe (30) coopérant avec des filets de vis des moyens de liaisons complémentaires formés sur une face d’un orifice (32) de sortie du débitmètre.
4. 4. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit organe (30) a en section une forme générale en T comportant une première partie (30a) cylindrique portant les filets de vis et une seconde partie (30b) cylindrique d’un diamètre supérieur à celui de la première partie (30a) et venant en appui sur une face externe du débitmètre (26).
5. 5. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit organe (30) comporte deux orifices (40).
6. 6. Installation d’usinage comprenant au moins un ensemble selon l’une des revendications précédentes et un dispositif comprenant des moyens de déplacement dans l’espace et de mise en rotation du porte-outil (4), lesdits moyens étant accouplés à la première extrémité du porte-outil (4), le dispositif comprenant une pompe (12) et des moyens d’amenée d’un liquide de lubrification communiquant avec la première extrémité du conduit (13) du porte-outil (4).