Brevet FR2572321A1 — publié le 19860502

1.- "Dispositif pour surveiller la forme des copeaux lors de l'usinage de métaux avec enlèvement de copeaux." Dispositif pour surveiller, lors de l'usinage de métaux avec enlèvement de copeaux, la forme des copeaux, tant en ce qui concerne des copeaux de grande longueur inin- terrompue que des copeaux s'enroulant autour de l'outil et qui, joutant le rôle d'éléments de contact, ferment, en utilisant leur conductibilité électrique, un circuit entre un outil saisi dans une fixation d'outil et un emplacement de contact dans l'espace o se trouvent ces copeaux pour alimenter un montage d'exploitation, notamment pour des tours automatiques. Dans le cas du tournage, et en corrélation avec le développement de cellules de production pour la production automatique, le contrôle et la maîtrise des co- peaux sont devenus un problème de premier plan. Des for- mes de copeaux non souhaitables, tels que des copeaux en- roulés et des copeaux en bandes se traduisent souvent par des endommagements de la surface-de la pièce d'oeuvre et une entrave au changement automatique des pièces d'oeuvres et des outils. En outre, le risque des ruptures d'outils augmente. Les copeaux enroulés ou en bandes gênent en ou- tre le transport des copeaux et se traduisent par un ac- croissement de l'espace occupé par ce transport. De tous 2.- ces phénomènes défavorables accompagnant les formes de co- peaux non souhaitables, il résulte des arrêts de machines et des sources d'accidents lors de l'usinage avec en- lèvement de copeaux. Les mesures les plus diverses ont déjà été prise pour empocher l'apparition de tels copeaux enroulés ou en bandes. Par exemple une rupture du copeau est provo- quée par une conformation appropriée des tranchants des ou- tils, ou bien par des mouvements vibratoires se superposant à l'entraînement d'ayance. Une autre possibilité réside dans une prédéfinition technologique des paramètres de coupe orientés vers des copeaux courts. Sur des machines outils fonctionnant automa- tiquement et qui sont équipées d'une pluralité d'outils différents (réserve d'outils et changement automatique des outils) qui pour des raisons économiques sont programmées avec des valeurs de coupe optimales, on ne peut pas à prio- ri éviter avec sécurité des formes de copeaux non souhaita- bles. Les causes en sont le grand nombre et la dispersion des caractéristiques de l'ensemble machine-outil - outil - pièce-d'oeuvre qui peuvent influencer la forme des copeaux. Une détermination externe préalable de la forme des copeaux n'est actuellement pas possible avec une fiabilité suffi- sante. C'est pourquoi, pour éviter des dommages ré- sultant de formes défavorables de copeaux, on s'engage au- jourd'hui dans la voie du développement de dispositifs per- mettant d'identifier automatiquement la forme des copeaux. Des dispositifs connus pour identifier la forme des co- peaux sont basés sur la mesure du rayonnement thermique ou bien de la réflexion ultra-sonore du copeau qui se déroule. Une autre surveillance connue de la forme des copeaux uti- lise des détecteurs de proximité ou bien des barrages photo- électriques. Pour reconnaître la forme des copeaux, on a aussi déjà utilisé la partie dynamique de l'effortd 'avance. 3.- Dans le cas du tournage on a cherché à appréhen- der la forme des copeaux par l'intermédiaire de la détezmi- nation de la direction de déplacement du copeau. A cet ef- fet, une pièce de contact isolée est respectivement montée en trois points différents de la surface d'attaque et de la surface libre de l'outil de tournage, un circuit de cou- rant correspondant à un montage d'exploitation étant alors fermé par le copeau qui se détache et par l'intermédiaire de cette pièce de contact. Aucune de ces solutions connues n'a jusqu'à maintenant fait ses preuves en pratique. Il s'agit dans tous les cas de modèles de laboratoires et de détecteurs conçus à cet effet qui ne conviennent pas pour une mise en oeuvre dans les conditions de production, car ils ré- duisent l'espace de travail de la machine et g8nent le changement automatique de pièces d'oeuvre ou bien d'ou- tilso Le fonctionnement de la plupart de ces détecteurs est altéré par la mise en oeuvre des adjuvants de fabri- cation. En outre, la dépense correspondant à l'obtention et à la transmission des signaux, est très élevée. Dans le cas de machines-outils avec changement automatique de l'outil et des détecteurs de contact prévus sur cet outil, il se présente des problèmes supplémentaires en ce qui concerne la transmission des signaux pour assurer l'apti- tude au fonctionnement avec une dépense technique accep- table. Il vient s'y ajouter que les détecteurs sont plus ou moins sensibles aux actions des forces externes et sont exposés à des endommagements du fait du déroulement des copeaux. L'invention a pour but de créer un dispositif pour surveiller la forme des copeaux qui, tout en présen- tant une fiabilité élevée et une sécurité élevée vis à vis des perturbations, est conforme aux exigences de mise en oeuvre de la production. L'invention a pour but de créer un dispositif 4.- pour surveiller au moyen d'éléments de contact lors de l'usinage de métaux avec enlèvement de copeaux, la forme des copeaux, notamment en ce qui concerne une grande lon- gueur ininterrompue du copeau ainsi que l'enroulement du copeau autour de l'outil, ce dispositif devant être apte à fonctionner indépendamment qu'il s'agisse d'un usinage d'ébauchage ou de finition, et même si des adjuvants de fabrication sont mis en oeuvre, les éléments de contact devant être maintenus éloignés de l'outil et les fonctions de la machine ainsi que le changement de pièces d'oeuvre et d'outils ne devant pas être altéré. Conformément à l'invention, ce but est at- teint en ce que la fixation d'outil est munie dans l'en- vironnement immédiat de l'emplacement de fixation de l'ou- til, sur sa surface frontale tournée vers la pièce d'oeuvre, ainsi que sur ses surfaces latérales s'y raccordant direc- tement, d'une couche électriquement conductrice, isolée par rapport à la structure de base de la fixation d'outil, et qui est reliée à un conducteur de transmission passant par l'intérieur de la fixation d'outil, ce conducteur aboutissant vers l'extérieur par l'intermédiaire d'un em- placement de raccordement au montage d'exploitation, grace auquel, lors de l'établissement d'un contact durable, une sortie de signal "copeau enroulé" est activée, tandis que lors de l'établissement d'un contact intermittent, une sor- tie de signal "copeau long" est activée. Comme couche électriquement conductrice, des t8les isolées, résistant à l'usure, sont placées sur les surfaces de la fixation d'outil. Les t8les résistant à l'usure sont constituées d'un matériau non magnétisable. Dans le cas d'une fixation d'outil faisant partie d'une tête révolver, l'emplacement de raccordement est constitué par un commutateur inductif de proximité. Dans le cas o il existe déjà un transmetteur de signaux de mesure sans fil, qui est prévu pour capter les signaux de 5.- mesure à partir d'un détecteur de mesure susceptible d'être logé dans la tête révolver, et qui transmet des signaux de mesure de la tête révolver à la partie fixe du support de l'outil, la partie réception, disposée sur la partie fixe du support de l'outil, du transmetteur de signaux de me- sure, est reliée au montage d'exploitation par l'intermé- diaire d'un circuit de porte. De préférence, la sortie de signal "copeau enroulé" est activée pour une durée de contact prolongée qui se situe entre 0,5 et 4 secondes, tandis que la sortie de signal "copeau long" est activée pour une fréquence de con- tact prédéfinie qui se situe entre 2 et 50 Hz. La sortie de signaux du circuit d'exploitation est branchée sur une source de valeur de consigne augmentant par paliers l'en- tra nement d'avance. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté sur les dessins ci-Joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation de la face tournée vers la pièce d'oeuvre d'une fixation d'ou- til pour un outil de tournage, - la figure 2 est une vue en plan de la fixa- tion selon la figure 1, - la figure 3 est une coupe selon la ligne A-B de la figure 1, - la figure 4 représente un ensemble de cir- cuit pour l'obtention des signaux, - la figure 5a montre l'évolution du signal dans le cas de copeaux rompus, - la figure 5b montre l'évolution du signal dans le cas de copeaux ininterrompus ainsi que les sorties de signaux "copeau long" ou bien "copeau enroulé" dérivées de cette évolution par le montage d'exploitation. Le dispositif pour surveiller la forme des copeaux va être décrit en se référant à une fixation d'outil de tournage standard 1 (figure 1; figure 2). L'outil de 6.- tournage 2 équipé d'une structure de coupe 2a est saisi dans la fixation d'outil 1. La fixation d'outil 1 comporte une portée cylindrique la grâce à laquelle elle est fixée dans une tourelle révolver 3 (figure 3). Sur la fixation d'outil 1 est fixé un élément de contact 4 qui cerne les surfaces de la fixation 1 voisines de la sortie de l'outil de tournage 2, c'est-à-dire qui est adapté aux formes des surfaces de cette fixation. L'élément de contact 4 est constitué d'une tôle d'acier non magnétisable. Pour isoler l'élément de contact 4 par rapport à la fixation 1, il est prévu des cales isolantes appropriées 5. L'élément de contact 4 est vissé en même temps que les cales isolantes sur la fixation d'outil 1. A cet effet, des douilles isolantes 6, 7, 8 pour des vis de fixation 9, 10 sont insé- rées dans la fixation d'outil 1. En un de ces points de fixation, l'élément de contact 4 est relié par l'intermé- diaire de la vis de fixation 10a avec une douille cylin- drique 11 introduite dans la fixation 1 et isolée par rapport à elle, douille sur laquelle est raccordé un con- ducteur 12 passant par l'intérieur de la fixation 1 et relié à une bobine d'induction 13 (figure 3). L'autre en- trée de la bobine d'induction 13 est reliée par l'inter- médiaire d'un conducteur 14 à la masse, c'est-à-dire à la fixation 1 et donc au tranchant 2a de l'outil. La bobine d'induction 13 est logée dans un bottier 15 qui est introduit dans une cavité cylindrique de la face frontale de la portée cylindrique l a de la fixa- tion d'outil 1 et qui est fixée par une vis 19. Directe- ment contre la bobine d'induction 13, se trouve un détec- teur de proximité 16. Un bottier 17 dans lequel est logé ce détecteur de proximité 16 est fixé sur la partie fixe 18 du support d'outil. L'entrefer entre la bobine d!induc- tion 13 et le détecteur de proximité 16 est susceptible d'être réglé par l'intermédiaire d'une cale 20. L'ensemble de circuit (figure 4) comporte 7.- la bobine d'induction 15 qui peut tre court-circuitée en- tre l'élément de contact 4 et le tranchant 2a de l'outil par un copeau représenté sous la forme d'un contact de commutation 21. Une bobine d'induction 22 faisant partie du détecteur de proximité 16 est placée dans un circuit oscillant indiqué par un condensateur 23 branché par l'in- termédiaire d'une bobine d'induction de couplage 22. Les signaux appliqués par l'intermédiaire d'un conducteur 24 (figure 3) sont transmis à un montage d'exploitation non représenté. Le copeau qui se déroule produit, lorsqu'il vient en contact avec la pièce de contact, des signaux qui sont représentés graphiquement sur la figure Sa en fonction du temps t. Sur la figure 5a est représentée une allure irré- gulière du signal dans laquelle du fait de l'établissement de contact de durées variables, il y a aussi bien des si- gnaux courts en forme d'impulsions que des.:signaux plus longs. Sur la figure 5b sont représentées trois allures ca- ractéristiques de signaux. Dans une première période de temps TS il ne se produit qu'un signal qui disparait à nouveau a l'intérieur d'une durée de contact prédéfinie TWs. Dans une seconde période de temps TLS il se produit une accumulation de signaux en forme d'impulsions, un nom- bre d'impulsions limite de 9 impulsions étant atteint, qui résulte de la fréquence de contact prédéfinie et de la pé- riode de temps TWS. Dans une autre période de temps TLS un contact durable, dépassant la durée de contact prédéfinie T1S est assuré par le copeau qui se déroule. A partir du dépassement du nombre d'impulsions i limite ou bien du dépassement de la durée de contact prédéfinie TWS le signal "coupeau long" ou bien le signal "coupeau enroulé" est émis par le montage d'exploitation. Le mode de fonctionnement du dispositif pour la surveillance de la forme des copeaux est le suivant: Le copeau qui se déroule lors de l'usinage 8.par l'intermédiaire du tranchant d'outil 2a et qui agit comme élément de commutation 21, détermine lors de l'éta- blissement du contact avec l'élément de contact 4, un ni- veau de signal H. Si le circuit allant du copeau à l-'é1é- ment de contact 4 n'est pas fermé, le niveau du signal res- te à sa valeur de départ L. De ce fait, aucun signal H n'est délivré pour tous les copeaux se rompant à une courte longueur. Seuls des copeaux plus longs venant en butée contre l'élément de con- tact 4 se traduisent par un niveau de signal H. Si ensuite ces copeaux se brisent d'eux-mêmes à une courte longueur, c'est-à-dire avant que la durée de contact prédéfinie TWS ait été atteinte, des interventions dans le déroulement de l'usinage ne sont pas nécessaire. Ce n'est que lorsqu'il y a dépassement de cette limite de temps que l'établisse- ment d'un contact par le copeau se déroulant est reconnu comme un temps de contact de longue durée TWS par le mon- tage d'exploitation et que le signal "copeau enroulé" WS est délivré. Dans ce cas, le copeau s'est de façon générale enroulé autour de l'outil de tournage o il s'est fixé. Si le copeau qui se déroule ne ferme le circuit que pendant un court instant mais de façon répétée, ce qui produit des signaux en forme d'impulsions, le risque d'un copeau long dangereux est exclu tant qu'à l'intérieur de la période de temps TLS le nombre d'impulsions i limite n'est pas atteint, c'est-à-dire tant que dans le présent exemple de réalisation, on ne dépasse pas 9 impulsions par périodes de temps TS. Ce n'est que pour un nombre d'impulsions al- lant au-delà du nombre d'impulsions i limite que le signal "copeau long" LS est délivré par le montage d'ex- ploitation. L'intervention de ces fréquences d'impulsion doit être interprétée en ce qui concerne la formation des copeaux comme indiquant un copeau long dangereux, car des copeaux longs avec de multiples établissements de contacts, 9,-_ peuvent fréquemment aboutir lors de petites modifications dans les conditions de coupe à des copeaux enroulés. Dans de nombreux cas on peut ainsi en détectant des copeaux longs dangereux et les modifications des paramètres d'usi- nage qui en découlent, empocher l'apparition, qui doit être à tout prix évitée, de copeaux enroulés. Avec chaque éta- blissement de contact du copeau sur l'élément de contact 4, il s'est produit un amortissement du circuit d'oscillateur du détecteur de proximité 16, grâce à quoi le signal H pré- cité est dérivé et appliqué au montage d'exploitation. Si l'amortissement est supprimé par ouverture du contact de commutation 21, le signal est ramené au niveau L. Une stra- tégie possible prévoit alors par exemple, lors de la déli- vrance du signal "copeau long" LS et/ou du signal "copeau enroulé" WS, d'augmenter, selon des paliers déterminés, l'avance du processus d'usinage jusqu'à une valeur limite prédéfinie pour obtenir une forme de copeaux ou bien une rupture de copeaux améliorée. A cet effet, on peut utili- ser une source de valeur de consigne s'élevant par pa- liers lors d'un signal d'appel. Si malgré ces dispositions le signal "copeau enroulé" WS persiste il y a lieu de signaler qu'une inter- vention devient nécessaire pour enlever les copeaux enrou- lés autour de l'outil. Une signalisation pour une interven- tion manuelle dans le processus d'usinage peut être égale- ment fournie lors de la persistance du signal "copeau long" LS. 10._ R E V E N D I C A T I ONS 1.- Dispositif pour surveiller, lors de l'usinage de métaux avec enlèvement de copeaux, la forme des copeaux, tant en ce qui concerne des copeaux de grande longueur ininterrompue que des copeaux s'enroulant autour de l'outil, et qui, Jouant-le rôle d'éléments de contact ferment, en utilisant leur conductibilité électrique, un circuit entre un outil saisi dans une fixation d'outil et un emplacement de contact dans l'espace oh se trouvent ces copeaux pour alimenter un montage d'exploitation, notam- ment pour des tours automatiques, dispositif caractérisé en ce que la fixation d'outil est munie dans l'environne- ment immédiat de l'emplacement de fixation de l'outil (2), sur sa surface frontale tournée vers la pièce d'oeuvre, ainsi que sur ses surfaces latérales s'y raccordant direc- tement, d'une couche électriquement conductrice, isolée par rapport à la structure de base de la fixation d'outil, et qui est reliée à un conducteur de transmission (12) passant par l'intérieur de la fixation d'outil, ce con- ducteur aboutissant vers l'extérieur par l'intermédiaire d'un emplacement de raccordement au montage d'exploitation, grâce auquel, lors de l'établissement d'un contact durable une sortie de signal "copeau enroulé" (WS) est activée, tandis que lors de l'établissement d'un contact intermit- tent, une sortie de signal "copeau long" (LS) est activée. 2.- Dispositif pour surveiller la forme des copeaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que, comme couche électriquement conductrice, des tôles isolées (4), résistant à l'usure, sont placées sur les surfaces de la fixation d'outil. 3.- Dispositif pour surveiller la forme des copeaux selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les tôles résistant à l'usure (4) sont constituées d'un matériau non magnêtisable. 4.- Dispositif pour surveiller la forme des 257232t 11.- copeaux selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que dans le cas d'une fixation d'outil faisant partie d'une tête révolver (3), l'emplacement de raccordement est constitué par un commutateur inductif de proximité (16). 5.- Dispositif pour surveiller la forme des copeaux selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, dans le cas d'un transmetteur de signal de mesure disposé entre la tête révolver (3) et la partie fixe (18) du support d'outil pour capter les si- gnaux de mesure d'un détecteur électrique de mesure logé dans la t8te révolver, la partie réceptrice de ce trans- metteur de signal de mesure est reliée par ilintermédiaire d'un circuit de porte au montage d'exploitation. 6.- Dispositif pour surveiller la forme des copeaux selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la sortie de signal "copeau enroulé" (WS) est activée lors d'un temps de contact d'une durée prédéfinie (TWS) qui se situe entre 0,5 et 4 secondes0 7.- Dispositif pour surveiller la forme des copeaux selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la sortie de signal "copeau long" (LS) est activée lors d'une fréquence de contact prédéfinie qui se situe entre 2 et 50 Hz. 8.- Dispositif pour surveiller la forme des copeaux selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la sortie de signal du montage d'ex- ploitation est branchée sur une source de valeur de consi- gne augmentant par paliers l'entraînement d'avance.