FR3123581A1 - Mesure d’efforts de coupe lors d’un essai de brochage - Google Patents

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Abstract

Outillage (1) destiné à la mise en œuvre d’un procédé de mesure d’efforts de coupe lors d’un essai de brochage, l’outillage (1) comprenant : - une machine-outil (2) présentant un repère de référence comprenant trois axes Xm, Ym, Zm orthogonaux entre eux, la machine-outil (2) comprenant une table (3) et une tête (4), la table (3) et/ou la tête (4) étant mobiles en translation suivant les trois axes Xm, Ym, Zm de la machine-outil (2) ; - un élément de broche (5) fixé sur la table (3) via un premier montage (6), l’élément de broche (5) comprenant une rangée de dents (7), le premier montage (6) comprenant un élément de mesure d’efforts (8) configuré pour mesurer des efforts de coupe appliqués sur l’élément de broche (5) lors d’un essai de brochage ; - une éprouvette fixée à la tête (4) via un second montage (10), l’éprouvette comprenant une alvéole apte à être brochée par l’élément de broche (5). Figure pour l'abrégé : 1

Description

MESURE D’EFFORTS DE COUPE LORS D’UN ESSAI DE BROCHAGE
Domaine technique de l'invention
La présente invention se rapporte à un procédé de mesure d’efforts de coupe lors d’un essai de brochage, et à un outillage destiné à la mise en œuvre d’un tel procédé.
Arrière-plan technique
Le brochage est une technique d’usinage utilisant le déplacement rectiligne d’une broche montée sur une brocheuse pour réaliser une alvéole aux formes plus ou moins complexes dans une pièce montée sur une table de la brocheuse.
Les motoristes utilisent notamment le brochage pour réaliser les alvéoles d’un disque mobile, les alvéoles étant chacune destinée à recevoir le pied d’une aube. Les alvéoles peuvent par exemple avoir une section en forme de queue d’aronde ou en forme de pied de sapin.
Le brochage présente l’avantage de pouvoir répondre, de manière répétée, aux fines tolérances géométriques et dimensionnelles souhaitées pour ces alvéoles.
Une broche comprend une succession d’arêtes de coupe, sous forme de dentures, dont les profils évoluent progressivement d’une dent à l’autre, de manière à retirer une certaine quantité de matière à chaque passage de dent. Généralement, plusieurs éléments de broche sont mis bout-à-bout de sorte à former une broche ou un train de broche (ou encore un jeu de broche), chacun des éléments de broche pouvant être dédié à l’ébauche, la semi-finition ou la finition. Une broche ou un train de broche peut mesurer plusieurs mètres.
Les motoristes cherchent à développer des modèles permettant notamment d’optimiser la conception des broches.
Pour valider ces modèles, il est primordial de récupérer des données précises sur les efforts de coupe lors d’essais de brochage, en fonction notamment des caractéristiques de la broche et de l’alvéole, et des paramètres de coupe choisis.
Pour répondre à cette problématique, une solution pourrait être d’obtenir indirectement les efforts de coupe en mesurant les puissances sur les différents actionneurs de la brocheuse. Toutefois, une telle solution donne des résultats approximatifs puisque les efforts sont obtenus indirectement.
Ainsi, il paraît nécessaire de développer un outillage ainsi qu’un procédé permettant de récolter les efforts de coupe souhaités lors de divers essais de brochage.
Les motoristes se trouvent confrontés à de nombreuses difficultés pour développer un outillage adapté à une brocheuse conventionnelle. En effet, les brocheuses conventionnelles sont généralement compactes, les espaces disponibles autour de la zone de coupe étant ainsi limités et difficilement accessibles. En outre, le prix d’achat d’une brocheuse conventionnelle est important, il est ainsi rare d’avoir à disposition une brocheuse dans un atelier pour réaliser des essais de brochage.
L’objectif de la présente invention est donc d’apporter une solution simple, efficace et économique permettant de répondre à la problématique précitée, à savoir de développer un outillage ainsi qu’un procédé permettant de récolter les efforts de coupe souhaités lors de divers essais de brochage.
L’invention propose ainsi un procédé de mesure d’efforts de coupe lors d’un essai de brochage au moyen d’un outillage comprenant :
- une machine-outil comprenant une table et une tête, la table et/ou la tête étant mobiles en translation ;
- un élément de broche fixé sur la table via un premier montage, l’élément de broche présentant un repère de référence comprenant trois axes Xb, Yb, Zb orthogonaux entre eux, l’élément de broche comprenant une rangée de dents s’étendant suivant l’axe Zb de l’élément de broche ;
- une éprouvette fixée à la tête via un second montage, l’éprouvette présentant un repère de référence comprenant trois axes Xe, Ye, Ze orthogonaux entre eux, l’éprouvette comprenant une alvéole s’étendant suivant l’axe Ze de l’éprouvette ;
le procédé comprenant les étapes consistant à :
c) aligner respectivement les plans XeZe, YeZe de l’éprouvette avec les plans XbZb, YbZb de l’élément de broche de sorte à aligner l’alvéole avec les dents de l’élément de broche ;
d) brocher l’alvéole de l’éprouvette via l’élément de broche en déplaçant en translation la table ou la tête suivant l’axe Zb de l’élément de broche ;
e) mesurer les efforts de coupe appliqués sur l’élément de broche via un élément de mesure d’efforts intégré au premier montage.
Un tel procédé présente l’avantage de pouvoir être mis en œuvre sur différents types de machines-outils, et notamment des machines-outils qui sont initialement destinées à un autre usage que le brochage et largement répandues dans les ateliers.
Un tel procédé permet de mesurer directement les efforts de coupe appliqués sur l’élément de broche via l’élément de mesure d’efforts qui est intégré au premier montage, au bénéfice de la précision des résultats obtenus.
Un tel procédé a été spécialement développé pour des éprouvettes présentant initialement des alvéoles aptes à être brochées. L’étape c) du procédé permet de garantir un bon alignement de l’alvéole avec les dents de l’élément de broche, au bénéfice également de la précision des résultats obtenus.
Un tel procédé permet ainsi de récolter rapidement et avec précision des données sur les efforts de coupe lors de divers essais de brochage, en fonction notamment des caractéristiques de l’élément de broche et de l’alvéole, et des paramètres de coupe choisis.
Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques et/ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- la machine-outil présente un repère de référence comprenant trois axes Xm, Ym, Zm orthogonaux entre eux, la tête étant mobile en translation suivant les trois axes Xm, Ym, Zm de la machine-outil, le procédé comprenant avant l’étape c) les étapes consistant à :
a) positionner l’élément de broche sur la table via le premier montage de sorte que les axes Xb, Yb, Zb de l’élément de broche soient respectivement parallèles aux axes Xm, Ym, Zm de la machine-outil ;
b) positionner l’éprouvette sur la tête via le second montage de sorte que les axes Xe, Ye, Ze de l’éprouvette soient respectivement parallèles aux axes Xm, Ym, Zm de la machine-outil ;
- l’étape c) comprend les sous-étapes consistant à :
c1) aligner le plan XeZe de l’éprouvette avec le plan XbZb de l’élément de broche en déterminant un intervalle Jy correspondant à la distance suivant l’axe Ym de la machine-outil entre le plan XbZb de l’élément de broche et le XeZe de l’éprouvette via l’utilisation d’une première cale-étalon et la résolution par calcul d’une première chaine de cotes ;
c2) aligner le plan YeZe de l’éprouvette avec le plan YbZb de l’élément de broche en déterminant un intervalle Jx correspondant à la distance suivant l’axe Xm de la machine-outil entre le plan YbZb de l’élément de broche et le plan YeZe de l’éprouvette via l’utilisation d’une seconde cale-étalon et la résolution par calcul d’une seconde chaine de cotes ;
- la sous-étape c1) comprend les sous-sous-étapes consistant à :
c11) déplacer en translation la tête suivant l’axe Ym de la machine-outil jusqu’à faire tangenter la première cale-étalon entre une première facette du premier montage qui est perpendiculaire à l’axe Yb de l’élément de broche et une première face du second montage qui est perpendiculaire à l’axe Ye de l’éprouvette ;
c12) déterminer l’intervalle Jy à partir de la première chaine de cote, l’intervalle Jy étant déterminé par la résolution du calcul suivant :
Jy = |Cy1| - |Cy2| + |Cy3|
où Cy1 correspond à la distance suivant l’axe Ym de la machine-outil entre le plan XbZb de l’élément de broche et la première facette, Cy2 correspond à l’épaisseur de la première cale-étalon suivant l’axe Ym de la machine-outil, et Cy3 correspond à la distance suivant l’axe Ym de la machine-outil entre la première face et le plan XeZe de l’éprouvette ;
c13) aligner le plan XeZe de l’éprouvette avec le plan XbZb de l’élément de broche en déplaçant en translation la tête suivant l’axe Ym de la machine-outil de l’intervalle Jy déterminé ;
- la sous-étape c2) comprend les sous-sous-étapes consistant à :
c21) déplacer en translation la tête suivant l’axe Xm de la machine-outil jusqu’à faire tangenter la seconde cale-étalon entre une seconde facette du premier montage qui est perpendiculaire à l’axe Xb de l’élément broche et une seconde face du second montage qui est perpendiculaire à l’axe Xe de l’éprouvette ;
c22) déterminer l’intervalle Jx à partir de la seconde chaine de cote, l’intervalle Jx étant déterminé par la résolution du calcul suivant :
Jx = |Cx1| + |Cx2| - |Cx3|
où Cx1 correspond à la distance suivant l’axe Xm de la machine-outil entre le plan YbZb de l’élément de broche et la seconde facette, Cx2 correspond à l’épaisseur de la seconde cale-étalon suivant l’axe Xm de la machine-outil, et Cx3 correspond à la distance suivant l’axe Xm de la machine-outil entre la seconde face et le plan YeZe de l’éprouvette ;
c23) aligner le plan YeZe de l’éprouvette avec le plan YbZb de l’élément de broche en déplaçant en translation la tête suivant l’axe Xm de la machine-outil de l’intervalle Jx déterminé.
La présente invention concerne également un outillage destiné à la mise en œuvre du procédé tel que décrit précédemment, l’outillage comprenant :
- une machine-outil présentant un repère de référence comprenant trois axes Xm, Ym, Zm orthogonaux entre eux, la machine-outil comprenant une table et une tête, la table et/ou la tête étant mobiles en translation suivant les trois axes Xm, Ym, Zm de la machine-outil ;
- un élément de broche fixé sur la table via un premier montage, l’élément de broche comprenant une rangée de dents, le premier montage comprenant un élément de mesure d’efforts configuré pour mesurer des efforts de coupe appliqués sur l’élément de broche lors d’un essai de brochage ;
- une éprouvette fixée à la tête via un second montage, l’éprouvette comprenant une alvéole apte à être brochée par l’élément de broche.
Un tel outillage permet de réaliser des essais de brochage sur différents types de machines-outils, et notamment des machines-outils qui sont initialement destinées à un autre usage que le brochage et largement répandues dans les ateliers, comme par exemple une fraiseuse.
Un tel outillage intègre un élément de mesure d’efforts dans le premier montage afin de mesurer directement les efforts de coupe appliqués sur l’élément de broche, au bénéfice de la précision des résultats obtenus.
Un tel outillage a été spécialement développé pour des éprouvettes présentant initialement des alvéoles aptes à être brochées. Les mobilités de la machine-outil permettent de garantir un bon alignement de l’alvéole avec les dents de l’élément de broche, au bénéfice également de la précision des résultats obtenus.
Un tel outillage est simple tout en étant suffisamment rigide pour récolter rapidement et avec précision des données sur les efforts de coupe lors de divers essais de brochage, en fonction notamment des caractéristiques de l’élément de broche et de l’alvéole, et des paramètres de coupe choisis.
L’outillage selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques et/ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- l’élément de mesure d’efforts est un dynamomètre piézoélectrique ;
- l’axe Zm de la machine-outil est vertical, les dents de l’élément de broche s’étendant suivant un axe Zb de l’élément de broche qui est parallèle à l’axe Zm de la machine-outil ;
- l’élément de mesure d’efforts est monté entre un support monté sur la table et un porte-broche sur lequel l’élément de broche est mis et maintenu en position ;
- l’éprouvette est mise et maintenue en position sur un porte-éprouvette qui est lui-même monté sur la tête de la machine-outil.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
la est une première vue en perspective de l’outillage selon l’invention ;
la est une seconde vue en perspective de l’outillage selon l’invention ;
la est une vue en perspective d’un élément de broche stylisé de l’outillage ;
la est une première vue en perspective d’un premier montage de l’élément de broche sur une table d’une machine-outil de l’outillage ;
la est une seconde vue en perspective du premier montage de l’élément de broche sur la table de la machine-outil ;
la est une vue de face du premier montage de l’élément de broche ;
la est une vue en coupe du premier montage de l’élément de broche selon un plan A-A de la ;
la est une vue de détail de la ;
la est une vue en perspective d’une éprouvette de l’outillage ;
la est une vue en perspective d’un second montage de l’éprouvette sur une tête de la machine-outil ;
la est une vue de face du second montage de l’éprouvette ;
la est une vue en coupe du second montage de l’éprouvette selon un plan B-B de la ;
la est une vue de dessous du second montage de l’éprouvette ;
la est une vue de détail de la ;
la est une vue illustrant une sous-étape consistant à aligner le plan YeZe de l’éprouvette avec le plan YbZb de l’élément de broche ;
la est une vue illustrant une sous-étape consistant à aligner le plan XeZe de l’éprouvette avec l’axe XbZb de l’élément de broche ;
la est une vue illustrant une sous-étape consistant à aligner le plan XeYe de l’éprouvette avec le plan XbYb de l’élément de broche.

Claims (10)

  1. Procédé de mesure d’efforts de coupe lors d’un essai de brochage au moyen d’un outillage (1) comprenant :
    - une machine-outil (2) comprenant une table (3) et une tête (4), la table (3) et/ou la tête (4) étant mobiles en translation ;
    - un élément de broche (5) fixé sur la table (3) via un premier montage (6), l’élément de broche (5) présentant un repère de référence comprenant trois axes Xb, Yb, Zb orthogonaux entre eux, l’élément de broche (5) comprenant une rangée de dents (7) s’étendant suivant l’axe Zb de l’élément de broche (5) ;
    - une éprouvette (9) fixée à la tête (4) via un second montage (10), l’éprouvette (9) présentant un repère de référence comprenant trois axes Xe, Ye, Ze orthogonaux entre eux, l’éprouvette (9) comprenant une alvéole (11) s’étendant suivant l’axe Ze de l’éprouvette (9) ;
    le procédé comprenant les étapes consistant à :
    c) aligner respectivement les plans XeZe, YeZe de l’éprouvette (9) avec les plans XbZb, YbZb de l’élément de broche (5) de sorte à aligner l’alvéole (11) avec les dents (7) de l’élément de broche (5) ;
    d) brocher l’alvéole (11) de l’éprouvette (9) via l’élément de broche (5) en déplaçant en translation la table (3) ou la tête (4) suivant l’axe Zb de l’élément de broche (5) ;
    e) mesurer les efforts de coupe appliqués sur l’élément de broche (5) via un élément de mesure d’efforts (8) intégré au premier montage (6).
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la machine-outil (2) présente un repère de référence comprenant trois axes Xm, Ym, Zm orthogonaux entre eux, la tête (4) étant mobile en translation suivant les trois axes Xm, Ym, Zm de la machine-outil (2), le procédé comprenant avant l’étape c) les étapes consistant à :
    a) positionner l’élément de broche (5) sur la table (3) via le premier montage (6) de sorte que les axes Xb, Yb, Zb de l’élément de broche (5) soient respectivement parallèles aux axes Xm, Ym, Zm de la machine-outil (2) ;
    b) positionner l’éprouvette (9) sur la tête (4) via le second montage (10) de sorte que les axes Xe, Ye, Ze de l’éprouvette (9) soient respectivement parallèles aux axes Xm, Ym, Zm de la machine-outil (2).
  3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’étape c) comprend les sous-étapes consistant à :
    c1) aligner le plan XeZe de l’éprouvette (9) avec le plan XbZb de l’élément de broche (5) en déterminant un intervalle Jy correspondant à la distance suivant l’axe Ym de la machine-outil (2) entre le plan XbZb de l’élément de broche (5) et le plan XeZe de l’éprouvette (9) via l’utilisation d’une première cale-étalon (61) et la résolution par calcul d’une première chaine de cotes (62) ;
    c2) aligner le plan YeZe de l’éprouvette (9) avec le plan YbZb de l’élément de broche (5) en déterminant un intervalle Jx correspondant à la distance suivant l’axe Xm de la machine-outil (2) entre le plan YbZb de l’élément de broche (5) et le plan YeZe de l’éprouvette (9) via l’utilisation d’une seconde cale-étalon (63) et la résolution par calcul d’une seconde chaine de cotes (64).
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la sous-étape c1) comprend les sous-sous-étapes consistant à :
    c11) déplacer en translation la tête (4) suivant l’axe Ym de la machine-outil (2) jusqu’à faire tangenter la première cale-étalon (61) entre une première facette (32) du premier montage (6) qui est perpendiculaire à l’axe Yb de l’élément de broche (5) et une première face (58) du second montage (10) qui est perpendiculaire à l’axe Ye de l’éprouvette (9) ;
    c12) déterminer l’intervalle Jy à partir de la première chaine de cotes (62), l’intervalle Jy étant déterminé par la résolution du calcul suivant :
    Jy = |Cy1| - |Cy2| + |Cy3|
    où Cy1 correspond à la distance suivant l’axe Ym de la machine-outil (2) entre le plan XbZb de l’élément de broche (5) et la première facette (32), Cy2 correspond à l’épaisseur de la première cale-étalon (61) suivant l’axe Ym de la machine-outil (2), et Cy3 correspond à la distance suivant l’axe Ym de la machine-outil (2) entre la première face (58) et le plan XeZe de l’éprouvette (9) ;
    c13) aligner le plan XeZe de l’éprouvette (9) avec le plan XbZb de l’élément de broche (5) en déplaçant en translation la tête (4) suivant l’axe Ym de la machine-outil (2) de l’intervalle Jy déterminé.
  5. Procédé selon l’une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la sous-étape c2) comprend les sous-sous-étapes consistant à :
    c21) déplacer en translation la tête (4) suivant l’axe Xm de la machine-outil (2) jusqu’à faire tangenter la seconde cale-étalon (63) entre une seconde facette (33) du premier montage (6) qui est perpendiculaire à l’axe Xb de l’élément de broche (5) et une seconde face (59) du second montage (10) qui est perpendiculaire à l’axe Xe de l’éprouvette (9) ;
    c22) déterminer l’intervalle Jx à partir de la seconde chaine de cotes (64), l’intervalle Jx étant déterminé par la résolution du calcul suivant :
    Jx = |Cx1| + |Cx2| - |Cx3|
    où Cx1 correspond à la distance suivant l’axe Xm de la machine-outil (2) entre le plan YbZb de l’élément de broche (5) et la seconde facette (33), Cx2 correspond à l’épaisseur de la seconde cale-étalon (63) suivant l’axe Xm de la machine-outil (2), et Cx3 correspond à la distance suivant l’axe Xm de la machine-outil (2) entre la seconde face (59) et le plan YeZe de l’éprouvette (9) ;
    c23) aligner le plan YeZe de l’éprouvette (9) avec le plan YbZb de l’élément de broche (5) en déplaçant en translation la tête (4) suivant l’axe Xm de la machine-outil (2) de l’intervalle Jx déterminé.
  6. Outillage (1) destiné à la mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications 1 à 5, l’outillage (1) comprenant :
    - une machine-outil (2) présentant un repère de référence comprenant trois axes Xm, Ym, Zm orthogonaux entre eux, la machine-outil (2) comprenant une table (3) et une tête (4), la table (3) et/ou la tête (4) étant mobiles en translation suivant les trois axes Xm, Ym, Zm de la machine-outil (2) ;
    - un élément de broche (5) fixé sur la table (3) via un premier montage (6), l’élément de broche (5) comprenant une rangée de dents (7), le premier montage (6) comprenant un élément de mesure d’efforts (8) configuré pour mesurer des efforts de coupe appliqués sur l’élément de broche (5) lors d’un essai de brochage ;
    - une éprouvette (9) fixée à la tête (4) via un second montage (10), l’éprouvette (9) comprenant une alvéole (11) apte à être brochée par l’élément de broche (5).
  7. Outillage (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’élément de mesure d’efforts (8) est un dynamomètre piézoélectrique.
  8. Outillage (1) selon l’une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que l’axe Zm de la machine-outil (2) est vertical, les dents (7) de l’élément de broche (5) s’étendant suivant un axe Zb de l’élément de broche (5) qui est parallèle à l’axe Zm de la machine-outil (2).
  9. Outillage (1) selon l’une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l’élément de mesure d’efforts (8) est monté entre un support (13) monté sur la table (3) et un porte-broche (12) sur lequel l’élément de broche (5) est mis et maintenu en position.
  10. Outillage (1) selon l’une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que l’éprouvette (9) est mise et maintenue en position sur un porte-éprouvette (41) qui est lui-même monté sur la tête (4) de la machine-outil (2).
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Citations (3)

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EP2119521A2 (fr) * 2008-05-14 2009-11-18 United Technologies Corporation Procédé et systèmes de conception d'outil de brochage
WO2016181067A1 (fr) * 2015-05-13 2016-11-17 Turbomeca Procede et systeme de simulation d'usure d'une dent d'une broche destinee au brochage d'alveoles, notamment pour disque de rotors ou de compresseurs de turbomachines
CN111390271A (zh) * 2020-03-02 2020-07-10 浙江工业大学 一种拉削力测量装置及测量数据处理方法

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