Brevet FR2702976A1 — publié le 19940930

DISPOSITIF DE REGLAGE DE PROFONDEUR DE PASSE D'UNE TETE D'USINAGE, NOTAMMENT DE PERCAGE, A ARRET AUTOMATIQUE D'AVANCE La présente invention a trait à la commande contrôlée de l'avance d'une tête d'usinage, notamment de perçage et, plus précisément, vise un dispositif apte à limiter la profondeur d'engagement de l'outil dans une pièce à percer ou usiner en commandant, dès que la profondeur désirée est atteinte, l'arrêt de l'avance de l'outil. Un des problèmes majeurs lors du perçage de précision de pièces est d'arrêter l'avance de l'outil à la côte d'enfoncement désirée. Dans les machines-outils ce problème est résolu par des moyens plus ou moins sophistiques. Il ne l'est pas dans le cas d'outils portables, la précision de la profondeur de perçage dépendant essentiellement du savoir-faire de l'opérateur. Ce problème n'est pas davantage résolu dans le cas, visé par la présente invention, de tête d'usinage, notamment de perçage, portée par un équipement déplaçable en regard d'une structure fixe à usiner, par exemple un fuselage d'aéronef dans la paroi duquel doivent être réalisés en grand nombre des trous de profondeur répondant à des spécifications très précises. Il est très difficile dans un tel contexte d'avoir une profondeur de passe du foret, c'est-à-dire une course d'usinage de la broche porte-outil, précise et répétitive d'un trou à un autre, du fait de l'inertie du système mécanique d'avance de ladite broche. Cette inertie est telle que la coupure de l'alimentation du moteur d'avance de la tête d'usinage ne se traduit pas par l'arrêt instantané de l'avance. Le foret continue donc, une fraction de seconde, à avancer dans la matière et à augmenter la profondeur du perçage. Dans ce type d'équipement, il est hors de question d'installer les dispositifs sophistiqués qui peuvent équiper les machines-outils. La présente invention a précisément pour but de proposer des moyens simples, fiables, aptes à une utilisation répétitive, fidèle et automatique, pour obtenir, avec des installations d'usinage, notamment de perçage, mobiles, du type rappelé ci-dessus, des profondeurs de perçage précises, pré-affichées. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de réglage de profondeur de passe d'une tête d'usinage, notamment de perçage, à arrêt automatique d'avance, comportant, monté sur un bâti support - une broche porte-outil entraînée en rotation par un premier moyen moteur, - un support portant ladite broche et son moyen moteur et monté mobile suivant l'axe de ladite broche, - un second moyen moteur apte à déplacer ledit support suivant ladite direction, et - un moyen d'accouplement de l'organe d'entraînement dudit second moyen moteur audit support, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il est constitué, en outre - d'une part, d'une butée solidaire dudit support, interposée sur la trajectoire entre ce dernier et la face en regard de la pièce à percer ou usiner, ladite butée étant réglable en position de manière à autoriser une pénétration d'amplitude pré-déterminée, réglable, de l'outil dans ladite pièce, - d'autre part, d'un moyen d'accouplement débrayable comprenant une pièce d'entraînement dudit support déplacée par l'organe d'entraînement dudit second moyen moteur et un dispositif de liaison interposé entre ladite pièce et ledit support et agencé de manière à se désolidariser de la pièce lorsque l'effort exercé par cette dernière atteint ou dépasse un seuil pré-déterminé, réglable et, enfin, - de moyens pour commander l'arrêt ou l'inversion de sens dudit second moyen moteur des l'arrêt de l'avance de la tête d'usinage. Suivant un mode de réalisation préféré, ladite butée est une pièce tubulaire coulissant sur un manchon coaxial à la broche porte-outil, solidaire du support de la tête d'usinage, ladite butée étant susceptible de coulisser jusqu'à venir en contact avec ledit support après une course pré-déterminée, réglable à l'aide de moyens appropriés. Avantageusement, ladite butée est rappelée dans sa position de repos, écartée du support, par un moyen de rappel automatique, tel qu'un ressort hélicoïdal, interposé entre la butée et le support. Les moyens de pré-détermination et réglage de la course de ladite butée sont constitués, par exemple, par une virole montée réglable en position à l'extrémité de la butée tournée vers le support de la tête d'usinage, ladite virole définissant la face de contact de ladite butée avec ledit support. Suivant ledit mode de réalisation préféré, l'organe d'entraînement du support de la tête d'usinage est une noix mobile le long d'une vis entraînée en rotation par ledit second moyen moteur, ledit dispositif de liaison désolidarisable interposé entre ladite noix et ledit support étant constitué par un élément compressible élastiquement audelà dudit seuil d'effort, agencé entre la noix et le fond d'une cage entourant la vis, solidaire dudit support et à l'intérieur de laquelle peut coulisser ladite noix, cependant que lesdits moyens de commande de l'arrêt ou inversion de sens dudit second moyen moteur sont constitués par des moyens détectant le déplacement relatif de la noix dans la cage et commandant ledit arrêt ou inversion. Avantageusement, la détection dudit mouvement relatif entre la noix et la cage commande l'arrêt, puis le redémarrage en sens inverse, dudit second moyen moteur, de manière à opérer le retrait de la tête d'usinage et sa remise dans la position de repos, déterminée par un dispositif de fin de course approprié. Avec un tel dispositif, la profondeur de pénétration du foret dans la matière de la pièce à percer est limitée par la course de la butée tubulaire coaxiale au foret, interposée entre la face du support de la tête d'usinage et la surface en regard de ladite pièce. Lorsque ladite butée, repoussée en direction dudit support au fur et à mesure de ~ la pénétration du foret, entre en contact avec le support, la cage, solidaire du support, est bloquée dans son avance, mais la noix, poussée par la vis toujours entraînée par le moteur, généralement un moteur électrique, peut néanmoins continuer sa progression, grâce à la présence dudit moyen compressible élastiquement, lequel, sous l'augmentation de la pression exercée par la noix, atteint et dépasse son seuil de compression. Dès qu'un tel mouvement relatif entre noix et cage est détecté, l'alimentation électrique dudit moteur est coupée. Le déplacement relatif de la noix par rapport à la cage est relativement faible et facilement absorbé par l'élément compressible élastique, si bien que la noix n'exerce aucune surpression dommageable sur l'ensemble de la tête d'usinage, ni sur la pièce en cours de perçage, puisque celle-ci est en contact physique avec la tête par l'intermédiaire de la butée interposée. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préféré du dispositif de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels - Figure 1 est une vue schématique en perspective d'un dispositif selon l'invention - Figure 2 est une vue en coupe verticale axiale d'un dispositif du type général illustré par la figure 1, suivant un mode de réalisation préféré - Figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne III-III du dispositif de la figure 2 - Figure 4 illustre le dispositif de la figure 2 en fin d'avance de la tête de perçage - Figure 5 illustre le dispositif de la figure 4 en position d'avance maximale de la noix d'entraînement de la tête de perçage, et - Figure 6 illustre une variante de réalisation du manchon-butée de limitation de la pénétration de l'outil de perçage. Sur la figure 1 on a représenté en 1 un bâti sur lequel est montée libre en rotation une vis verticale 2 entraînée en rotation par un moteur électrique 3 porté par le bâti 1, par l'intermédiaire d'une courroie de transmission 4. La vis 2 est en prise avec une noix (non représentée) logée dans une cage 5 solidaire d'un support en forme de chaise 6 portant une tête d'usinage comprenant un moteur électrique 7 d'entraînement d'une broche porte-outil (non représentée) faisant saillie sous la face inférieure de la chaise 6. L'extrémité de la broche est entourée par un manchon cylindrique 8, coaxial à la broche et monté mobile relativement à la chaise 6, un ressort de rappel hélicoïdal 9 étant interposé entre la chaise 6 et le manchon 8. Le principe général de fonctionnement de ce dispositif est le suivant. Le manchon 8 qui est, au cours du perçage d'un trou dans une pièce (symbolisée en P sur la figure 1), interposé entre la chaise 6 et la face en regard de la pièce P, constitue une butée limitant le rapprochement entre la chaise 6 et ladite pièce P. La profondeur de pénétration du foret dans la pièce P peut donc être ajustée en réglant la course de butée du manchon 8 sur la chaise 6. Lorsque la chaise 6 ne peut plus se rapprocher de la pièce P, la vis 2 n'entraîne plus la cage 5 et, parallèlement, le moteur 3 est arrêté et son sens de rotation est inversé pour opérer le retrait de la chaise 6 et remettre la tête d'usinage au repos. On va décrire plus en détail ce fonctionnement en se reportant aux figures 2 à 5 illustrant un mode de réalisation préféré du dispositif de l'invention, conçu selon le principe de la figure 1, les éléments du dispositif des figures 2 à 5 homologues de ceux du dispositif de la figure 1 portant les mêmes références numériques. Sur les figures 2 à 5 on a représenté en 1 le bâti du dispositif, lui-même fixé sur un bâti 10 qui peut être celui, par exemple, d'un chariot mobile apte à se déplacer de manière automatique et contrôlée en regard de la pièce P dans laquelle une série de perçages doivent être réalisés en divers endroits. Sur le bâti 1 est montée tourillonnante verticalement la vis 2, munie à son extrémité supérieure d'une poulie 11 recevant la courroie 4 entraînée par le moteur 3 (la courroie et le moteur n'étant pas représentés sur les figures 2 à 5). Le bâti 1 a, dans ce mode de réalisation, une section en forme de U (figure 3) enveloppant la cage 5 qui peut librement se déplacer en coulissant le long de la vis 2. La cage 5 est guidée à l'aide d'une plaque 12 de section trapézoïdale (figure 3) solidaire de la cage et qui déborde de chaque côté de celle-ci en prenant appui, par l'intermédiaire de patins de glissement 13, sur le bâti 1, la plaque 12 étant pressée contre le bâti 1 par des bridages appropriés 14. La plaque 12 est solidaire de la chaise 6 dont le fond 15 est percé d'un trou 16 de passage de la broche porte-outil 17, entraînée en rotation par le moteur 7 symbolisé en tiretés. La broche 17 est entourée d'un manchon vertical cylindrique 18 fixé sur le fond 15 de la chaise 6. Sur le manchon 18 est monté coulissant extérieurement un second manchon 8, maintenu écarté du fond 15 par un ressort hélicoïdal 9, des moyens (non représentés) étant prévus pour retenir le manchon 8 en position d'éloignement maximal de la chaise 6, cette position étant la position dite de repos. En position de repos, l'extrémité distale 8a du manchon 8 se trouve, par exemple, au niveau de l'extrémité du foret 21 en place sur la broche 17, comme illustré par la figure 2. L'extrémité proximale du manchon 8 est munie d'une virole 22 susceptible par vissage de coulisser axialement au manchon 8, de manière à régler l'écartement e entre la face inférieure de la chaise 6 et l'extrémité frontale 22a de la virole 22. Un écrou de blocage 23 maintient la virole 22 dans la position désirée. A l'intérieur de la cage 5, la noix 24 mue par la vis 2 peut coulisser librement. En position de repos, la noix 24 est en contact par sa face supérieure avec le flasque supérieur de fermeture de la cage 5 dans lequel est agencé un micro-contact électrique 25 relié au moteur électrique 3, la noix actionnant ledit microcontact 25 dans ladite position de repos. Entre la noix 24 et le flasque inférieur de fermeture de la cage 5 est interposé un empilement 26 de rondelles Belleville, dont la pré-contrainte exercée sur la noix 24 peut être éventuellement réglée. Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus est le suivant. Au repos, c'est-à-dire en dehors de tout contact entre le manchon 8 et la pièce P à percer et que la chaise 6 soit entraînée ou non le long de la vis 2, l'écart e entre la chaise 6 et la butée (22a) reste constant et a sa valeur maximale, cependant que la noix 24 reste en contact avec le micro-contact 25, la résistance à l'avancement de l'équipage mobile (5,6) n'étant évidemment pas suffisante pour entraîner une compression de l'empilement 26. En supposant qu'à ladite position de repos l'extrémité 8a du manchon 8 soit au même niveau que l'extrémité du foret 21, il est évident qu'à partir du moment où (figure 2) le foret 21 est mis en contact avec la face en regard de la pièce P à percer, la pénétration maximale p du foret 21 dans la pièce P, ou profondeur de passe résultant de l'opération de perçage, sera égale à l'écart e. La chaise 6 avançant en direction de la pièce P, au bout d'un déplacement égal à e, l'avance de l'ensemble solidaire 56 est stoppé par le manchon 8 faisant office de butée (figure 4). A ce moment, la noix 24, toujours entraînée par la vis 2, exerce sur l'empilement 26 un effort qui atteint et dépasse le seuil de compression dudit empilement, lequel se comprime (figure 5). La noix 24 s'éloigne alors du micro-contact 25, lequel commande, de préférence, l'inversion du sens de rotation du moteur 3, ce qui ramène la noix 24 en contact avec le flasque supérieur de la cage 5, puis fait remonter l'équipage mobile 5,6 et donc extrait le foret 21 de la pièce P et ramène l'ensemble en position de repos, à une certaine distance de la pièce déterminée par un contact de fin de course (non représenté) agencé à un endroit approprié. Les rondelles Belleville 26 sont choisies de façon à ce que l'empilement offre une résistance suffisante à la poussée de la noix 24 de manière à avoir sur le foret 21 la poussée axiale requise pour tous les perçages envisagés et selon la nature du matériau à percer. Cette résistance à la pression de la noix 24 cède néanmoins à un certain seuil, atteint et dépassé lorsque l'avance de l'équipage mobile 5,6 est stoppée par le manchon-butée 8, et l'empilement se comprime élastiquement. L'éventuelle pré-contrainte conférée à l'empilement 26 lors de la mise en place des rondelles dans la cage 5 est déterminée de manière à n'autoriser la compression de l'empilement qu'au-delà de la pression nécessaire au perçage. Cette pré-contrainte peut être réglée. L'empilement de rondelles 26 peut être remplacé par tout autre moyen compressible élastiquement et susceptible de procurer les mêmes effets, par exemple un ressort hélicoïdal. L'inversion du sens de rotation du moteur 3 est commandée par le micro-contact 25 détectant le mouvement relatif entre la noix 24 et la cage 5, consécutif au blocage de l'avance de l'équipage mobile 5,6, mais cette inversion pourrait être commandée par un micro-contact ou analogue (symbolisé en 25' sur la figure 2) détectant le contact entre la virole 22 et le fond 15 de la chaise 6, puisque les deux phénomènes mouvement relatif entre noix 24 et cage 5 et contact entre butée 8 et chaise 6 sont concomitants. En l'absence du dispositif de l'invention, la commande d'arrêt du moteur 3, dès la détection, par un moyen approprié quelconque, de l'atteinte par le foret 21 de la profondeur désirée, ne permettrait pas d'obtenir un arrêt immédiat de l'avance du foret, du fait de l'inertie du système mécanique d'entraînement, en particulier l'arrêt instantané de la rotation de la vis 2. Le dispositif de l'invention prévoyant la liaison entre la noix 24 et la cage 5 via l'élément compressible élastiquement au-delà d'un seuil pré-déterminé de pression (empilement 26), permet d'absorber la course supplémentaire de la noix 24 due à ladite inertie des moyens d'entraînement. Dans le mode de réalisation décrit, l'extrémité distale 8a du manchon-butée 8 est représentée, au repos, à hauteur de l'extrémité du foret 21, mais il est évident que cette extrémité pourrait être, toujours au repos, en retrait ou au contraire au-delà de la pointe du foret 21, il suffirait d'en tenir compte lors de la manipulation de la virole 22 réglant la course e du manchon-butée 8. Au lieu d'une version mobile de ce manchon-butée 8, on pourrait prévoir une version fixe, comme illustré par la figure 6. Sur cette figure on a représenté en 8' un manchonbutée analogue au manchon 8, fixé à la chaise 6 et portant, à son extrémité distale, une virole 22', analogue à la virole 22, tournée vers la pièces P et dont le réglage en position sur le manchon 8' détermine l'écart e entre la pointe du foret 21 et l'extrémité 22'a de la virole 22', c'est-à-dire la pénétration maximale p du foret 21 dans la pièce P. Enfin, l'invention n'est évidemment pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits ci-dessus, mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment en ce qui concerne la nature et l'agencement du moyen de liaison compressible entre la noix 24 et la chaise 6, ainsi que l'agencement de la butée 8 d'arrêt de l'avance de la tête d'usinage en direction de la pièce P à percer. L'invention s'applique à toute tête d'usinage comportant un outil dont l'avance, en cours d'usinage, est uniquement axiale, que l'outil soit rotatif ou non. REVENDICATIONS =:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:= 1. Dispositif de réglage de profondeur de passe d'une tête d'usinage, notamment de perçage, à arrêt automatique d'avance, comportant, monté sur un bâti support (1,10) - une broche porte-outil (17) entraînée en rotation par un premier moyen moteur (7), - un support (6) portant ladite broche (17) et son moyen moteur (7) et monté mobile suivant l'axe de ladite broche, - un second moyen moteur (3) apte à déplacer ledit support (6) suivant ladite direction, et - un moyen d'accouplement de l'organe d'entraînement dudit second moyen moteur audit support, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il est constitué, en outre - d'une part, d'une butée (8) solidaire dudit support (6), interposée sur la trajectoire entre ce dernier et la face en regard de la pièce à percer ou usiner (p), ladite butée (8) étant réglable en position de manière à autoriser une pénétration d'amplitude pré déterminée, réglable, de l'outil (21) dans ladite pièce (P), - d'autre part, d'un moyen d'accouplement débrayable comprenant une pièce (24) d'entraînement dudit support (6), déplacée par l'organe d'entraînement (2) dudit second moyen moteur (3) et un dispositif de liaison (26) interposé entre ladite pièce (24) et ledit support (6) et agencé de manière à se désolidariser de la pièce (24) lorsque l'effort exercé par cette dernière atteint ou dépasse un seuil pré-déterminé, réglable et, enfin, - de moyens (25) pour commander l'arrêt ou l'inversion de sens dudit second moyen moteur (3), des l'arrêt de l'avance de la tête d'usinage (6,7,17,21). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite butée est une pièce tubulaire coulissant sur un manchon (18) coaxial à la broche porte-outil (17), solidaire du support (6) de la tête d'usinage, ladite butée (8) étant susceptible de coulisser jusqu'à venir en contact avec ledit support (6) après une course pré-déterminée, réglable à laide de moyens appropriés (22,23). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite butée (8) est rappelée dans sa position de repos, écartée du support (6), par un moyen de rappel automatique, tel qu'un ressort hélicoïdal (9), interposé entre la butée (8) et le support (6). 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de pré-détermination et réglage de la course de ladite butée (8) sont constitués par une virole (22) montée réglable en position à l'extrémité de la butée tournée vers le support (6) de la tête d'usinage, ladite virole (22) définissant la face de contact (22a) de ladite butée (8) avec ledit support (6). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite butée (8) est un manchon fixé audit support (6) et dont l'extrémité distale est réglable en distance par rapport audit support. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite extrémité distale du manchon (8) est munie d'une virole (22) réglable en position axialement au manchon et dont une extrémité (22a) définit la face de contact du manchon (8) avec la pièce à usiner (P). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'organe d'entraînement du support (6) de la tête d'usinage est une noix (24) mobile le long d'une vis (2) entraînée en rotation par; ledit second moyen moteur (3), ledit dispositif de liaison désolidarisable interposé entre ladite noix (24) et ledit support (6) étant constitué par un élément (26) compressible élastiquement au-delà dudit seuil d'effort, agencé entre la noix (24) et le fond d'une cage (5) entourant la vis (2), solidaire dudit support (6) et à l'intérieur de laquelle peut coulisser ladite noix. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens de commande de l'arrêt ou inversion de sens du second moyen moteur (3), constitués par des moyens (25) de détection du déplacement relatif entre la noix (24) et la cage (5), commandant en réponse à ladite détection ledit arrêt ou inversion de sens. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens de commande de l'arrêt ou inversion de sens du second moyen moteur (3) constitués par des moyens (25') de détection du contact entre ladite butée (8) et ledit support (6), commandant en réponse à ladite détection ledit arrêt ou inversion de sens. 10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la détection dudit mouvement relatif entre la noix (24) et la cage (5) commande l'arrêt, puis le redémarrage en sens inverse, dudit second moyen moteur (3), de manière à opérer le retrait de la tête d'usinage (6,7,17,21) et sa remise dans la position de repos, déterminée par un dispositif de fin de course approprié. 11. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que ledit élément compressible est un empilement de rondelles Belleville (26). 12. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que ledit élément compressible est un ressort hélicoïdal. 13. Dispositif selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que l'élément compressible (26) est mis en place dans la cage (5) avec une pré-contrainte déterminée, réglable.