FR3070289A1 - Procede de percage a avance vibratoire et dispositif correspondant - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de perçage au moyen d'un dispositif de perçage (10) à paramètres de coupe contrôlés comprenant : - un organe terminal (12) monté mobile en rotation et en translation selon un même axe ; - un moteur d'entrainement en rotation (35) dudit organe terminal (12) ; - un moteur d'entrainement en translation (34) dudit organe terminal (12) ; - des moyens de contrôle (300) desdits moteurs (34, 35) ; - des moyens de transmission (CT1, CT2) reliant lesdits moteurs (34, 35) et ledit organe terminal (12), lesdits moyens de transmission (CT1, CT2) étant configurés de telle sorte que la vitesse de translation VT dudit organe terminal (12) le long de son axe longitudinal est égale au produit de la fréquence de rotation FR dudit moteur d'entrainement en translation (34) par une constante k selon la formule VT = k. FR. Selon l'invention, un tel procédé comprend au moins une étape de perçage (402) au cours de laquelle lesdits moyens de contrôle (300) transmettent audit moteur d'entrainement en translation (34) une consigne de fréquence de rotation d'avance égale à la somme d'une composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée et d'une composante de fréquence de rotation d'avance périodique prédéterminée oscillant entre une valeur maximale et une valeur minimale.
Description
Procédé de perçage à avance vibratoire et dispositif correspondant
1. Domaine de l'invention
Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la fabrication des dispositifs de perçage plus communément appelés perceuses.
Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de perçage ou perceuse à vitesse d'avance contrôlée, ainsi qu'un procédé de perçage mettant en œuvre un dispositif de ce type.
2. Art antérieur
Depuis quelques années, la construction aéronautique met en œuvre, pour optimiser les performances des avions, des structures composées de plusieurs matériaux de natures différentes tels que des alliages d'aluminium associés à de la fibre de carbone ou du titane. Ces matériaux peuvent être utilisés sous forme de panneaux superposés.
Ces différents matériaux requièrent, pour être percés de façon optimale, des conditions différentes en termes de fréquence de rotation et/ou d'avance de l'outil de coupe mis en œuvre comme un foret. A titre d'exemple, la vitesse de coupe d'un alliage d'aluminium peut être cinq fois plus rapide que celle du titane.
Les perceuses à avance automatique comprennent un unique moteur relié à l'arbre de sortie par une transmission conçue pour entraîner l'arbre de sortie en translation et en rotation selon un même axe sans qu'il soit possible de gérer indépendamment l'une de l'autre les fréquence de rotation et vitesse d'avance du foret en action de perçage. Elles ne permettent donc pas d'usiner de manière optimale des matériaux requérant des conditions de coupe différentes.
Des perceuses permettant d'adapter la fréquence de rotation et/ou la vitesse d'avance en fonction des matériaux usinés pour permettre le perçage optimal d'un panneau composé de plusieurs couches de matériaux différents on alors été développées. Il s'agit des perceuses à paramètres de coupe contrôlées.
Ces perceuses à vitesse d'avance contrôlée permettent de régler d'une part la fréquence de rotation et d'autre part la vitesse d'avance de leur arbre de sortie.
Pour ce faire, ces perceuses comprennent un premier moteur qui est mis en œuvre pour animer le foret d'un mouvement de rotation alors qu'un deuxième moteur est mis en œuvre pour animer le foret d'un mouvement d'avance linéaire.
Au cours d'une opération de perçage, les deux moteurs sont simultanément mis en œuvre pour entraîner l'arbre de sortie et l'outil qui y est solidarisé à la fois en rotation et en translation. Afin d'adapter les conditions de coupe aux matériaux usinés, il est possible de modifier la fréquence de rotation du foret en modifiant la fréquence de rotation du moteur de mise en rotation, et de modifier la vitesse d'avance du foret en modifiant la fréquence de rotation du moteur d'avance. L'outil de coupe perce alors la pièce à usiner.
Selon une première conception, la vitesse d'avance du foret est proportionnelle à la différence entre la fréquence de rotation du moteur de mise en rotation et la fréquence de rotation du moteur d'avance.
Ce type d'architecture impose donc de conjuguer les fréquences de rotation des moteurs d'avance et de rotation pour obtenir une vitesse d'avance donnée, ce qui n'est pas aisé.
Selon une deuxième conception, la vitesse d'avance de l'arbre de sortie dépend uniquement de la fréquence de rotation du moteur d'avance et est complètement indépendante de la fréquence de rotation du moteur de mise en rotation. La gestion de l'avance de l'arbre de sortie dépend donc uniquement de la gestion de la fréquence de rotation du moteur d'avance.
Ceci permet d'améliorer la fiabilité avec laquelle la vitesse d'avance de l'arbre de sortie est gérée et de réduire les risques liés à une mauvaise maîtrise de celle-ci (détérioration des pièces usinées et/ou des outils de coupe).
Au cours d'une opération de perçage, l'enlèvement de matière conduit à la formation de copeaux. Certains copeaux peuvent être filants, c'est-à-dire être relativement long, ceux-ci ayant tendance à s'enrouler autour du foret en cours de perçage.
Les copeaux doivent être évacués du trou percé, au cours du perçage, afin d'éviter le bourrage du trou, c'est-à-dire la stagnation des copeaux à l'intérieur du trou.
En effet, le bourrage tend à endommager l'état de surface de la paroi du trou percé, à induire la formation de bavures à l'entrée et à la sortie du trou, et à détériorer les forets.
Pour favoriser l'évacuation des copeaux et la fragmentation des copeaux filants en copeaux plus courts dans le but d'obvier au moins en partie les inconvénients précités, le perçage vibratoire a été imaginé.
Le perçage vibratoire consiste à ajouter à l'avance de la broche une composante alternative. Cette composante alternative crée une avance oscillant entre des valeurs instantanées maximale et minimale ce qui provoque la sortie de l'arrête de coupe de la matière et la fragmentation du copeau.
On facilite ainsi la rupture des copeaux filants et l'évacuation des coupeaux ce qui permet :
d'éviter les phénomènes d'écrouissage de la matière sur l'outil coupant et sa dégradation (on augmente ainsi sa durée de vie ce qui permet de réduire les coûts et d'améliorer la productivité) ;
de préserver l'état de surface de la paroi du trou ;
d'éviter la formation d'une bavure à l'entrée et à la sortie du trou.
La génération de la composante d'avance vibratoire est obtenue mécaniquement. Par exemple, le document FR2952563 décrit la mise en oeuvre dans la transmission d'une bague présentant des cames permettant de générer l'avance dite vibratoire.
L'avance vibratoire générée mécaniquement est efficace mais présente néanmoins quelques inconvénients.
3. Inconvénients de l'art antérieur
L'avance vibratoire mécanique présente en particulier l'inconvénient d'être non réglable à tout le moins de manière aisée en cours de perçage.
Pourtant, le besoin en avance vibratoire peut être différent selon les matériaux. Certains matériaux requièrent une avance vibratoire afin de casser les copeaux pour en faciliter l'extraction (c'est par exemple le cas du titane) alors que d'autres matériaux peuvent être sujet au délaminage sous l'effet d'une avance vibratoire (c'est par exemple le cas de la fibre de carbone). Au cours du perçage d'un élément comprenant plusieurs couches de matériaux différents, il doit donc être possible de modifier l'avance vibratoire. Ceci n'est toutefois possible selon l'art antérieur qu'en dehors des phases de perçage en remplaçant la bague à came.
L'avance vibratoire mécanique présente en outre l'inconvénient d'être non désactivable.
Ceci est particulièrement dommageable lors de la réalisation d'un trou fraisé, dont l'état de surface de la fraisure est amélioré si l'avance vibratoire est désactivée lors de sa finition pour permettre l'obtention d'une surface conique parfaitement de révolution.
Il existe bien des systèmes de gestion mécanique de l'avance vibratoire mettent en oeuvre une butée pour inhiber l'avance vibratoire au delà d'une certaine profondeur de perçage. Cette butée doit toutefois être réglée au cas par cas ce qui complexifie la préparation d'un perçage et nuit à la productivité.
De manière alternative à la butée, un actionneur pourrait être mis en oeuvre pour activer/désactiver l'avance vibratoire. Ceci se ferait toutefois au détriment du poids et du volume du dispositif de perçage, ce qui n'est pas souhaité.
Il existe donc un besoin pour activer et désactiver l'avance vibratoire en cours de perçage en fonction de la matière rencontrée ou selon le niveau d'avancement de l'opération de perçage en phase de finalisation de la fraisure ou de sortie du foret de la matière.
4. Objectifs de l'invention
L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir une technique de perçage qui permet d'optimiser l'évacuation et la fragmentation des copeaux y compris au cours du perçage d'un empilement de couches de matières différentes.
Notamment, l'invention vise à procurer, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui permet de faire varier au cours du temps l'avance vibratoire en particulier pour l'adapter à la matière encours de perçage.
Un autre objectif de l'invention est de procurer, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui permette de désactiver facilement l'avance vibratoire au cours d'un perçage.
5. Exposé de l'invention
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un procédé de perçage au moyen d'un dispositif de perçage à paramètres de coupe contrôlés comprenant :
un organe terminal monté mobile en rotation et en translation selon un même axe ;
un moteur d'entrainement en rotation dudit organe terminal ;
un moteur d'entrainement en translation dudit organe terminal ;
des moyens de contrôle desdits moteurs ;
des moyens de transmission reliant lesdits moyens moteurs et ledit organe terminal, lesdits moyens de transmission étant configurés de telle sorte que la vitesse de translation VT dudit organe terminal le long de son axe longitudinal est égale au produit de la fréquence de rotation FR dudit moteur d'entrainement en translation par une constante k selon la formule VT = k. FR.
Selon l'invention, un tel procédé comprend au moins une étape de perçage au cours de laquelle lesdits moyens de contrôle transmettent audit moteur d'entrainement en translation une consigne de fréquence de rotation d'avance égale à la somme d'une composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée et d'une composante de fréquence de rotation d'avance périodique prédéterminée oscillant entre une valeur maximale et une valeur minimale.
L'invention concerne donc un procédé de perçage au moyen d'un dispositif de perçage à avance contrôlée dont la vitesse d'avance est proportionnelle à la fréquence de rotation du moteur d'entrainent en translation (également appelé moteur d'avance) et indépendante de celle du moteur d'entrainement en rotation. Au cours de la mise en oeuvre d'un tel procédé, une consigne d'avance contenant une composante de fréquence de rotation d'avance périodique prédéterminée oscillant entre une valeur maximale et une valeur minimale, c'est-à-dire une composante d'avance vibratoire, est transmise au moteur d'avance.
Ainsi, selon l'invention, l'avance vibratoire n'est pas commandée mécaniquement mais est contrôlée en pilotant le moteur d'avance.
Il est ainsi possible de faire varier au cours du temps l'avance vibratoire, par exemple lors d'un changement de matière au cours d'un perçage, pour l'adapter aux besoins. Il est également possible de la stopper en supprimant la composante vibratoire de la consigne d'alimentation du moteur d'avance en cours de perçage, par exemple pour réaliser une fraisure ou lorsque le foret débouche en dehors de la pièces à percer.
La technique selon l'invention permet ainsi de contrôler de manière simple et précise l'avance vibratoire et ainsi d'en maximiser les effets bénéfiques, notamment :
amélioration de l'évacuation des copeaux ;
amélioration de la fragmentation des copeaux filants ;
amélioration de l'état de surface du trou ;
réduction de la bavure d'entrée et de sortie de perçage ;
augmentation de la durée de vie des forets ;
augmentation de la productivité.
Selon une caractéristique possible, ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique suit une fonction sinusoïdale de variation de fréquence de rotation en fonction du temps.
Selon une caractéristique possible, ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique suit une fonction rectangulaire de variation de fréquence de rotation en fonction du temps.
Selon une caractéristique possible, les paramètres suivants définissant ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique sont paramétrables :
-période ;
-valeur maximale ;
-valeur minimale ;
Selon une caractéristique possible, ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique est annulable.
Selon une caractéristique possible, le rapport entre la période de la composante de fréquence de rotation d'avance périodique et la période de la fréquence de rotation dudit organe terminal est compris entre 0 et 5.
Selon une caractéristique possible, ledit dispositif comprend un capteur de mesure de l'angle de rotation du rotor du moteur d'entrainement en translation, ledit procédé comprenant :
une étape de détermination en temps réels de 2 instants auquel la plongée du foret est maximum et est suivie d'un recul, ces plongées maximum pouvant être consécutives ou non ;
une étape d'enregistrement en temps réel de l'angle mesuré par le capteur d'angle du moteur d'entrainement en translation à chacun de ces 2 instants;
une étape de calcul, à partir des 2 angles, de l'avance du foret entre ces 2 instants ; une étape de calcul la vitesse d'avance moyenne du foret correspondant à la différence d'avance entre ces 2 instants divisée par la durée entre ces 2 instants;
une étape de comparaison de la vitesse d'avance moyenne avec la vitesse d'avance constante résultant de ladite composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée :
-si la vitesse moyenne est plus forte d'un pourcentage donné que la vitesse d'avance constante résultant de ladite composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée, l'étape de perçage comprend en outre une étape :
o de diminution de la valeur maximale ou de la durée pendant laquelle ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique est maximale ou ;
o d'augmentation de la valeur minimale ou de la durée pendant laquelle ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique est minimale ;
-si la vitesse moyenne est plus faible d'un pourcentage donné que la vitesse d'avance constante résultant de ladite composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée, l'étape de perçage comprend en outre une étape : o d'augmentation de la valeur maximale ou de la durée pendant laquelle ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique est maximale ou ;
o de diminution de la valeur minimale ou de la durée pendant laquelle ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique est minimale.
Selon une caractéristique possible, le nombre de plongées prises en considération à ladite étape de détermination en temps réels de 2 instants auquel la plongée du foret est maximum et est suivie d'un recul est compris entre 2 et 10 et ledit pourcentage donné est égale à 5%.
L'invention concerne également un dispositif de perçage à paramètres de coupe contrôlés comprenant :
un organe terminal monté mobile en rotation et en translation selon un même axe ; un moteur d'entrainement en rotation dudit organe terminal ;
un moteur d'entrainement en translation dudit organe terminal ;
des moyens de contrôle desdits moteurs ;
des moyens de transmission reliant lesdits moteurs et ledit organe terminal, lesdits moyens de transmission étant configurés de telle sorte que la vitesse de translation VT dudit organe terminal le long de son axe longitudinal est égale au produit de la fréquence de rotation FR dudit moteur d'entrainement en translation par une constante k selon la formule VT = k. FR, lesdits moyens de contrôle étant configurés pour transmettre audit moteur d'entrainement en translation une consigne de fréquence de rotation d'avance égale à la somme d'une composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée et d'une composante de fréquence de rotation d'avance périodique prédéterminée oscillant entre une valeur maximale et une valeur extrême minimale.
Selon une caractéristique possible, ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique suit une fonction sinusoïdale de variation de fréquence de rotation en fonction du temps.
Selon une caractéristique possible, ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique suit une fonction rectangulaire de variation de fréquence de rotation en fonction du temps.
Selon une caractéristique possible, les paramètres suivants, définissant ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique, sont paramétrables :
-période ;
-valeur maximale ;
-valeur minimale ;
Selon une caractéristique possible, ladite composante de fréquence de rotation d'avance alternative est annulable.
Selon une caractéristique possible, le rapport entre la période de la composante de fréquence de rotation d'avance périodique et la période de la fréquence de rotation dudit organe terminal est compris entre 0 et 5.
Selon une caractéristique possible, le dispositif comprend :
un capteur de mesure de l'angle de rotation du rotor du moteur d'entrainement en translation ;
des moyens de détermination en temps réels de 2 instants auquel la plongée du foret est maximum et est suivie d'un recul, ces plongées maximum pouvant être consécutives ou non ;
des moyens d'enregistrement en temps réel de l'angle mesuré par le capteur d'angle du moteur d'avance à chacun de ces 2 instants;
des moyens de calcul à partir des 2 angles de l'avance du foret entre ces 2 instants ;
des moyens de calcul la vitesse d'avance moyenne du foret correspondant à la différence d'avance entre ces 2 instants divisée par la durée entre ces 2 instants;
des moyens de comparaison de la vitesse d'avance moyenne avec la vitesse d'avance constante résultant de ladite composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée ;
- si la vitesse moyenne est plus forte d'un pourcentage donné que la vitesse d'avance constante résultant de ladite composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée, des moyens :
o de diminution de la valeur maximale ou de la durée pendant laquelle ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique est maximale ou ;
o d'augmentation de la valeur minimale ou de la durée pendant laquelle ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique est minimale ;
- si la vitesse moyenne est plus faible d'un pourcentage donné que la vitesse d'avance constante résultant de ladite composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée, des moyens :
o d'augmentation de la valeur maximale ou de la durée pendant laquelle ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique est maximale ou ;
de diminution de la valeur minimale ou de la durée pendant laquelle ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique est minimale.
Selon une caractéristique possible, le nombre de plongées prises en considération à ladite étape de détermination en temps réels de 2 instants auquel la plongée du foret est maximum et est suivie d'un recul est compris entre 2 et 10 et ledit pourcentage donné est égale à 5%.
Selon une caractéristique possible, lesdits moyens de transmission comprennent :
une bague d'entrainement en rotation susceptible d'être entraînée en rotation selon l'axe longitudinal dudit organe terminal via lesdits moyens de transmission et ledit moteur d'entrainement en rotation, ledit organe terminal étant lié en rotation à ladite bague d'entrainement et mobile en translation par rapport à celle-ci selon ledit axe longitudinal, et une noix d'entraînement taraudée coopérant avec une portion filetée de forme complémentaire ménagée sur organe terminal, ladite noix d'entrainement étant susceptible d'être entraînée en rotation selon ledit axe longitudinal par rapport audit arbre de sortie via lesdits moyens de transmission et lesdits moteur ;
ledit moteur d'entrainement en rotation permettant d'entraîner en rotation ledit arbre de sortie autour de son axe longitudinal via lesdits moyens de transmission, ledit moteur d'entrainement en translation permettant d'entraîner en translation ledit arbre de sortie le long de son axe longitudinal via lesdits moyens de transmission, lesdits moyens de transmission comprennent un ensemble de transmission, ledit ensemble de transmission comprenant un train épicycloïdale comprenant :
un solaire relié audit deuxième moteur ;
une couronne intérieure reliée à un premier pignon ;
des satellites engrenant avec ledit solaire et avec ladite couronne intérieure ; un porte-satellites ;
ledit porte-satellites étant relié à un troisième pignon, ledit premier pignon engrenant avec un deuxième pignon solidaire de ladite bague d'entraînement et ledit troisième pignon engrenant avec un quatrième pignon solidaire de ladite noix d'entraînement, ou inversement, le rapport de réduction dudit train épicycloïdale, le rapport de réduction entre ledit premier pignon et ledit deuxième pignon ou ledit quatrième pignon, et le rapport de réduction entre ledit troisième pignon et ledit quatrième pignon ou ledit deuxième pignon étant déterminés de telle sorte que la différence entre la fréquence de rotation Fn de ladite noix d'entrainement et la fréquence de rotation FB de ladite bague d'entrainement est égale au produit de la fréquence de rotation FR dudit moteur d'entrainement en translation par une constante k selon la formule FN-FB = k. FR.
Selon une caractéristique possible, ledit premier pignon est relié audit premier moteur au moyen d'un couple conique.
Selon une caractéristique possible, un dispositif selon l'invention dispositif comprend un arbre moteur auquel ledit est lié en rotation, l'arbre dudit deuxième moteur étant lié audit arbre moteur au moyen d'un couple d'engrenages coniques.
L'invention concerne également un produit programme d'ordinateur, comprenant des instructions de code de programme pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des variantes exposées plus haut, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
L'invention concerne également un médium de stockage lisible par ordinateur et non transitoire, stockant un produit programme d'ordinateur selon l'invention.6. Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels :
la figure 1 illustre une vue de côté d'un exemple d'une perceuse à paramètres de coupe contrôlés selon l'invention ;
la figure 2 illustre une vue partielle en coupe selon un plan longitudinal de la perceuse illustrée à la figure 1 ;
la figure 3 illustre une vue partielle en perspective de la transmission de la perceuse illustrée à la figure 2 ;
la figure 4 illustre un exemple de contrôleur d'un dispositif selon l'invention ;
la figure 5 illustre une fonction rectangulaire de la variation en fonction du temps de la composante de fréquence de rotation d'avance périodique prédéterminée d'une consigne de fréquence de rotation d'avance oscillant entre une valeur extrême positive et une valeur extrême négative, et la variation de fréquence de rotation d'avance périodique en résultant ;
la figure 6 illustre un exemple de courbe symétrique de la variation au cours du temps de la composante de fréquence de rotation d'avance d'une consigne transmise au moteur d'entrainement en translation, et la variation de fréquence de rotation d'avance périodique en résultant ;
la figure 7 illustre un exemple de courbe asymétrique de la variation au cours du temps de la composante de fréquence de rotation d'avance d'une consigne transmise au moteur d'entrainement en translation, et la variation de fréquence de rotation d'avance périodique en résultant ;
la figure 8 illustre la variation au cours du temps de la position de la pointe du foret résultant de la consigne de fréquence de rotation d'avance globale appliquée au moteur d'avance ;
la figure 9 illustre un exemple de composante de fréquence de rotation d'avance périodique d'une consigne, et la variation de fréquence de rotation d'avance périodique en résultant ;
la figure 10 illustre la variation de la position de la pointe du foret correspondant à la mise en oeuvre de la fonction de la figure 9 ;
la figure 11 illustre un autre exemple de fonction de composante de fréquence de rotation d'avance périodique d'une consigne, et la variation de fréquence de rotation d'avance périodique en résultant ;
la figure 12 illustre la variation de la position de la pointe du foret correspondant à la mise en oeuvre de la fonction de la figure 11 ;
la figure 13 illustre les mouvements d'avance vibratoire du foret, ces mouvements alternent plongées et reculs du foret ;
les figures 14 à 17 illustrent des logigrammes de différentes phases d'un perçage selon l'invention.
7. Description d'un mode de réalisation de l'invention
7.2. Exemple d'un mode de réalisation d'une perceuse selon l'invention
7.2.1. Architecture mécanique
On présente, en relation avec les figures 1 à 3, un exemple d'une perceuse à paramètres de coupe contrôlés selon l'invention.
Ainsi que cela est représenté sur la figure 1, une telle perceuse à paramètres de coupe contrôlés 10 comprend un carter 11.
Le carter 11 comprend une première portion de carter 110 et une deuxième portion de carter 111 qui s'étendent sensiblement perpendiculairement l'une à l'autre.
La portion 111 loge un arbre de sortie 12 monté mobile en rotation et en translation selon l'axe longitudinal de la portion 111.
Des moyens de solidarisation 130 d'un outil 131, par exemple un foret, sont placés à l'extrémité de l'arbre de sortie 12 constituant un organe terminal. Ces moyens de solidarisation peuvent par exemple comprendre une pince de foret.
La figure 2 illustre une vue en coupe partielle, selon un plan passant par les axes longitudinaux de la première 110 et de la deuxième 111 portion de carter, d'une partie de la perceuse 10 de la figure 1 à laquelle le carter 11 a été retiré.
Cette perceuse 10 comprend des moyens moteurs reliés à l'arbre de sortie 12 via des moyens de transmissions.
Les moyens moteurs comprennent deux moteurs : un moteur de mise en rotation 35 et un moteur d'avance 34 (encore appelé moteur d'entrainement en translation). Dans ce mode de réalisation, ces moteurs sont électriques. Il pourra par exemple s'agir de moteurs électriques synchrones à aimants permanents alimentés par des onduleurs eux-mêmes connectés à une batterie ou au secteur.
L'arbre du moteur de mise en rotation 35 est solidaire d'un arbre 13 lui-même solidaire d'un premier pignon conique 14. Ce premier pignon conique 14 engrène avec un deuxième pignon conique 15. Ce pignon conique 15 est lié en rotation à un premier pignon droit 16. Ce premier pignon 16 engrène avec un deuxième pignon 17 qui est lié en rotation à une bague d'entraînement en rotation 18.
La bague d'entraînement en rotation 18 est traversée par un perçage central 180 ménagé le long de son axe longitudinal. Des rainures longitudinales 181 forment saillie à l'intérieur du perçage 180.
L'arbre de sortie 12 présente une portion avec des rainures 120 longitudinales de forme complémentaire de celle des rainures 181 de la bague d'entraînement 18.
La bague d'entraînement 18 est ainsi montée mobile en translation le long de l'axe longitudinal de l'arbre de sortie 12 tout en y étant liée en rotation.
Le premier pignon 16 est lié en rotation avec la couronne intérieure 19 d'un train épicycloïdale.
Cette couronne intérieure 19 engrène avec des satellites 20 montés mobiles en rotation sur des axes 21 solidaires d'un porte-satellites 22.
Les satellites 20 engrènent avec un solaire 23 qui est lié en rotation avec un arbre moteur 24. L'arbre moteur 24 est monté mobile en rotation le long d'un axe parallèle à l'axe longitudinal de l'arbre de sortie 12.
Le porte-satellites 22 est lié en rotation avec un troisième pignon 25 qui engrène avec un quatrième pignon 26 lié en rotation à une noix d'entrainement en translation 27.
La noix d'entraînement 27 comprend un taraudage intérieur 271 de forme complémentaire d'une portion filetée 121 manégée à la surface de l'arbre de sortie 12.
Une des extrémités de l'arbre moteur 24 présente un couple d'engrenages coniques 241 qui coopère avec l'arbre du moteur d'avance 34.
Le pignon 16, le pignon 17, la couronne 19, les satellites 20, les axes 21, le portesatellites 22, le solaire 23, l'arbre moteur 24, le pignon 25, le pignon 26 constituent en ensemble de transmission dont le pignon 17 constitue une première entrée, l'arbre moteur 24 constitue une deuxième entrée et le pignon 26 constitue la sortie. Ainsi, si l'arbre moteur est maintenu immobile, une rotation de la bague d'entrainement engendre une rotation de la noix d'entrainement. Une rotation de la bague d'entrainement et de l'arbre moteur entraine une rotation de la noix d'entraînement.
Cet ensemble de transmission est configuré pour entraîner en rotation la noix d'entraînement 27 à une fréquence identique à celle de la bague d'entraînement 18 quelle que soit la fréquence de rotation du moteur d'entrainement en rotation et tant que la fréquence de rotation du moteur d'avance est nulle.
En d'autres termes, cet ensemble de transmission est configuré pour que la différence entre la fréquence de rotation N27 ou FN de la noix d'entrainement 27 et la fréquence de rotation Ni8 ou FB de la bague d'entrainement 18 est uniquement proportionnelle à la fréquence de rotation N24 ou FR du moteur d'avance selon la formule N27 - Ni8 = K.N24 ou FN - FB = K.FR, K étant une constante. La vitesse d'avance VT de l'arbre de sortie 12 est donc seulement dépendante de la fréquence de rotation FR du moteur d'avance selon la formule VT = K.FR, K étant une constante.
Cet ensemble de transmission comprend deux chaînes de transmission. La première chaîne de transmission CTi relie le moteur d'entrainement en rotation 35 à la bague d'entrainement 18. Dans ce mode de réalisation, elle comprend les pignons 14, 15, 16 et 17. La deuxième chaîne de transmission CT2 relie le moteur d'avance 34 à la noix d'entrainement 27. Cette chaîne de transmission comprend deux entrées, à savoir le moteur d'avance et la couronne 19, et une sortie, à savoir la noix d'entrainement 27. Cette deuxième chaîne de transmission comprend l'arbre moteur 24, le solaire 23, les satellites 20, la couronne 19, le porte-satellites 22, le pignon 25, et le pignon 26 auquel est liée la noix d'entrainement 27.
Ces deux chaînes de transmission sont dépendantes l'une de l'autre. Elles partagent en effet au moins certains composants, c'est-à-dire que certains composants de la première chaîne de transmission font également partie de la deuxième chaîne de transmission. En l'occurrence, la couronne 19 et le pignon 16 sont portés par la même pièce. Cette dépendance entre ces deux chaînes de transmission respectivement reliée au moteur d'entrainement en rotation et au moteur d'avance permet, en agissant convenablement sur les rapports de réduction des différents trains d'engrenages composant celles-ci, de ne faire dépendre la vitesse d'avance de l'arbre de sortie que de la fréquence de rotation du moteur d'avance et non de celle du moteur de mise en rotation.
Plus précisément, le rapport de réduction Ri du train épicycloïdale, le rapport de réduction R2 entre ledit premier pignon 16 et le deuxième pignon 17 solidaire de la bague d'entrainement 18, et le rapport de réduction R3 entre le troisième pignon 25 et le quatrième pignon 26 solidaire de la noix d'entraînement 27 sont déterminés de telle sorte que la différence entre la fréquence de rotation de la noix d'entrainement 27 et celle de la bague d'entrainement 18 est seulement proportionnelle à la fréquence de rotation du moteur d'avance.
Les valeurs de R1; R2 et R3 sont les suivantes :
Ri = (N24 - N1S) / (N22 - N1S) = 1 + (Z19 / Z23) (*)
R2 = Nlg / N15 = Zi6 / Zi7 r3 = n27/n22 = z25/z26
N et Z sont respectivement la fréquence de rotation et le nombre de dents des éléments indiqués en indice.
On souhaite que l'avance de l'arbre de sortie 12 soit uniquement proportionnelle à la différence entre la fréquence de rotation de la noix d'entrainement 27 et celle de la bague d'entrainement 18. En d'autres termes :
N 27 “ N^g = K. N 24
K étant une constante et N24 étant proportionnelle à la fréquence de rotation du moteur d'avance dans la mesure ou l'arbre 24 est relié à celui-ci.
N27 - N18 = (N22 · Z25 / Ζ2δ) - (N15 . Z16 / Z17)
Compte tenu de l'équation (*), on obtient :
(N24 N15) = Ri(N22 - N15)
N15 = (N24 - RiN22) / (1 - R1)
Ceci conduit à :
N27 - N18 = (N22 · Z25 / Z26) - ((N24 - R1N22) / (1 — Rl) · Z16 / Z17)
N27 - N1S = (N22 · z25 / z26) + (RiN22 / (1 - Rl) · z16 / Z17) - (N24 / (1 - Rl) . z16 / Z17)
Si l'on souhaite que :
N 27 “ N 18 = K. N 24
Alors :
(Z25/Z26) + (R1/(l-R1).Z16/Z17) = 0
Soit :
(Ri - 1) . Z25 . Z17 - Ri . Z16 . Z26 avec Ri = 1 + Zi9 / Z23
En choisissant les nombres de dents de cette façon, l'avance de l'arbre de sortie 12 le long de son axe longitudinal sera uniquement proportionnelle à la fréquence de rotation du moteur d'avance.
Ainsi, la translation de l'arbre de sortie 12 le long de son axe longitudinal est nulle lorsque la fréquence de rotation du moteur d'avance est nulle et que la fréquence de rotation du moteur de mise en rotation est nulle ou pas du fait que la bague d'entrainement 18 et la noix d'entrainement 27 ont la même fréquence de rotation. En revanche, lorsque le moteur de mise en translation ou moteur d'avance est animé, la fréquence de rotation de la bague d'entraînement 18 et celle de la noix d'entrainement 27 sont différentes en sorte que l'arbre de sortie 12 se translate le long de son axe longitudinal dans un sens ou dans l'autre selon le sens de rotation du moteur d'avance.
Il en résulte que l'avance de l'arbre de sortie 12 est seulement liée à la fréquence de rotation du moteur d'avance et non à celle du moteur d'entraînement en rotation.
7.2.2. Architecture de commande
La perceuse comprend classiquement des moyens de contrôle qui peuvent être actionnés pour lancer un cycle de perçage conformément à une stratégie de perçage prédéterminée.
Les moyens de contrôle permettent à l'opérateur de programmer des stratégies de perçage adaptées aux structures à percer. Ces structures peuvent inclure des matériaux de natures différentes, chacun de ces matériaux requérant des vitesses de coupe et d'avance différentes les unes des autres.
Certains matériaux, tel que les alliages de titane ou d'aluminium, requièrent une avance vibratoire, d'autres matériaux, tel que la fibre de carbone, ou certaines phases de perçage, telle que la finition d'un fraisurage, au contraire ne requièrent pas d'avance vibratoire.
La programmation d'une stratégie de perçage doit prendre en compte tous ces éléments.
Les moyens de contrôle comprennent des moyens de mesure aptes à mesurer les efforts de coupe sur le foret tels que des capteurs d'intensité ou de puissance 314 consommées par les moteurs, des capteurs de couple 316 ou de charge axiale 317 supportés par le foret.
Ces moyens de mesure permettant de détecter le passage du foret d'une matière à une autre qui se traduit par une variation des efforts de coupe.
Lorsqu'un tel changement est détecté, les moyens de contrôle sont aptes à adapter les vitesses de coupe ou d'avance à la matière rencontrée.
La perceuse comprend des moteurs synchrones à aimant permanents, et des capteurs d'angles 351, 341 associés à chaque moteur pour connaître la position angulaire de leur rotor.
Ces moyens de contrôle comprennent un contrôleur 300 destiné à commander le dispositif de perçage.
Selon l'exemple de réalisation illustré à la figure 4, le contrôleur 300 comprend :
une mémoire vive 301 (par exemple une mémoire RAM), une unité de traitement 302 équipée par exemple d'un processeur, et pilotée par un programme d'ordinateur, comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution du procédé de perçage selon l'invention, ce programme étant stocké dans une mémoire morte 303 (par exemple une mémoire ROM ou un disque dur).
des onduleurs 308, 309 destinés à l'alimentation électrique des moteurs d'avance 34 et de rotation 35 du foret 131 ;
une liaison filaire avec la perceuse comprenant notamment :
- un fil 311 permettant de recevoir des signaux délivrés par les différents moyens de mesure (capteur) intégrés à la perceuse et émettre des commandes vers la perceuse;
- un fil 310 permettant d'alimenter les moteurs d'avance et de rotation du foret, une interface d'entrée-sortie 305, une interface utilisateur pour gérer un moyen d'introduction de commande 306 (clavier, écran tactile, souris,...), un moyen d'affichage 307 (écran, afficheur, voyant lumineux), un moyen d'émission d'un signal sonore 312 sur une fréquence audible, un connecteur 313 pour l'alimentation électrique du dispositif de vissage.
A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur sont par exemple chargées dans la mémoire vive 301 avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 302.
L'unité de traitement 302 est apte en fonction de la stratégie de perçage et des résultats de mesure réalisées par les moyens de mesure d'effort de coupe et les capteurs d'angle des moteur de piloter les onduleurs pour alimenter les moteurs conformément au déroulement du perçage prévu dans la stratégie de perçage.
La figure 4 illustre seulement une manière particulière, parmi plusieurs possibles, de réaliser un contrôleur, afin qu'il effectue les étapes du procédé de perçage (dans l'un quelconque des différents modes de réalisation, ou dans une combinaison de ces modes de réalisation).
7.2.3. Fonctionnement mécanique
Au cours de la mise en oeuvre d'une étape de perçage, le moteur de mise en rotation 35 est mis en oeuvre et tourne en sens antihoraire vu depuis l'arrière du moteur. Il entraine en rotation en sens antihoraire le premier pignon conique 14. Le premier pignon conique 14 entraîne le deuxième pignon conique 15 en sens antihoraire vu depuis le dessus de la perceuse.
Le premier pignon 16, qui est solidaire du pignon 15, tourne également en sens antihoraire et entraine le deuxième pignon 17 en sens horaire. La bague d'entrainement 18, qui est solidaire du pignon 17, tourne également en sens horaire et entraine l'arbre de sortie 12 en rotation en sens horaire.
La couronne 19, solidaire du pignon 16, tourne en sens antihoraire. Les satellites 20 tournent en sens antihoraire. Le moteur d'avance est à l'arrêt, l'arbre moteur 24 est donc immobile, de même que le solaire 23 qui en est solidaire. Le porte-satellites 22 tourne alors en sens antihoraire. Le pignon 25, solidaire du porte-satellites 22 tourne également en sens antihoraire et entraine le pignon 26 en sens horaire. La noix d'entrainement 27 tourne alors en sens horaire à la même fréquence que la bague d'entraînement 18 si bien que l'arbre de sortie 12 tourne en sens horaire autour de son axe longitudinal tout en ne subissant aucune translation le long de cet axe.
Le moteur d'avance 34 est ensuite mis en oeuvre de manière telle que l'arbre moteur 24 est entraîné en rotation en sens antihoraire via les engrenages coniques 241 vu depuis l'extrémité de l'arbre de sortie 12 opposée à celle destinée à coopérer avec le foret. Ceci tend à accélérer la fréquence de rotation du porte-satellites 22 et du pignon 25 en sens antihoraire, ainsi que celles du pignon 26 et de la noix d'entrainement 27 en sens horaire.
La rotation relative de la noix d'entrainement par rapport à la bague d'entrainement est donc dans le sens horaire. La portion filetée de l'arbre de sortie 12 étant dans le sens filetage à gauche, la noix d'entrainement entraîne en translation l'arbre de sortie 12 dans le sens du perçage selon la flèche A. Selon la stratégie de perçage mise en oeuvre, la fréquence de rotation est modulée pour répondre aux exigences des matériaux rencontrés par le foret.
Dès que les moyens d'inversion automatique du sens de translation de l'arbre de sortie détectent que le déplacement linéaire de l'arbre de sortie atteint une valeur seuil prédéterminée, ils inversent le sens de rotation du moteur d'avance en sorte que l'arbre de sortie se translate suivant la flèche B. Le foret est alors rétracté en dehors du trou à la fin du perçage.
7.2.4. Procédé
En référence aux figures 7 à 17, un procédé de perçage selon l'invention comprend classiquement au moins une phase de perçage 400 d'un élément à percer. Cette phase de perçage est généralement réalisée selon une stratégie préprogrammée dans le contrôleur et sélectionnée en début de perçage par l'opérateur.
La phase de perçage comprend :
une étape 401 d'approche au cours de laquelle le foret est entraîné en rotation autour de son axe et en translation le long de son axe en direction de la surface d'attaque de la pièce à percer ;
une étape 402 de perçage au cours de laquelle le foret pénètre la pièce à percer de sorte à y générer un trou par enlèvement de matière ;
une étape de retrait 404 au cours de laquelle le fort est déplacé en arrière pour être extrait de la pièce percée.
Lorsque le trou à réaliser est débouchant, l'étape de retrait 404 se produit après que le foret débouche en dehors de la pièce à percer du côté opposé à sa surface d'attaque.
Un tel procédé peut en outre comprendre une étape de fraisage 403 au cours de laquelle une fraisure est ménagée à la périphérie du trou au niveau de la surface d'attaque.
Au cours de l'étape d'approche 401, de l'étape de perçage 402, de l'étape de fraisage 403, et de l'étape de retrait 404, des paramètres de coupe prédéterminés, notamment la vitesse d'avance et la fréquence de rotation du foret, sont mis en oeuvre. Ces paramètres de coupe sont classiquement prédéterminés en fonction de la matière percée et des propriétés du foret mis en oeuvre et sont enregistrés dans le contrôleur.
Lorsque la pièce à percer est constituée de l'empilement d'une pluralité de couches de matériaux différents, l'étape de perçage 402 peut en outre comprendre une étape d'adaptation en temps réel des paramètres de coupe en fonction de la matière en cours de perçage.
Dans une version optimisée, le procédé pourra comprendre une étape 4021 de détection d'un changement de matière puis une étape 4022 d'identification de la matière en cours de perçage puis une étape 4023 d'adaptation des paramètres de coupe à la matière en cours de perçage.
Dans une version simplifiée, selon laquelle l'ordre d'empilement des différents matériaux composant la pièce à percer est connu, le procédé comprendra seulement les étapes 4021 de détection d'un changement de matière puis 4023 d'adaptation des paramètres de coupe à la matière en cours de perçage.
Au cours de l'étape de perçage 402, le foret est entraîné en rotation et en translation selon son axe selon une fréquence de rotation et une vitesse d'avance (en translation) prédéterminées en fonction de la matière percée selon la stratégie de perçage sélectionnée dans le contrôleur. Le contrôleur transmet les signaux de commandes correspondants au moteur d'entrainement en rotation et au moteur d'entrainement en translation de manière connue en soit.
Lorsque la matière rencontrée par le foret requière un mode de perçage vibratoire, le contrôleur transmet à l'onduleur en charge de l'alimentation du moteur d'avance une consigne de fréquence de rotation d'avance CFRA égale à la somme, déterminée au cours d'une étape de calcul 4020, d'une composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée CFRcste et d'une composante de fréquence de rotation d'avance périodique prédéterminée CFRperiod oscillant entre une valeur maximale et une valeur minimale. On génère ainsi une avance dite vibratoire.
Il résulte de la consigne de fréquence de rotation d'avance une fréquence de rotation d'avance comprenant une composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée et une composante de fréquence de rotation d'avance périodique prédéterminée oscillant entre une valeur maximale et une valeur minimale.
Les composantes de fréquence de rotation d'avance constante et de fréquence de rotation d'avance périodique de la consigne de fréquence de rotation d'avance seront déterminées expérimentalement en fonction de la matière à percer, et des caractéristiques du foret.
La composante de fréquence de rotation d'avance périodique de la consigne de fréquence de rotation d'avance pourra suivre une fonction sinusoïdale de variation de fréquence de rotation en fonction du temps.
Toutefois, la composante de fréquence de rotation d'avance périodique de la consigne de fréquence de rotation d'avance suivra préférentiellement une fonction rectangulaire de variation de fréquence de rotation en fonction du temps. Ceci permet de gagner en dynamique.
La figure 5 illustre une fonction rectangulaire de la variation en fonction du temps de la composante de fréquence d'avance périodique prédéterminée, de la consigne de fréquence de rotation d'avance, oscillant entre une valeur maximale (par exemple une valeur extrême positive) et une valeur minimale (par exemple une valeur extrême négative).
La valeur moyenne de la composante de la consigne de fréquence de rotation d'avance périodique sur une période est nulle de telle sorte que les oscillations du foret (recul et re-avance) se fassent autour de la trajectoire hélicoïdale induite par la composante de fréquence de rotation d'avance constante, soit :
Frp moyenne = (Frp max. TFrp max + Frp min. (T-TFrp max))/T = 0
Avec :
Frp moyenne, valeur moyenne de la composante de fréquence de rotation d'avance périodique de la consigne de fréquence de rotation d'avance sur une période.
Frp max, valeur maximale de la composante de fréquence de rotation d'avance périodique de la consigne de fréquence de rotation d'avance .
Frp min, valeur minimale de la composante de fréquence de rotation d'avance périodique de la consigne de fréquence de rotation d'avance .
T, la période de la composante de fréquence de rotation d'avance périodique.
TFrp max, la durée d'application sur une période de la composante de fréquence d'avance périodique de la consigne de fréquence de rotation d'avance.
Ainsi que expliqué plus haut, la vitesse d'avance du foret VT est proportionnelle à la fréquence de rotation FR du moteur d'avance selon la formule VT = K.FR , ainsi la vitesse d'avance Va du foret résultant d'une consigne de fréquence de rotation d'avance Frp max est égale à : Va = K. Frp max
La distance A parcourue par le foret durant TFrp max est appelée amplitude de perçage vibratoire et est égale à : A = Va. TFrp max = K. Frp max. TFrp max.
Par ailleurs, il est possible selon les besoins du pilotage de la perceuse, de passer de la fréquence de rotation du moteur d'avance à la vitesse d'avance du foret ou de la position angulaire du capteur d'angle du moteur d'avance à une position d'avance du foret.
Dans le cas illustré à la figure 5, la composante de fréquence de rotation d'avance périodique de la consigne est dite symétrique dans la mesure où la composante fréquence de rotation d'avance maximale et la composante de fréquence de rotation d'avance minimale ont des amplitudes identiques. Lorsque les composantes maximale et minimale de la consigne de fréquence de rotation d'avance périodique ont des amplitudes différentes, telle qu'illustré à la figure 7, la composante de fréquence de rotation d'avance périodique de la consigne est dite asymétrique.
La figure 6 montre un exemple de courbe illustrant la variation au cours du temps de la consigne de fréquence de rotation d'avance transmise au moteur d'entrainement en translation, laquelle consigne est égale à la somme d'une composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée et d'une composante de fréquence de rotation d'avance périodique prédéterminée, ou composante d'avance vibratoire, oscillant entre une valeur extrême positive et une valeur extrême négative.
La figure 8 illustre la variation au cours du temps de la position de la pointe du foret résultant de la consigne d'avance globale appliquée au moteur d'avance.
La figure 9 reprend l'exemple de fonctions de variation de la consigne de fréquence de rotation d'avance et de la fréquence de rotation d'avance en résultant illustrées à la figure 6 (composante périodique symétrique).
La figure 10 illustre la variation de la position de la pointe du foret correspondant à la mise en oeuvre des fonctions de la figure 9. On y observe que la vitesse en entrée dans la matière (pente Aa) est proche de celle du recul du foret (pente Ar).
La figure 11 illustre un autre exemple de fonctions de variation de la consigne de fréquence de rotation d'avance et de la fréquence de rotation d'avance en résultant (composante périodique asymétrique).
La figure 12 illustre la variation de la position de la pointe du foret correspondant à la mise en oeuvre des fonctions de la figure 11. On y observe que la vitesse en entrée dans la matière (pente Aa) est plus faible que celle du recul du foret (pente AR). Ceci permet d'améliorer la durée de vie du foret.
La période, la valeur de fréquence de rotation maximale et la valeur de fréquence de rotation minimale de la fonction de la composante de la consigne de fréquence d'avance périodique sont paramétrables pour être ajustée à la matière percée.
Le rapport entre la période de la composante de fréquence de rotation d'avance périodique de la consigne et la période de la fréquence de rotation de l'arbre de sortie est préférentiellement compris entre 0 et 5.
Au cours de l'étape de fraisage 403, l'avance vibratoire est inhibée. Pour cela, la composante d'avance périodique est annulée.
La figure 13 illustre les mouvements d'avance vibratoire du foret, ces mouvements alternent plongées du foret dans la matière et reculs du foret.
Les points A, B et C indiquent la fin d'une plongée avant que ne s'effectue un recul.
La pente formée par les points A, B et C illustre la composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée.
Selon une variante, le procédé comprend, au cours de l'étape 402 de perçage : une étape 4024 de détermination en temps réels de 2 instants auquel la plongée du foret est maximum et est suivie d'un recul, ces plongées maximum pouvant être consécutives ou non ;
une étape 4025 d'enregistrement en temps réel de l'angle mesuré par le capteur d'angle du moteur d'avance à chacun de ces 2 instants;
une étape 4026 de calcul à partir des 2 angles de l'avance du foret entre ces 2 instants ;
une étape 4027 de calcul la vitesse d'avance moyenne du foret correspondant à la différence d'avance entre ces 2 instants divisée par la durée entre ces 2 instants ;
une étape 4028 de comparaison de la vitesse d'avance moyenne avec la vitesse d'avance constante résultant de la composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée :
si la vitesse moyenne est plus forte d'un pourcentage donné que la vitesse d'avance constante résultant de la composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée de la consigne, l'étape de perçage comprend en outre une étape :
o de diminution 4029 de la valeur maximale ou de la durée pendant laquelle la composante de fréquence de rotation d'avance périodique de la consigne est maximale ou ;
o d'augmentation 4030 de la valeur minimale ou de la durée pendant laquelle la composante de fréquence de rotation d'avance périodique de la consigne est minimale ;
si la vitesse moyenne est plus faible d'un pourcentage donné que la vitesse d'avance constante résultant de la composante de la fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée de la consigne, l'étape de perçage comprend en outre une étape :
o d'augmentation 4031 de la valeur maximale ou de la durée pendant laquelle la composante de fréquence de rotation d'avance périodique de la consigne est maximale ou ;
o de diminution 4032 de la valeur minimale ou de la durée pendant laquelle la composante de fréquence de rotation d'avance périodique de la consigne est minimale.
Ce contrôle a pour objectif de corriger une éventuelle dérive de l'avance vibratoire qui pourrait conduire à un enlèvement de matière excessif ou insuffisant.
Les valeurs données ci-dessous illustrent les paramètres de fonctionnement appliqués à une perceuse à paramètres de coupe contrôlés équipée d'un foret de diamètre 6,35 mm susceptible de percer un élément de structure intégrant 3 matières différentes : fibre de carbone, alliage de titane et alliage d'aluminium.
| Fibre de carbone | Alliage de titane | Alliage d'aluminium | |
| Fréquence de perçage vibratoire | sans | 20 Hz | 15 Hz |
| Amplitude de perçage vibratoire | sans | 0,2 mm | 0,1 mm |
| TFrp max | sans | 0,025 S | 0,025 S |
| Fréquence rotation foret | 3000 rpm | 900 rpm | 4700 rpm |
Du fait que la vitesse d'avance est uniquement dépendante de la fréquence de rotation du moteur d'avance et complètement indépendante de la fréquence de rotation du moteur de rotation, et que l'avance vibratoire résulte de la consigne d'alimentation du moteur d'avance, il est très facile selon l'invention de modifier en cours de perçage la composante périodique de l'avance par exemple pour l'adapter à la matière en cours de perçage voir pour la supprimer par exemple pour réaliser un fraisage ou lorsque le foret débouche.
L'invention permet ainsi d'optimiser de manière considérable l'avance vibratoire au cours d'un perçage pour favoriser l'évacuation des copeaux, le cas échéant leur fragmentation. Ceci concourt à améliorer l'état de surface du perçage, à augmenter la 5 durée de vie des forets et à augmenter la productivité.
Claims (21)
- REVENDICATIONS1. Procédé de perçage au moyen d'un dispositif de perçage (10) à paramètres de coupe contrôlés comprenant :un organe terminal (12) monté mobile en rotation et en translation selon un même axe ;un moteur d'entrainement en rotation (35) dudit organe terminal (12) ;un moteur d'entrainement en translation (34) dudit organe terminal (12) ;des moyens de contrôle (300) desdits moteurs (34, 35) ;des moyens de transmission (CTi, CT2) reliant lesdits moteurs (34, 35) et ledit organe terminal (12), lesdits moyens de transmission (CTi, CT2) étant configurés de telle sorte que la vitesse de translation VT dudit organe terminal (12) le long de son axe longitudinal est égale au produit de la fréquence de rotation FR dudit moteur d'entrainement en translation (34) par une constante k selon la formule VT = k. FR, caractérisé en ce que ledit procédé comprend au moins une étape de perçage (402) au cours de laquelle lesdits moyens de contrôle (300) transmettent audit moteur d'entrainement en translation (34) une consigne de fréquence de rotation d'avance égale à la somme d'une composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée et d'une composante de fréquence de rotation d'avance périodique prédéterminée oscillant entre une valeur maximale et une valeur minimale.
- 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique suit une fonction sinusoïdale de variation de fréquence de rotation en fonction du temps.
- 3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique suit une fonction rectangulaire de variation de fréquence de rotation en fonction du temps.
- 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3 dans lequel les paramètres suivants définissant ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique sont paramétrables :-période ;-valeur maximale ;-valeur minimale ;
- 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique est annulable.
- 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel le rapport entre la période de la composante de fréquence de rotation d'avance périodique et la période de la fréquence de rotation dudit organe terminal est compris entre 0 et 5.
- 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, ledit dispositif comprenant un capteur (341) de mesure de l'angle de rotation du rotor du moteur d'entrainement en translation (34), ledit procédé comprenant :une étape (4024) de détermination en temps réels de 2 instants auquel la plongée du foret est maximum et est suivie d'un recul, ces plongées maximum pouvant être consécutives ou non ;une étape (4025) d'enregistrement en temps réel de l'angle mesuré par le capteur d'angle (341) du moteur d'entrainement en translation (34) à chacun de ces 2 instants;une étape (4026) de calcul, à partir des 2 angles, de l'avance du foret entre ces 2 instants ;une étape (4027) de calcul la vitesse d'avance moyenne du foret correspondant à la différence d'avance entre ces 2 instants divisée par la durée entre ces 2 instants;une étape (4028) de comparaison de la vitesse d'avance moyenne avec la vitesse d'avance constante résultant de ladite composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée :-si la vitesse moyenne est plus forte d'un pourcentage donné que la vitesse d'avance constante résultant de ladite composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée, l'étape (402) de perçage comprend en outre une étape :o (4029) de diminution de la valeur maximale ou de la durée pendant laquelle ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique est maximale ou ;o (4030) d'augmentation de la valeur minimale ou de la durée pendant laquelle ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique est minimale ;-si la vitesse moyenne est plus faible d'un pourcentage donné que la vitesse d'avance constante résultant de ladite composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée, l'étape de perçage comprend en outre une étape :o (4031) d'augmentation de la valeur maximale ou de la durée pendant laquelle ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique est maximale ou ;o (4032) de diminution de la valeur minimale ou de la durée pendant laquelle ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique est minimale.
- 8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel le nombre de plongées prises en considération à ladite étape (4024) de détermination en temps réels de 2 instants auquel la plongée du foret est maximum et est suivie d'un recul est compris entre 2 et 10 et ledit pourcentage donné est égale à 5%.
- 9. Dispositif de perçage (10) à paramètres de coupe contrôlés comprenant :un organe terminal (12) monté mobile en rotation et en translation selon un même axe ;un moteur d'entrainement en rotation (35) dudit organe terminal (12) ;un moteur d'entrainement en translation (34) dudit organe terminal (12) ;des moyens de contrôle (300) desdits moteurs (34, 35) ;des moyens de transmission (CTi, CT2) reliant lesdits moteurs (34, 35) et ledit organe terminal (12), lesdits moyens de transmission (CTi, CT2) étant configurés de telle sorte que la vitesse de translation VT dudit organe terminal (12) le long de son axe longitudinal est égale au produit de la fréquence de rotation FR dudit moteur d'entrainement en translation (34) par une constante k selon la formule VT = k. FR, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle (300) sont configurés pour transmettre audit moteur d'entrainement en translation (24) une consigne de fréquence de rotation d'avance égale à la somme d'une composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée et d'une composante de fréquence de rotation d'avance périodique prédéterminée oscillant entre une valeur maximale et une valeur extrême minimale.
- 10. Dispositif selon 9 dans lequel ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique suit une fonction sinusoïdale de variation de fréquence de rotation en fonction du temps.
- 11. Dispositif selon la revendication 9 dans lequel ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique suit une fonction rectangulaire de variation de fréquence de rotation en fonction du temps.
- 12. Dispositif selon la revendication 10 ou 11 dans lequel les paramètres suivants, définissant ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique, sont paramétrables :-période ;-valeur maximale ;-valeur minimale ;
- 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12 dans lequel ladite composante de fréquence de rotation d'avance alternative est annulable.
- 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 13 dans lequel le rapport entre la période de la composante de fréquence de rotation d'avance périodique et la période de la fréquence de rotation dudit organe terminal est compris entre 0 et 5.
- 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 14 comprenant :un capteur (341) de mesure de l'angle de rotation du rotor du moteur d'entrainement en translation (34) ;des moyens de détermination en temps réels de 2 instants auquel la plongée du foret est maximum et est suivie d'un recul, ces plongées maximum pouvant être consécutives ou non ;des moyens d'enregistrement en temps réel de l'angle mesuré par le capteur d'angle du moteur d'avance à chacun de ces 2 instants;des moyens de calcul à partir des 2 angles de l'avance du foret entre ces 2 instants ; des moyens de calcul la vitesse d'avance moyenne du foret correspondant à la différence d'avance entre ces 2 instants divisée par la durée entre ces 2 instants;des moyens de comparaison de la vitesse d'avance moyenne avec la vitesse d'avance constante résultant de ladite composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée ;- si la vitesse moyenne est plus forte d'un pourcentage donné que la vitesse d'avance constante résultant de ladite composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée, des moyens :o de diminution de la valeur maximale ou de la durée pendant laquelle ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique est maximale ou ;o d'augmentation de la valeur minimale ou de la durée pendant laquelle ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique est minimale ;- si la vitesse moyenne est plus faible d'un pourcentage donné que la vitesse d'avance constante résultant de ladite composante de fréquence de rotation d'avance constante prédéterminée, des moyens :o d'augmentation de la valeur maximale ou de la durée pendant laquelle ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique est maximale ou ;de diminution de la valeur minimale ou de la durée pendant laquelle ladite composante de fréquence de rotation d'avance périodique est minimale.
- 16. Dispositif selon la revendication 15 dans lequel le nombre de plongées prises en considération à ladite étape (4024) de détermination en temps réels de 2 instants auquel la plongée du foret est maximum et est suivie d'un recul est compris entre 2 et 10 et ledit pourcentage donné est égale à 5%.
- 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 16 dans lequel lesdits moyens de transmission comprennent :une bague d'entrainement en rotation (18) susceptible d'être entraînée en rotation selon l'axe longitudinal dudit organe terminal (12) via lesdits moyens de transmission et ledit moteur d'entrainement en rotation (35), ledit organe terminal (12) étant lié en rotation à ladite bague d'entrainement (18) et mobile en translation par rapport à celle-ci selon ledit axe longitudinal, et une noix d'entraînement taraudée (27) coopérant avec une portion filetée de forme complémentaire ménagée sur organe terminal (12), ladite noix d'entrainement (27) étant susceptible d'être entraînée en rotation selon ledit axe longitudinal par rapport audit arbre de sortie (12) via lesdits moyens de transmission et lesdits moteur (34, 35) ;ledit moteur d'entrainement en rotation (35) permettant d'entraîner en rotation ledit arbre de sortie (12) autour de son axe longitudinal via lesdits moyens de transmission, ledit moteur d'entrainement en translation (34) permettant d'entraîner en translation ledit arbre de sortie (12) le long de son axe longitudinal via lesdits moyens de transmission, lesdits moyens de transmission comprennent un ensemble de transmission, ledit ensemble de transmission comprenant un train épicycloïdale comprenant :un solaire (23) relié audit deuxième moteur (34) ;une couronne intérieure (19) reliée à un premier pignon (16) ;des satellites (20) engrenant avec ledit solaire (23) et avec ladite couronne intérieure (19) ;un porte-satellites (22) ;ledit porte-satellites (22) étant relié à un troisième pignon (25), ledit premier pignon (16) engrenant avec un deuxième pignon (17) solidaire de ladite bague d'entraînement (18) et ledit troisième pignon (25) engrenant avec un quatrième pignon (26) solidaire de ladite noix d'entraînement (27), ou inversement, le rapport de réduction dudit train épicycloïdale, le rapport de réduction entre ledit premier pignon (16) et ledit deuxième pignon (17) ou ledit quatrième pignon (26), et le rapport de réduction entre ledit troisième pignon (25) et ledit quatrième pignon (26) ou ledit deuxième pignon (17) étant déterminés de telle sorte que la différence entre la fréquence de rotation FN de ladite noix d'entrainement (27) et la fréquence de rotation FB de ladite bague d'entrainement (18) est égale au produit de la fréquence de rotation FR dudit moteur d'entrainement en translation (34) par une constante k selon la formule FN-FB = k. FR.
- 18. Dispositif selon la revendication 17 dans lequel ledit premier pignon (16) est relié audit premier moteur au moyen d'un couple conique (14, 15).
- 19. Dispositif selon la revendication 17 comprenant un arbre moteur (24) auquel ledit (23) est lié en rotation, l'arbre dudit deuxième moteur (34) étant lié audit arbre moteur (24) au moyen d'un couple d'engrenages coniques (241).
- 20. Produit programme d'ordinateur, comprenant des instructions de code de programme pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
- 21. Médium de stockage lisible par ordinateur et non transitoire, stockant un produit programme d'ordinateur selon la revendication 20.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (2)
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Citations (2)
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-
2017
- 2017-08-25 FR FR1757882A patent/FR3070289B1/fr active Active
Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
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| EP2754531A1 (fr) * | 2013-01-09 | 2014-07-16 | Seti-Tec | Perceuse bimoteur à vitesse d'avance contrôlée |
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