FR3111578A1 - Extracteur de copeaux pour une pièce mécanique creuse - Google Patents

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Abstract

Extracteur (100) de copeaux (S) pour une pièce (200) mécanique creuse, caractérisé en ce qu’il comprend un corps qui est destiné à être monté rotatif autour d’un axe (X) sur une machine-outil et qui comprend: - une mèche (10) enroulée en hélice autour et le long de l’axe (X), et - un pion (20) qui est situé à une extrémité de ladite mèche et qui s’étend le long de l’axe (X), ledit pion (20) étant configuré pour être fixé à la machine-outil. Figure pour l'abrégé : Figure 1

Description

EXTRACTEUR DE COPEAUX POUR UNE PIÈCE MÉCANIQUE CREUSE
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un extracteur de copeaux pour une pièce mécanique creuse, destinée à équiper un aéronef.
Arrière-plan technique
Il est bien connu de la technique que des copeaux se forment lors d’une opération d’usinage et en particulier de tournage d’une pièce mécanique. Ces copeaux représentent des chutes, autrement dit la matière qui est retirée d’une pièce brute durant l’opération pour usiner la pièce mécanique. Aussi, la nature de ces copeaux dépend du type de matériau usiné, ils peuvent ainsi être en un matériau métallique ou encore par exemple en un matériau plastique. Les copeaux sont généralement enroulés sur eux-mêmes du fait de l’action des fraises rotatives qui viennent enlever, en avançant, de la matière. Lorsqu’il s’agit d’usiner une pièce cylindrique creuse, comme un arbre mécanique creux, et en particulier l’intérieur de cette pièce, les copeaux générer par l’opération de tournage peuvent s’accumuler dans la pièce usinée et entraîner des erreurs dans la finition de la pièce du fait que les fraises rotatives ne peuvent plus couper uniformément. La présence des copeaux dans la pièce peut, en outre, provoquer une rupture des plaquettes de coupe ainsi que des incrustations dans la pièce.
Pour remédier à ce problème, les copeaux sont retirés manuellement par un opérateur. L’opérateur peut s’aider d’un outil comme une pince ou un crochet monté sur un manche pour avoir accès à l’intérieur de la pièce creuse cylindrique. Cependant, cette opération présente des inconvénients. Elle nécessite des interruptions fréquentes dans l’usinage d’une pièce afin que l’opérateur retire manuellement les copeaux formés à l’intérieur de la pièce. Ces interruptions prennent un temps non négligeable qui peut varier selon le niveau d’expertise de l’opérateur. Autrement dit, l’accumulation des copeaux à l’intérieur de la pièce mécanique diminue la productivité du fait d’un temps d’arrêt machine répété. Un autre inconvénient est le risque encouru par l’opérateur lors du retrait des copeaux. En effet, l’opérateur peut se blesser avec les copeaux et avec les angles vifs de la pièce. En outre, l’opérateur doit adopter une posture inhabituelle pour atteindre l’intérieur de la pièce, pouvant ainsi lui causer des troubles musculo-squelettiques.
La présente invention a pour but de remédier à au moins un de ces inconvénients et concerne un extracteur de copeaux dans une pièce mécanique creuse et un procédé d’extraction de ces copeaux, qui sont simples, efficaces et économiques.
À cet effet, l’invention propose un extracteur de copeaux pour une pièce mécanique creuse, caractérisé en ce qu’il comprend un corps qui est destiné à être monté rotatif autour d’un axe X sur une machine-outil et qui comprend :
- une mèche enroulée en hélice autour et le long de l’axe X, et
- un pion qui est situé à une extrémité de la mèche et qui s’étend le long de l’axe X, le pion étant configuré pour être fixé à la machine-outil.
Ainsi grâce à l’invention, on s’assure d’une extraction des copeaux générés par l’usinage par tournage à l’intérieur d’une pièce mécanique creuse, comme un arbre de turbomachine d’aéronef. En effet, la forme en hélice de la mèche de l’extracteur permet de récupérer les copeaux autour de cette mèche du fait de la rotation de l’extracteur. À la manière d’un tire-bouchon, les copeaux remontent le long de l’axe de l’extracteur à mesure de la rotation de l’extracteur. Une fois les copeaux solidarisés à l’extracteur, l’ensemble est retiré de la pièce. De la sorte, les copeaux peuvent être enlevés facilement de l’intérieur de la pièce pendant l’usinage.
En outre, grâce à l’invention, on s’assure de préserver l’intégrité physique, et donc la santé, de l’opérateur. En effet, l’extracteur est monté sur une machine-outil qui est configurée pour effectuer les opérations d’extraction des copeaux à la place de l’opérateur. Ainsi, l’opérateur ne s’approche pas de la pièce usinée et ne risque pas de se blesser avec les copeaux ou les bords saillants de la pièce.
Encore, grâce à l’invention, on s’assure d’une amélioration du rendement de production de la pièce mécanique creuse. En effet, l’extracteur étant monté sur la machine-outil, la procédure d’extraction des copeaux peut être automatisée et ainsi permettre une diminution du temps d’arrêt machine.
L’extracteur selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- le corps comprend en outre une rondelle circulaire qui s’étend autour de l’axe X et qui est montée entre le pion et la mèche ;
- la mèche comporte une première partie inscrite dans un cône ou un tronc de cône, la mèche comportant une extrémité libre située du côté d’une extrémité de plus petit diamètre de ce cône ou tronc de cône ;
- la mèche comporte une seconde partie inscrite dans un cylindre et intercalée entre la première partie et le pion ou la rondelle ;
- l’extrémité libre a une forme de crochet ;
- la mèche présente un premier diamètre maximal D et un second diamètre minimal d, au niveau de l’extrémité libre, avec d qui est compris entre 0,1.D et 0,5.D, de préférence entre 0,1.D et 0,3D, et plus préférentiellement égal à 0,2.D ;
- la rondelle présente un diamètre externe R compris entre 1,2.D et 2.D, et de préférence, entre 1,3.D et 1,7.D et plus préférentiellement égal à 1,5.D ;
- le premier diamètre maximal D est compris entre 5 cm et 50 cm ;
La présente invention concerne également une machine-outil, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins une broche porte-outil munie d’un extracteur tel que décrit précédemment.
La présente invention concerne également un procédé d’extraction de copeaux dans une pièce mécanique creuse au moyen d’un extracteur tel que décrit précédemment, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes consistant à :
a) monter l’extracteur en fixant son pion dans une broche porte-outil de la machine-outil de sorte que l’extracteur puisse être actionné ;
b) aligner axialement l’extracteur et la pièce creuse ;
c) entraîner l’extracteur dans un premier sens de rotation ;
d) introduire axialement l’extracteur en rotation à l’intérieur de la pièce de sorte que des copeaux à l’intérieur de la pièce soient attrapés par la mèche ;
e) stopper tout mouvement de l’extracteur ; et
f) extraire l’extracteur de la pièce avec les copeaux.
Le procédé d’extraction selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- l’introduction de l’extracteur à l’étape d) est effectuée avec une vitesse de translation axiale comprise entre 1 m/min et 5 m/min ;
- l’étape e) comporte des sous-étapes consistant à :
- stopper l’introduction axiale de l’extracteur pendant que l’extracteur se meut en rotation, puis
- stopper la rotation de l’extracteur ;
- le procédé comprend, après l’étape f), une étape de nettoyage de l’extracteur comportant des sous-étapes consistant à :
- positionner verticalement l’extracteur en dehors de la pièce creuse, et
- entraîner l’extracteur dans un second sens de rotation, inverse au premier sens de rotation, de sorte que les copeaux attrapés par l’extracteur se désengagent de la mèche ;
- la vitesse de rotation de l’extracteur est comprise entre 25 et 300 tr/min
- le procédé est appliqué à une pièce aéronautique, et en particulier, d’une turbomachine d’aéronef, telle qu’un arbre.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 est une vue schématique en perspective d’un extracteur selon une forme de réalisation de l’invention ;
la figure 2 est une vue schématique de profil de l’extracteur de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue schématique de profil et en coupe de l’extracteur de la figure 1 et d’une pièce mécanique dans laquelle est engagé l’extracteur et illustre des étapes (figures 3A à 3E) d’un procédé d’extraction de copeaux selon l’invention ;
la figure 4 est une vue schématique de profil et en coupe de l’extracteur de la figure 1 et de la pièce mécanique de la figure 3 et illustre d’autres étapes (figures 4A à 4C) du procédé selon l’invention ; et
la figure 5 est un schéma-blocs illustrant les étapes du procédé d’extraction de copeaux selon les figures 3 et 4.
Description détaillée de l'invention
Dans ce qui suit, la pièce mécanique creuse est un arbre d’une turbomachine d’aéronef. Il apparaît évident que cet exemple n’est pas limitatif et que l’invention peut être utilisée pour tout type de pièce mécanique creuse, qu’elle soit réalisée dans un matériau métallique ou un matériau plastique.
On se réfère à présent aux figures 1 et 2, illustrant un extracteur 100 selon une forme de réalisation de l’invention.
L’extracteur 100 comprend un corps qui est destiné à être monté sur une machine-outil. Ce corps s’étend le long d’un axe X longitudinal et comporte pour l’essentiel une mèche 10 et un pion 20.
La mèche 10 est enroulée en hélice autour et le long de l’axe X. On comprend donc que la mèche 10 comporte une pluralité de spires enroulées successivement autour de l’axe X. La mèche comprend une première partie 11 et une seconde partie 12, dans le prolongement de la première.
La première partie 11 est comprise ou inscrite dans un cône ou tronc de cône qui s’étend sur une longueur l. Autrement dit, le diamètre des spires de la mèche 10 varie d’une extrémité à une autre de ce cône ou tronc de cône. L’extrémité du cône ou tronc de cône avec la plus grande section présente un premier diamètre D. L’autre extrémité du cône ou tronc de cône avec la plus petite section présente un second diamètre d. Cette extrémité du cône ou tronc de cône avec la plus petite section est une extrémité 13 libre de la mèche 10.
L’extrémité 13 libre comporte une partie recourbée, par exemple en forme de crochet, de sorte à pouvoir attraper les copeaux S lorsque l’extracteur 100 est entraîné en rotation.
Le rapport entre le premier diamètre maximal D de la plus grande section et le second diamètre minimal d de la plus petite section du cône ou tronc de cône est tel que d est compris entre 0,1.D et 0,5.D, de préférence entre 0,1.D et 0,3.D, et plus préférentiellement égal à 0,2.D.
La seconde partie 12 de la mèche 10 se situe dans le prolongement de la première partie 11. Cette seconde partie 12 prolonge l’extrémité opposée à l’extrémité 13 libre. Cette seconde partie 12 est comprise ou inscrite dans un cylindre, présentant une longueur L et dont le diamètre est égal au diamètre D de la plus grande section du cône ou tronc de cône de la première partie 11. Le rapport entre la longueur de la première partie 11 et de la seconde partie 12 est tel que l est compris entre 1,0.L et 1,5.L, de préférence entre 1,1.L et 1,3.L, et plus préférentiellement égal à 1,2.L.
On comprend donc que la seconde partie 12 est sensiblement plus courte que la première partie 11.
Dans les deux parties 11, 12 de la mèche 10, les spires présentent un écartement ou pas P constant tel que P est compris entre 0,2.D et 0,6.D, de préférence entre 0,3.D et 0,5.D, et plus préférentiellement égal à 0,4.D.
Le pion 20 de la mèche 10 est situé à l’extrémité de la seconde partie 12 de la mèche. Compte-tenu de ce qui précède, le pion 20 est situé du côté opposé de la première partie 11. Autrement dit, le pion 20 peut être considéré comme une extrémité du corps de l’extracteur 100 et l’extrémité 13 libre comme une autre extrémité du corps de l’extracteur.
Le pion 20 est de forme cylindrique et est conçu pour être fixé à une machine-outil par l’intermédiaire d’une broche porte-outil. Le pion 20 permet à la machine-outil de mettre en mouvement l’extracteur. Par ailleurs, les dimensions du pion 20 sont dépendantes du type de broche porte-outil dans laquelle le pion 20 est destiné à être fixé.
L’extracteur 100 peut comporter, en outre, une rondelle 30 circulaire montée, perpendiculairement à l’axe X longitudinal, entre le pion 20 et la mèche 10. La rondelle 30 est montée solidaire avec le pion 20 et la mèche 10 par l’intermédiaire d’une couronne 21 prolongeant le pion 20. La couronne 21 est centrée sur l’axe X longitudinal de l’extracteur 100 et est rattachée à l’extrémité du pion 20 par l’intermédiaire de plusieurs rayons 22, s’étendant radialement du pion 20 à la couronne 21 dans un plan perpendiculaire à l’axe X longitudinal. La rondelle 30 forme ainsi une retenue axiale qui permet d’empêcher les copeaux S de s’engager autour du pion 20 et, plus particulièrement, autour de la fixation destinée à maintenir le pion 20 dans la broche porte-outil. La rondelle 30 présente un diamètre externe R tel que R est compris entre 1,2.D et 2,0.D, de préférence entre 1,3.D et 1,7.D, et préférentiellement égal à 1,5.D.
L’extracteur 100 peut être réalisé en un matériau métallique, par exemple en acier inoxydable, résistant au contact avec des copeaux S dont la dureté peut être variable.
La mèche 10 de l’extracteur 100 peut avoir un diamètre compris entre 3 mm et 20 mm, et de préférence compris entre 6 mm et 12 mm.
Le premier diamètre D peut être compris entre 5 cm et 50 cm.
La longueur L peut être comprise entre 50 mm et 400 mm.
De la sorte, l’extracteur 100 peut être adapté à des arbres de différentes dimensions en termes de longueur ou de diamètre interne.
La Demanderesse a également mis au point une machine-outil comportant une broche 300 porte-outil munie d’un extracteur 100 tel que décrit dans ce qui précède. Cette machine-outil peut être une machine à commande numérique permettant des opérations de tournage ou de fraisage. Une telle machine-outil permet d’usiner par tournage des arbres 200 creux, et plus particulièrement la surface 202 annulaire ou cylindrique interne de ces arbres 200. Cette opération est réalisée au moyen de plaquettes, fixées sur un outil porte-plaquettes, qui viennent enlever de la matière à l’intérieur de l’arbre 200.
La Demanderesse a également mis au point un procédé permettant l’extraction de copeaux S d’un arbre 200 creux.
On se réfère à présent aux figures 3 et 4 illustrant les étapes du procédé 400 d’extraction de copeaux S au moyen d’un extracteur 100 tel que décrit dans ce qui précède.
Au cours d’une étape 402, le pion 20 de l’extracteur 100 est fixé dans une broche 300 porte-outil d’une machine-outil de sorte que l’extracteur 100 puisse être actionné par la machine-outil.
Au cours d’une étape 404, illustrée sur la figure 3A, l’extracteur 100 est aligné axialement avec l’arbre 200 de sorte que l’axe longitudinal de l’arbre 200 se confonde sensiblement avec l’axe X longitudinal de l’extracteur.
À une étape 406, illustrée sur la figure 3B, l’extracteur 100 est entraîné dans un premier sens de rotation par la broche 300 porte-outil. La vitesse de rotation de l’extracteur 100 dans le premier sens de rotation est comprise entre 25 tr/min et 300 tr/min, et de préférence entre 100 tr/min et 200 tr/min. Le premier sens de rotation peut être dans un sens horaire ou antihoraire, déterminé par l’orientation du pas, à gauche ou à droite, de la mèche 10.
Au cours d’une étape 408, l’extracteur 100 est introduit axialement en rotation à l’intérieur de l’arbre 200 de sorte que les copeaux S à l’intérieur de l’arbre 200 soient attrapés par la mèche 10, ce qui est illustré à la figure 3C par des flèches. La rondelle 30 qui forme une retenue axiale pour les copeaux S empêche les copeaux S de s’engager autour de la fixation maintenant le pion 20 monté dans la broche 300 porte-outil. L’introduction de l’extracteur est effectuée avec une vitesse de translation axiale comprise entre 1 m/min et 5 m/min, et de préférence entre 2 m/min et 3 m/min.
À une étape 410, illustrée sur la figure 3D, tout mouvement de l’extracteur 100 est stoppé.
Une sous-étape 410a et une sous-étape 410b peuvent être réalisées au cours de l’étape 410 du procédé d’extraction. Au cours de la sous-étape 410a, la translation axiale de l’extracteur 100 est arrêtée à l’intérieur de l’arbre 200 creux tandis que la rotation de l’extracteur 100 est maintenue. On comprend que l’extracteur 100 continue de tourner à l’intérieur de l’arbre 200 mais n’avance plus. À la sous-étape 410b, la rotation de l’extracteur 100 est arrêtée. Un intermède sépare les deux sous-étapes 410a et 410b. Cet intermède est compris entre 2 et 10 secondes, et de préférence entre 2 et 4 secondes.
Au cours d’une étape 412, illustrée par la figure 3E, l’extracteur 100 est extrait de l’arbre 200 creux. Le retrait de l’extracteur 100 est symbolisé par une flèche sur la figure 3E. À cette étape, les copeaux S sont engagés dans les spires de l’extracteur 100 et l’intérieur de l’arbre 200 est dégagé des copeaux S.
Une étape 414 de nettoyage, illustrée sur la figure 4, peut être réalisée à la suite de l’étape 412. Cette étape 414 consiste à retirer les copeaux S attrapés par l’extracteur 100 durant le procédé d’extraction. L’étape 414 comporte une première sous-étape durant laquelle l’extracteur 100 est positionné verticalement en dehors de l’arbre 200, comme montré sur la figure 4A. On comprend que l’extrémité 13 libre de la mèche est orientée vers le bas suite au déplacement de l’extracteur 100 par la broche 300 porte-outil de la machine-outil. Une seconde sous-étape, illustrée sur la figure 4B, suit la première et consiste à entrainer l’extracteur 100 dans un second sens de rotation, inverse au premier sens de rotation. La vitesse de rotation de l’extracteur 100 dans le second sens de rotation est comprise entre 25 tr/min et 300 tr/min, et de préférence entre 100 tr/min et 200 tr/min. La rondelle 30 empêchant les copeaux S de s’engager autour de la fixation maintenant le pion 20 dans la broche 300 et sous l’effet de la force centrifuge due à la rotation, les copeaux S attrapés par la mèche 10 se désengagent de l’extracteur 100 en glissant le long des spires, comme indiqué par la flèche sur la figure 4B. L’extracteur se retrouve alors sans copeaux S, comme illustré sur la figure 4C, et peut être utiliser à nouveau.
Un tel procédé 400 peut être exécuté de façon automatique par une machine-outil à commande numérique. Le procédé 400 peut également être directement inclut dans le procédé de fabrication d’un arbre 200 compresseur.
Un tel procédé 400 peut être reproduit plusieurs fois afin de retirer les copeaux S de l’intérieur de l’arbre 200 creux qui se forment au cours de l’usinage.
L’invention présente ainsi l’avantage d’améliorer l’extraction des copeaux générés par l’usinage par tournage à l’intérieur d’une pièce mécanique creuse. En effet, la forme en hélice de l’extracteur 100 permet de récupérer les copeaux S autour de la mèche 10 du fait de la rotation de l’extracteur 100. De la sorte, les copeaux S peuvent être retirés facilement pendant l’usinage de l’arbre. De plus, la rondelle 30 empêche les copeaux S de s’accumuler sur la broche porte-outil. Ainsi, les copeaux S demeurent sur la mèche 10 et peuvent en être aisément enlevés pour permettre un réemploi de l’extracteur 100.
Un autre avantage est de préserver l’intégrité physique, et donc la santé, de l’opérateur. En effet, l’extracteur 100 est monté sur une machine-outil qui est configurée pour effectuer les opérations d’extraction des copeaux S à la place de l’opérateur. Ainsi, l’opérateur ne s’approche pas de la pièce usinée et ne risque pas de se blesser avec les copeaux S ou les bords saillants de la pièce.
En outre, un autre avantage est de permettre une amélioration de la productivité. En effet, l’extracteur 100 étant monté sur la machine-outil, la procédure d’extraction des copeaux S peut être automatisée et ainsi permettre une diminution du temps d’arrêt machine.

Claims (11)

  1. Extracteur (100) de copeaux (S) pour une pièce (200) mécanique creuse, caractérisé en ce qu’il comprend un corps qui est destiné à être monté rotatif autour d’un axe (X) sur une machine-outil et qui comprend :
    - une mèche (10) enroulée en hélice autour et le long de l’axe (X), et
    - un pion (20) qui est situé à une extrémité de ladite mèche et qui s’étend le long de l’axe (X), ledit pion (20) étant configuré pour être fixé à la machine-outil.
  2. Extracteur (100) selon la revendication précédente, dans lequel le corps comprend en outre une rondelle (30) circulaire qui s’étend autour de l’axe (X) et qui est montée entre le pion (20) et la mèche (10).
  3. Extracteur (100) selon la revendication 2, dans lequel la mèche (10) comporte une première partie (11) inscrite dans un cône ou un tronc de cône, la mèche comportant une extrémité libre (13) située du côté d’une extrémité de plus petit diamètre de ce cône ou tronc de cône.
  4. Extracteur (100) selon la revendication précédente, dans lequel la mèche (10) comporte une seconde partie (12) inscrite dans un cylindre et intercalée entre la première partie (11) et ledit pion ou ladite rondelle (30).
  5. Extracteur (100) selon l’une des revendications 3 ou 4, dans lequel ladite extrémité libre (13) a une forme de crochet.
  6. Extracteur (100) selon l’une des revendications 3 à 5, dans lequel le corps comporte un premier diamètre maximal D et un second diamètre minimal d situé au niveau de l’extrémité libre (13), avec d qui est compris entre 0,1.D et 0,5.D, de préférence entre 0,1.D et 0,3.D, et plus préférentiellement égal à 0,2.D.
  7. Extracteur (100) selon la revendication précédente, dans lequel le premier diamètre D est compris entre 5 cm et 50 cm.
  8. Machine-outil caractérisée en ce qu’elle comprend au moins une broche (300) porte-outil munie d’un extracteur (100) de copeaux (S) tel que décrit à l’une des revendications précédentes.
  9. Procédé d’extraction (100) de copeaux (S) à l’intérieur d’une pièce (200) mécanique creuse au moyen d’un extracteur (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes consistant à :
    1. monter l’extracteur (100) en fixant son pion (20) dans une broche (300) porte-outil d’une machine-outil de sorte que l’extracteur puisse être actionné par la machine-outil ;
    2. aligner axialement l’extracteur (100) et la pièce (200) creuse ;
    3. entraîner l’extracteur (100) dans un premier sens de rotation ;
    4. introduire axialement l’extracteur (100) en rotation à l’intérieur de la pièce (200) de sorte que des copeaux (S) à l’intérieur de la pièce (200) soient attrapés par la mèche (10) ;
    5. stopper tout mouvement de l’extracteur (100) ; et
    6. extraire l’extracteur (100) de la pièce (200) avec lesdits copeaux.
  10. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’étape e) comporte des sous-étapes consistant à :
    - stopper l’introduction axiale de l’extracteur (100) pendant que l’extracteur (100) se meut en rotation, puis
    - stopper la rotation de l’extracteur (100).
  11. Procédé selon l’une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce qu’il comprend, après l’étape f), une étape de nettoyage de l’extracteur comportant des sous-étapes consistant à :
    - positionner l’extracteur (100) verticalement dans une zone hors de la pièce (200), et
    - entraîner l’extracteur (100) dans un second sens de rotation, inverse au premier sens de rotation, de sorte que les copeaux (S) attrapés par l’extracteur (100) se désengagent de la mèche (10).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006075953A (ja) * 2004-09-10 2006-03-23 Amada Co Ltd 切粉排出装置
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