Brevet FR2742086A1 — publié le 19970613

INSTRUMENT ET PROCEDE DE RELEVE D'UNE FACE INTERNE D'UNE PIECE DESCRIPTION L'invention ressortit à un instrument et un procédé de relevé d'une face interne d'une pièce concave, essentiellement par une mesure sur au moins un profil linéaire de celle-ci. I1 arrive qu'on se soucie d'usiner une pièce à une épaisseur bien déterminée, qui peut être ou non régulière. I1 est alors tentant d'utiliser une machine à commande numérique dont la position de l'outil est réglée sans cesse en profondeur selon la forme de la pièce brute, après avoir relevé les informations nécessaires par une série de mesures et les avoir apprises à la machine-outil. I1 faut cependant décider du genre d'informations qui permettent de caractériser la pièce et trouver un procédé pour prendre commodément ces informations. De plus, la position de la pièce sur la machine-outil doit être prise en compte pour calculer le trajet de l'outil. On conçoit qu'il est avantageux de prendre le relevé quand la pièce est déjà fixée à la machine, car on n'a plus besoin de tenir compte de l'incertitude du montage et les informations peuvent être obtenues directement dans le système d'axes de la machine, ce qui signifie que la position de la pièce par rapport à l'outil peut tout de suite être calculée par le système de commande numérique de la machine, sans conversion d'un fichier de coordonnées des points de la pièce en fonction de la position de montage de la pièce. Mais les difficultés précédemment citées, relatives à la prise du relevé, sont alors plus sérieuses car la face interne de la pièce, tournée vers les éléments de montage de la machine, est inaccessible à la mesure manuelle directe. Dans l'état présent de la technique, on usine donc d'abord la face interne, en prenant le relevé de sa forme, on fixe la pièce à la machine-outil pour usiner la face externe et on détermine la trajectoire de l'outil en mesurant la position de la pièce sur la machine. L'invention a précisément pour objet la fourniture d'un instrument de relevé utilisable dans certains cas pratiques sur une pièce montée sur une machine-outil, ainsi qu'un procédé correspondant de prise de relevé qui donne de bons résultats. L'instrument selon l'invention comprend un embout monté dans un palier tournant de l'élément de machine-outil auquel est fixé le plateau porte-pièce, une structure soutenue par l'embout, qui porte un moteur et un palier d'axe, un capteur de distance dirigé vers le profil interne de la pièce et soutenu par un axe tournant engagé dans le palier d'axe et sensiblement parallèle au pourtour de la pièce qui est posé sur le plateau, une transmission reliant le moteur à l'axe, un capteur de rotations de l'axe. Sous sa forme la plus générale, le procédé selon l'invention consiste à relever un profil de la face interne de la pièce, dirigée vers l'instrument et déjà à l'état fini, et à usiner la face externe exclusivement d'après le relevé, sans détacher la pièce de la machine-outil. Si, selon l'application d'abord envisagée par l'inventeur, la machine-outil est un tour, l'élément de machine-outil une broche tournante portepièce, et si la pièce est sensiblement une portion de sphère, le relevé concerne de préférence un plan méridien de la pièce. I1 peut aussi concerner plusieurs plans méridiens de la pièce, et une moyenne de mesures sur les plans méridiens des relevés est calculée pour obtenir un profil moyen de plan méridien. D'autres moyens de procéder, ainsi que des instruments différents, sont possibles surtout si on s'intéresse à des pièces de forme différente ou d'autres genres de machine-outil ; l'homme du métier pourra facilement en déduire après avoir assimilé la description concrète et purement illustrative d'une réalisation effective de l'invention, au moyen des figures suivantes la figure 1 est une vue générale de l'instrument et d'une machine qui le porte, et la figure 2 représente l'instrument plus dans le détail. On considère ici l'usinage de dômes 1 hémisphériques sur des tours à commande numérique, partiellement représentés à la figure 1 et qui sont munis d'un système d'aspiration responsable de la fixation du dôme 1 à usiner sur un plateau 2 évidé en son centre et en forme de bague. Le plateau 2 présente une gorge périphérique 3 dans laquelle le pourtour du dôme 1 à usiner est posé, et il repose lui-même sur une cloche 4 en forme d'enveloppe plus ou moins cylindrique que porte un faux plateau 5 (appelé ainsi parce qu'il ne porte pas directement le dôme 1) porté lui-même par la broche 6 rotative du tour. La broche 6, engagée dans un support fixe de broche 7 par l'intermédiaire d'une paire de roulements 8, est creusée d'un logement 9 qui la traverse de part en part et donne, du côté opposé au dôme 1, à une pompe à vide 10 dont l'action aspire le contenu gazeux du logement 9 et du volume 11 délimité par le dôme 1, le plateau 2, la cloche 4 et le faux plateau 5. Ces pièces, ainsi que la broche 6, sont reliées entre elles de manière étanche par des boulons et des joints, sauf le dôme 1, qui est simplement posé sur le plateau 2 et serré sur lui par les forces de pression. Le dôme 1 est dirigé vers une tourelle 12 porteuse de l'outil 13 ; l'usinage est produit classiquement, en déplaçant la tourelle 12 dans les directions d'avance et de - profondeur de passe, qui correspondent aux directions horizontale et verticale de la figure, tout en faisant tourner la broche 6 autour de son axe et donc le dôme 1. Les mouvements de la tourelle 12 sont régis par un programme appris préalablement par le système de commande numérique. L'invention consiste à ajouter un instrument 14 qui occupe partiellement le volume interne 11 et est soutenu par un embout 15 occupant partiellement le logement 9. Cet embout 15 est fixe pendant l'usinage, reposant sur la face interne de la broche 6 par deux paires de roulements 16 à ses extrémités ; pour ne pas compromettre l'aspiration par la pompe 10, l'embout 15 est lui aussi évidé de part en part et se prolonge par un conduit 17 qui sort de la broche 6 pour se raccorder à la pompe 10. Il offre donc une voie dégagée pour l'aspiration. L'instrument 14 est mieux visible à la figure 2. Ces éléments sont fixés à une structure 18 montée en porte-à-faux sur l'embout 15 : on peut y distinguer un moteur 19, un palpeur 20 et un capteur d'angles 21 comme éléments essentiels. Le moteur 19 fait tourner une courroie 22 responsable de la rotation d'un axe 23 porteur du palpeur 20. Comme il est essentiel que ce dernier élément soit posé avec précision, le montage de l'axe 23 dans la structure 18 est assez rigide et s'effectue par un roulement à aiguilles 24 ainsi que par une paire de butées à billes 25 comprimées dans la direction de l'axe 23 entre la structure 18 et des bagues 26 et 27 vissées à l'extrémité de l'axe 23, dont la première est située du côté de la courroie 22 et la seconde est prolongée par une collerette 28 dans l'alésage de laquelle le palpeur 20 est enfilé avec un petit jeu et retenu par une vis de pression 29 : la précontrainte des butées à billes 25 assure donc que le palpeur est coaxial à la broche 6, ou que les axes de ces pièces se coupent quand la palpeur 20 est incliné. Le capteur d'angles 21 est dirigé dans la direction de l'axe 23 et son élément de mesure 30 touche l'enveloppe du palpeur 20 : on s'aperçoit immédiatement que la rotation de l'axe 23 est transmise à cet élément de mesure 30, et enregistrée par lui. Le doigt 31 mobile du palpeur 20 est dirigé vers le dôme 1 et touche sa face interne, qui a déjà été usinée. La structure 18 et les autres éléments de l'instrument 14 sont conçus pour que le doigt 31 puisse toucher sensiblement le pôle du dôme 1, c'est-à-dire le centre de la surface de la demi-sphère, et soit alors confondu avec l'axe de la broche 6 : c'est cette position qui a été représentée sur les figures ; de plus, l'axe 23 est perpendiculaire à l'axe de la broche 6. Il en résulte que le mouvement du moteur 19 impartit au doigt 31 un parcours le long d'un méridien du dôme 1 ; il suffit ensuite de faire tourner la broche 6 manuellement d'un angle souhaité pour mesurer le profil du dôme 1 sur un autre méridien ; l'embout 15 reste immobile. Il existe des palpeurs 20 dont le doigt 31 se rétracte entre deux mesures, ce qui est avantageux ici. Tout cela est fait avant l'usinage, afin d'en déduire la forme de la face interne du dôme 1 et la courbe du déplacement qu'il convient d'imposer à la pointe de l'outil 13 pour que le dôme 1 présente finalement l'épaisseur souhaitée ; pour une meilleure précision, on choisira de relever le profil de plusieurs méridiens et de calculer leur moyenne pour obtenir la modélisation la plus exacte possible de la face interne du dôme 1. Les informations de mesure peuvent parvenir directement au système de commande numérique par des fils du capteur de position angulaire 21 et du palpeur 20 qui, comme les fils d'alimentation du moteur 19, débouchent à l'extérieur en empruntant l'évidement de l'embout 15 et le conduit 17. Après avoir placé le palpeur 20 dans l'axe de la broche 6 et mesuré la distance du doigt 31 de la gorge périphérique 3 (à fond plat) du plateau 2, l'utilisateur pose le dôme 1 sur le plateau 2 et fait parcourir au doigt 31 le tour de son bord intérieur 32. I1 relève ainsi les défauts de centrage et ajuste la position du dôme 1 avant de créer le vide. L'étalonnage de la position du palpeur 20 est obtenu en lui faisant parcourir le tour d'une piste 33 rectifiée et de forme sphérique qui délimite l'évidement du plateau 2 : on vérifie ainsi si le palpeur 20 est dans l'axe de la broche 6, et ses indications sont corrélées au rayon de la piste 33. Le capteur d'angles 21 peut être étalonné quand le palpeur 20 arrive au bord externe de la piste 33. S'il est constaté que le centrage du palpeur 20 est imparfait, on le déplace latéralement en agissant sur les vis de commande 35 d'une paire de glissières 34 perpendiculaires à queue d'aronde (dont une seule est représentée). Ces glissières 34 relient à l'embout 15, de position invariable par rapport à la broche 6, la structure 18 qui est donc mobile latéralement à l'axe de la broche 6. L'invention est applicable à des pièces d'autres formes et peut être réalisée avec des capteurs de distance différents, optiques par exemple. REVENDICATIONS 1. Instrument (14) de relevé d'un profil de face interne d'une pièce concave (1) reposant par un pourtour sur un plateau (2) évidé, le plateau (2) étant fixé à un élément (6) de machine-outil, caractérisé en ce qu'il comprend un embout (15) monté par un palier tournant (16) dans l'élément (6) de machine-outil, une structure (18) soutenue par l'embout (15) qui porte un moteur (19) et un palier (24) d'axe, un capteur de distance (20) dirigé vers la face interne de la pièce et soutenu par un axe tournant (23), engagé dans le palier d'axe et sensiblement parallèle au pourtour de la pièce concave, une transmission (22) reliant le moteur (19) à l'axe (23) et un capteur (21) de rotations de l'axe (23). 2. Instrument de relevé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la machine-outil est un tour, et l'élément de machine-outil une broche (6) tournante porte-pièce. 3. Instrument de relevé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le palier tournant (16) dans l'élément de machineoutil est logé dans un passage d'aspiration (9) d'un volume gazeux (11) englobé par le plateau et la pièce (9), qui est maintenue par succion sur le plateau (2). 4. Instrument de relevé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la structure (18) est montée latéralement mobile (34, 35) sur l'embout (15). 5. Instrument de relevé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le plateau (2) porte une piste d'étalonnage (33) du capteur de distance (20). 6. Instrument de relevé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la piste d'étalonnage est sphérique. 7. Procédé d'usinage sur une machine-outil d'une pièce concave (1) pour lui donner une épaisseur déterminée, caractérisé en ce qu'il consiste à faire un relevé d'un profil de face interne de la pièce et à usiner la face externe exclusivement d'après le relevé, sans détacher la pièce de la machine-outil. 8. Procédé d'usinage selon la revendication 7, où la machine-outil est un tour, caractérisé en ce que le relevé concerne un plan méridien de la pièce. 9. Procédé d'usinage selon la revendication 8, caractérisé en ce que le relevé concerne plusieurs plans méridiens de la pièce, et en ce qu'une moyenne de mesures sur les plans méridiens est calculée pour obtenir un profil moyen de plan méridien. 10. Procédé d'usinage selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend une étape, préliminaire au relevé, d'ajustement de position de la pièce sur la machineoutil.