FR3048909A1 - Outil coupant rotatif a capteur d'epaisseur integre - Google Patents

Abstract

Dispositif d'usinage pour usiner au moins un panneau (7), comprenant : - un support d'outil ayant une face (32) destinée à être placée en vis-à-vis du panneau et comportant au moins une ouverture (31), et - un outil d'usinage (4) monté rotatif sur le support d'outil autour d'un axe (A). Le dispositif comprend en outre un capteur (5) au moins en partie logé dans le support d'outil, le capteur ayant un champ de capture (C) passant par ladite ouverture pour mesurer au moins un paramètre relatif au panneau.

Description

Outil coupant rotatif à capteur d’épaisseur intégré L’invention concerne le domaine technique des machines à broche rotative pour l’usinage des flancs de panneaux, tel que, par exemple les panneaux de fuselages d’avions. Un domaine particulier concerné est l’usinage de poches d’allègement des tôles aluminium courbes servant de peau en aéronautique, sur lesquelles une précision de l’épaisseur de la matière restante ne peut pas être obtenue directement par la géométrie des axes machines, mais par une correction issue d’une mesure extérieure en temps réel.

Dans ce domaine technique, on connaît FR2861325 qui propose un procédé d’usinage d’un panneau mettant en oeuvre un outil d’usinage d’un côté du panneau et un élément de maintien au niveau de la zone d’appui de l’outil d’usinage sur l’autre face. L'épaisseur résiduelle est alors déterminée par la distance entre l'extrémité de l'outil d’usinage et l'élément de maintien. Un inconvénient de cette technique est l’obligation d’avoir les deux faces du panneau disponibles et donc de la maintenir par les bords. Un autre inconvénient de cette technique réside dans l’obligation de mettre en place deux systèmes mécaniques coûteux de part et d’autre du panneau, qui doivent réaliser des déplacements rapides avec de fortes accélérations.

Une autre technique connue est l’utilisation d’un capteur de mesure situé à côté de l’outil d’usinage et qui corrige en permanence la distance entre le bout de l’outil de coupe et la face brute avant usinage du panneau. Un inconvénient majeur est que le capteur n’est pas dans l’axe de l’outil et la mesure est donc recalculée pour compenser ce décalage. Cette compensation est très difficile, voire impossible, dans le cas de l’usinage de panneaux incurvés. De plus, il existe un risque de pollution de la mesure, car des copeaux créés lors des passes d’usinages précédentes peuvent se retrouver devant le capteur, ce qui fausse la mesure.

Ainsi, un but de l’invention est de fournir un dispositif d’usinage permettant d’assurer divers usinages, notamment des usinages par enlèvement de matière, tout en préservant la qualité des panneaux ou des produits usinés, et en garantissant une bonne mesure pendant l’usinage au bout de l’outil d’usinage rotatif. A cet effet, l’invention concerne un dispositif d’usinage pour usiner au moins un panneau, comprenant : - un support d’outil ayant une face destinée à être placée en vis-à-vis du panneau et comportant au moins une ouverture, - un outil d’usinage monté rotatif sur le support d’outil autour d’un axe, et - un capteur au moins en partie logé dans le support d’outil, le capteur ayant un champ de capture passant par ladite ouverture pour mesurer au moins un paramètre relatif au panneau.

Ainsi, le dispositif d’usinage selon l’invention intègre un capteur centré par rapport à l’outil d’usinage permettant d’usiner des pièces en s’assurant que les caractéristiques d’usinage sont bien respectées. Ce système laisse libre la face arrière du panneau pour assurer une bonne tenue et une absence de vibration lors de l’usinage. Avantageusement, le fluide de coupe, qui sert habituellement à refroidir l’outil d’usinage et la matière usinée ou à éliminer les copeaux d’usinage, assure également un rôle de couplant dans le cas de capteur du type ultra-sons.

Dans une forme préférée de mise en œuvre du dispositif d'usinage selon l'invention, l'outil d'usinage est adapté pour réaliser un usinage par enlèvement de matière et est entraîné en rotation sur lui-même à très grande vitesse de l’ordre de 15000 à 35000 tours par minute.

Selon des modes particuliers de réalisation, le dispositif d’usinage comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le support d’outil comprend une broche, et un porte-outil monté de manière amovible rotatif autour de l’axe sur la broche, le capteur étant solidaire du porte-outil en rotation autour de l’axe, et de préférence rigidement fixé sur le porte-outil ; - le support d’outil comprend une broche, et un porte-outil monté de manière amovible rotatif autour de l’axe sur la broche, le capteur étant fixe par rapport au support d’outil pendant l’usinage ; - le dispositif comprend en outre une unité de commande et des moyens de déplacement de l’outil d’usinage par rapport au panneau, l’unité de commande étant reliée au capteur et apte à recevoir au moins ledit paramètre en provenance du capteur ; - le dispositif comprend en outre une antenne, et une unité de traitement de signal connectée à l’unité de commande, le capteur étant relié à l’antenne, l’antenne étant apte à transmettre au moins ledit paramètre mesuré à l’unité de traitement de signal ; - le capteur est adapté pour mesurer une épaisseur du panneau ; - le capteur est adapté pour mesurer une distance entre l’outil d’usinage et le panneau ; - le capteur est adapté pour émettre des ultra-sons ou une onde électromagnétique pour mesurer ledit paramètre ; - le dispositif est adapté pour acheminer un fluide à travers le support d’outil, au moins une partie du fluide sortant par l’ouverture et étant par exemple destinée à servir de fluide couplant pour le capteur. L’invention a également pour objet un procédé d’usinage utilisant un dispositif d’usinage tel que défini ci-dessus pour usiner au moins un panneau, le procédé comprenant les étapes suivantes : - positionnement de l’outil d’usinage par rapport au panneau, - mesure du paramètre par le capteur, - transmission du paramètre mesuré à une unité de commande du dispositif d’usinage, et - usinage du panneau, l’usinage prenant en compte le paramètre mesuré, par exemple en modifiant ou en poursuivant un plan d’usinage prédéterminé du panneau.

Les caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et non limitative, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d’une machine d’usinage intégrant un dispositif d’usinage selon l’invention ; - la figure 2 est une coupe en perspective du dispositif d’usinage représenté sur la figure 1 ; - la figure 3 est une coupe du dispositif d’usinage représenté sur les figures 1 et 2 ; - la figure 4 est une coupe en perspective d’un deuxième mode de réalisation d’un dispositif d’usinage selon l’invention ; et - la figure 5 est une coupe du dispositif d’usinage représenté sur la figure 4.

Les exemples de réalisation et de mise en œuvre de l’invention donnés dans la présente description concernent le secteur de l’usinage de panneaux de fuselage d’avion mais ne sont en rien limitatifs puisque l’invention peut s’appliquer à tous les secteurs nécessitant l’usinage de pièce.

La figure 1 représente une machine d’usinage 100 comprenant un dispositif d’usinage 1 permettant d’usiner, par enlèvement de matière, un panneau 7.

Le dispositif d’usinage 1 dispose d’un support d’outil 11 comprenant une broche 2 dans un carter 21, généralement une électro-broche, et un porte-outil 3. Le porte-outil 3 porte un outil d’usinage 4 (figure 2).

Le panneau 7 est posé et maintenu sur un support 71 de bridage ou de tenue qui garantit la rigidité du panneau 7 lors de l’usinage.

La broche 2 fait tourner le porte-outil 3 à vitesse élevée, de sorte que l’outil d’usinage 4 retire de la matière sur le panneau 7 lorsqu’il est au contact de ce dernier.

Dans les exemples décrits ici, le porte-outil 3 et l’outil d’usinage 4 sont deux éléments distincts, mais forment un seul et même élément en variante (non représentée). Toutefois, d’un point de vue pratique et économique, il est souvent préférable d’avoir deux éléments séparés pour avoir à effectuer que des remplacements de l’outil d’usinage 4 qui est un consommable.

Pour faciliter l’usinage, un fluide F dit de coupe est par exemple projeté sur la surface à usiner du panneau 7. Pour permettre une irrigation ciblée de la zone d’usinage, le fluide F traverse le porte-outil 3 par un canal 61 après avoir été acheminé à travers la broche 2 par un conduit d’irrigation 6.

La machine 100 comprend une unité de commande 101 qui est connectée à une unité de traitement de signal 103 ou qui, en variante (non représentée), comprend ce module de traitement de signal 103. L’unité de commande 101 pilote des moyens de déplacement 102 de l’outil d’usinage 4 par rapport au panneau 7, c’est-à-dire par rapport à un repère local non représenté.

Comme visible sur la figure 2, le porte-outil 3 et l’outil d’usinage 4 sont montés rotatifs par rapport à la broche 2 autour d’un axe A. Le porte-outil 3 contient un capteur 5 centré sur l’axe A.

Le capteur 5 et le porte-outil 3 sont concentriques, au sens où leurs centres de rotation respectifs sont situés sur l’axe A. Le capteur 5 est relié à une antenne 51 permettant de communiquer avec l’unité de traitement de signal 103.

Le porte-outil 3 présente une face 32, par exemple inférieure, destinée à être placée en vis-à-vis du panneau 7 à usiner.

Cette face 32 comprend au moins une ouverture 31 (figure 3).

Une tête 52 du capteur 5 possède un champ de capture C passant par la fenêtre 31 et s’étendant jusqu’au le panneau 7. Le champ de capture C est une zone dans laquelle le capteur 5 est apte à réaliser une détection ou une mesure. Dans l’exemple représenté, le champ de capture C est de forme sensiblement tronconique.

De manière préférentielle, l’ouverture 31 est traversée par l’axe A.

Le porte-outil 3 comporte un canal 61 d’irrigation transférant du fluide F de coupe de sa face supérieure à sa face inférieure 32.

Le canal 61 d’irrigation débouche dans l’ouverture 31. Il est alimenté par le conduit d’irrigation 6 passant dans la broche 2. Lorsqu’on connecte le porte-outil 3 à la broche 2 avec un système d’attache (non représenté), par exemple une attache rapide, le conduit 6 d’irrigation est connecté fluidiquement au canal 61 d’irrigation. Le fluide F de coupe s’écoule à travers l’ouverture 31 sous la face 32 du porte-outil 3. Lors de l’usinage, le fluide F de coupe arrose le panneau 7 pour refroidir le panneau et l’outil d’usinage 4, et sert également de fluide couplant si le capteur 5 est à ultra-sons.

Dans l’exemple de réalisation représenté sur les figures 2 et 3, le capteur 5 comprend l’électronique 54 nécessaire à son fonctionnement et est avantageusement sans fil. Les informations ou paramètres de mesure sont envoyées sans fil par l’antenne 51 à l’unité de traitement de signal 103 apte à recevoir des signaux émis par l’antenne 51. Cette disposition du capteur 5 au cœur du porte-outil 3 permet d’éviter les problèmes de balourds lorsque l’outil d’usinage 4 tourne à haute vitesse. De plus, la tête 52 du capteur 5 mesure au plus près de l’outil d’usinage 4 afin d’avoir une mesure très fiable du paramètre mesuré au niveau de la zone usinée. L’outil d’usinage 4 tourne autour de l’axe A avec le capteur 5.

Cette configuration permet de pouvoir changer rapidement et facilement un porte-outil 3 sur la broche 2. L’intégration du système de captation dans le porte-outil 3 évite une adaptation très complexe de la broche 2.

La figure 4 représente un deuxième mode de réalisation du dispositif d’usinage selon l’invention. Seules les différences avec le dispositif d’usinage décrit ci-dessus en référence aux figures 1 à 3 seront décrites en détail ci-après, en référence aux figures 4 et 5.

Dans cet exemple, le capteur 5 n’est pas solidaire du porte-outil 3 en rotation autour de l’axe A. Le capteur 5 est centré sur l’axe A et fixé rigidement au support d’outil 11 en amont de la broche 2, par l’intermédiaire d’une tige support 53. Le capteur 5 est donc fixe par rapport au porte-outil 3 et à la broche 2.

La tige support 53 permet de connecter le capteur 5 à son électronique 54 en laissant passer des câbles de connexion (non représentés), et à l’unité de traitement de signal 103. Dans cette configuration, le porte-outil 3 est par exemple creux pour laisser entrer le capteur 5. Un joint tournant hydraulique 22 isole la broche 2 du reste du support d’outil 11. L’ouverture 31 (figure 5) permet au champ de capture C du capteur 5 d’atteindre la surface du panneau 7. De manière avantageuse, la tête 52 du capteur 5 affleure la face 32 du porte-outil 3 pour disposer d’un meilleur étalonnage du capteur 5 par rapport à la position de l’outil d’usinage 4.

En fonctionnement, la broche 2 et le porte-outil 3 sont en rotation autour de leur axe central confondu avec l’axe A. La broche 2 et le porte-outil 3 sont concentriques avec la tige support 53 et le capteur 5.

Pour permettre d’acheminer le fluide F de coupe et/ou couplant, on utilise l’espace disponible entre le capteur 5 et le porte-outil 3. L’espace entre la tige support 53 et l’intérieur de la broche 2 forme le conduit 6 qui permet de faire passer le fluide de coupe vers le porte-outil 3. L’espace entre le capteur 5 et le porte-outil 3 forme le canal 61 d’irrigation. Lorsque que le fluide F de coupe est injecté dans la broche 2 et le porte-outil 3, le capteur et la tige support sont noyés dans le fluide F de coupe.

Le porte-outil 3 est connecté, préférentiellement de manière étanche, à la broche 2 afin d’obtenir une pression suffisante pour une irrigation en continu de l’ouverture 31 de la face 32. Le fluide F de coupe s’écoule sous pression par l’ouverture 31 de la face 32 du porte-outil 3.

Selon des modes de réalisation particuliers, le dispositif d’usinage intègre toutes sortes de capteurs mesurant tous types de paramètres qui peuvent s’avérer utiles dans le suivi d’un processus d’usinage. On peut citer des capteurs électroacoustiques, à ultrasons, électromagnétiques ou magnétiques, à infrarouges, accéléromètres, piézoélectriques, de télémétrie laser... Ces capteurs 5 sont par exemple des capteurs à contact, ou sont préférentiellement des capteurs de proximité sans contact avec la surface à analyser.

Les mesures effectuées sont par exemple des mesures de température, de distance Di, de vibrations, d’efforts... Lorsque le capteur 5 est un capteur d’épaisseur Ep, le dispositif d’usinage 1 est particulièrement adapté pour réaliser un usinage par enlèvement de matière dans le panneau 7. Des panneaux 7 ainsi usinés sont notamment utilisés pour réaliser les carlingues ou fuselages d’avions. L’outil d’usinage 4 comprend par exemple des plaquettes de coupe. L’outil d’usinage 4 est un outil de coupe, de meulage, de perçage, de fraisage, ou de surfaçage...

Le fluide F de coupe est un fluide sous pression, par exemple de l’eau, de l’huile ou, encore, de l’air comprimé. Le fluide F de coupe agit par exemple comme fluide couplant pour un capteur 5 à ultrasons, tout en assurant le refroidissement du panneau 7, l’évacuation des copeaux, la maximisation de la durée de vie de l’outil d’usinage 4.

Dans une forme préférée de mise en œuvre, l’outil d’usinage 4 est adapté pour réaliser un usinage par enlèvement de matière. Le panneau 7 à usiner est placé sur un support 71 (figure 1) de maintien associé à la machine d’usinage 100. Le support 71 peut recevoir des panneaux 7 plats ou incurvés. L’opérateur programme l’unité de commande 101 de la machine 100 pour effectuer les opérations d’usinage, par exemple, de poches d’allégement dans le panneau 7. Les poches d’allégement ne traversent pas le panneau 7 et doivent respecter une épaisseur fixe. L’unité de commande 101 de la machine 100 positionne l’outil d’usinage 4 au niveau du panneau 7. Suivant le capteur 5 utilisé, du fluide de coupe peut être envoyé. Le capteur 5 d’épaisseur intégré au porte-outil 3 relève l’épaisseur Ep du panneau 7 sous le porte-outil 3, qu’il communique à l’unité de traitement de signal 103. Cette information est traitée par l’unité de commande 101 qui adapte au besoin le plan d’usinage. Le positionnement de l’outil d’usinage 4 peut être modifié par rapport à la surface du panneau 7 grâce aux moyens de déplacement 102. La course de l’outil d’usinage 4 peut être réduite ou augmentée en fonction de l’épaisseur Ep relevée pour obtenir au final une épaisseur désirée.

Pendant la phase d’usinage, le capteur 5 d’épaisseur relève, en continu ou selon une alternance définie, l’épaisseur du panneau 7 sous le porte-outil 3 pendant le travail de l’outil d’usinage 4. Ce relevé d’épaisseur permet à l’unité de commande 101 d’ajuster la précision de la position de l’outil d’usinage 4 par rapport à l’épaisseur attendue des poches d’allègement du panneau 7.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS 1Dispositif d’usinage (1 ) pour usiner au moins un panneau (7), comprenant : - un support d’outil (11) ayant une face (32) destinée à être placée en vis-à-vis du panneau (7) et comportant au moins une ouverture (31), et - un outil d’usinage (4) monté rotatif sur le support d’outil (11) autour d’un axe (A), caractérisé en ce qu’il comprend en outre un capteur (5) au moins en partie logé dans le support d’outil (11), le capteur (5) ayant un champ de capture (C) passant par ladite ouverture (31) pour mesurer au moins un paramètre relatif au panneau (7).
2. 2. - Dispositif d’usinage (1) selon la revendication 1, dans lequel le support d’outil (11) comprend une broche (2), et un porte-outil (3) monté de manière amovible rotatif autour de l’axe (A) sur la broche (2), le capteur (5) étant solidaire du porte-outil (3) en rotation autour de l’axe (A), et de préférence rigidement fixé sur le porte-outil (3).
3. 3. - Dispositif d’usinage (1) selon la revendication 1, dans lequel le support d’outil (11) comprend une broche (2), et un porte-outil (3) monté de manière amovible rotatif autour de l’axe (A) sur la broche (2), le capteur (5) étant fixe par rapport au support d’outil (11) pendant l’usinage.
4. 4. - Dispositif d’usinage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une unité de commande (101) et des moyens de déplacement (102) de l’outil d’usinage (4) par rapport au panneau (7), l’unité de commande (101) étant reliée au capteur (5) et apte à recevoir au moins ledit paramètre en provenance du capteur (5).
5. 5. - Dispositif d’usinage (1) selon la revendication 4, comprenant en outre une antenne (51), et une unité de traitement de signal (103) connectée à l’unité de commande (101), le capteur (5) étant relié à l’antenne (51), l’antenne (51) étant apte à transmettre au moins ledit paramètre mesuré à l’unité de traitement de signal (103).
6. 6. - Dispositif d’usinage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le capteur (5) est adapté pour mesurer une épaisseur du panneau (7).
7. 7. - Dispositif d’usinage (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le capteur (5) est adapté pour mesurer une distance entre l’outil d’usinage (4) et le panneau (7).
8. 8. - Dispositif d’usinage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur (5) est adapté pour émettre des ultra-sons ou une onde électromagnétique pour mesurer ledit paramètre.
9. 9. - Dispositif d’usinage (1) selon l’une des revendications précédentes, adapté pour acheminer un fluide (F) à travers le support d’outil (11), au moins une partie du fluide sortant par l’ouverture (31) et étant par exemple destinée à servir de fluide couplant pour le capteur (5).
10. 10. - Procédé d’usinage utilisant un dispositif d’usinage (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 pour usiner au moins un panneau (7), le procédé comprenant les étapes suivantes : - positionnement de l’outil d’usinage (4) par rapport au panneau (7), - mesure du paramètre par le capteur (5), - transmission du paramètre mesuré à une unité de commande (101) du dispositif d’usinage (1), et - usinage du panneau (7), l’usinage prenant en compte le paramètre mesuré, par exemple en modifiant ou en poursuivant un plan d’usinage prédéterminé du panneau (7).