Brevet FR2733064A1 — publié le 19961018

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTRÈLE D'USINAGE SUR MACHINE-OUTIL La présente invention concerne les machines-outils, dans lesquelles une pièce tenue par une broche porte-pièce et des outils tenus par un porte-outil sont déplacés les uns par rapport aux autres au cours d'un cycle d'usinage pour produire une pièce. L'invention se rapporte en particulier aux machines à décolleter telles que les tours monobroche à poupée fixe ou à poupée mobile, et les tours multibroche. La production de pièces dont les dimensions sont précises nécessite de contrôler le cycle d'usinage et le travail des outils sur la pièce. Le plus souvent, le contrôle est effectué a posteriori, en mesurant les dimensions de chaque pièce obtenue. Toutefois, un tel contrôle nécessite une reprise de la pièce, et il est effectué trop longtemps après la production de la pièce, de sorte que les pièces suivantes peuvent également être défectueuses lorsqu'on a constaté le défaut sur ladite pièce. Il en résulte une baisse de rendement et une baisse de qualité. Il apparaît donc utile de prévoir un contrôle d'usinage qui s'effectue le plus tôt possible au cours de l'usinage de la pièce elle- même, sans toutefois ralentir cet usinage. Le document EP-A-0 363 902 décrit un dispositif et un procédé de contrôle d'usinage par la mesure et la vérification de la résistance électrique de contact entre l'outil et la pièce. Le document décrit les moyens pour mesurer avec une bonne précision la résistance électrique de contact, en éliminant l'effet perturbateur de la force électromotrice apparaissant dans la zone de contact qui se trouve à haute température pendant l'usinage. Pour cela, on fait passer un courant électrique intermittent dans la zone de contact entre la pièce et l'outil, et l'on mesure les différences de potentiel entre la pièce et l'outil. La résistance de contact est déduite par calcul, et est comparée à une série de valeurs de résistance de contact correspondant à la fois au type d'outil utilisé et aux matériaux formant la pièce à usiner. Outre sa relative complexité, puisqu'il faut prévoir des moyens pour générer un courant intermittent, des moyens pour mesurer une différence de potentiel à des instants différents, et des moyens pour calculer ensuite et comparer la résistance de contact, ce dispositif et ce procédé ne prennent pas en compte tous les paramètres pouvant perturber la mesure, notamment la présence d'huile de coupe conductrice ou isolante dans la zone de contact, la nature du matériau constituant la pièce à usiner, la nature du matériau constituant l'outil, la forme de l'outil et de la pièce. Le procédé nécessite en outre d'utiliser des outils en des matériaux particuliers. Le problème proposé par la présente invention est de concevoir un nouveau procédé et un dispositif fiable et peu onéreux permettant le contrôle d'usinage d'une série de pièces en matière conductrice de l'électricité par un outil sur une machine-outil pendant ledit usinage, ce contrôle devant procurer des informations suffisantes pour connaître la qualité de la pièce qui sera obtenue, pour éviter la production d'une pièce défectueuse, et pour avertir l'utilisateur dès qu'une intervention est nécessaire. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, un procédé de contrôle d'usinage selon l'invention comprend, lors de l'usinage de chaque pièce, au moins une étape de contrôle à au moins un instant prédéterminé d'usinage au cours duquel la broche porte-pièce et le porte-outil sont en des positions respectives déterminées; au cours de cette étape, on connecte un générateur de tension électrique entre le porte- outil et la broche porte-pièce et on vérifie qu'un courant électrique de contact approprié traverse la zone de contact entre l'outil porté par le porte- outil et la pièce tenue par la broche porte-pièce à l'instant prédéterminé de ladite étape de contrôle, et on produit un signal de commande ou d'avertissement en cas de détection d'un courant électrique de contact non approprié. Ainsi, l'idée qui est à la base de l'invention est d'effectuer un contrôle en associant la variable de temps et la variable de qualité du contact entre l'outil et la pièce. Le contrôle s'effectue ainsi de façon précise à des instants o l'on connaît la position du porte-outil et de la broche porte-pièce, qui déterminent en principe les conditions d'usinage et la qualité du contact que l'on doit détecter par mesure et comparaison du courant électrique lorsque l'usinage est normal. On peut ainsi vérifier la qualité du contact mécanique entre pièce et outil en mesurant le courant électrique traversant la zone de contact et en le comparant à au moins une valeur de seuil admissible de ce courant électrique de contact. Selon un mode de réalisation particulier, permettant de simplifier sensiblement le dispositif, le procédé comprend une étape préalable d'apprentissage au cours de laquelle on effectue l'usinage d'une première série de pièces avec un même outil, en vérifiant de façon connue la qualité des pièces réalisées; on mesure et on mémorise les valeurs du courant électrique de contact traversant la zone de contact pièce-outil lors des étapes de contrôle jusqu'à obtention d'une première pièce défectueuse et d'une mesure correspondante de la valeur limite du courant électrique de contact. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, qui peut d'ailleurs être combiné avec le mode de réalisation précédent, le procédé comprend, pour chaque pièce, au moins une étape de contrôle de début d'usinage dans laquelle on évalue la simultanéité entre l'arrivée de la broche porte-pièce et du porte-outil en position de début d'usinage par l'outil et l'existence ou l'absence d'une valeur admissible du courant électrique de contact. En effet, l'arrivée de l'outil au contact de la pièce provoque une variation brusque du courant électrique de contact, aisément détectable, et il est possible de vérifier de manière simple la simultanéité de l'apparition du courant électrique de contact approprié avec l'instant o l'outil et la pièce doivent normalement arriver en contact l'un de l'autre selon le cycle prédéterminé d'usinage par l'outil. De préférence, la vérification du courant électrique de contact traversant la zone de contact entre l'outil et la pièce s'effectue pendant une plage déterminée de durée de vérification, au cours de l'étape de contrôle. Un dispositif de contrôle d'usinage de pièce sur machine-outil selon l'invention, mettant en oeuvre un tel procédé, est adapté à une machine-outil comprenant au moins une broche porte-pièce conformée pour tenir la pièce à usiner, avec des moyens pour déplacer la broche et des moyens pour repérer la position de la broche, comprenant au moins un porte-outil avec des moyens pour déplacer l'outil et des moyens pour repérer la position de l'outil, et comprenant des moyens de commande pour provoquer le mouvement des organes fonctionnels de la machine-outil selon une succession de cycles d'usinage et pour repérer notamment les instants d'étape de contrôle. Selon l'invention, le dispositif comprend: - des moyens isolants pour isoler électriquement l'outil ou le porte-outil par rapport au bâti de la machine-outil, - des conducteurs électriques pour assurer la connexion électrique de l'outil à la première borne de sortie d'un générateur de tension électrique dont la seconde borne est connectée à ladite pièce en cours d'usinage, - un capteur de courant, pour mesurer le courant électrique dans lesdits conducteurs, et pour produire sur sa sortie un signal de mesure envoyé à un comparateur, - un générateur de seuil, adapté pour générer un signal électrique de seuil constituant un seuil de signaux admissibles, et pour envoyer ledit signal de seuil au comparateur, - les moyens de commande étant adaptés pour scruter la réception d'un signal de mesure à chaque instant d'étape de contrôle, pour comparer ce signal de mesure audit signal de seuil et pour générer un signal de défaut en cas de valeur non admissible dudit signal de mesure. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation particulier, faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: - la figure 1 représente schématiquement les organes essentiels d'un dispositif de contrôle d'usinage selon l'invention; - la figure 2 illustre schématiquement la forme d'onde du courant électrique traversant le contact outil-pièce pendant l'usinage d'une pièce; et - la figure 3 illustre schématiquement la forme d'onde du courant électrique traversant le contact outil- pièce pendant l'usinage d'une série de pièces avec un même outil. Comme illustré sur la figure 1, le dispositif est appliqué à une machineoutil comprenant au moins une broche porte-pièce 1 adaptée pour tenir la pièce à usiner 2. Avant usinage, la pièce à usiner 2 est souvent sous forme d'une barre, poussée par un dispositif d'avance de barre 3. La broche porte-pièce 1 entraîne la pièce 2 en rotation autour de son axe longitudinal, et peut commander les mouvements d'avance ou de recul de la pièce 2 comme illustré par la flèche 4. Des moyens permettent de repérer la position de la broche 1 au cours du cycle d'usinage. Un porte-outil 5 est adapté pour porter un outil 6 et pour le déplacer dans les différentes positions d'usinage désirées au cours du cycle d'usinage. Des moyens permettent de repérer la position de l'outil 6. Des moyens de commande 7 sont adaptés pour provoquer les mouvements des organes fonctionnels de la machine-outil tels que la broche porte- pièce 1 et le porte-outil 5 selon une succession de cycles d'usinage. Chaque cycle d'outil commence à un instant prédéterminé au cours du cycle d'exécution de la pièce 2. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, le porte- outil 5 est monté en déplacement sur des coulisses traditionnelles qui sont isolées du bâti 8 de la machine-outil par des moyens isolants 9. En alternative, des moyens isolants 9 peuvent être interposés entre le porte- outil 5 et l'outil 6. Dans tous les cas, les moyens isolants 9 isolent électriquement l'outil 6 par rapport au bâti 8 de la machine-outil. Les moyens isolants 9 comprennent une couche intermédiaire de matériau dur et isolant électrique, pour assurer à la fois l'isolation électrique de l'outil 6 par rapport au bâti 8 et une tenue mécanique rigide de l'outil 6 pour assurer une bonne précision d'usinage. Selon un mode de réalisation, le matériau dur et isolant est une couche de polytétrafluoroéthylène armé de fibres de verre. Selon un autre mode de réalisation, le matériau dur et isolant est une couche d'alumine. Des conducteurs électriques 10 assurent la connexion électrique de l'outil 6 à la première borne de sortie 11 d'un générateur de tension électrique 12 dont la seconde borne 13 est connectée à la pièce à usiner 2 en cours d'usinage. La connexion à la pièce 2 peut passer par la broche porte-pièce 1, comme illustré sur la figure, par la masse, ou par un contact tournant ou non avec un conducteur spécifique. Un capteur de courant 14 est inséré dans le circuit électrique formé par les conducteurs 10, et permet de mesurer le courant électrique de contact dans lesdits conducteurs 10 et de produire sur sa sortie 15 un signal de mesure envoyé à un comparateur 17 pouvant être indclu dans les moyens de commande 7. Les moyens de commande 7 comprennent un générateur de seuil 18, adapté pour générer un signal électrique de seuil constituant un seuil de signaux admissibles. La sortie du générateur de seuil 18 est connectée à une entrée du comparateur 17, pour envoyer ledit signal de seuil au comparateur 17. Par exemple, le générateur de seuil 18 comprend une mémoire 16 dans laquelle est enregistrée une échelle de valeurs de courant de contact, comportant au moins un seuil de valeurs admissibles IL au-delà ou en deçà duquel le courant de contact I correspond à un outil 6 ayant dépassé le degré d'usure admissible. Le courant de contact est ainsi un paramètre physique représentatif de la qualité du contact pièce-outil. Un mode de réalisation simplifié du générateur de seuil peut être un simple potentiomètre, actionné par l'utilisateur, et délivrant un courant ou une tension fixe choisi par l'utilisateur pour constituer le seuil de valeurs admissibles de courant de contact. Le comparateur 17 est adapté pour scruter la réception du signal de mesure au moins à un instant prédéterminé de cycle d'outil, et pour générer un signal de commande ou d'avertissement en cas de présence d'un signal de mesure dont la valeur n'est pas admissible et indique que le contact entre la pièce et l'outil n'est pas approprié. De préférence, le comparateur 17 scrute la réception du signal de mesure pendant une plage déterminée de durée de vérification, et émet le signal de défaut si le signal de mesure a une valeur non admissible pendant tout ou partie de la plage de durée de vérification. Selon un mode de réalisation préféré, le capteur de courant 14 fournit en permanence un état du courant de contact entre l'outil 6 et la pièce 2. Cette mesure de courant de contact sert également de signal de détection: en l'absence de contact, le courant mesuré est nul ou très différent de celui qui existe en présence de contact, tandis qu'en présence du contact, le courant prend une valeur non nulle. Une valeur nulle ou très différente de courant détectée par le capteur de courant 14 constitue un signal de détection. Le comparateur 17 est adapté pour comparer, pendant l'usinage, la mesure de courant électrique de contact reçue du capteur de courant 14 et les valeurs de courant électrique de contact enregistrées dans la mémoire 16, et pour générer un signal de changement d'outil lorsque le courant de contact mesuré n'est pas compris dans les valeurs admissibles de courant de contact. Ainsi, le dispositif représenté sur la figure effectue un contrôle d'usinage comportant, pour chaque pièce, une étape de contrôle d'usinage au cours de laquelle la broche porte-pièce 1 et le porte-outil 5 sont dans des positions respectives prédéterminées d'usinage, et l'on vérifie qu'un courant électrique approprié traverse la zone de contact entre l'outil 6 porté par le porte-outil 5 et la pièce 2 tenue par la broche porte-pièce 1 à un instant prédéterminé d'usinage. Le caractère approprié ou satisfaisant du courant électrique traversant la zone de contact entre l'outil et la pièce est vérifié par la mesure, à l'instant prédéterminé d'usinage, du courant électrique et par sa comparaison au seuil de valeurs admissibles. En présence d'un courant électrique de contact non approprié à l'instant désiré ou pendant la plage déterminée de durée de vérification, un signal de défaut est émis qui est ultérieurement utilisé dans le cycle d'usinage pour générer le changement de pièce ou le changement d'outil. On a représenté sur la figure 2 une variation possible du courant électrique I de contact en fonction du temps lors d'un cycle d'outil, c'est-à-dire lors de l'usinage d'une pièce par un outil déterminé. Selon l'invention, une étape de contrôle intervient au cours de ce cycle d'outil, et on mesure alors la valeur Il que prend le courant électrique I à cet instant E. Par cette mesure à un instant précis, l'invention permet d'éliminer l'influence de nombreux paramètres perturbateurs susceptibles de modifier le courant électrique I en fonction des conditions d'usinage. Comme illustré sur la figure 3, au cours de l'usinage d'une série de pièces identiques par le même outil, on effectue une étape de contrôle au cours de chaque cycle d'outil. On constate que les valeurs de courant électrique de contact mesurées au cours des cycles successifs d'outil dérivent dans le temps en fonction notamment des conditions d'usure de l'outil. Au bout de N cycles d'outil, on atteint une valeur limite IL, qui précède juste l'instant à partir duquel la pièce suivante produite est défectueuse. Ainsi, en comparant à chaque cycle d'outil la valeur I, mesurée du courant électrique de contact I à la valeur IL limite ou seuil de valeurs admissibles, on peut en déduire si l'usinage est correct ou défectueux, et produire un signal de commande ou d'alerte lorsque l'usinage devient défectueux. La valeur IL limite du courant électrique de contact I est déterminée par une étape préalable d'apprentissage, au cours de laquelle on mesure et on mémorise les valeurs du courant électrique de contact I lors des étapes de contrôle d'usinage d'une première série de pièces avec un même outil; In est la valeur mémorisée du courant I lors de l'étape de contrôle de la dernière pièce précédant une pièce défectueuse. IL est mémorisée automatiquement dans le cas d'un dispositif de commande 7 programmé. Dans le cas d'un dispositif de commande 7 simplifié, comportant par exemple un générateur de seuil 18 constitué d'un simple potentiomètre, l'utilisateur règle lui-même le potentiomètre à la valeur produisant sur le comparateur le signal de commande ou d'alerte dès qu'il constate que la pièce produite est défectueuse. Un instant particulier du cycle d'outil, permettant un contrôle très efficace, est l'instant de début de cycle D comme illustré sur la figure 2. Juste avant cet instant, le courant électrique de contact I a normalement une valeur nulle, et, après cet instant, le courant I prend une valeur très différente de la valeur 0. Une simultanéité de l'apparition d'une valeur appropriée non nulle du courant I avec l'instant théorique de début de cycle d'outil donne plusieurs informations: tout d'abord, la pièce est vraisemblablement bien positionnée sur la broche porte-pièce; également, l'outil a vraisemblablement une géométrie correcte, indiquant un degré d'usure admissible; également, l'ébauche destinée à former la pièce a une dimension correcte, qui permettra de réaliser une pièce correcte, et l'ébauche est effectivement en bonne place sur la broche porte-pièce. Par contre, un défaut de simultanéité entre l'apparition d'une valeur appropriée de courant I et un positionnement normal de début d'usinage de la broche porte-pièce et du porte-outil indique la présence d'un défaut, soit dans la pièce, soit dans l'outil, et la détection de ce défaut de simultanéité permet d'émettre immédiatement un signal de commande ou d'avertissement, sans poursuivre l'usinage qui produirait une pièce défectueuse. Ainsi, le procédé selon l'invention permet de détecter, en début de cycle d'outil, un défaut d'outil ou un défaut de matière. Il permet également, au cours de chaque cycle d'outil ou de chaque cycle de réalisation de pièce, de détecter une usure anormale d'outil ou une cassure d'outil. Selon l'invention, il peut être avantageux d'utiliser un générateur de tension 12 produisant une tension modulée, par exemple une tension continue à laquelle est superposée une tension de modulation dont la forme d'onde est déterminée. La mesure de la forme d'onde du courant débité dans le contact entre la pièce 2 et l'outil 6 peut donner des informations supplémentaires sur la qualité de l'usinage obtenu. Ces informations supplémentaires peuvent servir pour générer un signal de commande ou d'alerte dans le cas o l'usinage deviendrait défectueux. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 - Procédé de contrôle d'usinage d'une série de pièces par un outil sur une machine-outil, les pièces étant en une matière conductrice de l'électricité, caractérisé en ce qu'il comprend, au cours de l'usinage de chaque pièce, au moins une étape de contrôle à au moins un instant prédéterminé d'usinage au cours duquel la broche porte-pièce (1) et le porte-outil (5) sont en des positions respectives déterminées, étape au cours de laquelle on connecte un générateur de tension électrique entre le porte-outil (5) et la broche porte-pièce (1) et on vérifie qu'un courant électrique de contact approprié (I) traverse la zone de contact entre l'outil (6) porté par le porte-outil (5) et la pièce (2) tenue par la broche porte-pièce (1) à l'instant prédéterminé de ladite étape de contrôle, et on produit un signal de commande ou d'avertissement en cas de détection d'un courant électrique (I) de contact non approprié. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pendant l'étape de contrôle, on vérifie le courant électrique de contact (I) traversant la zone de contact entre l'outil (6) et la pièce (2) pendant une plage déterminée de durée de vérification. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préalable d'apprentissage au cours de laquelle on effectue l'usinage d'une première série de pièces avec un même outil, en vérifiant la qualité des pièces réalisées, et on mesure et on mémorise les valeurs du courant électrique (I) de contact lors des étapes de contrôle jusqu'à obtention d'une première pièce défectueuse et d'une mesure correspondante de la valeur limite (IL) du courant électrique (I) de contact. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque pièce, au moins une étape de contrôle de début d'usinage dans laquelle on évalue la simultanéité entre l'arrivée de la broche porte-pièce (1) et du porte-outil (5) en position de début d'usinage par l'outil (6) et l'existence ou l'absence d'une valeur admissible du courant électrique (I) de contact. - Dispositif de contrôle d'usinage d'une pièce (2) sur machine-outil, mettant en oeuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, la machine-outil comprenant au moins une broche porte-pièce (1) adaptée pour tenir la pièce (2) à usiner, avec des moyens pour déplacer la broche (1) et des moyens pour repérer la position de la broche (1), au moins un porte-outil (5) avec des moyens pour déplacer l'outil (6) et des moyens pour repérer la position de l'outil (6), des moyens de commande (7) pour provoquer les mouvements des organes fonctionnels (5, 1) de la machine-outil selon une succession de cycles d'usinage et pour repérer notamment les instants d'étape de contrôle, caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens isolants (9) pour isoler électriquement l'outil (6) ou le porte- outil (5) par rapport au bâti (8) de la machine-outil, - des conducteurs électriques (10) pour assurer la connexion électrique de l'outil (6) à la première borne de sortie (11) d'un générateur de tension électrique (12) dont la seconde borne (13) est connectée à ladite pièce (2) en cours d'usinage, - un capteur de courant (14), pour mesurer le courant électrique dans lesdits conducteurs (10), et pour produire sur sa sortie (15) un signal de mesure envoyé à un comparateur (17), - un générateur de seuil (18), adapté pour générer un signal électrique de seuil constituant un seuil de signaux admissibles, et pour envoyer ledit signal de seuil au comparateur (17), - les moyens de commande (7) étant adaptés pour scruter la réception d'un signal de mesure à chaque instant d'étape de contrôle, pour comparer ce signal de mesure audit signal de seuil et pour générer un signal de défaut en cas de valeur non admissible dudit signal de mesure. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le comparateur (17) scrute la réception du signal de mesure pendant une plage déterminée de durée de vérification, et émet le signal de défaut si le signal de mesure a une valeur non admissible pendant tout ou partie de ladite plage de durée de vérification. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que: - le capteur de courant (14) fournit en permanence une mesure du courant électrique de contact passant entre l'outil (6) et la pièce (2), - le générateur de seuil (18) comprend une mémoire (16) dans laquelle est enregistrée une échelle de valeurs de courant électrique, comportant au moins un seuil de valeurs admissibles (IL) à partir duquel le courant électrique correspond à un outil (6) ayant dépassé le degré d'usure admissible, - le comparateur (17) est adapté pour comparer, pendant l'usinage, la mesure du courant électrique de contact reçue du capteur de courant (14) et les valeurs de courant électrique de contact enregistrées dans la mémoire (16) et pour générer un signal de changement d'outil lorsque le courant de contact mesuré est en dehors des valeurs admissibles de courant de contact. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les moyens isolants (9) comprennent une couche de matériau dur et isolant électrique. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le matériau dur et isolant est une couche de polytétrafluoroéthylène armé de fibres de verre. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le matériau dur et isolant est une couche d'alumine.