Brevet FR2633543A1 — publié le 19900105

La présente invention se rapporte de façon générale à la mise en forme des meules et,plus particulièrement, à une technique d'optimisation du profilage d'une meule uti- lisée pour de l'usinage par abrasion ou rectification. Le "rhabillage" ou dressage est le terme utilisé pour décrire l'opération de profilage d'une meule du type utilisé dans une opération de rectification de pièces à usiner. Ce rhabillage est nécessaire parce qu'il faut pour la rectification que la meule ait la forme complémentaire de celle que doit avoir la pièce. La rectification trans- fère donc la forme voulue sur la pièce à usiner. La rectification est utilisée dans la fabrication de très nombreuses pièces, de formes compliquées et précises, dans l'industrie du travail des métaux. Elle est aussi utilisée pour fabriquer des engrenages durcis et hélicoï- daux de précision. Le rhabillage de la meule est effectué au moyen d'une molette métallique tournant à grande vitesse, appelée molette rhabilleuse. Pendant que la meule et la molette tournent, cette molette est guidée le long d'une trajec- toire prédéterminée correspondant à la forme que l'on dé- sire donner à la périphérie de la meule. Tandis que cette molette parcourt successivement cette trajectoire par cy- cles identiques, la meule en est rapprochée pas à pas entre chaque cycle. Inversement, on peut faire que la molette parcoure des trajectoires successives en avançant vers la meule d'une distance constante entre les cycles successifs. Il existe pour la mise en forme, le dressage ou le rhabillage d'une meule, deurx roblmes distincts que l'on peut définir comme un problème de profilage initial et un problème de rhabillage. Le problème du profilage ou dressage initial Dans la plupart des cas, les meules sont'fournies en forme de disques cylindriques. Pendant le façonnage, au cours duquel la molette parcourt la trajectoire déterminée par cycles successifs et la meule avance progressivement pas à pas dans la zone de cette trajectoire, il est évident qu'au début seules les arêtes de la meule sont touchées. Progressivement, au fur et à mesure que cette meule pénètre plus profondément dans la zone de la trajectoire de la molette, des couches d'abrasif sont enlevées de la meule jusqu'à ce que le profil voulu soit complètement obtenu. Bien que l'avance pas à pas de la meule soit automatique, l'instant o la forme a été obtenue sur cette meule est une question d'appréciation et ne peut être déterminé que par un exécutant qualifié. Si le profilage est arrêté trop tôt} la forme donnée à la meule est incomplète ou imparfaite. S'il est arrêté trop tard, il y a perte inutile de matière de la meule et perte de temps. Le problème du rhabillage Lorsque la meule a été profilée initialement, elle est mise en service. Pendant la rectification, elle commen- ce à s'user. L'inégalité des caractéristiques de la meule et de la ou des pièces à usiner fait qu'il en résulte presque toujours une irrégularité d'usure de la meule. Il faut donc la rhabiller après un certain temps. Ce rhabillage est effectué de manière analogue au profilage initial. Les protubérances sont enlevées en pre- mier et, après plusieurs cycles, la périphérie de la meule présente à nouveau la forme correcte. Mais, ici encore, l'instant auquel le rhabillage est terminé est une question d'appréciation. La solution proposée Dources deux problèmes est basée sur l'idée que, puisque le mécanisme de rhabillage exécute toujours des cycles de déplacement identiques et que la meule est rapprochée pas à pas, la durée du contact entre cette meule et la molette n'est pas uniforme, mais augmente. Dans le cas du profilage initial, seules les arêtes de la meule viennent d'abord en contact. A mesure que cette meule pénètre dans la zone de la trajectoire de la molette, le contact augmente et donc la durée de ce contact augmente. Dans le cas du rhabillage, seules les protubérances viennent d'abord en contact jusqu'à ce qu'il y ait progressivement contact sur tout le profil. Mais, 3 1' 263354 dans les deux cas, une fois que le profil correct a été reproduit sur la meule, la durée du contact n'augmente plus si l'on laisse le rhabillage continuer. Conformément à la présente invention, on prévoit des moyens et dispositifs pour surveiller la durée du contact pendant chaque cycle. La différence entre cette durée et celle du cycle précédent est déterminée. Lorsque cette différence devient négligeable, le rhabillage est terminé. Plus précisément, le courant absorbé par le moteur utilisé pour entrainer la molette est surveillé en fonction du temps. Lorsqu'il n'y a pas de contact entre la molette et la meule, le courant nécessaire pour maintenir la broche en rotation est constant (courant déwatté). 'A mesure que la durée du contact entre la molette et la meule augmente, la durée pendant laquelle un courant plus fort est absorbé augmente et ne se stabilise que lorsque le profilage est entièrement réalisé. Pour chaque cycle, une courbe courant- temps représente la durée de contact. Une intégration donne la surface comprise sous cette courbe. Cette surface peut être comparée à celle du cycle précédent et, s'il existe une différence appréciable, le rhabillage est poursuivi. Il est arrêté lorsque cette différence devient minimale, c'est-à-dire, en fait, négligeable. L'invention va être décrite de manière plus détail- lée, à titre d'exemple nullement limitatif, en regard des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente la périphérie profilée d'une meule, dans l'espace compris entre deux dents d'une roue dentée; la figure 2 est une vue partielle à grande échelle de la position de la meule par rapport au mécanisme de rhabillage et indique la trajectoire suivie par la molette pour profiler la périphérie de cette meule; la figure 3 représente schématiquement le mécanisme de meulage et de rhabillage; la figure 4 est une vue de détail d'une meule, représentant les étapes d'enlèvement de couches de matière 4 263354a abrasive au cours des cycles de la molette pendant un profilage ou dressage initial; la figure 5 représente une meule usée et indique aussi sa configuration après rhabillage, ainsi que la tra- jectoire suivie par la molette. Les irrégularités de la meule usée ont été exagérées dans un but de clarté; la figure 6 représente les courbes courant-temps dans des cycles successifs de la molette; la figure 7 est un schéma du dispositif de rhabil- lage; et la figure 8 est un organigramme des opérations de rhabillage. Sur ces dessins, la figure 1 représente une meule 10 circulaire ayant un profil périphérique qui a la forme exactement complémentaire de l'espace compris entre deux dents adjacentes d'une pièce 12 à usiner, laquelle est ici une roue dentée qui vient d'être rectifiée. En d'autres termes, on comprendra que cette meule a reculé, en s'écar- tant de son contact de rectification de la roue dentée, après avoir terminé l'opération de rectification, au cours de laquelle deux flancs adjacents de dents et le fond de la roue'dentée ont été rectifiés. Le dressage ou le rhabillage d'une meule, qui est de manière générale composée de particules abrasives retenues dans un liant, est effectué en général ainsi que le repré- sente la figure 3. La meule est profilée avec précision au moyen d'une molette 14 métallique tournant à grande vites- se, qui peut contenir des particules de diamant ou d'autres matières dures telles que le nitrure de bore cubique. Pendant que la meule et la molette tournent dans des posi- tions relatives prédéterminées, cette molette est guidée de façon à se déplacer suivant les flèches le long d'une trajectoire déterminée dans le plan XY (figure 2), de manière à engendrer la forme désirée sur la meule. Cette trajectoire définie ou prédéterminée, est désignée par 16 (figures 2 et 5). A cet effet, le moteur et la broche qui porte la molette sont montés sur un mécanisme 18, qui a 2633S43 deux axes perpendiculaires de déplacement (directions X et Y), sous la commande d'un ordinateur à commande numérique. Cette broche 20 de la molette est, comme le représente la figure 3, entrainée par un moteur électrique 22 monté sur une plaque d'appui 24 pouvant coulisser horizontalement dans des glissières 26 d'un support 28, sous la commande d'un mécanisme 30 à moteur et à transmission par vis à billes. Ce support 28 peut coulisser verticalement sur des guides 32 sous la commande d'un mécanisme 34 à moteur et à transmission par vis à billes. La broche 36 de la meule est entraînée par un moteur 40, qu'un mécanisme 46 à moteur et à transmission par vis à billes peut faire coulisser verti- calement dans des glissières 42 d'un montant 44. Les coordonnées X et Y, qui décrivent le déplacement des deux axes provoqué par le mécanisme 18, ont été déjà engendrées mathématiquement, car la plupart des formes demandées dans le travail des métaux peuvent être décrites mathématiquement. Dans le cas de la rectification de roues dentées, les formes que doivent avoir les deux flancs de la meule sont en général décrites par une développante et la partie de cette meule qui rectifie le fond d'entredents a en général une forme simple telle qu'un arc de cercle, etc.. La trajectoire 16 suivie par la molette pendant le dressage ou le rhabillage d'une meule à rectifier les engrenages est représentée sur la figure 2. Le mécanisme de dressage ou de rhabillage fait suivre à cette molette cette trajectoire par cycles répétitifs et la meule avance dans la zone de cette trajectoire suivant l'axe vertical. Inver- sement, on peut faire que le mécanisme 18 de rhabillage par- coure la trajectoire déterminée en avançant verticalement pas à pas vers la meule. La figure 4 représente la meule 10 dans sa forme cylindrique initiale et, en 50, son profil après mise en forme. La surface comprise entre les arêtes et ce profil obtenu après dressage représente la matière qui est enlevée pendant le façonnage. Il est évident que lorsque la meule avance pas à pas dans la zone de la trajectoire de la 6 2633543 molette, celle-ci ne retire au début que les arêtes1dési- gnées par A/sur cette figure 4. Peu à peu, des couches de plus en plus grandes de la matière abrasive sont retirées dans les cycles suivants, jusqu'à ce que le profil défini- tif, indiqué en 50, soit obtenu. Si le profilage est arrêté trop tôt, le profil de la meule aura une forme intermé- diaire (désignée par B sur la figure 4) qui formera une dent d'engrenage incorrecte. Si ce façonnage est arrêté trop tard, on obtient le profil C et, bien qu'il soit correct, il y a eu perte inutile de matière abrasive et perte de temps correspondante. Jusqu'à présent, pour déterminer si le dressage ou le rhabillage est terminé, il faut la présence d'un exécu- tant expérimenté, qui écoute si la molette et la meule sont complètement en contact. Dans les usines automatiques sans personnel d'exécution de demain, cela ne sera plus acceptable. Conformément à la présente invention, la solution de ce problème est basée sur l'idée que, puisque le mécanisme de dressage ou de rhabillage exécute toujours des cycles de déplacement identiques, et que la meule pénètre pas à pas sur des distances égales dans la zone de la trajectoire de la molette, la durée de contact entre cette molette et cette meule n'est pas constante, mais augmente. Dans le cas du profilage ou dressage initial, représenté sur la figure 4, o seules les arêtes A sont d'abord en contact, à mesure que la meule avance dans la zone de la trajectoire de la molette, la surface de contact est plus grande et par conséquent la durée du contact augmente à chaque cycle. Dans le cas du rhabillage représenté sur la figure 5, la situation est pratiquement la même, les parties saillantes de la matière 52 qu'il s'agit de retirer venant d'abord en contact, puis ce contact augmentant progressivement dans les cycles suivants jusqu'à ce qu'il y ait contact sur tout le profil et que le profil 50 de rhabillage terminé soit bien obtenu. Dans les deux cas, le profilage ou dressage initial 7 2633543 et le rhabillage, si l'on laisse cette opération continuer une fois que la profil correct a été reporté sur la meule, la durée de contact n'augmente plus. Des tranches identi- ques de matière abrasive sont enlevées, ce qui constitue un gaspillage et est inutile. La molette de dressage ou de rhabillage est montée sur une broche 20 entraînée par un moteur électrique 22. Conformément à l'invention, on surveille la variation dans le temps du courant absorbé par ce moteur 22 pendant les cycles successifs. Cette variation est représentée sur la série de courbes courant-temps de la figure 6. Lorsqu'il n'y a pas de contact (cycle 1'), le courant est constant et seul est absorbé ou consommé le courant nécessaire pour maintenir la broche en rotation (courant déwatté). A mesure que la surface de contact entre la molette et la meule augmente, la durée d'absorption du courant plus intense correspondant augmente aussi dans les cycles suivants, jusqu'à ce que cette durée soit stabilisée dans les cycles ' et 11'. Le profilage complet a alors été obtenu. On constatera aussi une caractéristique analogue dans le cas des cycles de rhabillage, sauf que des contacts initiaux sont un peu plus aléatoires. L'idée de base de la technique d'optimisation selon l'invention est d'intégrer la courbe courant-temps du mo- teur 22 de la broche de la molette pendant l'exécution de chaque cycle complet, comme représenté sur la figure 6. Cette intégration peut être réalisée par un ordinateur et elle donne la valeur de la surface comprise sous cette courbe courant-temps. L'ordinateur compare cette surface à celle du cycle précédent et, si une différence existe et que la valeur du dernier cycle est notablement supérieure à celle du cycle précédent, le dressage ou rhabillage conti- nue. Si cette différence est nulle ou négligeable, le dressage ou rhabillage peut cesser et la meule est (de nouveau) prête à être mise en service. La figure 7 représente les éléments essentiels uti- lisés pour la mise en oeuvre de l'invention. Le moteur 22 8 2633543 d'entraînement de la molette peut être à courant alternatif ou à courant continu. L'énergie qui alimente ce moteur 22 provient du circuit 60 de commande de la broche porte- molette, et ce circuit doit bien entendu être compatible avec ce moteur. Ce circuit produit un signal de tension SV qui, dans un but de surveillance, est proportionnel au coura.t absorbé par le moteur. Ce signal de tension (SV) peut être injecté ou introduit (IN) dans un ordinateur (ORD) qui peut, dans le cas présent, être un ordinateur à commande numérique. Plus précisément, ce signal de tension est lu, par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique/numérique, par l'ordinateur qui commande le dispositif. L'organigramme des opérations de dressage ou de rhabillage de la figure 8 est un schéma de très haut niveau. Apres le démarrage (I), la tension provenant du circuit de commande de la broche est mesurée (II) et inté- grée (III) de façon à donner la surface comprise sous la courbe courant-temps d'un cycle de dressage ou de rhabil- lage. Cette surface est comparée (en IV) avec la valeur précédente, c'està-dire la surface comprise sous la courbe courant-temps du cycle précédent. S'il existe une différen- ce (D) la valeur actuelle est mémorisée dans l'ordinateur (ORD) en qualité de valeur précédente (VP) et les cycles de dressage ou de rhabillage continuent (poursuite P), ce qui donne une nouvelle valeur actuelle. Si aucune différence n'est décelée, ou s'il n'y a qu'une différence négligeable ou minimale (D: pas de différence), la valeur précédente est prise comme origine (VP = 0) de façon à permettre à cet algorithme (ALG) d'être exécuté la fois suivante et l'opération de dressage ou de rhabillage est terminée (fin F du dressage ou du rhabillage) la meule peut servir (de nouveau) alors à la rectification (R). Il va de soi qu'il est possible, sans s'écarter du domaine de l'invention, d'apporter des modifications au procédé d'optimisation du dressage et/ou du rhabillage de meule et au dispositif représentés et décrits. 9 263354F REVENDICATIONS 1. Appareil destiné à profiler une meule de façon à former un profil déterminé sur sa périphérie, c'est-à-dire pour dresser cette meule, ou pour restaurer un tel profil, c'est-à-dire pour rhabiller la meule, appareil caractérisé en ce qu'il comporte une molette (14) de dressage ou de rhabillage de la meule (10), un mécanisme (18) destiné à guider cette molette (14) et cette meule (10) l'une par rapport à l'autre le long d'une trajectoire (16) correspon- dant à ce profil prédéterminé, dans des cycles de déplace- ment successifs et identiques, un mécanisme (40, 46) desti- né à déplacer pas à pas entre ces cycles la molette (14) et la meule (10) l'une par rapport à l'autre, perpendiculaire- ment à cette trajectoire (16), de façon que la molette (14) vienne en contact avec la périphérie de la meule (10) pendant son déplacement le long de la trajectoire (16) et que la durée de contact augmente à chaque cycle jusqu'à ce que le profil (50) prédéterminé soit obtenu à la périphérie de la meule (10), un dispositif destiné à surveiller la durée du contact pendant chaque cycle et un dispositif ou circuit de comparaison destiné à déterminer la différence entre la durée de contact dans chaque cycle et la durée de contact au cours du cycle précédent, l'opération de dres- sage étant arrêtée quand cette différence est devenue mini- male ou nulle. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de surveillance fournit les renseigne- ments concernant la durée du contact à un ordinateur qui peut mémoriser cette information, l'ordinateur (ORD) com- portant le dispositif ou ciicuit de comparaison. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce qu'il comporte également un dispositif (18, 22, ) de commande pour faire fonctionner la molette (14). et le dispositif de surveillance comprend un organe (60) des- tiné à produire un signal proportionnel à l'énergie requise pour faire fonctionner la molette (14) au cours de chaque cycle. 2633543 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif (22) de commande fonctionne à l'élec- tricité, et le signal produit par le dispositif (60) de surveillance est proportionnel au courant consommé par le dispositif de commande. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'organe de comparaison compare la différence entre des signaux produits par le dispositif de surveillance au cours de cycles successifs, en intégrant l'aire de la surface se trouvant en-dessous d'une courbe courant-temps représentative du courant absorbé ou consommé par le dispo- sitif de commande pendant toute la durée de chaque cycle et en comparant cette surface avec la surface qui se trouve au-dessous d'une courbe courant-temps représentative du courant absorbé ou consommé par ledit dispositif de comman- de au cours du cycle précédent. 6. Dispositif pour commander un appareil de dressage d'une meule de rectification, selon l'une quelconque des revendications précédentes, ce dispositif comprenant un moyen pour déterminer la durée du contact entre une meule (10) et une molette (14) de l'appareil au cours de cycles successifs de mouvement guidé entre la meule (10) et la molette (14), et un moyen pour comparer les durées de contact pendant des cycles successifs pour établir le mo- ment o la différence est nulle ou minimale afin d'arrêter l'opération de dressage. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen déterminant la durée de contact opère en surveillant l'énergie électrique fournie pour faire fonc- tionner la molette (14), et en ce que l'organe de comparai- son est un ordinateur. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un organe pour arrêter automatiquement l'opération de dressage quand la différence entre les temps de contact meule-molette au cours de cycles successifs est devenue minimale ou nulle. 9. Appareil pour dresser une meule de rectification, l 2633543 selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractéri- sé en ce qu'il comporte un organe pour arrêter automatique- ment l'opération de dressage quand la différence entre les temps de contact meule-molette au cours de cycles successifs est devenue minimale ou nulle. 10. Procédé de dressage d'une meule pour produire un profil prédéterminé à la périphérie de cette meule ou pour restaurer un tel profil, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on guide une molette et la meule, l'une par rapport à l'autre, le long d'un trajet correspondant au profil prédé- terminé, au cours de cycles successifs identiques de dépla- cement, on déplace pas à pas entre ces cycles, cette molet- te (14) et la meule (10) l'une par rapport à l'autre trans- versalement ou perpendiculairement par rapport à la trajec- toire (16), de façon que la molette vienne en contact avec la périphérie de la meule pendant leur mouvement le long de cette trajectoire et de façon à augmenter la durée du contact à chaque cycle jusqu'à ce que le profil prédétermi- né (50) soit produit à la périphérie de la meule (10), on surveille la durée de contact au cours de chaque cycle, on compare la durée.du contact pendant chaque cycle avec la durée de contact au cours du cycle précédent, on continue un tel mouvement relatif de la molette (14) et de la meule (10) entre les cycles jusqu'à ce que la différence entre le temps de contact au cours d'un cycle donné et le temps de contact au cours du cycle précédent soit devenue minimale, et l'on arrête alors l'opération de dressage ou de rhabillage.