Brevet FR2577456A1 — publié le 19860822

La présente invention concerne d'une façon générale Jes dispositifs destinés à assurer le positionnement précis d'un outil de machine-outil, tel que tour, fraiseuse, aete., par rapport à une pièce à usiner. Elle concerne plus particulièrement un dispositif électronique apte à indiquer avec une grande précision une position de référence d'un outil par rapport à une pièce à usiner. Dans les machines-outils conventionnelles, le processus de centrage est effectué par des méthodes qui ne sont ni rapides, ni precises. En partieulier, lorsque l'on souhaite un positionnement parfait d'une broche de machine-outil par rapport à la pièce à usiner, on fait généralement appel d une machine spéciale dite machine à pointer, qui est tout à fait complexe et onéreuse. Cependant, lors d'un usinage classique, il est nécessaire pour le positionnement de la broche de faire appel à des accessoires spéciaux, parfois appelés "piges", généralement sous la forme de pièces cylindriques de tolérances très précises, qui sont mis en place sur la broche et amenés en affleurement avec un chant prédéterminé de la pièce à usiner, pour ainsi établir un positionnement relatif de la broche relativement précis. L'accessoire est ensuite remplacé par l'outil lui- même pour réaliser l'usinage. On comprend cependant que cette méthode de centrage est tout à fait fastidieuse en ce que de fréquents changements entre l'accessoire et les outils sont nécessaires pour obtenir une précision satisfaisante de l'usinage. Par ailleurs, il est bien évident que cette méthode ne tient aucunement compte des imperfections de l'outil tels qu'ovalisation, usure irrégulière des dents de celui-ci, ou encore orientation non parfaitement horizontale (ou verticale, selon les cas) de l'outil. La présente invention vise à pallier ces inconvénients et à proposer un dispositif de positionnement d'un outil de machine-outil qui permette d'atteindre une précision extrêmement élevée. Plus précisément, I'invention a pour objet de proposer un dispositif de positionnement qui opère alors qua l'outil de coupe avec lequel le travail est à effectuer occupe sa position définitive sur la broche de la machine-outil, et que ledit outil est en rotation d vitesse souhaitée, pour ainsi assurer un positionnement de référence à I'état dynamique de la machinae. 25774 56- R cet effet, la présente invention concerne un procédé de positionnement relatif d'un outil de machine-outil et d'une pièce métallique à usiner, la machine-outil possédant au moins une broche rotative, caractérisé an ce qu'il comprend les étapes consistant à: S faire passer un courant électrique le long d'un premier trajet résistif entre la broche et le bàti de la machine, via des moyens de support en rotation de la broche sur la machine, mettre la broche en rotation, approcher progressivement l'outil de la pièce à usiner, jusqu'à la aise en contact affleurant de l'outil et de la pièce, pour ainsi créer au moins temporairement un second trajet de courant entre la broche et le bâti de la achine, via l'outil et la pièce à usiner, en parallèle du premier trajet, détecter la variation d'un paramètre électrique due à la création dudit second trajet de courant, et ÀS qen réponse à une telle détection, oetionner des moyens de signalisation et/ou de commande. L'invention concerne également un dispositif pour la maise en oeuvre du procédé ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens pour injecter un courant électrique vers la broche de la zo machine, et pour récupérer ce eourant au niveau du bâti de la machine, des moyens pour détecter les variations d'un paramètre électrique lié à la circulation dudit courant entre ladite broche et le bâti, et des moyens de signalisation et/ou de commande agencés pour être actionnés par lus moyens de détection dès que ceux-ci ont détecté une variation dudit Z5 paramtre électrique correspondant à ia transition entre un passage du courant le long d'un premier trajet, passant par des moyens de support en rotation de la broche sur le bâti, et un passage du courant à la fois le long de ce premier trajet et le long d'un second trajet passant par l'outil et la pièce à usiner lorsque ceux-ci viennent en contact mutuel. L' invention sera mi eux comprise à la lecture de la description détail l ée suivoant d'un mode de réalisation préféré de celle-cl, donnée à titre d'exmple et faite en référence au dessin aonnex, sur lequel la figure unique est un schm-bloec d'un dispositif de positionnMamnt smelon l'inuention. En référence ou- dessin est tout d'obord rprésentée schimatiquement une *ehine-outil, dans le présent exeple du type fralseuse, qul est globalement indiquée en 10 et qui comprend une broche 12 montée rotative sur lo bôti de la machine par l'interméidiaire d'un jeu de roulements convontionnels 14 et opte a être entratnée en rotation par une unité de motorisation conventionnelle 11. Sur la broche 12 est monté un outil 16 électrnique. Du fait de la présence de graisse de lubrification dans les roule- ments 14, c precier trajet prsente une résistice électrique non néglige Un secod trajet d cournt, paral lle cU prumie, est apte à &b ra I-é lorsque l'outil de nmqm 16 oeriu au content de la pôce à frai.cr 18. En effet ces deux élémts snt dan ls cs ies plus fréqwnts ea tun Eieu électriquement conducter, i 'outil 15 et la pièce à usinar 18 étnt peQztlîvànt en contact électrique sc la broche 12 et ia bâti 28 de la machlnoutil. Ainsi, lorsque le contrat entre 1'rutii et 3. pièe est étcbl, cD second tL-ojet, dC ré- sistance électrique faible, est stperpoxé au M irl trajet rclativcemi riusitif woltionné plus hout, pzao uir#zl etalsser la slcr d l'a réisstnwJ etn&e tes boe 24 et $2 du circuit àle tiq> e ô db$ fins eçlicq4az pluc loin. 4 secteur, qui alimente les divers organes du circuit 34 (de manièr non illustrée). On trouve en outre, Indiqué en 38, un circuit à pont-diviseur de tension qui inclut les bornes 24 et 32 mentionnées plus haut. Ainsi, on comprend que toute variation de la résistance électrique entre les bornes 24 et 32 va &tre convertie a la sortie du circuit 38 en une variation de tension correspondante. La sortie du circuit 38 est reliée à l'entrée d'un circuit de mise en forme et d'amplification 40, qui est agencé pour d'une part filtrer le signal fourni par le pont diviseur 38, afin de le débarrasser de toutes ses informations non significatives, et pour d'autre part amplifier les variations de tension intialement très faibles de ce signal. La sortie du circuit de mise en forme et d'amplification 40 est reliée à une première entrée d'un circuit comparateur 42.- La seconde entrée de ce comparateur 42 est reliée à une unité de réglage de tension de seuil 44, à des fins expliquées plus loin. La sortie du comparateur 42 fournit de façon conventionnelle un signal à deux états qui est représentatif du signe de la différence entre les tensions présentes sur ses deux entrées. R titre d'exemple, le comparataur 42 pourra consister an un simple amplificateur opérationnel monté en boucle ouverte. La sortie du circuit comparateur 42 est délivrée tout d'abord à un circuit de mise en forme et de mise à niveau, indiqué an 46, qui est agencé pour fournir à sa sortie un signal numérique représentatif du signal de sortie du comparateur 42 et compatible avec les niveaux logiques haut et bas usuellement présents dans les Installations de commande numérique de machines-outil s, à des fins expliquées plus loin. La sortie du comparateur 42 est également appliquée à l'entrée d'un circuit de commande de s i gnal isat i on lumineuse, globa lement indiqué an 48, qui est apte.i eilectivement allumer et éteindre une source lumineuse 49. Dans le present mode de reél isotion préféré, la source lumineuse cons-iste en une diode électroluminescente qui est montée à l'extrémité libre d'une bialladeuse (non représentée), afin que l'opérateur de la machine-outil puisse, quelle que soit sa position de travail sur la machine, disposer cette diode électroluminescente à portée de ses yeux. Le circuit de commande de signalisation lumineuse 48 peut par exemple comprendre un relais temporisé ou analogue afin d'assurer l'éclairement de la source lumineuse pendant une durée appropriée dès cque la sortie du comparateur 42 passe d'un premier état à un second état, comme on le verra plus loin. La sortie du comparateur 42 est enfin appliquée à l'entrée d'un circuit de commande de signalisation sonore, globalement indiqué en 50, qui est agencé pour contrôler l'émission d'un son, fourni par un oscillateur approprié 52 et amplifié par un amplificateur 54, par un haut-parleur ou vibreur 56, et ce en réponse à un changement d'état prédéterminé de la sortie du comparateur 42, de façon analogue au circuit de signalisation lumineuse 48. De façon préférée, on utilisera comme onde sonore une onde carrée, que son fort contenu en harmoniques rend tout à fait audible dans un environnement bruyant tel que celui d'un atelier. Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus est le suivant. Lorsque l'on souhaite établir avec une grande précision une position de référence de l'outil 16 par rapport à la pièce à usiner 18, un tel positionnement étant nécessaire dès que l'on exige une opération d'usinage précise ou que l'on souhaite 2o réaliser une pièce suivant des tolérances serrées, alors l'outil avec lequel doit être effectuée la passe est monté sur la broche 12, et éventuellement nettoyé pour le débarrasser de tout copeau métallique conducteur qui pourrait entraver la mesure, puis cette dernière est entraînée an rotation à vitesse appropriée par l'unité de motorisation 11. L'outil 16 est alors lentement rapproché d'un chant prédéterminé de la pièce 18, horizontalement ou verticalement selon le type de position de référence à établir. Tant que l'outil n'est pas en contact avec la pièce à usiner, alors le seul trajet de courant entre les bornes 24, 32 du dispositif électronique passe par la sonde 22, le collecteur 26, la broche 12, le jeu de roulements 14, le bâti 28, puis le conducteur de retour 30. L'expérience a montré que ee trajet présentait. en particul ier du foi t de la présence d'un fi lm 2577456 de graisse dans les roulements 14 en rotation, une certaine résistance électrique non négligeable, qui variait cependant quelque peu au cours de la rotation de la broche 12, mais qui était toujours supérieure à une valeur limite inférieure prédéterminée. ú5 Cependant, I'arrivée de l'outil 16 au contact de la pièce 18 a pour effet, comme l'a montré l'expérience, de court-circuiter le premier trajet de courant tel que décrit ci-dessus, et de rendre la valeur de la résistance entre les bornes 24, 32 beaucoup plus faible qu'elle ne l'était précédemment. Une telle diminution de la résistance entre les bornes 24 et 32 dans le pont diviseur a pour effet Immédiat de diminuer la tension présente sur la première entrée du comparateur. On choisira à cet égard une valeur de tension de seuil, fixée de façon précise à l'aide d'un potentiomètre multi-tours approprié dans l'unité de réglage 44, de manière à ce que cette diminution de tension fasse passer cette dernière d'une valeur supérieure d une valeur inférieure à la tension de seuil. Rinsi, ladite diminution de tension fait passer la sortie du comparateur d'un état haut, inactif, à un état bas, actif, ce qui déclenche le fonctionnement des circuits de commande de signalisation visuelle et sonore 48 et 50 pour ainsi informer immédiatement l'opérateur de la machine-outil que l'outil 16 est en affleurement par au moins une dent avec la pièce à usiner 18. L'opérateur dispose ainsi d'une zo information de position de référence de l'outil par rapport à un chant donné de la piace qui est d'une grande fiabilité et d'une grande précision. Part a illeurs, dans le cas d'une machine-outil à commande numérique, le changement d'&tat de la sortie du comparateur pourra être utilisé comme signal de commande de l'unité de commande numérique, par exemple dans le but de charger dans Z5 une amémoire une valeur de position Instantanée de la broche de la machine-outil, destinée par exemple à tenir lieu de zéro flottant. Une position de référence outilJpièce d'une grande précision est ainsi obtenue d'une façon plus simple et efficace que dans l'art antérieur. En outre, toujours en association avec les installations i commarnde numérique, le présent dispositif pourra être utilisé comme dispositif de:ecurnte dans le case d'une erreur de commande de la translation de la table ou de l'outil coupant, pour Interrompre imméediatement une telle translation lorsque l'outil arrle au contact de la pièce à usiner, selon une détection telle que décrite plus haut. Il pourra en outre 'tre combiné à un détecteur de proximité pour une opération automatisée de mesure de position de référence, la translation de l'outil par rapport à la pièce étant ainsi fortement ralentie lorsque le contact affleurant pièce/outii est à mâme d'avoir lieu. Il est à noter que le dispositif de la présente invention peut également &tre utillsé pour la détermination de l'état de paliers à roulements dans des O10 machines de type quelconque. En effet, lorsqu'un roulement est uzé ou manque de graisse, alors la résistance électrique entre sa bague intérieure et sa bcgue extérieure diminue, une telle diminution en deçà d'un seuil prédéterminé pouvant être détectée et slgnalée de la même manière que décrit plus haut. Par ailleurs, iI est clair qu'un avantage imm_'diat de la présente Invention réside dans le fait quse la mesure de position (ou détection d'affleurement) est effectuée directement avec- l'outil qui doit effectuer la coupe, et en outre à l'état dynamique de la machine de façon inhérente les défauts d'un tel outil ou de sa fixation (uzura dos ez:S- montage non rigoureusement parallèle à un axe horizontal u vertical, ovualisation, etc..), tels que constatés dans les conditions effectives de tr-ail. fi ''lonere, dans I'art antérieur, i I était fréquemment ncessaire d'effectuar, après chaque positionnement de la broche de la mc. hina, le rmplec-ameent d'un cjîr.a de-' approprié par l'outil lui-même, avec toutes les incertitudes que cela cczpor-e. Bien entendu, la présente irvention n'est ccurinemant llmit_' au ez"_ de réalisation décri t. En particulier, lez moyens m s troniqte de dtection ptrrent être largement modifiés et faire appel à des principes tout auftras qua celui décrit plus haut, conformément,ux cornavissances de I'i ?mme de mitier. or ailleurs, la liaison électriqu.e sonde/brce powra être effect pr par toui couplage inductif, eapaeItif, etc. 8 Ä 2577456- BEUEND I CATI ONS 1. pro de positonne nt relatif d'un outil de machine-outil et d'une pluce métallique àa usiner, la eachine-outil possédant au moins une broche rotative, eaaetàrisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: faire passer un courant -électrique le long d'un premier trajet résistif entre la broche et le b8ti de la machine, via des moyens de support en rotation de la broche sur la machine, mettre la broche en rotation, approcew progressivement l'outil de la pièce à usiner, jusqu'à la aise en contact affleurant de l'outil et de la piece, pour ainsi eréer au moins temporairement un second trajet de courant entre la broche et le bâti de la machine, via l'outil et la pièce à usiner, en paral lèle du premier trajet, ditecter la variation d'un paramètre électrique due à la création dudit second trajet de courant, et en reponse a une telle détection, actionner des moyens de signalisation et/ou de commande. 2. Oispositif pour la mise en oeuvre du procéd selon la revendieation 1, destiné au positionnement relatif d'un outil de machine-outil et d'une pièce métalllqpe a usiner, la machine-outil possédant au moins une broche rotative, caract'érisé en ce qu'il eomprend: des moyans (38) pour injecter un courant électrique ews la broche (12) de la machine, et pour récupérer ce courant au niveau du bâti (28) de la machine, des moyens (42) pour déteeter les variations d'un paramètre électrique lié à la cireulation dudit courant entre ladite broche et le bâti, et des moyens d signal isation et/ou de commande (46, 48, 50) aGrncs pour 2, être actionnérs par les mouens de détection dès que ceux-ci ont détecté une arlouion duWit ar"-ètre électrique correspondant à la transition entre un pdssoge au coe'ant ' i tng d'un premier trajet, passant par des mojens de s t4pport en rotation (14) de la broche sur le bâti, et un passage du courant à la fois le long de ce premier trajet et le long d'un second trajet passant par l'outil (16) et la piace à usiner (18) lorsque ceux-ci viennent en contact mutuel. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'injection de courant comprennent un pont diviseur de tension (38) dans lequel sont inclus la broche (12) et le bâti (28) de la machine-outil. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent un circuit comparateur de tensions (42) possédant deux entrées auxque lles sont respectivement appliqués io une tension provenant des moyens d'injection et une tension provenant d'une unité de réglage de tension de seuil (44). S. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les moyens de support en rotation, de la broche (12) sur le bâti de la machine-outil comprennent au moins un roulement graissé (14) ou un palier. 6. Dispositif salon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la broche (12) est électriquement reliée aux moyens d'injection de courant (38) via un collecteur rotatif 7. Dispositif salon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les moyens de signalisation et/ou de commande sont choisis dans le groupe comprenant les moyens de signalisation sonore, les moyens de signalisation visuelle, et les moyens de commande par signal numérique d'une unité de commande numérique de la machine-outi l.