Brevet FR2563138A1 — publié le 19851025

-2563138 Dispositif pour l'étalonnage d'une machine-outil L'invention concerne un dispositif pour l'étalonnage d'une machi- ne-outil comportant au moins un outil rotatif autour de son axe et un car- ter présentant une ouverture de passage de l'outil. Dans les réacteurs nucléaires à eau sous pression, le coeur compo- sé d'assemblages combustibles est entouré- par un cloisonnement constitué par des plaques disposées verticalement et jointives de façon à reproduire la forme de la surface extérieure du coeur. Ces plaques verticales sont maintenues par des plaques de renfort horizontales occupant toute la lar- geur de l'espace entre l'enveloppe de coeur et le cloisonnement. Les bords en contact des plaques verticales ne sont pas forcément jointifs sur toute leur longueur et il peut subsister des espaces de fuite le long de ces bords. Comme il existe une différence de pression entre l'espace intérieur du cloisonnement et l'espace compris entre l'enveloppe de coeur et la surfa- ce externe du cloisonnement, des jets d'eau sous une certaine pression peu- vent être dirigés de l'extérieur du cloisonnement vers l'intérieur du cloi- sonnement. Ces jets d'eau viennent alors frapper les crayons des assembla- ges périphériques du coeur. Il est donc souhaitable de limiter au maximum ce phénomène qui peut Atre la cause d'une usure prématurée des crayons com- bustibles disposés à la périphérie du coeur. On a proposé, dans une demande de brevet n 81-14899 déposée le Juillet 1981 par la Société FRAMATOME, d'éliminer les espaces de fuite le long des bords des plaques verticales du cloisonnement, en usinant des trous taraudés dans ces plaques à l'endroit o elles se recouvrent et en in- troduisant dans ces trous taraudés des vis qui sont ensuite serrées suffi- samment pour rapprocher les bords des plaques jusqu'à les rendre jointifs. On propose également, dans cette demande de brevet, un dispositif pour réaliser l'usinage des trous taraudés et la mise en place et le serra- ge des vis. Un tel dispositif qui doit réaliser des fonctions différentes est constitué sous la forme d'une machine-outil à barillet entièrement contenue dans un carter étanche dont la face frontale comporte une ouverture de pas- sage des outils. Cette face frontale de la machine-outil peut venir s'appli- quer de façon étanche contre les parois du cloisonnement sur lesquelles on effectue l'usinage et la mise en place de la vis. Une telle machine- outil peut comporter un barillet à six positions permettant de venir présenter six outils dillrtretts successivemernt dans la zone de travail, ces outils étant déplacés axialement par un vérin et traversant alors l'ouverture du carter en position centrée. Quatre outils sur six qui travaillent en rota- tion autour de leur axe sont entrainés simultanément par un même moteur hy- draulique. En revanche, seul l'outil en position de travail subit la pous- sée du vérin hydraulique pour son mouvement d'avance. Un tel dispositif permet de travailler sous eau et sans introdui- re de copeaux d'usinage dans la cuve du réacteur. Le moteur hydraulique d'entrainement en rotation et le vérin hy- draulique d'avance sont alimentés en fluide dont le débit est contrôlé par l'intermédiaire d'éléments commandés électriquement par des potentiomètres. On peut ainsi réguler le débit d'alimentation du vérin et du moteur hydrau- lique, ce qui permet de régler la vitesse d'avance du vérin et de rotation du moteur hydraulique. A chaque position des potentiomètres correspond donc un courant électrique de commande des éléments du circuit hydraulique d'ali- mentation du vérin et du moteur hydraulique. La pression d'alimentation du vérin augmente avec l'effort résis- tant sur l'outil avec un seuil limite. Le couple exercé sur le moteur hy- draulique augmente en fonction du couple résistant. Cependant, si un étalonnage de la machine-outil n'a pas été réali- sé, on ne connatt pas les couples ou les efforts axiaux correspondant aux diverses positions des potentiomètres. En particulier, lorsqu'on utilise l'outil de vissage, il est ex- trêmement important de connaître le couple exercé sur la vis avec une très bonne précision, pour savoir si la tension résiduelle dans cette vis est suffisante pour assurer le maintien des deux cloisons jointives. Il est nd- cessaire également d'éviter d'exercer un couple trop important sur la vis, ce qui peut conduire à sa rupture. On ne connaissait pas jusqu'ici de dispositif permettant de mesu- rer les couples dynamiques exercés par un moteur hydraulique sur un outilla- ge (utilisé par exemple pour le serrage de vis) exerçant des couples résis- tants variables en fonction de leur état de serrage. De même, on ne connaissait pas de moyen pour déterminer facile- ment le couple et l'effort axial exercé sur un outil de perçage, de lamage ou de taraudage, lors de son utilisation en usinage. Dans le cas de l'usina- ge des trous de vis dans les cloisons du coeur d'un réacteur nucléaire, ces couples et efforts peuvent varier considérablement en fonction de l'état mé- tallurgique du matériau et de l'état d'usure de l'outillage. Il est donc très important d, connaitre ces couples et efforts pour éviter ou prévenir des ruptures d'outils. Les vis utilisées pour éliminer les espaces de fuite d'un cloison- nement peuvent être du type décrit dans la demande de brevet n 83-17279 de la Société FRAMATOME. De telles vis comportent un moyen de fixation les ren- dant imperdables constitué par des billes qui peuvent être poussées vers l'extérieur de la vis par une tige de manoeuvre, de façon à écraser le file- tage du trou taraudé dans lequel est engagée la vis. Il faut, dans ce cas, pouvoir contrôler l'effort de poussée exercé sur la tige de manoeuvre et donc l'effort axial d'un outil de poussée de la tige. Dans tous les cas, les vis disposées dans le cloisonnement doivent être rendues imperdables par un élément actionné par une tige de manoeuvre. La machine-outil à multi- ples fonctions qui réalise l'usinage et le vissage doit donc également réa- liser la poussée et le sertissage de la tige de manoeuvre de la vis avec un effort axial contrôlé. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif pour l'é- talonnage d'une machine-outil comportant au moins un outil rotatif autour de son axe entrainé en rotation par un moteur dont le courant de commande proportionnel au couple exercé sur l'outil peut' être régulé et mesuré et un carter présentant une ouverture de passage de l'outil, dispositif qui per- mette d'exercer un couple résistant sur l'outil et de mesurer ce couple à partir du courant de commande de son moteur d'entrainement. Dans ce but, le dispositif comporte: - un support de forme tubulaire comportant une pièce de fixation annulaire munie de moyens pour la solidariser avec le carter, autour de son ouvertu- re, de façon que l'ouverture centrale du support tubulaire soit dans le pro- longement de l'ouverture du carter pour le passage de l'outil axialement dans le support, un corps central comprenant au moins une partie déformable sous l'effet d'une torsion autour de l'axe du support munie d'au moins une jauge de contraintes et une partie d'extrémité opposée à la pièce de fixa- tion dans laquelle est disposée, suivant l'axe du support, une pièce de rac- cordement de l'extrémité de l'outil munie de moyens permettant de rendre so- lidaire en rotation l'outil et la pièce de raccordement et portant un dis- que coaxial à l'outil placé entre deux pièces annulaires de frottement main- tenues dans la partie d'extrémité du support et contre le disque, par un moyen exerçant une force réglable de direction axiale, - et un moyen de mesure associé h la jauge de contraintes pour la mesure d'un courant représentatif du couple résistant opposé à l'outil par l'ensem- 6 3138 ble constitué par le disque et les pièces annulaires en contact frottant. Dans un mode de réalisation préférentiel, le dispositif permet é- galement d'exercer et de mesurer des efforts résistants axiaux sur l'outil. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décri- rc h Litre d'exem)ple non limitatif, tn so référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un dispositif pour l'étalonnage d'une ma- chine-outil permettant l'usinage et la fixation de plaques de cloisonnement telles que décrites dans la demande de brevet 81-14899. - La figure 1 est une vue en coupe par un plan de symérie du dispo- sitif en position de service sur la machine-outil. La figure 2 est une vue en coupe suivant AA de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe suivant BB de la figure 1. Sur la figure 1, on voit le carter 1 de la machine-outil dans l-a zone de l'ouverture 2 de passage des outils. Les six outils permettant de réaliser les différentes-fonctions d'usinage, de vissage et de blocage sont placés parallèlement sur un baril- let qui permet de les amener successivement en position centrée par rapport à l'ouverture 2. Dans sa position de service, l'outil constitué par exemple par une lame de tournevis ou par un foret de perçage a son axe dirigé sui- vant XX'. Le dispositif d'étalonnage comporte un support en plusieurs par- ties de forme générale tubulaire. Ce support est fixé sur le carter 1, au- tour de l'ouverture 2, par l'intermédiaire d'une pièce de fixation annulai- re 3, de vis 4 et 5 et d'axes 6 et 8 assurant le blocage en rotation. Le support est constitué de trois parties distinctes 10, 11 et 12, les pièces 10 et 1I étant assemblées par l'intermédiaire de vis 13 et d'axes 14 et les pièces 11 et 12 par l'intermédiaire de vis 15 et d'axes 16 permettant le blocage 'en rot;ation. La pièce 10 constitue une éprouvette déformable permettant la me- sure de couple et d'effort axial. On va décrire cette pièce en se référant simultanément aux figu- res 1, 2 et 3. La pièce 10 comporte un socle 10a qui est fixé par les vis 5 sur la pièce de fixation 3 elle-même rendue solidaire du carter 1 par les vis 4. La partie périphérique 10a de la pièce 10 est reliée au corps cen- tral 10b de cette pièce par l'intermédiaire de quatre parties déformables radiales 10c. Sur chacune de ces parties radiales est placée une jauge de contrainte 17 placée à 45 par rapport à l'axe XX' du dispositif. Ainsi qu'il est visible sur les figures 1 et 3, le corps central 6 3 1 3 8 lob comporte quatre parties déformables 18 portant chacune une jauge de contrainte 19 placée dans la direction de l'axe XX'. La pièce 11 est rendue solidaire de la pièce 10 grâce aux vis 13 et aux pions 14. La pièce 11 est également solidaire de la partie d'extrémité 12 du support du dispositif, de façon que les parties 10, 11 et 12 du support constituent un ensemble tu- bulaire dont la cavité intérieure a pour axe XX'. La partie 12 d'extrémité du support est constituée par une douil- le dont la surface interne à son extrémité est usinée pour constituer un ta- raudage 21. Un écrou 22 est engagé dans ce taraudage 21 et comporte des trous 23 sur sa face d'extrémité pour l'engagement d'un outil de serrage. L'écrou 22 permet le serrage d'un ensemble de rondelles Belleville 25 inter- calées entre l'extrémité de l'écrou 22 et une pièce de serrage 27 montée glissante dans la douille 12 grâce à une rainure 29 usinée dans cette douil- le 12 et à une clavette 28 engagée dans la pièce de serrage 27. La pièce de serrage 27 transmet la pression exercée par les rondelles Belleville 25 à deux pièces annulaires de frottement 31a et 31b placées de part et d'autre d'un disque métallique 30, la pièce annulaire de frottement 31b étant fixée sur le fond de la douille 12. Le disque 30 est solidaire d'une pièce de raccordement 20 consti- tuée par une douille dont la surface intérieure est usinée de façon à rece- voir l'extrémité de l'outil 32. L''extrémité de l'outil 32 et la pièce de raccordement 20 peuvent être solidarisées en rotation par une clavette 20'. Enfin, on a représenté sur la figure 1 une éprouvette 35 en un ma- tériau identique au matériau des cloisons sur lesquelles la machine-outil à étalonner peut effectuer des usinages puis la mise en place de vis. Cette éprouvette 35 est immobilisée en rotation et en translation par l'intermé- diaire des vis pointeau 40 et serrée à l'intérieur de l'espace central d'axe XX' par l'extrémité filetée de la pièce 11 constituant un mors de ser- rage qui se referme lorsque cette pièce 11 est vissée à l'intérieur de la pièce 10 du support. Les jauges de contrainte 17 et 19 sont reliées à un ensemble d'a- linmntation l t d, meisure 36 permerttant de déterminer les contraintes à l'o- rigine de déformations des parties 10c et 18 du support d' dispositif d'éta- lonnage. On va maintenant décrire en se référant à l'ensemble des figures 1, 2 et 3, le fonctionnement du dispositif d'abord pour l'étalonnage du cou- ple exercé par le moteur hydraulique de la machine-outil sur un outil et de l'effort axial correspondant exercé par le vérin hydraulique de la machine- 6 3138 outil, ensuite pour la détermination des conditions d'usinage du matériau des cloisons, par exemple à l'aide d'un foret de perçage. Pour l'étalonnage du couple exercé par le moteur hydraulique, on n'utilise pas d'éprouvette telle que 35 placée comme représenté sur la figu- re 1. L'espace central du support du dispositif est donc libre pour le pas- sage d'une pièce cylindrique de liaison 32 constituant l'extrémité de l'ou- til, mise en position de service par le barillet de la machine-outil. L'ex- trémité 32 de l'outil est engagée dans la pièce de raccordement 20 et blo- quée en rotation par rapport à cette pièce par une clavette 20'. Le moteur hydraulique de mise en rotation de la lame de tournevis 32 est alors alimen- té de façon à mettre en rotation l'outil 32 et le disque 30. Pour tracer la courbe d'6talonunag du moteur hydraulique donnant le courant de commande d'alimentation de ce moteur ou la position du potentiomètre permettant de régler ce courant, en fonction du couple exercé, on fait varier la force de serrage des pièces annulaires de frottement 31a et 31b en matériau de frot- tement du type des matériaux utilisés pour les garnitures de freins en ser- rant ou en desserant l'écrou 22. Pour maintenir la rotation de l'outil 32 à vitesse sensiblement constante, il faut modifier le réglage du potentiomè- tre, c'est-à-dire le courant de commande ou encore la pression d'alimenta- tion du moteur hydraulique. Pour chaque valeur de réglage, on détermine le courant de commande ou la position du potentiomètre et l'on mesurera, grace à l'unité 36, le couple résistant opposé à la rotation du disque 30 qui se traduit par une torsion des parties déformables 18 de la pièce 10 me- surable grâce aux jauges de contrainte 19. L'unité 36 permet d'en déduire le couple résistant. On ip.lt 6giali.tmi,.ut uliliser tle dispositif pour faire l'étalonnage du vérin de poussée axiale de l'outil 32 venant en butée en fin de course sur une surface d'appui de la pièce de raccordement 20. A chaque valeur de l'effort axial obtenu en faisant varier la pression dans le vérin, c'està- dire la position du potentiomètre de commande, on mesurera une valeur de l'effort axial grâce aux jauges de contrainte 17 et au dispositif de mesure 36. On pourra faire correspondre, de façon non ambigie, à chaque posi- tion du potentiomètre de commande du moteur hydraulique une v r du cou- ple e.t: chaqut1 posilution tomtre de commande du véril hydraulique une valeur de l'effort axial. La machine de vissage étant étalonnée, oh peut contrôler parfaite- ment la force de serrage des vis d'élimination des espaces de fuite d'un cloisonnement. On peut en effet garantir la tension résiduelle nécessaire dans la vis pour obtî,nir un, lerLtuvIl des,,spaces di tuL t(. D, cette ten- sion résiduelle nécessaire, on peut déduire facilement le couple de vissage et le contrôler à l'aide du potentiomètre de commande du moteur hydraulique qui a été étalonné en fonction du couple de serrage. De la même façon, l'étalonnage du potentiomètre de commande du vé- rin hydraulique permet de déterminer parfaitement l'effort axial exercé par un outil de poussée tel que l'outil réalisant le sertissage de la tige de blocage de la vis. Le dispositif d'étalonnage peut être également utilisé pour réali- ser des essais d'usinage et pour celà on introduit dans l'espace central du support tubulaire une éprouvette 35 en un matériau identique au matériau des cloisons ayant subi éventuellement un durcissement équivalent à celui des cloisons dans l'ambiance du réacteur. Cette éprouvette 35 est disposée et fixée dans le support du dispositif comme représenté sur les figures 1 et 3. Les essais d'usinage peuvent être relatifs par exemple au perçage à l'aide d'un foret, au lamage ou au taraudage qui sont trois opérations à ré- aliser sur les cloisons. La machine-outil est équipée d'un foret de perçage par exemple et cet outil est mis en rotation grâce au moteur hydraulique et amené en posi- tion de travail grâce au vérin de poussée. On peut alors réaliser diffé- rents essais d'usinage en faisant varier la valeur du couple exercé sur l'outil et la valeur de l'effort axial du vérin hydraulique de poussée. On peut par exemple effectuer des essais d'endurance des forets en poursuivant l 'u!;inage jusqu'à la détérioration complète du foret. Ces es- sais nécessitent bien sûr l'utilisation d'un nombre assez important d'éprou- vettes 35 qui sont ensuite examinées pour contrôler la qualité de l'usina- ge. Les mêmes essais peuvent être effectués avec l'outil de tarauda- ge. De tels essais montrent que la valeur du couple nécessaire pour le ta- raudage augmente lorsque l'outil se détériore. On pourra donc déterminer le nombre maximum d'opérations de taraudage qui peuvent être réalisées avec un outil sans qu'il y ait de risque de rupture, c'est-à-dire tel que le couple résistant reste très inférieur à la limite de rupture de l'outil. Les opérations d'étalonnage et les essais réalisés grâce au dispo- sitif suivant l'invention permettent donc de déterminer parfaitement les conditions optimales d'usinage, de connaître à chaque instant le couple et l'effort axial appliqué sur l'outil et d'éviter tout risque de rupture d'ou- til au cours du perçage et du taraudage par exemple. l,'invwntion ne se imi te pas aux modes de r6al isation qui ont -ét dc rit s; e 11,' 'n clîmportLe au contraire Loutes les variantes. C'est ainsi qu'au lieu d'un écrou et d'un ensemble de rondelles Belleville, on peut utiliser d'autres moyens pour appliquer un effort axial variable sur les anneaux de frottement entourant le disque solidarisé à l'extrémité de l'outil. On pourra par exemple utiliser un vérin hydraulique de poussée. On peut réaliser les surfaces déformables permettant de mesurer l'effort axial par cisaillement et le couple par torsion sous une forme dif- férente de celles qui ont été décrites. Dans l'exemple de réalisation, le support du dispositif d'étalonnage comporte trois pièces différentes, l'é- prouvette 10 comportant l'ensemble des éléments déformables sur lesquels sont disposées les jauges de contrainte. Cette disposition permet de rempla- cer la pièce comportant les parties déformables après un certain temps d'u- tilisation sans avoir à changer les autres pièces. Cependant, il est possi.- hil, t5galIei4,iet le r6'alisr ct- support en unet seule pièce ou en deux parties. L'invention s'applique à toute machine-outil comportant un outil tournant autour de son axe sur lequel on exerce un certain couple pendant l'usinage, ce couple devant être contrôlé de façon précise. 6 3 1 3 8 REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour l'étalonnage d'une machine-outil comportant au moins un outil (32) rotatif autour de son axe XX' entrainé en rotation par un moteur dont le courant de commande proportionnel au couple exercé sur l'outil (32) peut être régulé et mesuré et un carter (1) présentant une ouverture (2) de passage de l'outil (32), caractérisé par le fait qu'il comporte un support de forme tubulaire compor- tant une pièce de fixation annulaire (3) munie de moyens (4, 6) pour la so- lidariser avec le carter (1), autour de son ouverture (2), de façon que l'ouverture centrale du support tubulaire soit dans le prolongement de l'ou- verture (2) du carter (1) pour le passage de l'outil (32) axialement dans le support, un corps central (10) comprenant au moins une partie (10c, 18) déformable sous l'effet d'une torsion autour de l'axe XX' du support munie d'au moins une jauge de contrainte (17, 19) et une partie d'extrémité (12) opposée à la pièce de fixation (3) dans laquelle est disposée, suivant l'axe du support, une pièce de raccordement (20) de l'extrémité de l'outil (32) munie de moyens (20') permettant de rendre solidaires en rotation l'ou- til (32) et la pièce de raccordement (20) et portant un disque (30) coaxial à l'outil placé entre deux pièces annulaires (31a et 31b) de frottement maintenues dans la partie d'extrémité du support et contre le disque (30) par un moyen (22, 25) exerçant une force réglable de direction axiale, - et un moyen de mesure (36) associé à la jauge de contrainte (19) pour la im,,re d'ulu couranIt i,r&i(',ltltil du couple résistant opposé à l'outil (32) par l'ensemble constitué par le disque (30) et les pièces annulaires (31a et 31b) en contact frottant. 2.- Dispositif d'étalonnage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le support de forme tubulaire comporte au moins une partie déformable (lc) sous l'effet d'un effort axial munie d'au moins une jauge de contrainte (17) associée à un moyen de mesure (36) pour la me- sure d'un courant représentatif de l'effort axial appliqué à l'outil. 3.-- l)ispusitif d ' 6talau nage suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 et 2-, utilisable pour des essais d'usinage par la machineoutil, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (11) pour la fixation d'une éprouvette (35) en matériau à usiner, dans l'espace central du sup- port tubulaire. 4.- Dispositif d'étalonnage suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la partie déformable en torsion sous l'effet du couple et la partie déformable sous l'effet de l'effort axial sont usinées sur une même pièce (10) constituant une partie du support tubulaire réalisé en au moins deux parties comprenant la pièce (10) et la partie d'extrémité (12).