Brevet FR2238921A1 — publié le 19750221

L'invention concerne un procédé de mesure thermoélectrique de la température moyenne des zones de contact sur des outils en service avec des tranchants géométriquement définis, On sait mesurer la tension thermique d'outils par rapport à la pièce à usiner, pour connaetre la température des zones de contact entre instruments et pièces à usiner, en utilisant l'effet thermoélectrique0 Cette méthode (méthode du simple couteau) peut être conduite, sous différentes conditions et types de coupe avec une faible dépense en ce qui concerne la technique de mesure, et elle est peu sensible aux perturbations, parce que les court-circuits à travers les copeaux influencent à peine la source de tension thermique de faible résistance0 La méthode avec simple ciseau a cependant le désavantage que pour chaque appariement concret des matériaux (outil/pièce à usiner) on doit faire un étalonnage d'après des valeurs de température, parce que les propriétés thermoélectriques des outils et des pièces à usiner varient fortement Cet étalonnage n'est pas possible dans les conditions techniques de service à cause de la forte dépendance de la tension thermique de l'appariement des matériaux et des propriétés thermoélectriques très variables, notamment celles du matériel à usiner Ainsi, cet étalonnage est fait statiquement dans des conditions de laboratoire, en dehors de la coupe par le procédé du creuset, ou pendant la coupe, au moyen de palpeurs de température, qui sont introduits dans la zone de contact par des perçages dans le matériau0 Ces étalonnages connus dans des conditions de laboratoire prennent beaucoup de temps et d'argents Pour compenser la dispersion des propriétés thermoélectriques des matériaux des pièces à usiner, on sait également prévoir à côté de l'outil en service un autre outil, de référence, et mesurer la tension électrique entre les deux outils (méthode du double ciseau).Avec cette méthode, les éléments thermiques, outil en service - pièces à usiner - outil de référence, sont en circuit l'un après l'autre, de telle sorte que la tension thermoélectrique extérieure sur les outils ne dépend que de la température des zones de contact et des propriétés thermoélectriques des matériaux prévus pour les outils, et non de celles des matériaux des pièces à usiner0 Ainsi, il est possible d'associer une température indépendante des matériaux à usiner à la tension thermique du double ciseau. L'étalonnage nécessaire est également effectué après le procédé statique du creuset, ou bien avec une plus faible prétention à l'exactitude par l'application des deux ciseaux contre une plaque à température définie, Mais cet étalonnage n'est possible que dans des conditions de laboratoire et par là également cher en temps et en coûts L'influence d'éléments thermiques parasites pour des ciseaux pleins et des outils serrés se compense suffisamment avec des moyens relativement simples Par rapport à la méthode du simple couteau, à l'avantage d'être indépendant des propriétés thermoélectriques des matériaux, s'oppose le désavantage que l'outil de travail et l'outil de référence doivent être simultanément et de la même manière en prise.Cette exigence implique un obstacle à l'usinage dans les conditions usinage à l'atelier, car cette méthode du double ciseau n'est pas appropriée à une application dans les conditions techniques de service0 L'invention a pour but de conduire la méthode du simple ciseau avantageuse en soi pour les applications en atelier, par une combinaison de processus, avec un étalonnage préalable simple et une application technique dans les conditions de service, pour la mesure absolue de la température des zones de contact .entre outil et pièce à usiner, grace à quoi une grandeur importante pour l'usure de l'outil peut être appréhendée0 L'invention a aussi pour but de créer un procédé de mesure thermoélectrique de la température de zones de contact d'outils de travail en service avec un tranchant géométriquement défini, dans lequel la tension mesurée de façon connue avec le simple ciseau est corrigée, par des mesures préalables rapides de faible colt, qui n'empêchent pas le processus de fabrication0 A cet effet, ltinvention concerne un procédé du type ci-dessus, procédé caractérisé en ce que :: a) -ji dehors du processus normal d'usinage,- on mesure les tensions thermoélectriques des outils de travail et de référence les uns par rapport aux autres et par rapport à des matériaux échantillons, pendant un processus spécial d'usinage, lors d'une production simultanée de températures définies des zones de contact, et on obtient les tensions thermiques différentielles des outils les uns par rapport aux autres0 b) les outils de référence étalonnés sont mis en contact, rapidement pendant le processus normal d'usinage avec la pièce à usiner et ainsi on mesure la tension avec double ou simple ciseau entre un des outils de référence et la pièce à usiner, tandis qu'à l'aide de ces mesures et des valéurs obtenues au cours de la phase a pour la tension thermique différentielle de l'outil, on obtient la tension thermique différentielle de la pièce par rapport à l'outil de travail0 c) Pendant le processus normal d'usinage, les tensions avec simple ciseau de l'instrument de travail sont mesurées et ainsi on détermine la température des zones de contact de l'instrument de travail au moyen des tensions différentielles obtenues en phase bo Le procédé selon l'invention est en outre caractérisé en ce que : a) en dehors du processus normal d'usinage, un outil de travail et un outil de référence sont étalonnés selon~le principe du simple couteau dans un processus spécial d'usinage par obtention simultanée de températures définies des zones de contact. b) les outils de travail et de référence étalonnés l'un par rapport à l'autre étant mis en contact, pendant un court instant pendant le processus normal d'usinage avec la pièce, la température des zones de contact est obtenue selon le principe du double ciseau, et on lui associe la tension mesurée simultanément de l'outil de travail. c) dans d'autres processus usinage, on mesure seulement la tension avec un ciseau de l'outil de travail et ainsi on détermine la température des zones de contacttde l'outil de travail0 Pour l'obtention des températures définies des zones de contact, on usine de préférence avec les outils des échantillons en matériaux purs dans une impulsion de coupe à très grande vitesse, où la température de fusion connue se créant dans la zone de contact de chaque matériau pur est associée en référence à la tension produite avec le simple et/ou le double ciseau0 Pour obtenir les caractéristiques thermoélectriques des instruments, on usine 17un après l'autre, de préférence au cours du processus d'étalonnage, divers matériaux d'essai par exemple Al, Cu, Fe, Ti), de telle sorte qu'il en résulte une suite capable autre interpolée de tensions thermiques pour les températures définies des zones de contact. L'étalonnage externe des instruments peut autre aussi effectué de façon avantageuse en ce que les instruments, dans une coupe rapide à faible vitesse, sont amenés en contact avec un certain corps préchauffé i haute conductivité. Avec ce procédé, il est possible obtenir, dans les conditions techniques de service, la température des zones de contact entre instrument et pièce à usiner, qui représente la grandeur la plus importante déterminant l'usure avec la méthode du simple ciseau peu sensible aux perturbations (par exemple court-circuit à travers le copeau). Ainsi on garantit une précision suffisante par une combinaison avantageuse des processus.Ce procédé est également applicable lors de l'utilisation d'instruments à plusieurs tranchants ou pour l'usinage d'une pièce par différents outils successifs, parce que, bien qu'il y ait plusieurs outils ou plusieurs tranchants, une seule mesure est nécessaire avec l'outil de référence,~par exemple pendant le processus d'entame. Les déductions en ce qui concerne les outils de travail peuvent être tirées d'une aSsociation convenable entre cette mesure pendant le processus d'entame et l'étalonnage précédent. Ainsi, le procédé est également applicable pour des travaux de. pièces à usiner sur tour et sur fraise, sur des machines équipées de têtes revolver et de réserves d'outils, sans déranger le processus de fabrication. i-our des travaux avec seulement un outil de travail, on applique le processus simplifié, pour lequel seulement un instrument de référence est nécessaire. Les différentes phases du procédé sont représentées dans leur principe sur les dessins ci-joints, dans lesquels - La figure 1 est une représentation schématique de l'étalonnage des outils de référence et des outils de travail; - La figure 2 est une représentation schématique de la détermination des tensions thermiques différentielles des outils de référence parrapport à la pièce à usiner dans le cas du tournage; - La figure 2a est une représentation schématique de la détermination des tensions thermiques différentielles des outils de référence, dans le cas du fraisage;; - La figure 3 est une représentation schématique pour la détermination des températures des zones de contact de l'outil de travai], dans le cas du tournage, - La figure 3a est une représentation schématique pour la détermination des températures des zones de contact de l'outil de travail dans le cas du fraisage; - La figure 4 est une représentation de principe pour l'étalonnage de l'outil de travail d'après le procédé simplifié; - La figure 4a est une représentation graphique de la tension pour double ciseau en fonction de la température des zones de contact; - La figure 5 est une représentation schématique pour la détermination de la température des zones de contact à partir de la tension thermique pour double ciseau, par rapport à l'outil de référence, pour un usinage continu;; - La figure 5a est une représentation graphique de la température des zones de contact en fonction de la tension thermique pour double ciseau; - La figure 6 est une représentation schématique pour la mesure de la tension pour simple ciseau de l'outil de travail dans le processus de fabrication; - La figure 6a est une représentation graphique de la température des zones de contact en fonction de la tension thermique pour simple ciseau0 Phase a :: Dans cette phase, les tensions thermoélectriques E des outils de travail et de référence 1, 2, 3 sont mesurées l'une par rapport à l'autre et par rapport à un matériau d'échantillonnage0 Cette phase peut être décrite comme un processus"dynamique" d'échantillonnage0 Il est important, dans cette phase, qu'un processus d'usinage intervienne et que, dans la zone de contact outilpièce à usiner, soient obtenues des surfaces métalliques franches et des températures définies des zones de contacts Les conditions d'usinage peuvent entre très différenciées0 Ainsi, il y a une possibilité d'étalonnage dynamique en usinant des matériaux métalliques avec une grande vitesse, le temps d'une impulsion. Alors la tension thermique (figure 1, figure 4), mesurée par la méthode à un ou deux ciseaux, va à la saturation sur la courbe caractéristique tension thermique-température, déjà après un faible parcours d'usinage, A la valeur de saturation de la température correspondante correspond la température de fusion 2 de l'échantillon, corrigée par pression de façon connue à une valeur prévue Si les-échantillons sont faits de différents matériaux (par exemple Al et Cu), il y a alors plusieurs points fixes à déterminer pour le diagramme température-tension (figure 4a) et les tensions thermiques différentielles entre les instruments 1, 2, 30 La tension thermique différentielle est une tension thermique - obtenue par le calcul de outil de travail 3 par rapport au matériau à usiner de la pièce 4, à partir de la mesure de la tension thermique E des outils 1, 2, 3 par rapport au matériau d'échantillonnage, et de la mesure de la tension thermique des outils de référence 1, 2 par rapport au matériau de la pièce à usiner 40 Comme autre possibilité pour la détermination de la dépendance température-tension thermique d'un outil, on peut prendre également en considération des échantillons d'usinage avec vitesse de coupe plus faible (O,I m/s) et une profondeur d'usinage plus faible (0,5 mm), sur des échantillons pré chauffés à une certaine température en matériau à bonne conductivité thermique0 On arrive ainsi aux mêmes caractéristiques température-tension thermique que celles de la variante décrite plus haut deune coupe à grande vitesse0 Phase b La détermination des tensions thermiques différentielles des outils 1, 2 par rapport à la pièce à usiner 4, et en conséquence la détermination des températures des zones de contact s'ensuis rapidement, par exemple à l'entame de la pièce 40 On mesure par les outils de référence 19 2 étalonnés entrant en action avec des paramètres de coupe pré-donnés {figure 2, figure 2a), les tensions existantes avec double ciseau E12 et en même temps la tension avec simple ciseau E14 entre un des outils de référence 1 et la pièce 4. En utilisant la caractéristique tension-température obtenue en phase a, on obtient la température de zones de contact des instruments 1, 2, pour les paramètres de coupe donnés et indépendamment du matériau de la pièce 4. On obtient aussi la température des zones de contact de l'instrument de travail 3 à partir de la tension à double ciseau E12 et à simple ciseau E14 en se servant des tensions thermiques différentielles 12' 13 obtenues en phase a, entre les outils de référence 1, 2 ainsi qu'entre un des outils de référence 1, 2 et l'outil de travail 3 et par l'intermédiaire de la tension thermique différentielle (634) entre l'outil de travail 3 et la pièce usiner 4 selon la relation : P = E14 34 13 12 " s- Les propriétés thermoélectriques des outils 1, 2, 3 sont à choisir de façon avantageuse, de telle sorte qu'un des outils de référence 1, 2 comporte une tension E thermoélectrique la plus grande possible par rapport au deuxième outil 1, 2 et à l'outil 40 Un comportement non linéaire des valeurs de E en particulier dans le domaine audessus de 10000C est pris en compte en effectuant des mesures avec des paramètres de coupe-dif-férenciésO Phase c La détermination de la température de zones de contact de l'outil de travail 3 par la tension E34 de l'outil de travail 3- par rapport à la pièce à usiner 4 (figure 3, figure 3a) se déduit du quotient de la tension E34 avec un ciseau et de la tension différentielle obtenue en phase b pour les mêmes paramètres de coupe. On obtient la caractéristique totale par interpolation à partir de plusieurs couples de valeurs0 Ltinterpolation peut être obtenue par un circuit de calcul ou un calculateur de processus0 Dans ce dernier cas, on a la possibilité d'effectuer des corrections fonctionnelles en cours de processus0 Avec le processus simplifié pour la détermination de la température de zones de contact dtun seul outil de travail 39 on procède en phase a (figure 4, figure 4a) à la mesure de la tension thermique E13 de l'outil 3 par rapport à l'outil de référence 1 d'après le principe à double ciseau0 En phase b, l'outil de travail 3 et celui de référence 1 sont en contact rapide avec la pièce 4 (figure 5, figure 5a) La tension mesurée 3 peut être immédiatement associée à la tension mesurée simultanément de de telle sorte que la température de zones de contact est ainsi déterminée sans outil de référence supplémentaire (figure 6, figure 6a)0 Ce procédé simple est moins coûteux car seulement un outil de référence 1 est nécessaire et en phase b, sans introduire les tensions différentielles, on détermine de suite la température-des zones de contact de outil de travail 3, correspondant aux tensions E13, b4 qui apparaissent.Mais-ce procédé simplifié a des limites, quand une pièce à usiner 4 doit être successivement travaillée sur une machine par différents outils 30 La phase b serait alors nécessaire au début du processus de travail de chaque instrument 3 pour la même pièce 40 Ainsi il y aurait un empechement inadmissible pour le déroulement du travail0 Pour le traitement de pièces à usiner 4 sur des machines à changement automatique d'outils, la détermination de la température de zones de contact des outils de travail 3 n'est économiquement pensable qutavec le procédé selon la revendication 1* Bien entendus l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisationD sans pour cela sortir du cadre de l'inventionO REVENDICATIONS 10) Procédé de mesure thermo-électrique de la température des zones de contact d'outils d'usinage en cours dutilisation avec des tranchants définis geométriquement, en utilisant des outils de référence, procédé caracterisé en ce que, en dehors du processus normal d'usinage, on mesure les tensions thermoélectriques des outils de travail et/ou de référence 20) Procédé selon la revendication 1, caractérise en ce que a) en dehors du processus normal d'usinage, on mesure les tensions thermoélectriques (E) des outils de travail et de référence (i, 2, 3) les uns par rapport aux autres et par rapport à des matériaux échantillons pendant un processus spécial d'usinage, lors d'une production simultanée de températures définies des zones de contact, et on obtient les tensions thermiques différentielles des outils les uns par rapport aux autres, b) les outils de référence étalonnés (1, 2) sont mis en contact, pendant un court instant durant le processus normal d'usinage avec la pièce à usiner (4) et ainsi on mesure la tension avec double ou simple ciseau (E121 E14) entre un des outils de référence (i) et la pièce à usiner (4), tandis qu'â laide deces mesures et des valeurs obtenues au cours de la phase a pour la tension thermique différentielle de outil, on obtient la tension thermique. différentielle de la pièce (4) par rapport à l'outil de travail (.3), c) pendant le processus normal d'usinage, les tensions avec simple ciseau (E34) de l'instrument de travail (3) sont mesurées et ainsi on détermine la température (g) des zones de contact de l'instrument de travail (3) au moyen des tensions différentielles ( Ej4) obtenues en phase b. 30) Procédé selon la revendication 1, caractérise en ce que a) en dehors du processus normal d'usinage, un outil de travail (3) et un outil de référence (11 sont étalonnés selon le principe du double couteau dans un processus spécial d'usinage par obtention simultanée de températures définies des zones de contact, - b) les outils de travail et de référence (3, 1) étalonnés l'un par rapport à l'autre étant mis en contact, pendant un court instant pendant le processus normal d'usinage, avec la pièce (4), la température des zones de contact est obtenue selon le principe du double ciseau, et on leur associe la tension (E34) mesurée såmul-tanément de l'outil de travail (3), c) dans d'autres processus d'usinage, on mesure seulement la tension (E34) avec un ciseau de l'outil de travail (3) et ainsi on determine la temperature des zones de contact de l'outil de travail (3)0 4 ) Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 pour obtenir des températures définies des zones de contact, selon la phase a, procédé caracterisé en ce que les outils (i, 2, 3) usinent des matériaux d'échantillonnage purs au cours d'une impulsion d'usinage à grande vitesse, la température de fusion connue de chacun des matériaux purs apparaissant dans la zone de contact étant associé comme point de référence à la tension avec simple ou double ciseau alors produite 50) Procédé selon la revendication 3, pour obtenir les caractéristiques thermoélec*riques des outils, caractérisé en ce que, dans un processus d'étalonnage, des matériaux échantillons différents (par exemple Al, Cu, Fe, Ti) sont usinés l'un après l'autre, de sorte qu'il en résulte une suite de tensions thermiques capables d'être interpolées, pour des températures définies des zones de contact. 60) Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 pour ltétalonnage externe des instruments, selon la phase as caractérisé en ce que les instruments (i, 2, 3) sont amenés, pendant un court instant dans une coupe à faible vitesse, en contact avec un corps défini préchauffé a haute conductivité thermique.