WO2017060617A1 - Procede de decoupe et/ou d'usinage de pieces dans un bloc et ensemble de pieces correspondantes - Google Patents

Procede de decoupe et/ou d'usinage de pieces dans un bloc et ensemble de pieces correspondantes Download PDF

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WO2017060617A1
WO2017060617A1 PCT/FR2016/052554 FR2016052554W WO2017060617A1 WO 2017060617 A1 WO2017060617 A1 WO 2017060617A1 FR 2016052554 W FR2016052554 W FR 2016052554W WO 2017060617 A1 WO2017060617 A1 WO 2017060617A1
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WO
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parts
cutting
block
machining
cut
Prior art date
Application number
PCT/FR2016/052554
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Inventor
Pierre-Yves ANJORAND
Arnaud De Ponnat
Original Assignee
Mecachrome France
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/41865—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by job scheduling, process planning, material flow
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/35—Nc in input of data, input till input file format
    • G05B2219/35162—Determine workpiece placement, nesting in blank, optimize, minimize loss material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the present invention relates to a method of cutting and / or machining parts of identical and / or complementary shapes, having determined geometries, in the same block of metallic or composite material.
  • It also relates to an intermediate assembly of continuously cut pieces obtained from such a method.
  • composite material is meant a solid material consisting of at least two components whose respective qualities complement each other to form a material with improved performance. It is generally formed of a fibrous or filamentary reinforcement and a matrix (resin or other) forming a binder.
  • the standard solution of the prior art is to cut the part to be made from a sheet or part of cut sheet whose shape and dimensions are closer to those of said piece to be obtained, the falls being then recycled.
  • the present invention aims to overcome these disadvantages by proposing a method and a set of parts that respond better than those previously known to the requirements of practice, in particular because it will allow to machine in panoplie in the same block, a set of different parts and / or identical to best use the material, and avoiding significant losses observed with the methods of the prior art.
  • it starts with the idea of preparing the blanks in thick sheet metal, or block, by identifying the parts whose material specifications are compatible with each other, ie they have identical material and thickness nuances. and / or similar at least equally and in all cases less restrictive than those of the block from which they will be extracted.
  • the invention also allows a simplification of the traceability of the materials used, thus allowing optimized production monitoring.
  • the parts of the same assembly aircraft cabin for example, will be able to meet exactly the same specifications and have the same history, since they will be extracted from the same block.
  • kit according to the invention when it is carried out with parts of the same program (Airbus A380 aircraft for example) and with quantities of parts not exceeding a value equal to the number of parts by air x the rate of production of the program, reduces the manufacturing cycle (flow time) and therefore the financial outstanding and working capital required for its implementation.
  • the actual machining time that is to say the time during which the machine actually removes material, is improved since the machine travels less trajectory outside the material.
  • the invention proposes in particular a method of cutting and / or machining a piece of determined geometry of metallic or composite material of specific physical properties, in a parallelepipedal block or of substantially parallelepipedal shape, characterized in that, from a database containing the dimensional and material parameters of the part and other workpieces, the parts of the base that can be made in the same material with specific physical properties, known as compatible parts, are calculated different arrangements of the geometry piece determined with these compatible parts according to at least one parameter of determined constraint, one selects among these arrangements the arrangement generating the least material drop in the block and is cut or machined in said block the determined geometry piece and compatible parts corresponding to this arrangement, said complementary parts, providing between them one or holding tongues clean to temporarily retain the parts integral with each other.
  • the integral parts will thus be able to be handled in one block, for example to be turned and machined on the other side. But they can also simply be maintained during the cutting of all the parts, which prevents them from moving in the cutting mark, thus allowing greater accuracy and greater speed during most of said cutting.
  • the parts are separated from each other only after the cutting of all the parts of the block, before final separation and finishing.
  • determined geometry we mean a geometry whose shape parameters (in volume) and of dimension (height, width, length) are determined, ie fixed.
  • Specific physical properties means the characteristics of the material (aluminum, titanium, composite and its ingredients, etc.) determined, inducing its characteristics of mechanical strength, heat resistance and, in general, the stresses applied to them, as well as its other characteristics (handling, porosity, etc.) if it turns out that their knowledge is relevant for the machining or the destination of the part concerned.
  • the determined constraint parameter or parameters are chosen from one and / or the following of the following parameters:
  • the block is selected from a pool of parallelepipedal (or substantially parallelepipedal) blocks of specified formats and materials whose data has been digitized;
  • an aluminum 7010 may have different properties depending on the heat treatment it has undergone, the thickness of the sheet of the base used, etc.).
  • the specific machining constraints that may be applicable to it (maximum temperature tolerated, type of cutter that can be used, possible cutting methods: plasma, thermal cutting, etc.).
  • This information on the part to be produced was previously entered in the database 18 to form part of the table I (as indicated above) from which they are extracted to be transmitted to the computer / computer or controller 17.
  • step 24 we define the format of the parallelepipedal block 3 (step 24), that is to say, its length, its width and its minimum thickness to make the piece 2, then we select in 25, from the database 21, the block (or sheet) available in stock at a particular manufacturer or reseller of plates and which corresponds to these criteria.
  • the calculation is performed according to an algorithm developable by those skilled in the art taking into account these constraints.
  • the skilled person can project the 2D contour of the various selected parts, translate this contour by half the width of the holding tabs and define the contour of the starting sheet.
  • the skilled person can project the 2D contour of the various selected parts, translate this contour by half the width of the holding tabs and define the contour of the starting sheet.
  • a CAD model is built according to the nesting identified above, with the 3D definitions of the individual parts and those of the holding tabs. This approach can be automated by the use of commercial software for example used in sheet metal.
  • the program of workpieces is then programmed at 28, for example as if it were a single piece concatenating the unit programs of each piece to limit the work of industrialization and / or exhaust the use of a first tool on all parts machined in the same block, before moving to the next tool and so on, until the end of the complete machining with all the necessary tools.
  • Continuity, geometry or position in the thickness of the block, tongue or tongues may further be designed and placed to stiffen certain surfaces to be machined and / or to limit vibration.
  • all the integral parts can also be turned and the block fixed on the flat parts (if any) of the opposite side to complete the machining of the other side.
  • the parts integral with one another make it possible to preserve (by inverting) the reference system in the position of the parts for machining.
  • An anti-vibration device known per se can also be put in place if the one or more tongues for holding the pieces together are not sufficient to avoid parasitic movements during the complementary machining of the parts already roughed on their other face. .
  • the next step 30 is that of cutting the tongue or tongues 22 of material, to permanently separate the parts from each other, before evacuation of the parts 31.
  • This step can be performed on the machine at the end of operation or outside the machine, manually, by robot, on another machine.
  • FIG. 3 gives three exemplary embodiments of kits 32, 33 and 34, parts 2 or 2 ', from two types of blocks 3, 3' in broken lines in the figures.
  • the pieces are identical pieces, the quantity of material lost or fall in the center at 32, 33 and at the edges at 34, 35 is calculated in order to be minimized according to the workpieces whose specifications are therefore in database 18.
  • the parts are entirely unobstructed on their outer edges, except at the locking points (stop 5) on the cutting table, and comprise between them, for the sets 32 and 33, tabs 22 regularly distributed at the end of the parts and for example two intermediate tongues for example 2 cm to 10 cm in length spaced apart by a distance corresponding to between a and ten tab widths.
  • the panoplie 34 comprises a single tab over the entire separation space between the two parts 2 and 2 'symmetrical with respect to a central axis of the parallelepiped block.
  • Figure 4 shows another embodiment of multi parts.
  • the parts 37 and 37 ', 38 and 38' are symmetrical and the parts 39 are identical, the tab or tabs 22 being on all the distances between adjacent edges of adjacent parts.
  • the block 3 is selected which is then routed and positioned in a fixed manner on the cutting or machining table 4, the lower face of the block being placed on the table, and its upper face being directed towards the cutting and machining means movable in x, y and z above the latter.
  • the table can also have axes of displacement (for example x, y on the head and y on table / x, y on table and z on head ).
  • axes of displacement for example x, y on the head and y on table / x, y on table and z on head .
  • the first tool 12 is selected and put in place, which is then fixed to the bridge 16. .
  • a first machining / cutting face is then initiated using the first tool in a complete manner on the two parts 2 and 19, leaving tabs 22 of thickness e and width 1. arranged for example regularly along the path, where in places intended to stiffen the strength of parts and / or avoid vibrations during machining.
  • the chips are discharged continuously in a manner known per se. Once the parts are completed, they are for example removed from a single block, the tabs being subsequently removed and / or separated from each other on the same table, the tongues then being used only to stiffen the parts together when cutting and / or flipping the assembly or panoplie to finish machining the other side.
  • the present invention is not limited to the embodiments more particularly described. On the contrary, it embraces all the variants and in particular those where more than three pieces of different shapes are produced in the same block and / or more than four different pieces, or more than six.

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Abstract

Il s'agit d'un procédé de découpe et/ou d'usinage d'une pièce (2, 2', 37) dans un bloc (3, 3'.36) parallélépipédique et d'un ensemble de pièces obtenues par un tel procédé. A partir d'une base de données (18) on identifie les pièces de la base réalisables dans le même matériau que la pièces (2, 2', 37) dites pièces compatibles (2, 2', 19, 37', 38, 38' 39), on calcule les différents agencements possibles de la pièce avec ces pièces compatibles en fonction d' au moins un paramètre de contrainte déterminé, on sélectionne parmi ces agencements l'agencement engendrant le moins de chute de matériau dans le bloc et on découpe dans ledit bloc la pièce (2, 37) et les pièces compatibles (2, 19) correspondant à cet agencement, dites pièces complémentaires, en prévoyant entre elles des languettes (22) de maintien.

Description

PROCEDE DE DECOUPE ET/OU D ' USINAGE DE PIECES DANS UN BLOC ET ENSEMBLE DE PIECES CORRESPONDANTES
La présente invention concerne un procédé de découpe et/ou d'usinage de pièces de formes identiques et/ou complémentaires, présentant des géométries déterminées, dans un même bloc en matériau métallique ou composite.
Elle concerne également un ensemble intermédiaire de pièces découpées en continu obtenues à partir d'un tel procédé.
Elle trouve une application particulièrement importante bien que non exclusive dans le domaine de l'aéronautique ou dans le domaine de l'énergie, où il est nécessaire d'usiner des pièces dans des matériaux souvent coûteux et pour lesquels la perte de matière doit être minimisée et l'homogénéité entre pièces d'un même ensemble doit être recherchée.
Elle est notamment particulièrement adaptée aux pièces de structure mises en œuvre dans l'aéronautique, et fabriquées dans des matériaux se présentant sous forme de tôle épaisse (> 10 mm d'épaisseur) en aluminium, en titane ou en matériau composite .
Par matériau composite on entend un matériau solide constitué d'au moins deux constituants dont les qualités respectives se complètent pour former un matériau aux performances améliorées. Il est en général formé d'un renfort fibreux ou filamenté et d'une matrice (résine ou autre) formant liant. La solution standard de l'art antérieur consiste à découper la pièce à réaliser à partir d'une tôle ou d'une partie de tôle découpée dont la forme et les dimensions se rapprochent au plus de celles de ladite pièce à obtenir, les chutes étant alors recyclées.
De telles solutions présentent des inconvénients.
Elles entraînent tout d'abord une perte de matière importante, et donc des pertes financières, le prix de revente des chutes étant notamment très inférieur au prix d'achat des tôles de départ (rapport de 1 à 6) .
Ensuite le nombre de pièces fabriquées n'est pas toujours en cohérence avec les besoins, ce qui nécessite l'augmentation des stocks. En particulier pour livrer un ensemble complet de pièces nécessaire à un avion déterminé, il convient d'attendre que toutes les pièces soient réalisées en série.
Une solution consiste certes à les réaliser en parallèle sur plusieurs machines ou à faire appel à plusieurs fournisseurs, mais ceci augmente les durées, les coûts et complique la gestion et la logistique .
La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un procédé et un ensemble de pièces répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment parce que elle va permettre d'usiner en panoplie dans le même bloc, un jeu de pièces différentes et/ou identiques permettant d'utiliser au mieux le matériau, et ce en évitant les pertes importantes observées avec les procédés de l'art antérieur. Pour ce faire elle part de l'idée de préparer les découpes dans de la tôle épaisse, ou bloc, en identifiant les pièces dont les spécifications matières sont compatibles entre elles, c'est à dire présentent des nuances de matière et d'épaisseur identiques et/ou similaires au moins de façon égale et en tous les cas moins contraignantes que celles du bloc dont elles vont être extraites.
Un tel procédé présente de nombreux avantages.
Outre une réduction importante de la quantité de chute de matériau ( jusqu' à40%) , il permet une diminution du nombre d'outillages nécessaires pour maintenir les pièces lors de leur découpe, une diminution du nombre d' opérations pour fabriquer lesdites pièces (moins de perte de temps nécessaire au positionnement de chaque pièce sur la table de découpe) et une amélioration du rendement global des machines (diminution du temps de mise en route notamment) .
L' invention autorise de plus une simplification de la traçabilité des matières mises en œuvre, permettant ainsi un suivi de production optimisé.
Avec l'invention, les pièces d'un même ensemble, de carlingue d'avion par exemple, vont pouvoir répondre exactement aux mêmes spécifications et avoir un même historique, puisqu'elles vont être extraites d'un même bloc.
Enfin le maintien entre elles de pièces usinées dans le même bloc permet une excellente rigidité/fixation des pièces sur la table de découpe, pièces qui peuvent ainsi être usinées avec des conditions plus agressives (rapidité et quantité accrue d'énergie mise dans la découpe) ainsi qu'une manipulation plus facile avant séparation.
La possibilité de découpe en kit selon l'invention, quand elle est réalisée avec des pièces d'un même programme (avion A380 de la société Airbus par exemple) et avec des quantités de pièces n'excédant pas une valeur égale au nombre de pièces par avion x la cadence de production du programme, permet de réduire le cycle de fabrication (temps d'écoulement) et donc les encours financiers et le fond de roulement nécessaires à sa mise en œuvre.
Egalement, le temps d'usinage effectif, c'est à dire le temps pendant lequel la machine retire effectivement de la matière, est amélioré puisque la machine parcourt moins de trajectoire en dehors de la matière .
Dans ce but l'invention propose notamment un procédé de découpe et/ou d'usinage d'une pièce de géométrie déterminée en matériau métallique ou composite de propriétés physiques déterminées, dans un bloc parallélépipédique ou de forme sensiblement parallélépipédique, caractérisé en ce que, à partir d'une base de données comportant les paramètres dimensionnels et de matériaux de la pièce et d'autres pièces à usiner, on identifie les pièces de la base réalisables dans le même matériau de propriétés physiques déterminées, dites pièces compatibles, on calcule les différents agencements possibles de la pièce de géométrie déterminée avec ces pièces compatibles en fonction d' au moins un paramètre de contrainte déterminé, on sélectionne parmi ces agencements l'agencement engendrant le moins de chute de matériau dans le bloc et on découpe ou on usine dans ledit bloc la pièce de géométrie déterminée et les pièces compatibles correspondant à cet agencement, dites pièces complémentaires, en prévoyant entre elles une ou des languettes de maintien propres à conserver provisoirement les pièces solidaires entre elles.
Les pièces solidaires vont ainsi pouvoir être manipulées d'un bloc, par exemple pour être retournées et usinées de l'autre côté. Mais elles peuvent aussi simplement être ainsi maintenues pendant la découpe de toutes les pièces, ce qui leur évite de bouger dans le repère de découpe, permettant ainsi une plus grande précision et une plus grande rapidité pendant l'essentiel de ladite découpe.
Ainsi avantageusement on manipule de plus d'un seul tenant c'est-à-dire de façon simultanée les pièces découpées, provisoirement solidaires entre elles, avant séparation définitive et finition ;
Egalement avantageusement, on ne désolidarise les pièces entre elles qu'une fois la découpe de toutes les pièces du bloc effectuée, avant donc séparation définitive et finition.
La présence des languettes nécessite une découpe ultérieure pour séparer les pièces. Cependant, les avantages qu'elles procurent pallient notamment cet inconvénient .
Par géométrie déterminée on entend une géométrie dont les paramètres de forme (en volume) et de dimension (hauteur, largeur, longueur) sont déterminés, c'est à dire fixes.
Par propriétés physiques déterminées on entend les caractéristiques de matériau (aluminium, titane, composite et ses ingrédients...) déterminés, induisant ses caractéristiques de résistance mécanique, de résistance à la chaleur et de façon générale aux contraintes qui leur sont appliquées, tout comme ses autres caractéristiques (maniabilité, porosité, etc..) s'il se révèle que leur connaissance est pertinente pour l'usinage ou la destination de la pièce concernée .
Par de forme sensiblement parallélépipédique on entend une forme en général régulière et/ou polygonale s' inscrivant globalement dans un parallélépipède en occupant au moins 4/5eme du volume.
Dans des modes de réalisation avantageux, on a de plus et/ou par ailleurs recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
- le ou les paramètres de contrainte déterminés sont choisis parmi l'un et/ou l'autre des paramètres suivants : Le format minimum du bloc standard disponible, l'appartenance de la pièce de géométrie déterminée et des pièces compatibles à un même programme de fabrication et/ou destinées à être montées sur un même appareil, la géométrie des pièces autorisant une même technique de découpe spécifique, les dimensions identiques ou similaires des pièces à usiner et la présence de surfaces planes sur une même face ; - on sélectionne le bloc à partir d'un parc de blocs parallélépipédiques (ou de forme sensiblement parallélépipédique) de formats et de matériaux déterminés dont les données ont été numérisées ;
- on calcule les dimensions minimum du bloc nécessaires pour réaliser ladite pièce et on sélectionne le bloc en matériau compatible avec les dimensions et les propriétés du matériau de ladite pièce à découper se rapprochant le plus de ces dimensions minimum dans ledit parc ;
- pour former les languettes, le bloc comprenant une face supérieure et une face intérieure, on découpe ou on usine les pièces à partir de la face supérieure du bloc dont la face inférieure est posée sur une table de découpe, en laissant entre les côtés adjacents de deux pièces adjacentes (séparées par une distance d variable en fonction des formes) , sur la largeur de matière qui sépare lesdits côtés adjacents, une épaisseur e dans le bloc à partir de sa face inférieure comprise entre 0,1 mm et 4 mm ; les épaisseurs e et/ou les distances d des languettes sont variables entre elles et/ou pour une même languette. De même leurs sections transversales peuvent présenter une forme de rectangle, de carré, triangulaire, trapézoïdale ou plus complexe comme polygonale, sur tout ou partie de leur longueur ;
- la découpe et/ou l'usinage s'effectuant selon une trajectoire déterminée, au moins une languette est discontinue dans la longueur ou direction de ladite trajectoire et présente une épaisseur (variable ou non) e comprise entre 1 et 4 mm. Avantageusement l'épaisseur est de l'ordre de 2 mm. Par de l'ordre de on entend à ± 10 ~6 pres
- la découpe et/ou l'usinage s'effectuant selon une trajectoire déterminée, au moins une languette est continue dans la longueur ou direction de ladite trajectoire et présente une épaisseur (variable ou non) e comprise entre 0,1 et 1 mm. Avantageusement l'épaisseur est de l'ordre de 0, 5 mm ;
la découpe ou l'usinage de chaque pièce correspondant respectivement chacun à un programme unitaire spécifique, on découpe ou on usine automatiquement les pièces à partir desdits programmes unitaires concaténés en un seul programme de découpe ou d'usinage de l'ensemble ou panoplie formé par lesdites pièces ;
- avantageusement ou lorsque plusieurs outils, à savoir au moins un premier outil et un deuxième outil, doivent être utilisés pour obtenir la pièce de géométrie déterminée et les pièces complémentaires formant l'ensemble de pièces, une première partie de la découpe ou de l'usinage est réalisée en considérant l'ensemble des pièces comme une seule pièce, avec le premier outil agencé pour découper ou usiner en totalité toute la matière à découper ou à retirer avec ce premier outil et pour l'ensemble des pièces, avant de changer pour le deuxième outil agencé pour réaliser en totalité la découpe ou l'usinage d'une deuxième partie desdites pièces avec le deuxième outil de l'ensemble des pièces, et ainsi de suite avec les outils suivants jusqu'à découpe et usinage complet de l'ensemble des pièces. Ceci permet d'optimiser considérablement le temps d'usinage ;
- on réalise au moins deux pièces identiques dans le même bloc ;
- on réalise plus de trois pièces en continu dans le même bloc ;
on réalise la découpe avec un outil coupant (fraise) ;
- on découpe simultanément deux pièces imbriquées correspondantes l'une dans l'autre.
L' invention propose également un ensemble intermédiaire obtenu à partir du procédé tel que décrit ci-dessus.
Avantageusement les pièces sont reliées entre elles par des languettes laissées entre les côtés adjacents des pièces adjacentes présentant une épaisseur e comprise entre 0,1 mm et 4 mm, épaisseur par exemple variable tout au long ou sur une partie de la longueur d'une ou plusieurs languettes.
Egalement avantageusement il existe plusieurs languettes de maintien par exemple deux ou trois languettes entre deux bords en vis à vis par exemple régulièrement espacées ou disposées à chaque extrémité des bords, et une de façon centrale.
Dans un mode de réalisation avantageux les languettes sont formées de portions réparties le long des bords des pièces et espacées entre elles par des évidements. Autrement dit les languettes sont discontinues dans la longueur de leur trajectoire. Avantageusement elles sont d'épaisseur e comprise entre 1 et 4 mm. Les languettes peuvent être de n' importe quelle largeur 1, y compris celle de la pièce. Mais avantageusement elles sont par exemple comprises entre 0,5 cm et 20 cm, par exemple 2 cm, et peuvent également varier entre les deux bords en vis à vis de deux pièces complémentaires en fonction des caractéristiques de l'ensemble, et ce de façon optimisée à la portée de l'homme du métier.
L' invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation donnés ci-après à titre d'exemples non limitatifs.
La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels :
La figure 1 montre schématiquement en perspective un exemple de dispositif permettant la découpe de pièces selon l'invention.
La figure 2 est un organigramme donnant les étapes du procédé de découpe selon un mode de réalisation de 1' invention .
Les figures 3 et 4 sont des exemples d'ensembles intermédiaires de pièces, dans des blocs de dimensions optimisées, mettant en œuvre le procédé de découpe selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici.
La figure 1 montre un dispositif 1 de découpe d'une pièce 2 de géométrie déterminée par exemple sensiblement en forme de L à partir d'un bloc 3 (trait mixte sur la figure) parallélépipédique en matériau métallique, par exemple en titane.
Le bloc 3 est placé sur une table ou socle d'usinage 4 et maintenu de façon rigide par des coins 5 de blocage de façon connue en elle-même, dans un repère x, y, z déterminé 6.
La table 4 est munie de rampes latérales 7 de récupération du liquide 8 d'usinage et de refroidissement utilisé, ainsi que des copeaux 9 générés pendant l'usinage, qui sont alors évacués par écoulement gravitaire via les goulottes latérales 10.
Des moyens 11 de découpe connus en eux-mêmes sont prévus .
II s'agit par exemple d'une fraise 12 déplaçable verticalement dans le repère 6 en z (flèche 13) entre une position en retrait et des positions d'usinage de l'évidement 14 selon la trajectoire 15.
La fraise est solidaire d'une poutre horizontale motorisée 16, ou pont, schématisée par un bloc parallélépipédique sur la figure, permettant le déplacement de la fraise en x, y.
Les déplacements de la poutre 16 et de la fraise
12 sont commandés par un ordinateur/calculateur 17, ou automate, connecté à une première base de données
18 contenant les paramètres dimensionnels et de matériaux de la pièce 2 à fabriquer et d' autres pièces (pièce 19 par exemple) à usiner.
La base de données 18 est par exemple composée de registres donnant les paramètres des pièces du type correspondant au tableau I ci-après.
Ces paramètres sont ceux renseignés et pris en compte par les logiciels classiques de CAO/DAO utilisés par l'automate, connus de l'homme du métier, comme par exemple les logiciels 3D CATIA ou
SOLIDWORKS de la société DASSAULT Système. Tableau I
Figure imgf000014_0001
Les valeurs numériques et les champs ne sont mentionnés qu'à titre d'exemple.
La première colonne donne la référence d'enregistrement de la pièce (interne ou client) . La deuxième colonne est renseignée par la dénomination de la pièce.
Les vues 3D (colonne 3) , représentées par les lettres A et B à titre d'exemple dans le tableau, sont par exemple pour A, les paramètres de représentation 3D selon un logiciel connu, côtés, d'une bride pour pale d'aile d'hélicoptère, et pour B celle d'une ferrure de carlingue...
Les dimensions enveloppes de la pièce finie (colonne 4) sont les dimensions au plus juste d'un bloc de matière parallélépipédique capable de contenir le volume de la pièce finie en la positionnant de manière à avoir comme priorité une épaisseur de bloc minimale.
Les caractéristiques matière sont ici celles correspondant aux noms des normes clients (ou internationales, ou nationales) qui spécifient les propriétés et conditions minimales que la matière doit présenter pour être compatible avec les contraintes que verra la pièce à réaliser lors de son fonctionnement .
L'ordinateur/calculateur 17 est de plus relié directement ou via un réseau 20 interne ou externe (Internet) à une base de données 21 contenant les données numérisées correspondant à un parc de blocs parallélépipédiques ou d'autres formes géométriques simples, de formats et de matériau déterminés, dont les données numérisées sont actualisées régulièrement .
On a donné ci-après un exemple de registre de base de données 21 sur le tableau II.
Tableau II dimensions logistique
Alliage Etat long larg épais en délai fournis ueur eur ( seur stock appro seurs
(mm) mm) (mm) (sema
ines)
7010 T7651 410 250 63 5 4 XXX,
0 0 YYY
7010 T7651 105 450 52 2 6 XXX,
3 zzz
7075 / 7175 T7351 110 250 35 12 8 uuu
/ T651
00 0 La colonne 1 donne le type d'alliage (nuance), la colonne 2 donne l'état métallurgique (traitement thermique) , la colonne dimensions correspond à la longueur / largeur et épaisseur des tôles disponibles, et la colonne logistique aux informations de stock interne et conditions d' approvisionnement .
A partir de ces bases de données 18 et 21 et de l'ordinateur/calculateur 17, la pièce 2 va pouvoir être découpée à la forme et aux dimensions voulues en laissant avec la pièce adjacente 19 une languette 22 provisoire de séparation, comme cela va maintenant être décrit plus précisément en référence à la figure 2.
Selon le mode de réalisation du procédé de l'invention plus particulièrement décrit ici, on effectue une première étape 23 qui consiste à recevoir à partir de la base 18 les spécifications d'usinage de la pièce 2 à découper, à savoir :
- sa géométrie (par exemple un fichier 3D du type généré avec le logiciel de CAO/DAO CATIA de la société DASSAULT SYSTEMES)
- son matériau (aluminium 7010, Titane TA6V, composite spécifique...)
- les spécifications matières pour englober les propriétés mécaniques (un aluminium 7010 peut avoir des propriétés différentes en fonction du traitement thermique qu'il a subi, de l'épaisseur de la tôle de la base utilisée, etc..) . - les contraintes d'usinage spécifiques qui lui sont éventuellement applicables (température maximale tolérée, type de fraise utilisable, méthodes de découpe envisageables : plasma, découpe thermique, etc..) .
Ces informations sur la pièce à réaliser ont été préalablement introduites dans la base de données 18 pour constituer une part du tableau I (comme indiqué ci-dessus) dont elles sont extraites pour être transmises à l'ordinateur/calculateur ou automate 17.
A partir de ces éléments, on définit le format du bloc parallélépipédique 3 (étape 24) c'est à dire, sa longueur, sa largeur et son épaisseur minimum pour y réaliser la pièce 2, puis on sélectionne en 25, à partir de la base de données 21, le bloc (ou tôle) disponible en stock chez tel ou tel élaborateur ou revendeur de tôles et qui correspond à ces critères.
A partir de la base de données 18, on identifie alors (étape 26) par calcul dans l'ordinateur/calculateur, par exemple selon l'algorithme décrit plus précisément ci-après en référence au tableau III (pseudo-code) , la ou les autres pièces 19 réalisables dans la même épaisseur de bloc et ayant des propriétés compatibles à celles du bloc.
Tableau III
*entrer l'épaisseur de la tôle de référence*
EpTolRef = ?
identification des autres pièces (X)
réalisables avec cette spécification matière Si EpTol (X) < EpTolRef ;
Alors X = OK
Sinon X = NOK Puis on calcule (étape 27) l'imbrication des pièces réalisables pour minimiser la perte de matière suivant les contraintes choisies, en particulier mais de façon non limitative, choisies parmi les contraintes suivantes :
- volonté de respecter un format de tôle standard minimum,
- volonté de réaliser des pièces répondant à des critères spécifiques divers (pour un même programme avion par exemple) ,
- volonté de choisir des pièces de géométrie ne nécessitant pas de technologies d'usinage mettant en œuvre des machines et/ou outils différents (usinage trois axes, cinq axes...) ,
- volonté de choisir des pièces de dimensions proches entre elles,
- nécessité de choisir des pièces ayant une surface plane (dessus ou dessous) .
Le calcul s'effectue selon un algorithme développable par l'homme du métier compte tenu de la prise en compte de ces contraintes. Par exemple et sans que cela ne soit limitatif, l'homme du métier peut projeter le contour 2D des différentes pièces sélectionnées, translater ce contour de la moitié de la largeur des languettes de maintien et définir le contour de la tôle de départ. Par positionnement manuel des contours 2D des pièces sur celui de la tôle, il cherche la meilleure imbrication. Une fois cette étape réalisée, un modèle CAO est construit selon l'imbrication identifiée ci-dessus, avec les définitions 3D des pièces individuelles et celles des languettes de maintien. Cette démarche peut être automatisée par l'utilisation de logiciels du commerce par exemple utilisés en tôlerie.
On programme alors en 28 la panoplie de pièces à usiner, par exemple comme si c'était une seule pièce en concaténant les programmes unitaires de chaque pièce pour limiter le travail d' industrialisation et/ou épuiser l'usage d'un premier outil sur toutes les pièces usinées dans le même bloc, avant de passer à l'outil suivant et ainsi de suite, jusqu'à la fin de l'usinage complet avec tous les outils nécessaires .
Une telle programmation est à la portée de l'homme du métier et va utiliser les langages de programmation des automates d'usinage choisis pour effectuer les découpes. L'étape suivante 29 est l'étape d'usinage proprement dit du bloc, sachant qu'elle est programmée pour laisser entre chaque pièce une languette 22 (continue sur toute la longueur de la découpe ou de longueur variable) , de largeur 1. déterminée et sur l'épaisseur e pour garder les différentes pièces solidaires entre elles.
La continuité, la géométrie ou la position dans l'épaisseur du bloc, de la languette ou des languettes peuvent de plus être conçues et placées pour rigidifier certaines surfaces à usiner et/ou limiter les vibrations. A ce stade, l'ensemble des pièces solidaires peut également être retourné et le bloc fixé sur les parties planes (s'il y en a) de la face opposée pour compléter l'usinage de l'autre côté.
Les pièces solidaires entre elles permettent de préserver (en l'inversant), le référentiel dans la position des pièces pour l'usinage.
Un dispositif anti-vibration connu en lui-même peut également être mis en place si la ou les languettes de maintien des pièces entre elles ne sont pas suffisantes pour éviter les mouvements parasites lors de l'usinage complémentaire des pièces déjà ébauchées sur leur autre face.
L'étape suivante 30 est celle de découpe de la ou des languettes 22 de matière, pour désolidariser définitivement les pièces les unes des autres, avant évacuation des pièces en 31. Cette étape peut être réalisée sur la machine en fin d'opération ou encore en dehors de la machine, manuellement, par robot, sur une autre machine.
Dans la suite de la description on utilisera les mêmes numéros de référence (éventuellement avec un indice) pour désigner des pièces ou éléments identiques ou similaires.
La figure 3 donne trois exemples de réalisation de panoplies 32, 33 et 34, de pièces 2 ou 2', à partir de deux types de blocs 3, 3' en traits interrompus sur les figures.
En l'espèce, les pièces sont des pièces identiques, la quantité de matière perdue ou chute au centre en 32, 33 et sur les bords en 34, 35 est calculée pour être minimisée en fonction des pièces à usiner dont les spécifications figurent donc en base de données 18. Dans cet exemple les pièces sont entièrement dégagées sur leurs bords externes, sauf aux points de blocage (butée 5) sur la table de découpe, et comprennent entre elles, pour les panoplies 32 et 33, des languettes 22 régulièrement réparties, à l'extrémité des pièces et par exemple deux languettes intermédiaires par exemple de 2 cm à 10 cm de longueur espacées entre elles d'une distance correspondant à entre une et dix largeurs de languettes. La panoplie 34 comprend quant à elle une seule languette sur tout l'espace de séparation entre les deux pièces 2 et 2' symétriques par rapport à un axe central du bloc parallélépipédique .
La figure 4 montre un autre mode de réalisation multi pièces.
Dans la même tôle ou bloc 36, on a ici usiné un kit d'au moins six pièces différentes 37, 37', 38, 38' et 39 pour utiliser au maximum la matière (pour une part anciennement perdue avec les procédés de l'art antérieur) .
Ici les pièces 37 et 37', 38 et 38' sont symétriques et les pièces 39 identiques, la ou les languettes 22 étant sur la totalité des distances entre bords adjacents de pièces adjacentes.
On va maintenant décrire en référence à la figure 1 la mise en œuvre du procédé selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici. A partir des spécifications techniques de la pièce 2 à réaliser figurant dans la base de données 18, on sélectionne le bloc 3 qui est alors acheminé et positionné de façon fixe sur la table de découpe ou d'usinage 4, la face inférieure du bloc étant posée sur la table, et sa face supérieure étant dirigée vers les moyens de découpe et d'usinage déplaçables en x, y et z au-dessus de cette dernière.
Avec certaines cinématiques machine, la table peut aussi avoir des axes de déplacement (par exemple x, y sur la tête et y sur table/x, y sur table et z sur tête...) . Dans le cas d'usinage 4 ou 5 axes (Axes supplémentaires A et B, en plus des axes x, y, z) , il peut également y avoir une rotation autour de l'axe A et/ou B, de façon connue en elle-même.
Puis au vu du procédé par exemple affiché de façon synthétique sur un écran tactile de pilotage de l'automate 17 situé à proximité des opérateurs et de la table, on sélectionne et on met en place le premier outil 12 qui est alors fixé au pont 16.
Une première face d'usinage/découpage est alors initiée utilisant le premier outil de façon complète sur les deux pièces 2 et 19, en laissant des languettes 22 d'épaisseur e et de largeur 1. disposées par exemple régulièrement le long de la trajectoire, où à des emplacements prévus pour rigidifier la tenue des pièces et/ou éviter les vibrations lors de 1' usinage .
Le premier outil 12 une fois entièrement utilisé pour usiner selon la trajectoire 15 programmée en fonction des besoins, est échappé et un opérateur vient le remplacer par exemple par un second outil de découpe qui vient entièrement enlever les bords externes des pièces en conservant juste les points de butée 5 de fixation du bloc sur la table, qui ne seront éliminés qu'au dernier moment.
Les copeaux sont évacués en continu de façon connue en elle-même. Une fois les pièces terminées, elles sont par exemple évacuées d'un seul bloc, les languettes étant éliminées ultérieurement et/ou séparées les unes des autres sur la table même, les languettes n'ayant alors servies qu'à la rigidification des pièces ensemble lors de la découpe et/ou du retournement de l'ensemble ou panoplie pour finir l'usinage de l'autre côté.
Comme il va de soi et comme il résulte également de ce qui précède, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation plus particulièrement décrits. Elle en embrasse au contraire toutes les variantes et notamment celles où on réalise plus de trois pièces de formes différentes dans le même bloc et/ou plus de quatre pièces différentes, ou plus de six.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de découpe et/ou d'usinage d'une pièce (2, 2', 37) de géométrie déterminée en matériau métallique ou composite de propriétés physiques déterminées, dans un bloc (3, 3',.36) parallélépipédique ou sensiblement parallélépipédique, dans lequel à partir d'une base de données (18) comportant les paramètres dimensionnels et de matériaux de la pièce et d'autres pièces à usiner, on identifie les pièces de la base réalisables dans le même matériau de propriétés physiques déterminées, dites pièces compatibles (2, 2', 19, 37', 38, 38' 39), caractérisé en ce que on calcule les différents agencements possibles de la pièce de géométrie déterminée avec ces pièces compatibles en fonction d' au moins un paramètre de contrainte déterminé, on sélectionne parmi ces agencements l'agencement engendrant le moins de chute de matériau dans le bloc et on découpe dans ledit bloc la pièce (2, 37) de géométrie déterminée et les pièces compatibles (2, 2', 19, 37', 38, 38', 39) correspondant à cet agencement, dites pièces complémentaires, en prévoyant entre elles des languettes (22) de maintien propres à conserver provisoirement les pièces solidaires entre elles pendant toute la découpe et/ou pendant une manipulation simultanée desdites pièces, postérieure à la découpe, avant séparation définitive et finition.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les paramètres de contrainte déterminés sont choisis parmi l'un et/ou l'autre des paramètres suivants : Le format minimum du bloc standard disponible, l'appartenance de la pièce de géométrie déterminée et des pièces compatibles à un même programme de fabrication et/ou destinées à être montées sur un même appareil, la géométrie des pièces autorisant une même technique de découpe spécifique, les dimensions identiques ou similaires des pièces à usiner et la présence de surfaces planes sur une même face .
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on sélectionne le bloc (3, 3', 36) à partir d'un parc (21) de blocs parallélépipédiques ou sensiblement parallélépipédiques de formats et de matériaux déterminés dont les données ont été numérisées.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que on calcule les dimensions minimum du bloc nécessaires pour réaliser ladite pièce (2, 3', 37) et on sélectionne le bloc en matériau compatible avec les dimensions et les propriétés du matériau de ladite pièce à découper se rapprochant le plus de ces dimensions minimum dans ledit parc.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour former les languettes (22), le bloc comprenant une face supérieure et une face inférieure, on découpe ou on usine les pièces à partir de la face supérieure du bloc dont la face inférieure est posée de l'autre coté sur une table de découpe, en laissant entre les côtés adjacents de deux pièces adjacentes, sur la largeur de matière qui sépare lesdits côtés adjacents, une épaisseur e dans le bloc à partir de la face inférieure comprise entre 0,1 mm et 4 mm
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la découpe et/ou l'usinage s'effectuant selon une trajectoire déterminée (15), au moins une languette (22) est discontinue dans la longueur de ladite trajectoire et présente une épaisseur e comprise entre 1 et 4 mm.
7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la découpe et/ou l'usinage s'effectuant selon une trajectoire déterminée, au moins une languette (22) est continue dans la longueur de ladite trajectoire et présente une épaisseur e comprise entre 0,1 et 1 mm.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, la découpe ou l'usinage de chaque pièce (2, 2', 19, 37, 37', 38, 38', 39) correspondant à un programme unitaire spécifique, on découpe ou on usine automatiquement les pièces à partir desdits programmes unitaires concaténés en un seul programme de découpe ou d'usinage de l'ensemble ou panoplie formé par lesdites pièces.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on réalise au moins deux pièces (2, 2', 39) identiques dans le même bloc.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque plusieurs outils, à savoir au moins un premier outil et un deuxième outil, doivent être utilisés pour obtenir la pièce de géométrie déterminée et les pièces complémentaires formant l'ensemble de pièces, une première partie de la découpe ou de l'usinage est réalisée en considérant l'ensemble des pièces comme une seule pièce, avec le premier un outil agencé pour découper ou usiner en totalité toute la matière à découper ou à retirer avec ce premier outil et pour l'ensemble des pièces, avant de changer pour le deuxième outil agencé pour réaliser en totalité la découpe ou l'usinage d'une deuxième partie desdites pièces avec le deuxième outil de l'ensemble des pièces, et ainsi de suite avec les outils suivants jusqu'à découpe et usinage complet de l'ensemble des pièces.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on réalise plus de trois pièces (37, 37', 38, 38', 39) en continu dans le même bloc.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on réalise la découpe par fraisage avec un outil coupant de type fraise.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que on découpe simultanément deux pièces imbriquées correspondantes l'une dans l'autre.
14. Ensemble intermédiaire de pièces découpées en continu dans un même bloc parallélépipédique, caractérisé en ce que les pièces sont reliées entre elles par des languettes (22) laissées entre les côtés adjacents des pièces adjacentes présentant une épaisseur e variable ou fixe sur une même languette, comprise entre 0,1 mm et 4 mm.
15. Ensemble (2, 19 ; 2, 2 ; 2', 2' ; 37, 37', 38, 38', 39, 39) intermédiaire de pièces découpées obtenu par découpe avec le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les pièces découpées sont maintenues entre elles par lesdites languettes de maintien réparties le long des bords des pièces et espacées entre elles par des évidements .
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