Brevet FR2628351A1 — publié le 19890915

Procédé et équipement conçus pour percer des trous fraisés dans des surfaces placées dans une position quelconque. Cette invention se rapporte à un procédé et à un dispositif conçus pour percer des trous fraisés auto- matiquement avec des tolérances extrêmement serrées, dans des éléments qui peuvent se trouver dans une posi- tion quelconque et, en Darticulier, dans des éléments dont la position ne peut pas être exactement connue. Par exemple, le procédé selon l'invention peut être appliqué utilement dans l'industrie aéronautique, dans des opérations de rivetage utilisées pour fixer des panneaux sur des membrures qui constituent la structure d'un aéronef. La description donnée ci-après se rapporte en particulier à ce cas spécifique, bien que l'invention ne soit pas limitée à l'industrie aéronautique et qu'elle puisse au contraire être aussi appliquée avantageusement dans d'autres industries telles que l'industrie automobi- le. Dans la construction aéronautique, la tôle uti- lisée pour réaliser le fuselage et les ailes est fixée à des membrures de la structure par des rivets insérés dans des trous percés par des machines-outils automati- ques. Les différents éléments doivent être usinés à des tolérances très serrées; en particulier, les rivets doivent être à l'affleurement de la surface externe de l'aile, pour réduire la trainée. Pour cette raison, chaque trou doit être percé avec la plus grande précision, avec des tolérances d'en- viron 20 à 30 microns sur la profondeur du fraisage. Bien que les machines-outils automatiques ac- tuelles soient extrêmement précises, ce type particulier de travail présente de grandes difficultés parce que les trous doivent être percés dans les surfaces courbes, et parce qu'il est très difficile et laborieux de détermi- ner la position avec la précision nécessaire. La commande du mouvement de ces machines au moyen d'un logiciel exige donc l'utilisation d'algori- thmes complexes, bien que ceci ne garantisse aucunement que le résultat sera suffisamment précis, en effet, cet- te précision dépend aussi du pré-positionnement exact de la pièce à percer, qui est toujours difficile à obtenir. Avec les systèmes connus, on place la tôle à percer con- tre les membrures et on la fixe en un nombre raisonnable de oints; puis on perce les trous nécessaires, à la suite de quoi la structure doit être démontée pour ébavu- rer autour de chaque trou avant d'effectuer le rivetaqe et la fixation finale. Ainsi qu'on l'a mentionné, pendant ce travail, la précision du positionnement de la pièce est essentiel- le et ce oositionnement est très laborieux et extrême- ment difficile à obtenir. Il y a donc une demande dans l'industrie pour un équipement qui permette de percer ces trous avec les tolérances requises, même si la tôle à percer n'est pas positionnée avec la précision nécessaire. A cet effet, l'invention propose un procédé et un équipement dans lesquels un presseur monté sur le sup- port d'outil dans une position précise coulisse axiale- ment par rapport à ce support d'outil. Le presseur est mis en contact avec la surface à percer et le mouvement de l'outil par rapport au presseur est mesuré pour déter- miner la profondeur de perçage. L'invention sera à présent décrite en détail, à titre d'exemple non limitatif, en se reportant en parti- culier aux dessins annexés sur lesquels, la figure 1 est une coupe partielle du disposi- tif de perçage selon l'invention; la figure 2 est une coupe partielle de l'outil représenté sur la figure 1, prise perpendiculairement à la vue de la figure précédente; la figure 3 représente -une vue du même dispositif, prise dans la direction de la flèche A de la figure 2. Le dispositif de perçage selon l'invention com- prend un ensemble porte-outil désigné -par 1, sur lequel est monté un ensemble presseur désigné par 2. Le porte-outil 1 est muni d'une queue 3 servant à le fixer à un mandrin 4 qui est simplement indiqué par son contour sur le dessin. L'intérieur de la queue 3 est creux pour permettre d'accéder à une vis de réglage 5 à pas micrométrique, montée à l'intérieur du porte-outil, à l'extrémité de ce dernier; l'outil est mis en butée contre cette vis au moment du montage. A l'aide de la vis de réglage 5, on peut ajus- ter la position de l'outil avec une grande précision par rapport à un plan donné, plus précisément par rapport au bord extérieur 8 du presseur. L'unité presseur est montée dans le porte-outil 1 au moyen d'une paire de pa- liers 9. Les éléments qui constituent le presseur entou- rent entièrement le porte-outil dans la région située dans les paliers, pour former une chambre annulaire 10 fermée à ses extrémités par des garnitures d'étanchéité 11. La chambre 10 est reliée par un conduit 12 à l'outil 13, qui est creux. Deux micro-interrupteurs 15 sont montés sur le bloc support 14 (indiqué paf son contour sur le dessin), qui est monté sur le nez porte-mandrin de la machine. Le bloc 14 contient aussi des conduits conçus pour envoyer un fluide de refroidissement à la chambre annulaire 10. L'ensemble presseur 2 comprend deux cylindres 16 munis de pistons 17; une tige de piston 18 émerge à travers les deux extrémités de chaque cylindre. La tige 18 est fixée, d'un côté, à une plaque support 19 et, de l'autre côté, à un support profilé 20 muni d'une bague 21 fixée à son extrémité frontale. Cette bague joue le rôle de l'élément presseur et l'outil passe à travers cette bague pour percer le trou. L'intérieur des cylindres 16 est relié d'une fa- çon connue à des distributeurs de fluide sous pression fixés au bloc support 14; la pression peut être définie à l'avance en agissant sur un régulateur 6 d'un type con- nu et elle est indiquée par un manomètre 7. Les tubes qui relient le bloc support aux cylin- dres 16 servent aussi à immobiliser le presseur et à évi- ter qu'il ne soit entraîné en rotation par frottement avec le porte-outil. La plaque 19 et le support profilé sont aussi reliés par une paire de barres de guidage 27. L'ensemble constitué par la plaque 19, le sup- port profilé 20, les barres de guidage 27 et les tiges 18 des pistons peut donc se déplacer parallèlement à l'axe du porte-outil. Deux ressorts hélicoidaux 22 montés autour des barres de guidage 27 agissent, d'un côté, contre le sup- port profilé 20 et, de l'autre, contre une plaque de ré- férence qui est solidaire des cylindres 16, pour mainte- nir ainsi le presseur à une certaine distance de l'ou- til, dans la position représentée sur le dessin. Deux vis micrométriques 24 fixées dans la posi- tion voulue par des éléments de blocage 25, sont montées sur la plaque support 19. L'axe des vis 24 coincide avec celui des micro-interrupteurs 15, lesquels sont à leur tour connectés à des dispositifs d'un type connu qui com- mande les mouvements du mandrin. L'unité travaille de la façon suivante: on monte l'outil 13 sur le porteoutil 1 et on ajuste sa position par rapport au bord extérieur de la bague 21 en réglant la vis micrométrique 5. Cette posi- tion peut être contrôlée avec une grande précision, par exemple, à l'aide de systèmes de contrôle. Pour régler la profondeur de perçage, on agit sur les vis 24 en réglant leur position par rapport à la plaque 19 de telle manière que la distance D2 entre l'ex- trémité saillante d'une vis et le micro-interrupteur 15 correspondant soit égale à la distance D1 entre l'outil et le bord de la bague 21, plus la profondeur de perça- ge. La position de la deuxième vis doit de oréféren- ce être réglée de manière qu'elle active le micro-inter- rupteur correspondant non pas simultanément avec la pre- mière vis mais seulement après que l'outil a avancé d'une distance additionnelle, mais inférieure à la tolé- rance requise pour la profondeur de perçage. On supposera, par exemple, que la distance Dl entre l'outil et le bord de la bague 21 est de 50 mm et que le trou doit être d'une profondeur de 4 mm, avec une tolérance de plus trois dixièmes de millimètres. La distance D2 entre la première des vis 24 et le micro-interrupteur correspondant sera de 54 mm, tan- dis que la distance entre la deuxième vis et le deuxième micro-interrupteur sera de 54 mm plus trois dixièmes. Dans ce cas, le deuxième micro-interrupteur se comporte comme un dispositif de sécurité en cas de défaut de fonc- tionnement du premier, en maintenant la profondeur de perçage dans les limites des tolérances requises à tout moment. Lorsque ces opérations de calibrage ont été exé- cutées, on agit sur le régulateur 6 pour régler convena- blement la pression à l'intérieur des cylindres 16 en fonction de la pression à exercer sur les tôles à per- cer; cette pression peut être lue sur le manomètre 7. Le porte-outil peut maintenant être monté dans le mandrin et les opérations de perçage peuvent commen- cer. Le mandrin avance pour mettre la bague 21 du presseur en contact avec -les pièces à percer. La pression dans les chambres 16 maintient les tôles étroitement en contact entre elles, tandis que le porte-outil continue à avancer, en surmontant la force exercée par la pression sur les pistons 17. Le fait que les tôles sont maintenues pressées l'une contre l'autre pendant le perçage a pour effet qu'il ne se forme pas de bavures. Le porte-outil et les cylindres 16 continuent à avancer, en coulissant le long des tiges 18 et des bar- res 27, jusqu'à ce que-la profondeur de perçage requise soit atteinte et que le premier des micro-interrupteurs entre en contact avec la vis 24 correspondante. Le mandrin est ensuite renvoyé en arrière et la pression régnant dans les cylindres renvoie le presseur. à la position de départ, ce qui réarme la machine pour un autre cycle de travail (les ressorts 22 servent à maintenir le presseur dans cette position, même pendant les déplacements de l'unité). La bague 21 est d'un type interchangeable, de sorte que son diamètre intérieur peut être adapté aux di- mensions de l'outil, parce que, pour obtenir une plus grande précision, la pression appliquée aux pièces per- cées doit être exercée aussi près que possible du trou. L'homme de l'art pourra imaginer diverses modi- fications et variantes, qui doivent toutes être considé- rées comme tombant dans le domaine de l'invention. R EV E N D I C A T I ON S 1 - Procédé pour percer des trous avec un outil à une profondeur réglée dans des surfaces- qui peuvent présenter une position quelconque par rapport à l'outil, le procédé étant caractérisé en ce qu'un ensemble de ré- férence (2) qui coulisse le long d'un support d'outil (1) -est Dlacé contre la surface à percer et que le mouve- ment entre l'outil (13) et l'ensemble de référence est capté pour commander la course de retour du support d'ou- til. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que l'ensemble de référence (21) est préalable- ment positionnné par rapport à un élément capteur (15) solidaire du support d'outil (1) et, lorsque l'ensemble de référence a été mis en appui contre la surface à per- cer, l'avance de l'outil est commandée jusqu'à ce que le- dit ensemble de référence entre en contact avec le cap- teur. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que ledit ensemble de référence est utilisé pour maintenir les pièces à percer pressées l'une contre l'autre. 4 - Dispositif pour percer des trous avec un ou- til à une profondeur réglée dans des surfaces qui peu- vent se trouver dans une position quelconque par rapport à la direction d'avance de l'outil, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend: un porte-outil (1) mu- ni d'un équipement (3, 4) de commande de l'outil; un presseur (2) qui coulisse par rapport audit porte-outil (1); un équipement réglable (24) solidaire dudit pres- seur (2) et destiné à coopérer avec des interrupteurs de fin de course (15) montés sur ledit support d'outil (1) pour commander le retour de ce dernier; et un équipe- ment (5) destiné à régler la position de l'outil par rap- port audit presseur (2). - DisDositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que ledit presseur (2) est fixé aux tiges (18) de deux pistons (17) montés sur le porte-outil (1) par l'intermédiaire d'un support de pistons (16) qui peut uniquement tourner par rapport au porte-outil. 6 - Dispositif selon la revendication 5, carac- térisé en ce que lesdits interrupteurs de fin de course (15) sont commandés par deux vis micrométriques (24) mon- tées sur une plaque (19) fixée aux tiges (18) desdits pistons (17), sur le côté qui est à l'opposé dudit pres- seur (2). 7 - Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que ledit équipement presseur (2) comprend une bague interchangeable (21) destinée à donner passage à l'outil (13). 8 - Dispositif selon les revendications 4 à 7, caractérisé en ce que ledit porte-outil (1) est creux, son volume intérieur contenant une vis micrométrique (5) destinée à constituer un élément d'appui réglable qui sert à régler la position axiale de l'outil. 9 - Dispositif selon la revendication 5, carac- térisé en ce que le support de pistons forme une chambre annulaire fermée (10) autour du porte-outil (1), cette chambre étant reliée, d'un côté à un équipement destiné à y introduire un fluide de refroidissement et, de l'au- tre côté, à un conduit (12) destiné à envoyer ledit flui- de de refroidissement à l'outil (13). - Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce qu'il contient des éléments flexibles (22) destinés à ramener le presseur (2) à la position de dé- part à la fin de la course de retour. 11 - Dispositif selon les revendications 4 et , caractérisé en ce qu'il comprend un équipement régla- ble (6) destinée à envoyer du fluide sous pression au support de pistons (16) de manière à régler la pression exercée sur lesdits pistons (17). 12 - Dispositif pour percer des trous avec un outil à une profondeur réglée dans des surfaces qui peu- vent se trouver dans une position quelconque par rapport à l'outil, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend: un porte-outil (1) muni d'un équipement (5) destiné à régler la position axiale de l'outil (13); deux pistons (17) montés dans un support (16) mon- té lui-même sur le porte-outil (1) en pouvant tourner au- tour de son axe; un équipement presseur (2) fixé aux ti- ges (18) desdits pistons (17) et muni d'un équipement in- terchangeable (21) destiné à donner passage à l'outil (13); des interrupteurs de fin de course (15) commandés par des éléments réglables (24) solidaires desdites ti- ges (18) et qui se déplacent conjointement avec le pres- seur, lesdits interrupteurs (15) étant destinés à agir sur 'des dispositifs de commande du retour de l'outil qui sont montés sur le porte-outil.