Brevet FR2715089A1 — publié le 19950721

Centreur pour l'usinage de pièces et applications de ce centreur. La présente invention a trait à un centreur pour l'usinage et aux applications de ce centreur pour l'usinage de précision sur des machines-outils, et notamment des machines à broches tournantes portant un outil. Les opérations d'usinage de précision, telles que par exemple les opérations de perçage, nécessitent un repérage extrémement précis de la pièce à usiner dans le systène de coordonnée de la machine-outil de précision, généralement à commande numérique. I1 est courant d'utiliser, à cet effet, des pinules se composant d'une tige cylindrique de diamètre bien défini qui se poursuit, à l'une de ses extrémités, par un épaulement au-delà duquel se prolonge une partie de diamètre accrue de la tige, partie se terminant par une sphère parfaitement calibrée, le diamètre de la tige et la distance axiale entre le centre de la sphère et l'épaulement étant définis avec une très grande précision. Pour utiliser cette pinule, on détermine dans une face de la pièce à usiner, un point de référence et l'on effectue, en ce point un perçage aussi bien centré que possible sur le point pour réaliser un trou cylindrique ayant le diamètre de la tige de la pinule. On peut alors introduire la tige de la pinule dans ce trou jusqu'à butée de l'épaulement, de sorte que le centre de la sphère de la pinule constitue un point de référence lié à la pièce. On peut alors positionner la pièce dans les mors, machoires ou autres dispositifs de fixation de la machine outil et venir repérer la position de la pinule, par exemple, en palpant la sphère à l'aide d'un palpeur porté par la broche tournante de la machine-outil. Du fait que la position du trou, et donc la position de la sphère de la pinule, sont repérées par rapport à un point ou une ligne de référence initial de la pièce, par exemple une arête dans l'une des faces de laquelle a été percé le trou de la pinule, on peut définir finalement la position relative de la pièce par rapport à la broche de l'outil avec une grande précision. Ce procédé de repérage présente cependant d'importants inconvénients. Notamment il augmente le temps d'usinage par la nécessité de mesurer le point de perçage du trou destiné à recevoir lapinule par rapport au point ou à la ligne de référence initial de la pièce, puis de percer le trou. La précision est limitée du fait que le perçage du trou de la pinule se fait obligatoirement avec une erreur résultant de l'incertitude de repérage du point et de l'erreur éventuelle du perçage lui-même, erreur à laquelle s'ajoute l'erreur propre à la mesure de la position de la pinule lorsque la machine détermine cette position, par exemple à l'aide d'un palpeur. Enfin la présence, définitive, du trou de pinule est également un inconvénient en soi dans les cas, fréquents, où la partie de pièce à usiner qui porte le trou de pinule n'est pas tronconnée ou autrement séparée de la pièce définitive. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients et de fournir un centreur pour l'usinage sur les machines-outils extrêmement pratique, simple à poser, diminuant les erreurs de repérage et supprimant la nécessité du perçage d'un trou de pinule. L'invention a pour objet un centreur pour le centrage ou le repérage de pièces à usiner sur les machines-outils, et notamment des machines à broche tournante, présentant une surface sphérique calibrée susceptible de coopérer avec un organe de repérage de machines outils tels que, par exemple, un palpeur tournant sur une broche, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une sphère de diamètre calibrée dont un quart a été supprimé pour former un redan diédrique constitué par deux plans diamétraux perpendiculaires sécants le long d'un axe de la sphère, des moyens étant prévus au niveau de l'un au moins desdits plans diamétraux pour assurer une adhérence contre une face de la pièce à usiner sur laquelle on applique ledit plan. On comprend donc que l'on peut venir fixer le centreur selon l'invention sur une pièce au niveau d'une arête de celle-ci et notamment d'une arête déterminant deux surfaces perpendiculaires. Le centreur, fixé manuellement sur l'arête de la pièce, laquelle peut constituer avantageusement l'arête de référence à partir de laquelle toutes les côtes de la pièce sont déterminées, assure un repérage extrêmement précis de la pièce et notamment du point de ladite arête qui coïncide avec le centre géométrique du centreur. Si l'usinage de la pièce ne demande qu'une précision dans deux dimensions, le centreur selon l'invention peut être centré en n'importe quel point de l'arête de référence. Si une précision tridimensionnelle est requise, le centreur sera positionné en un point précis de l'arête. Ceci peut facilement être obtenu en plaçant le centreur de façon à tangente le plan orthogonal passant par le point d'extrémité de l'arête. Par exemple, si l'une des deux extrémités de l'arête est le sommet d'une triède rectangle, le centreur sera positionné sur l'arête de façon à venir au contact du plan orthogonal à l'arête, passant par ladite extrémité, et matérialisé, par exemple, par la surface plane d'un marbre. En général une surface de référence de la position de la pièce est donnée par un support de pièce contre laquelle s'applique une paroi de la pièce à usiner et, dans un tel cas, la machine outil, après détermination de la sphère par palpage, connaît parfaitement la position de l'arête de référence de la pièce. Cependant, l'invention permet également d'utiliser facilement deux ou plusieurs centreurs sur la même pièce, par exemple deux centreurs espacés le long de la même arête de sorte que par deux palpages on détermine la position de l'arête. Les moyens permettant au centreur d'adhérer à la surface de la pièce sont de préférence des moyens magnétiques. Ainsi, on peut prévoir, dans chacun des deux demi-plans diamétraux du centreur, un aimant dont la face affleure dans'ledit demi-plan et permet une fixation et un retrait facile du centreur. Ces aimants sont simplement logés dans un perçage pratiqué dans le plan qui le porte. On peut également utiliser un seul aimant introduit dans un perçage de la pièce et dont l'une des faces polaires est diédrique, les deux surfaces de dièdre de l'aimant affleurant dans la face diamétrale correspondante du centreur. De préférence, une partie cylindrique de matière située autour de l'axe géométrique d'intersection des deux plans des faces diamétrales du centreur, a été enlevée, tant pour assurer une parfaite planéité de chacune des faces diamétrales perpendiculaires du centreur, que pour éviter tout risque d'incertitude qui pourrait provenir d'un défaut local de l'arête de référence de la pièce à usiner. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif et dans laquelle seront décrites des formes de réalisation du centreur ainsi que différentes applications possibles, et dans lesquelles la figure 1 représente une vue d'un centreur selon l'invention en coupe diamétrale perpendiculaire à l'axe d'intersection des plans des deux surfaces diamétrales du centreur, la figure 2 représente une vue analogue d'un centreur selon une autre forme de réalisation de l'invention. la figure 3 représente schématiquement l'application d'un centreur selon l'invention à la réalisation d'un trou à 30" dans une pièce, la figure 4 représente une autre application utilisant deux centreurs pour former une barre sinus, la figure 5 représente une vue de l'utilisation d'un centreur appliquée au contrôle d'une profondeur de rainure, la figure 6 représente une vue de l'application de trois centreurs pour un contrôle de planéité d'une pièce, les figures 7 et 8 représentent l'application de deux centreurs selon l'invention au contrôle de diamètres intérieurs de pièces, la figure 9 représente schématiquement l'étape de palpage d'un centreur sur une pièce pendant l'opération de repérage faite à l'aide d'une broche tournante de perceuse. On se réfère à la figure 1. Le centreur 1 selon l'invention est obtenu à partir d'une bille d'acier de très grande précision, par exemple de diamètre 20 mm. Dans cette bille on a sectionné un dièdre formant un quart de la bille selon deux plans diamétraux 2-2 et 3-3 sécants le long de l'axe diamétral de la sphère perpendiculaire au plan de la figure, ce qui forme deux faces diamétrales sensiblement en forme de demicercles 4, 5. Un perçage cylindrique pratiqué le long de l'axe d'intersection des plans 3-3 et 2-2 laisse un espace vide diamétral cylindrique 6. Deux aimants 7 ont été insérés dans des perçages des deux faces 4, 5 de façon que leurs pôles, de préférence de même polarité, affleurent à la surface des demi-sections 4,5. En se référant à la figure 2, on voit une variante utilisant un seul aimant dans lequel un aimant 8 en forme de pastille cylindrique a été inséré au fond d'un perçage cylindrique, cet aimant se poursuivant par une pièce polaire 9 dont la surface forme un dièdre à angle droit, situé dans l'affleurement des plans 4 et 5. De préférence, une bague en laiton 10 contient l'aimant 8 et la pièce polaire 9 et assure la jonction dans le perçage cylindrique qui a été pratiqué dans la sphère. Dans la forme de réalisation de la figure 2, la partie diamétrale évidée analogue à la partie 6 de la figure 1 n'a pas été représentée, mais on comprend qu'il est préférable de la réaliser. Bien entendu, la position et l'inclinaison des plans déterminant les surfaces 4 et 5 ont été déterminées avec la plus grande précision possible. En se référent à la figure 3, on voit que le centreur 1 selon l'invention a été appliqué, par ses deux faces 4 et 5, contre les deux faces 11 et 12 déterminant l'arête 13 de référence d'une pièce 14 dans laquelle on désire réaliser un perçage 15 à 30 avec une très grande précision dans la distance séparant l'axe du perçage de l'arête 13. Pour cela on a appliqué le centreur sur les deux faces 11 et 12 de façon à le bloquer, ce qui fait coïncider les faces 11, 12 et les faces 4, 5 et par conséquence l'arête 13 et l'axe géométrique diamétral d'intersection des surfaces 4 et 5 du centreur. La sphère formée par le centreur est donc parfaitement positionnée par rapport à l'arête. Il suffit de venir détecter la position de la sphère, par exemple à l'aide d'un palpeur 16 montée sur la broche 17 d'une perceuse, comme représenté sur la figure 8, sachant que l'étau 18 présentent des moyens pour assurer l'exactitude de l'inclinaison à 300 de la pièce par rapport à l'horizontale. La distance, dans le plan perpendiculaire à l'arête 13, de l'axe géométrique vertical passant par le sommet de la sphère 1 et l'axe de perçage 19 ayant été préalablement calculée, la broche, après avoir été repérée par le centrage sur le centreur 1, peut être déplacée exactement de cette distance pour venir assurer le perçage. En se référant à la figure 4, on voit que l'on peut utiliser deux centreurs 1, situés sur les deux arêtes d'extrémité d'une même grande face d'une cale 20 de longueur déterminée, par exemple 100 mm, et faire reposer l'une des sphère 1 sur le plateau de la machine et l'autre sphère 1 sur une cale étalon de hauteur 21 pour déterminer de façon extrêmement exacte l'angle fait par la cale 20 avec le plateau 22. Ainsi, les centreurs peuvent être établis pour réaliser une barre sinus de très grande précision pour un étau. Sur la figure 5 on a représenté le moyen de contrôler une profondeur de coupe d'une rainure horizontale pratiquée dans une pièce inclinée d'un angle alpha par rapport au plan horizontal de la machine. Pour cela, on a initialement mis en place un centreur 1 sur l'arête de référence 13, ce qui permet, avec le palpeur ou un autre moyen de repérage de la machine, de déterminer très exactement le plan horizontal dans lequel est situé l'arête 13. Ayant calculé la profondeur de la rainure, il suffit de faire descendre l'outil de rainurage, par rapport au point initial représenté par le plan horizontal de l'arête 13, de la cote calculée pour déterminer la position finale du fond 23 de rainure. Sur la figure 6 on a représenté la possibilité d'utiliser trois centreurs 1 disposés en triangle sur deux ou trois arêtes d'une pièce plane 24 pour déterminer la planéité de la pièce à l'aide d'un comparateur classique 25. En se référant aux figures 7 et 8, on a représenté une cale étalon de longueur très précise 26 de forme parallélépipèdique et l'on a mis en place deux centreurs selon l'invention sur les deux arêtes de la cale séparées de la distance de précision de la cale. La position précise des deux centreurs 1 le long des deux arêtes a été déterminée à l'aide d'un marbre 27 par contact des centreurs 1 avec le marbre 27 pendant que la cale 26 repose sur le marbre. La distance séparant les deux centres des sphère est donc exactement égale à la longueur de la cale. On peut alors utiliser, comme on le voit sur la partie de gauche de la figure 7, cette cale, dont la longueur est augmentée de la valeur précise de deux rayons, c'est-à-dire d'une diamètre de centreur pour pouvoir procéder à des contrôles de diamètre intérieur d'alésage 28. Bien entendu, la cale 26 peut être en réalité constituée par un empilement de plusieurs cales, par exemple une cale 26a de 100 mm, une cale 26b de 50 mm et une cale 26c de 5 mm, pour constituer toutes les longueurs de contrôle voulues. On comprend, par ailleurs, que lorsqu'un centreur 1 a été positionnée le long d'une arête de référence, comme le montre la figure 7, de façon à venir tengenter le plan, tel que par exemple la surface du marbre, perpendiculaire à l'arête et passant par le point d'extrémité de l'arête, le centre géométrique du centreur se trouve axialement positionné par rapport audit point d'extrémité, d'une distance précise connue. Cette distance est égale au rayon géométrique du centreur, si aucun passage cylindrique tel que 6 n'a été pratiqué, l'encombrement total du centreur le long de son axe diamétral d'intersection des deux plans diamétraux 4, 5 étant égal au diamètre du centreur. Si un évidement tel que 6 a été pratiqué, l'encombrement dans cette direction a été diminué d'une valeur connue par l'opération d'usinage qui a permis de réaliser le centreur ou qui a pu être mesuré après la fabrication du centreur, et, dans les deux cas, le centre géométrique du centreur se trouve à une distance parfaitement définie du point de référence constitué par l'extrémité de l'arête de référence. Le palpeur peut donc non seulement déterminer la position de l'arête de référence mais également la position du point de référence. En utilisant des informations dimensionnelles supplémentaires, par exemple l'orientation de la pièce à usiner, ou en utilisant un ou deux autres centreurs également convenablement positionnés, on peut déterminer avec une très grande précision la position dans l'espace de tous points de la pièce à usiner. REVENDICATIONS 1. Centreur pour le centrage ou le repérage de pièces à usiner pour les machines-outils, et notamment les machines à broche tournante, présentant une surface sphérique calibrée susceptible de coopérer avec un organe de repérage de machine-outil, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une sphère de diamètre calibré (1) dont un quart a été supprimé pour former un redan diédrique constitué par deux plans diamétraux perpendiculaires (4, 5) sécants le long d'un axe de la sphère, des moyens (7, 8) étant prévus au niveau de l'un au moins desdits plans diamétraux pour assurer une adhérence contre une face de la pièce à usiner sur laquelle on applique ledit plan. 2. Centreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens permettant au centreur d'adhérer à la surface sont des moyens magnétiques (7, 8). 3. Centreur selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque demi-plan diamétral (4, 5) présente un aimant (7). 4. Centreur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un aimant unique, présentant une pièce polaire diédrique (9) est disposée dans le centreur, de façon que les surfaces polaires affleurent dans lesdits plans diamétraux (4, 5). 5. Centreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un perçage cylindrique (6) pratiqué le long de l'axe géométrique d'intersection desdits plans diamétraux (4, 5). 6. Centreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est réalisé en une bille d'acier. 7. Centreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il possède un diamètre de 20 mm. 8. Application du centreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, au repérage ou à la mesure dans les opérations d'usinage, caractérisé en ce que l'on place au moins un centreur sur une arête de référence d'une pièce. 9. Application selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on place le centreur sur ladite arête dans une position déterminée par rapport à un point de ladite arête, notamment le point d'extrémité.