WO2004079293A2 - Outil de coupe muni de moyens de mesure - Google Patents

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23Q15/20—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work before or after the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/28—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work before or after the tool acts upon the workpiece with compensation for tool wear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool

Definitions

  • Cutting tool provided with measuring means
  • the current relates to a cutting tool provided with means and direct and continuous detection and / or detection of its wear and a tool holder for such a cutting tool.
  • It relates more particularly to a plate of sintered material (carbide, ceramic, etc.) and to its tool holder used for machining parts on machine tools.
  • Such a so-called “instrumented” cutting tool generally forms a one-piece assembly with its tool holder thereby resulting in a relatively high cost compared to a conventional tool consisting of an interchangeable removable insert and a tool holder.
  • the object of the invention is to provide an instrumented tool which is similar to conventional tools made up of two parts, thus making it possible to solve the problem of cost and also to offer the possibility of easily changing the cutting tool, in particular when the latter fails. or worn and possibly replace it with a conventional tool.
  • the subject of the present invention is a cutting tool, in particular a wafer made of sintered material, comprising a cutting edge and a probe or a micro-sensor inserted in the body of the tool near the cutting edge. section, characterized in that said probe or said micro-sensor of the tool is connected to a male contactor secured to the body of the insert capable of cooperating with a female contactor secured to a tool holder or vice versa.
  • the male contactor is partially embedded in the body of the tool.
  • the male contactor is housed in an insulating block which is integral with the underside of the tool.
  • said male contactor consists of at least one pin, preferably two pins ensuring the polarity for the transmission of the signal from the probe, advantageously made of a mixture of thermocouple material that protrudes from the underside of the tool.
  • the insertion of said pins into the tool is carried out either by laser drilling or by sintering in order to produce channels inside which the probe, the connection wires and the pins are arranged, and in this that an insulating resin ensures both the maintenance of the elements and their thermal and electrical insulation with respect to the tool.
  • said male contactor consists of two metal discs each housed in a recess formed on the underside of the tool.
  • said male contactor consists of two studs -or of balls- made of a mixture of Chromel and Alumel mounted on springs.
  • Another object of the present invention relates to a tool holder capable of receiving a cutting tool conforming to any one of the above-mentioned characteristics, characterized in that it is provided in a complementary manner to the contactors of the cutting tool.
  • the tool holder further comprises female contactors, sheathed wires ensuring connection to a second contactor housed in the tool holder in particular at its end opposite to the tool which is able to connect to a unit. analysis of information from the probe.
  • FIG. 1 is a top view of a cutting tool mounted on its tool holder according to the present invention
  • FIG. 2 is a sectional view along line l-l of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a view on a larger scale of part A of FIG. 1, according to an alternative embodiment, and - Figures 4 to 6 are views in longitudinal section of three alternative embodiments according to the present invention.
  • a cutting tool 1 in particular a carbide insert of general triangular or polygonal section which is removably mounted on its tool holder 2 and held thereon, conventionally, by means a flange and a support wedge (not shown).
  • thermocouple type probe 3 is electrically isolated by means of, for example, a resin in the wafer 1 which also makes it possible to withstand the high temperatures reached during machining operations of the order of 800 to 1,400 ° C. .
  • the probe 3 or the micro-sensor of said removable insert is connected to a male / female contactor 4 secured to the body of the insert capable of cooperating with a female / male contactor 5 secured to the tool holder 2.
  • said male contactor 4 advantageously consists of at least one pin advantageously made of a mixture of chromel and alumel which projects from the underside of the plate 1.
  • thermocouple probe the male contactor consists of two pins 4, as visible in the figures
  • a counterplate 8 can be secured to the cutting tool
  • these pins 4 can be carried out either by laser drilling or sintering in order to produce channels 9 inside which there is the probe, the connection wires 6 and the pins 4. These equipped channels 9 are then filled with an insulating resin 7 ensuring both the maintenance of the elements 3 , 6 and 4 and their electrical insulation from plate 1.
  • the tool holder 2 is provided in a complementary manner to the contactors of the plate of female contactors 5 embedded in the body of the tool holder consisting of a housing made of a mixture of chromel and alumel and whose shape is capable of receiving by friction the shape of the pins of the male contactors 4 so as to transmit the continuity of the signal from the probe 3.
  • channels 10 are produced in the tool holder 2 in order to house the female contactors 5, as well as the sheathed wires 11 ensuring the connection to a second contactor 12 housed in the tool holder 2 which is able to connect to a unit for analyzing information from probe 3.
  • This second contactor 12 is fixed to the tool holder 2, for example at its free end opposite the cutting tool 1, by means of a screw 13 and held in a sealed manner in its housing 14 by a circular joint 15 .
  • the male contactors consist of studs or balls 17 made of thermocouple materials (example Chromel and Alumel) mounted on springs (not shown) thus ensuring by cooperation with a conjugated shape 18 mounted on the tool holder 2, as visible in FIG. 5, the continuity of the signal, said studs or balls being connected similarly to the first embodiment to a second connector 12.
  • the tool holder 2 is then provided with a housing 20 for receiving such a connection block 19.
  • this added block 19 can be located upstream or downstream of the wafer 1.

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Abstract

La présente invention concerne un Outil de coupe, en particulier une plaquette en matériau fritté (1), comportant une arête de coupe et une sonde (3) ou un micro-capteur inséré dans le corps de l'outil prés de I'arête de coupe, caractérisé en ce que ladite sonde (3) ou ledit micro-capteur de l'outil est relié á un contacteur mâle (4;16;17;19) solidaire du corps de la plaquette (1) apte á coopérer avec un contacteur femelle (5 ;16b ;18 ;20) solidaire d'un porte-outil (2) ou vice-versa. Elle se rapporte également a un porte-outil (2) pour un tel outil de coupe.

Description

Outil de coupe muni de moyens de mesure
La présente . invention concerne un outil de coupe muni de moyens de mesure et/ou de détection directe et en continu de son usure et un porte-outil pour un tel outil de coupe.
Elle s© rapporte plus particulièrement â une plaquette en matériau fritte (carbure, céramique,...) et â son porte outil utilisés pour l'usinage de pièces sur des machines-outils.
On connaft déjà dans l'état de la technique antérieure, notamment par le brevet français FR 2 616 218, un tel 'outil de coupe dont une sonde ou un capteur lui est inséré près de l'arête de coupe afin de gérer notamment l'usure et les conditions de coupe par exemple.
Un tel outil de coupe dit « instrumenté » forme généralement un ensemble monobloc avec son porte-outil entraînant de fait un coût relativement important par rapport à un outillage classique constitué d'une plaquette amovible interchangeable et d'un porte-outil.
Le but de l'invention est de proposer un outillage instrumenté qui se rapproche des outillages classiques constitués en deux parties permettant ainsi de résoudre le problème du coût et également d'offrir la possibilité de changer aisément l'outil coupant notamment lorsque ce dernier est défaillant ou usé et de le remplacer éventuellement par un outil classique.
A cet effet, la présente invention a pour objet un outil de coupe, en particulier une plaquette en matériau fritte, comportant une arête de coupe et une sonde ou un micro-capteur inséré dans le corps de l'outil près de l'arête de coupe, caractérisé en ce que ladite sonde ou ledit micro-capteur de l'outil est relié à un contacteur mâle solidaire du corps de la plaquette apte à coopérer avec un contacteur femelle solidaire d'un porte-outil ou vice-versa.
Selon un mode de réalisation particulier, le contacteur mâle est noyé en partie dans le corps de l'outil.
Selon une variante de réalisation, le contacteur mâle est logé dans un bloc isolant qui est solidaire de la face inférieure de l'outil.
Selon uhe caractéristique avantageuse, ledit contacteur mâle est constitué d'au moins une broche, de préférence deux broches assurant la polarité pour la transmission du signal de la sonde, réalisée avantageusement en un mélange de matériaux thermocouple qui fait saillie de la face inférieure de l'outil.
Selon une autre caractéristique avantageuse, l'insertion desdites broches dans l'outil est effectuée soit par perçage laser soit par frittage afin de réaliser des canaux à l'intérieur desquels sont disposés la sonde, les fils de connexion et les broches, et en ce qu'une résine isolante assure à la fois le maintien des éléments et leur isolation thermique et électrique par rapport à l'outil.
Selon encore une autre caractéristique avantageuse, ledit contacteur mâle est constitué de deux disques métalliques logés chacun dans un évidemment réalisé sur la face inférieure de l'outil.
Selon encore une autre variante, ledit contacteur mâle est constitué de deux plots -ou de billes- réalisés en un mélange de Chromel et d'Alumel montés sur ressorts.
Un autre objet de la présente invention concerne un porte-outil apte à recevoir un outil de coupe conforme à l'une quelconque des caractéristiques sus- mentionnées, caractérisé en ce qu'il est pourvu de manière complémentaire aux contacteurs de l'outil de coupe de contacteurs femelles noyés dans le corps du porte-outil et dont la forme est apte à recevoir par frottement la forme des contacteurs mâles de manière à transmettre la continuité du signal issu de la sonde ou du micro-capteur.
Selon une caractéristique avantageuse, le porte-outil comporte en outre des contacteurs femelles, des fils gainés assurant le raccordement à un second contacteur logé dans le porte-outil notamment à son extrémité opposée à l'outil qui est apte à se connecter à une unité d'analyse des informations issues de la sonde.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue de dessus d'un outil coupant monté sur son porte- outil selon la présente invention,
- la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne l-l de la figure 1 ,
- la figure 3 est une vue à plus grande échelle de la partie A de la figure 1, selon une variante d'exécution, et - les figures 4 à 6 sont des vues en coupe longitudinale de trois variantes de réalisation selon la présente invention.
On a représenté aux figures 1 et 2, un outil coupant 1 en particulier une plaquette en carbure de section générale triangulaire ou polygonale qui est montée amovible sur son porte-outil 2 et maintenue sur celui-ci, de manière classique, par l'intermédiaire d'une bride et d'une cale support (non représentées).
Une sonde 3 ou un micro-capteur, de préférence électrique, est insérée dans la plaquette 1 près de son arête de coupe, comme visible sur les figures 2 et 3, afin de mesurer et/ou détecter l'usure en dépouille de la plaquette.
Cette sonde 3 du type thermocouple est isolée électriquement par l'intermédiaire par exemple d'une résine dans la plaquette 1 permettant en outre également de supporter des températures élevées atteintes lors des opérations d'usinage de l'ordre de 800 à 1 400°C.
Selon la présente invention, la sonde 3 ou le micro-capteur de ladite plaquette amovible est reliée à un contacteur mâle/femelle 4 solidaire du corps de la plaquette apte à coopérer avec un contacteur femelle/mâle 5 solidaire du porte-outil 2.
On comprend que les contacteurs mâle et femelle peuvent être inversés, toutefois, afin de simplifier la description on décrira l'invention selon un seul agencement des contacteurs.
Selon un premier mode de réalisation, ledit contacteur mâle 4 est avantageusement constitué d'au moins une broche réalisée avantageusement en un mélange de chromel et alumel qui fait saillie de la face inférieure de la plaquette 1.
On constatera que dans une application à une sonde thermocouple, le contacteur mâle est constitué de deux broches 4, comme visibles sur les figures
2 et 3, qui sont respectivement reliées par un fil 6 isolé électriquement dans une résine 7, â la sonde 3, assurant ainsi les deux polarités.
On notera qu'une contre plaquette 8 peut être solidaire de l'outil de coupe
2, comme illustré à la figure 3 afin de rigidifier l'outil 1.
L'insertion de ces broches 4 peut être effectuée soit par perçage laser soit au frittage afin de réaliser des canaux 9 à l'intérieur desquels on dispose la sonde, les fils de connexion 6 et les broches 4. Ces canaux 9 équipés sont alors remplis d'une résine isolante 7 assurant à la fois le maintien des éléments 3, 6 et 4 et leur isolation électrique par rapport à la plaquette 1.
Le porte-outil 2 est pourvu de manière complémentaire aux contacteurs de la plaquette de contacteurs femelles 5 noyés dans le corps du porte-outil constitués d'un logement réalisé en un mélange de chromel et d'alumel et dont la forme est apte à recevoir par frottement la forme des broches des contacteurs mâles 4 de manière à transmettre la continuité du signal issu de la sonde 3.
De manière analogue à la plaquette 1, des canaux 10 sont réalisés dans le porte-outil 2 afin de loger les contacteurs femelles 5, ainsi que les fils gainés 11 assurant le raccordement à un second contacteur 12 logé dans le porte-outil 2 qui est apte à se connecter à une unité d'analyse des informations issues de la sonde 3.
Ce second contacteur 12 est fixé sur le porte-outil 2, par exemple à son extrémité libre opposée à l'outil coupant 1, par l'intermédiaire d'une vis 13 et maintenu de manière étanche dans son logement 14 par un joint circulaire 15.
On comprend qu'un tel agencement d'un contacteur femelle 5 sur le porte- outil 2 permet l'utilisation de plaquettes classiques avec leur fixation et également de pouvoir modifier le type de plaquette sans nécessairement démonter le porte- outil 2 de la machine.
On a représenté à la figure 4, une variante de réalisation dans laquelle les broches sont remplacées par des disques métalliques 16 destinés à coopérer avec des disques métalliques similaires 16b logés dans le porte-outil 2. Un tel agencement de connexion offre par rapport au premier mode de réalisation l'avantage de nécessiter un minimum d'enlèvement de matière dans la plaquette 1.
Selon encore une autre variante de réalisation représentée à la figure 5, les contacteurs mâles sont constitués de plots ou de billes 17 réalisés en des matériaux thermocouple (exemple Chromel et Alumel) montés sur ressorts (non représentés) assurant ainsi par coopération avec une forme conjuguée 18 montée sur le porte-outil 2, comme visible sur la figure 5, la continuité du signal, lesdits plots ou billes étant reliés de manière similaire au premier mode de réalisation à un second connecteur 12. Afin de réduire encore l'enlèvement de matière il est possible, comme représenté sur la figure 6, de rapporter le moyen de connexion dans un bloc isolant 19 sur la face inférieure de la plaquette 1.
Le porte-outil 2 étant alors pourvu d'un logement 20 de réception pour un tel bloc de connexion 19.
Bien entendu sans sortir du cadre de l'invention, on comprend que ce bloc 19 rapporté peut se situer en amont ou en aval de la plaquette 1.
On comprend â la lecture de la description ci-dessus que l'outil coupant 1 et le porte-outil pour un tel outil coupant sont relativement simples à réaliser et permettent une rapidité de montage équivalent aux plaquettes classiques.
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particuliers elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits.

Claims

REVENDICATIONS
1. Outil de coupe, en particulier une plaquette en matériau fritte (1), comportant une arête de coupe et une sonde (3) ou un micro-capteur inséré dans le corps de l'outil près de l'arête de coupe, caractérisé en ce que ladite sonde (3) ou ledit micro-capteur de l'outil est relié à un contacteur mâle (4 ;16 ;17 ;19) solidaire du corps de la plaquette (1) apte à coopérer avec un contacteur femelle (5 ;16b ;18 ;20) solidaire d'un porte-outil (2) ou vice-versa.
2. Outil de coupe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contacteur mâle (4) est noyé en partie dans le corps de l'outil.
3. Outil de coupe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contacteur mâle est logé dans un bloc isolant (19) qui est solidaire de la face inférieure de l'outil.
4. Outil de coupe selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit contacteur mâle est constitué d'au moins une broche (4), de préférence deux broches assurant la polarité pour la transmission du signal de la sonde, réalisée avantageusement en un mélange de matériaux thermocouple qui fait saillie de la face inférieure de l'outil.
5. Outil de coupe selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'insertion desdites broches (4) est effectuée soit par perçage laser soit au frittage afin de réaliser des canaux à l'intérieur desquels sont disposés la sonde (3), les fils de connexion (6) et les broches (4), et en ce qu'une résine isolante (7) assure à la fois le maintien des éléments (3, 4 et 6) et leur isolation thermique et électrique par rapport à l'outil (1).
6. Outil de coupe selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit contacteur mâle est constitué de deux disques métalliques (16) logés respectivement dans un évidemment réalisé sur la face inférieure de l'outil.
7. Outil de coupe selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit contacteur mâle est constitué de deux plots (17) -ou de billes- réalisés en un mélange de Chromel et d'Alumel montés sur ressorts.
8. Porte-outil apte à recevoir un outil de coupe conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est pourvu de manière complémentaire aux contacteurs de l'outil de coupe (1) de contacteurs femelles (5 ;16b ;18 ;20) noyés dans le porte-outil et dont la forme est apte à recevoir par frottement la forme des contacteurs mâles (4 ;16 ;17 ;1 ) de manière à transmettre la continuité du signal issu de la sonde (3) ou du micro-capteur.
9. Porte-outil selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des contacteurs femelles, des fils gainés (11) assurant le raccordement à un second contacteur (12) logé dans le porte-outil notamment à son extrémité opposée à l'outil (1) qui est apte à se connecter à une unité d'analyse des informations issues de la sonde (3).
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