Brevet FR2665655A1 — publié le 19920214

La présente invention concerne un appareil comportant un outil flottant pour percer, aléser, évaser et effectuer d'autres usinages en utilisant des gabarits o la profondeur d'usinage doit être établie de façon précise. En particulier, l'invention concerne un appareil à appliquer à des machines automatiques à commande numérique comportant cinq degrés de liberté ou davantage, pour percer, évaser et usiner de façon similaire dans l'espace, ces usinages exigeant, en particulier dans l'industrie aéronautique, l'utilisation d'un appareil apte tant à s'ajuster à des imprécisions éventuelles lors du positionnement de l'outil par rapport à l'axe de trou du gabarit qu'à vérifier la profondeur d'usinage dans une plage de tolérance très limitée. On prévoit que l'appareil sera appliqué à des machines déjà connues, par exemple par le brevet Italien 44804 A/88, et consistant en un support, mobile le long de trois axes cartésiens et portant une tête mobile porte-outil qui tourne autour de deux axes orthogonaux. De façon générale, l'appareil peut se déplacer en translation le long de son axe pour effectuer les usinages exigés. L'invention concerne en particulier le domaine de la construction aéronautique, mais elle n'y est pas limitée, et elle a pour but l'automatisation de plusieurs usinages en utilisant l'usinage assisté par ordinateur, en remplaçant ainsi les travaux manuels antérieurs, mais en gardant en même temps leurs caractaréristiques générales. L'invention a pour but de réaliser un appareil apte à transformer certains usinages manuels en usinages automatiques tout en évitant des imprécisions éventuelles dans le positionnement de l'outil. Comme mentionné ci-dessus, la construction aéronautique est l'un des domaines principaux o l'appareil peut être appliqué conformément à l'invention puisque le montage des éléments exige le perçage de plusieurs trous avec un évasement, à l'intérieur d'une plage limitée de tolérances qui souvent ne dépasse pas quelques centièmes de mm. Les pièces à usiner sont souvent incurvées, ce qui complique le problème de sorte que, jusqu'ici, la plupart des trous ont été percés manuellement à l'aide d'outils et de gabarits spéciaux. Des systèmes connus de ce type étaient basés sur l'utilisation d'un gabarit pourvu de douilles qui doit être appliqué sur la pièce, et l'opérateur effectuait ensuite manuellement les différents usinages. Malgré la précision et le soin apportés, un tel système ne garantit évidemment, en raison du caractère variable de la capacité de l'opérateur et des conditions, ni un caractère répétitif parfait des résultats ni l'observation du temps de travail établi. Le temps de travail est en outre très long. Par ailleurs, l'automatisation complète de tels usinages n'est pas appropriée, en particulier pour les pièces qui remplacent celles qui étaient auparavant usinées à l'aide de gabarits, puisque la programmation de l'agencement d'une machine serait très onéreux et que la certification des différentes pièces exigerait une perte de temps et d'argent considérable. Pour ces raisons, il apparaît un besoin d'appareils permettant une automatisation tout en gardant l'utilisation des-gabarits. Les difficultés pratiques rencontrées sont multiples et elles sont liées aux besoins à la fois de positionner l'outil de façon centrée sur le trou et de vérifier avec précision la course de l'outil par rapport à la surface à usiner puisque sa position n'est pas connue au préalable, même en ce qui concerne le gabarit. Pour résoudre le problème ci-dessus, l'invention propose un appareil comportant un outil flottant à appliquer sur des machines automatiques à commande numérique, apte à ajuster automatiquement la position d'outil de façon qu'il puisse être centré sur le trou; en outre, des systèmes de commande prévus pour une profondeur de perçage précise sont également prévus. Selon la présente invention, l'appareil comprend un outil de perçage tel que ceux qui sont généralement utilisés pour effectuer les mêmes usinages à la main. Ces outils sont connus et ils consistent en un corps comportant un dispositif d'appui placé manuellement sur la surface à usiner et une perceuse comportant une course préétablie réglable au moyen d'un écrou annulaire. Lors d'un travail manuel, l'opérateur place l'outil de manière centrée sur le trou, insère le guidage de perçage dans la douille jusqu'à amener l'élément d'appui en contact avec la surface de pièce et il avance ensuite l'outil en rotation en vue des opérations de perçage et d'évasement. De tels outils sont fabriqués par Recouls et Fils S A, Ozoir la Ferrière (France) et sont désignés par les abréviations RB 406. Selon l'invention, l'appareil est approprié pour utiliser les outils déjà disponibles sur le marché, ce qui simplifie le travail effectué par les utilisateurs qui N ont pas à réaliser de nouveaux outils propres; un traitement automatique peut donc être effectué avec les appareils et outillages disponibles. Afin d'effectuer automatiquement les usinages préétablis, cet appareil qui permet une profondeur de perçage prédéterminée doit être assemblé sur un outil flottant approprié pour un centrage automatique. Selon l'invention, cet outil a été pourvu d'un corps approprié pour un assemblage sur des machines- outils, et en particulier sur des machines à commande numérique; le corps amène l'outil à avancer et à tourner ainsi qu'à flotter aussi bien dans un plan orthogonal à son axe que selon des mouvements angulaires limités par rapport à cet axe. De façon plus détaillée, selon un premier aspect, l'invention réalise un appareil destiné à des usinages dans l'espace à une profondeur réglée à l'aide de gabarits, comprenant: un corps composé de deux éléments coulissant en opposition à l'effet de moyens élastiques et apte à porter un outil de perçage avec un certain jeu, l'un des éléments étant pourvu d'accouplements en vue de son assemblage sur une machine- outil, et l'autre étant pourvu d'un dispositif d'appui comportant un guidage de perçage; des moyens élastiques aptes à maintenir l'outil centré sur ces deux éléments; caractérisé en ce que la course relative entre les deux éléments coulissants est supérieure à la course de percée de l'outil. L'appareil peut comporter, sur le dispositif d'appui, un guidage de perçage mobile en opposition à l'effet de moyens élastiques, la force exercée par ces moyens élastiques sur le guidage de perçage étant inférieure à la force exercée par les éléments constituant l'appareil. De façon avantageuse, lesdits moyens élastiques agissant sur les éléments coulissants sont des vérins pneumatiques, la force exercée par ces vérins étant supérieure à la force de réaction exercée par l'outil au cours du perçage, mais inférieure à la force nécessaire pour déformer les pièces à usiner. Selon un deuxième aspect l'invention réalise un appareil destiné à des usinages dans l'espace à une profondeur réglée, à l'aide de gabarits, caractérisé en ce qu'il comprend: un support à appliquer sur une machine-outil à commande numérique; une douille pourvue de dispositifs appropriés à transmettre le mouvement de l'outil et installés à l'intérieur dudit support; un outil installé à l'intérieur de ladite douille avec un certain jeu et soumis à des ressorts aptes à le maintenir centré; un dispositif d'appui monté à rotation sur ladite douille et reliée aux tiges d'un jeu de vérins pneumatiques d'un seul tenant avec ledit support; un guidage coulissant de perceuse monté sur ledit dispositif d'appui en opposition aux moyens élastiques; des moyens étant prévus pour ajuster la force exercée par lesdits vérins pneumatiques. Selon un troisième aspect l'invention réalise un appareil destiné à percer des trous en évasement à profondeur réglée au moyen de gabarits de perçage, caractérisé en ce qu'il consiste en un support, à appliquer sur la tête porte-outil d'une machine à commande numérique, à l'intérieur duquel est monté un corps susceptible seulement de tourner, à l'intérieur duquel une douille ne possédant que la possibilité de coulissement axial est montée et contient le support d'un outil monté à rotation sur ledit support De préférence, ledit support de l'outil est monté à l'intérieur de ladite douille avec un certain jeu, des moyens élastiques étant prévus pour maintenir centré ce support sur cette douille. De façon avantageuse un guidage de perçage susceptible d'effectuer des déplacements axiaux supérieurs à la course de travail de l'outil est installé dans ledit support, des moyens élastiques étant prévus pour l'actionnement dudit guidage de perçage. On va maintenant décrire l'invention de façon plus détaillée à l'aide d'un exemple en se référant aux figures annexées dans lesquelles: la figure 1 représente, en vue en coupe, l'appareil selon l'invention, l'outil étant installé; la figure 2 est une vue de la figure 1 dans le sens de la flèche A; la figure 3 est une vue de côté de l'appareil. En se référant à la figure 1, la référence numérique 1 désigne le corps de l'outil commercial, comportant un foret 2 et un accouplement 3 pour un tourillon prismatique, en particulier un tourillon carré 4 Le foret tourne à l'intérieur du corps 1. L'outil 1 comporte un guidage de foret désigné par 5 à insérer dans une douille 6 de guidage d'outil appliquée sur le gabarit 7 pour amener l'outil à usiner exactement la pièce, désignée par 100. La profondeur de perçage ou d'évasement est ensuite réglée par l'outil o un écrou annulaire, non représenté, permet d'établir la course de foret et donc la profondeur d'usinage, par exemple de perçage, d'évasement etc. Puisqu'il n'est pas possible de connaître précisément la position de la surface de pièce par rapport au gabarit, en raison de la courbure variable de la surface qui n'est pas uniforme, par exemple dans le cas de pièces en fibres de carbone, il faut compenser les différences éventuelles. Ceci sera possible selon l'invention à l'aide de l'appareil constitué de deux éléments coulissants à l'intérieur desquels est installé l'outil. Amener l'appareil à exécuter une course plus grande que la course nécessaire pour le perçage permet de garantir que la profondeur nécessaire est atteinte. Les pièces peuvent coulisser l'une sur l'autre, ce qui évite que la profondeur de perçage ne dépasse la limite établie, et ce coulissement commence lorsque le foret est parvenu à la profondeur maximale établie, comme décrit clairement. Comme indiqué, l'appareil o est installé l'outil 1 consiste en deux éléments désignés par 8 et 9, respectivement, et l'un d'eux comporte les dispositifs d'accouplement pour la machine-outil et l'autre agit comme dispositif d'appui pour la pièce à usiner. Les éléments 8 et 9 peuvent coulisser l'un par rapport à l'autre. L'élément 8 consiste en un corps 10 o est installé un accouplement conique standard 12 au moyen de paliers 11 destinés à la liaison avec la machine- outil. Un seul des trois vérins pneumatiques 13 installés dans le corps 10 est représenté à la figure 1 Chaque vérin comporte un piston coulissant 14, auquel est appliquée, en fonction de la charge nécessaire, la pression préétablie au moyen d'un régulateur standard 24 et lue à l'aide d'un manomètre. Un ressort spiral 15 ou similaire supporte l'équipement mobile en l'absence d'alimentation pneumatique, par exemple au cours du stockage de l'appareil. Les tiges de piston 16 comportent une bride 17 o est installée une paire de blocs d'un seul tenant avec le guidage 5 de foret; ces blocs représentent les conduits d'amenée des agents refroidissants au bord. Les blocs 19 peuvent coulisser par rapport à la bride 17, en même temps que le guidage 5 de foret, en opposition aux ressorts 18. Le corps 1 d'outil est vissé sur le guidage 5 de foret qui est d'un seul tenant avec les blocs 19 et le corps ne peut donc tourner. Le corps 12 qui comporte l'accouplement de machine-outil présente un intérieur creux o a été installée une douille coulissante 20, comportant une rainure 21 dans laquelle s'insère une dent 22, d'un seul tenant avec le corps 12. Par conséquent, le corps 12 amène la douille à tourner; la douille peut cependant coulisser par rapport à l'axe du corps. L'outil 1 est installé à l'intérieur de la douille 20 et le tourillon prismatique 4 est inséré dans un trou approprié ménagé dans la paroi arrière de la douille, de dimensions un peu supérieures à celles du tourillon, par exemple 1 ou 2 mm de plus, de façon que le tourillon puisse osciller ou se déplacer légèrement à l'intérieur au cours de la rotation. La douille 20 amène donc le foret à tourner au moyen du tourillon 4 alors que le corps d'outil 1 vissé sur le guidage 5 de foret ne peut tourner. Un jeu de dispositifs d'appui à ressort agit sur les différentes faces du tourillon prismatique pour le maintenir centré. Le diamètre extérieur de l'outil 1 est inférieur au diamètre intérieur de la douille 20 de sorte que l'outil peut effectuer des déplacements limités selon les particularités de structure. Le guidage 5 de foret peut coulisser par rapport à une bride 25 qui présente un léger jeu à l'intérieur du corps 9, ce qui permet une oscillation le long d'un plan orthogonal à l'axe de l'outil. Un jeu de ressorts 26 maintient centrée la bride 25. La partie arrière de l'outil (Fig 3) comporte les connexions 27 aussi bien pour l'agent refroidissant que pour l'air envoyé aux vérins 13, ainsi qu'un capteur 28, relié aux dispositifs de commande de la machine, qui peut arrêter la machine. Un tel dispositif est approprié pour éviter d'endommager la pièce lorsque l'opérateur règle une profondeur de perçage erronée. En fait, dans le cas d'une profondeur excessive, lorsque la course est dépassée, tout l'appareil se retirera hors de la machine et actionnera le capteur, en arrêtant donc les usinages. La séquence est la suivante: En premier lieu, on établit la profondeur de perçage en ajustant l'outil 1 qui est ensuite installé à l'intérieur de l'appareil en insérant le tourillon 4 dans l'orifice de la douille 20. Puis, la pression d'air des vérins 10 est établie au moyen du régulateur 24 installé dans l'appareil et la valeur affichée au manomètre est vérifiée de façon à obtenir une poussée supérieure à la force exercée par les ressorts 18, mais qui n'est pas excessive au point de pouvoir endommager la pièce à usiner. Lorsque l'appareil est installé dans la machine, il est placé sur le trou en tachant de le centrer sur l'axe dans la mesure du possible. Puis, la machine commence à descendre et insère le guidage de perçage dans la douille 6 du trou de gabarit. La force exercée par les ressorts 18 est suffisante pour dépasser la friction jusqu'à amener le guidage de foret en contact avec la surface de la pièce à usiner. Dans le cas d'un positionnement ou d'un alignement inadapté de l'outil, sa position s'ajuste automatiquement grâce à sa possibilité de flottement. En fait, dans le cas d'un alignement inadéquat, le guidage de foret entraîné par la douille 6 amène l'outil à s'aligner avec l'axe du trou grâce à des déplacements limités en opposition à la force exercée par les ressorts 23 et 26. Aussi bien le tourillon 4 que la bride 25 placés dans la partie avant de l'outil peuvent effectuer une translation limitée dans un plan orthogonal à l'axe de l'outil, ce qui permet à l'outil de s'incliner légèrement pour compenser un défaut d'alignement éventuel. Lorsque le guidage de foret parvient à la surface de la pièce à usiner, la poursuite de l'avance de la machine amène le foret à commencer l'usinage. Pendant cette phase, le corps avant 9 de l'appareil reste immobile tandis que le corps 8 continue à avancer Il existe donc un décalage entre les deux corps 8 et 9 en opposition à la force exercée par les tiges ou pistons 14. La rotation est transmise du corps 12 à la douille 20 au moyen de la dent 22. La douille 20 fait tourner le tourillon 4 de l'outil, ce qui amène le foret à tourner tandis que le corps reste immobile. Si la position correcte sur la surface à usiner était toujours sûre, une commande numérique de l'avance de la machine serait suffisante Puisque la surface à usiner n'est pas toujours en contact avec le gabarit, il faudra une machine susceptible d'effectuer une course plus longue que la profondeur de perçage, qui est commandée par l'outil 1 seul, sans endommager la pièce. Dans ce but, la course du piston 14 est plus longue de quelques mm que la profondeur de perçage. Puis, la machine avance jusqu'à ce que le guidage de perçage parvienne à la surface à usiner et continue à avancer pour percer et évaser la pièce Puis, l'outil il s'arrête tandis que le corps 8 continue à avancer jusqu'à la fin de la course. Dans cette phase, l'avance s'effectue en opposition à la force exercée par l'air sur les pistons 14 tandis que le corps de l'outil 1 et la douille 20 avancent avec le décalage du corps 8. Il est donc clair que le système décrit permet d'aligner automatiquement l'outil et l'axe du trou ainsi que de compenser toute différence possible; il est en outre possible de vérifier avec précision la profondeur de perçage, même si la position de la surface à percer par rapport au foret de l'outil n'est pas connue exactement L'homme de l'art peut envisager plusieurs modifications et variantes qui seront considérées comme situées à l'intérieur du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 Appareil destiné à des usinages dans l'espace à une profondeur réglée à l'aide de gabarits, comprenant: un corps ( 1) composé de deux éléments ( 8, 9) coulissant en opposition à l'effet de moyens élastiques et apte à porter un outil de perçage ( 2) avec un certain jeu, l'un des éléments ( 8) étant pourvu d'accouplements ( 12) en vue de son assemblage sur une machine-outil, et l'autre ( 9) étant pourvu d'un dispositif d'appui comportant un guidage de perçage; des moyens élastiques aptes à maintenir l'outil centré sur ces deux éléments; caractérisé en ce que la course relative entre les deux éléments coulissants ( 8, 9) est supérieure à la course de perçage de l'outil ( 2). 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, sur le dispositif d'appui, un guidage de perçage ( 5) mobile en opposition à l'effet de moyens élastiques ( 13), la force exercée par ces moyens élastiques sur le guidage de perçage ( 5) étant inférieure à la force exercée par les éléments constituant l'appareil. 3 Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques ( 13) agissant sur les éléments coulissants ( 8, 9) sont des vérins pneumatiques, la force exercée par ces vérins étant supérieure à la force de réaction exercée par l'outil ( 2) au cours du perçage, mais inférieure à la force nécessaire pour déformer les pièces à usiner ( 100). 4 Appareil destiné à des usinages dans l'espace à une profondeur réglée, à l'aide de gabarits, caractérisé en ce qu'il comprend: un support ( 10) à appliquer sur une machine- outil à commande numérique; une douille ( 20) pourvue de dispositifs ( 21, 22) appropriés à transmettre le mouvement de l'outil et installés à l'intérieur dudit support; un outil ( 2) installé à l'intérieur de ladite douille avec un certain jeu et soumis à des ressorts aptes à le maintenir centré; un dispositif d'appui monté à rotation sur ladite douille et relié aux tiges d'un jeu de vérins pneumatiques ( 13) d'un seul tenant avec ledit support; un guidage coulissant ( 5) de perceuse ( 2) monté sur ledit dispositif d'appui en opposition aux moyens élastiques; des moyens étant prévus pour ajuster la force exercée par lesdits vérins pneumatiques ( 13). 5 Appareil destiné à percer des trous en évasement à profondeur réglée au moyen de gabarits de perçage, caractérisé en ce qu'il consiste en un support ( 10), à appliquer sur la tête porte-outil d'une machine à commande numérique, à l'intérieur duquel est monté un corps ( 12) susceptible seulement de tourner, à l'intérieur duquel une douille ( 20) ne possédant que la possibilité de coulissement axial est montée et contient le support ( 1) d'un outil ( 2) monté à rotation sur ledit support ( 1). 6 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit support ( 1) de l'outil est monté à l'intérieur de ladite douille ( 20) avec un certain jeu, des moyens élastiques étant prévus pour maintenir centré ce support ( 1) sur cette douille. 7 Appareil selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'un guidage de perçage ( 5) susceptible d'effectuer des déplacements axiaux supérieurs à la course de travail de l'outil est agencé dans ledit support ( 10), des moyens élastiques étant prévus pour l'actionnement dudit guidage de perçage.