Brevet FR2788014A1 — publié le 20000707

La présente invention est relative à une machine pneumatique d'usinage, particulièrement adaptée pour être utilisée dans l'industrie aéronautique. Les machines pneumatiques sont largement répandues et sont souvent préférées à des machines à entraînement électrique en raison de leurs performances. Ainsi, on connaît, dans l'état de la technique, des machines pneumatiques d'usinage, du type comportant un arbre menant entraîné en rotation par des moyens moteurs pneumatiques, un arbre mené porte-outils, un mécanisme à engrenages interposé entre l'arbre menant et l'arbre mené pour l'entraînement de ce demrnier, un ensemble de capteurs de mesure de paramètres de fonctionnement de la machine et une unité centrale de commande dans laquelle sont stockés des algorithmes de gestion d'usinage en fonction de données reçues en provenance des capteurs, le mécanisme à engrenages comportant des moyens de changement de rapport de vitesse pilotés par l'unité centrale. Dans ce type de machine, il est possible d'adapter le fonctionnement de la machine, de manière à lancer des cycles prédéterminés de fonctionnement tels que la lubrification d'une broche portant l'outil d'usinage, des cycles de mise en sécurité, des cycles d'avance et de retrait de l'outil en fonction de la profondeur de perçage, dans le cas de l'utilisation de la machine en tant que machine de perçage,..., et ce en fonction de paramètres de fonctionnement de la machine fournis par les capteurs, par exemple la position de l'outil par rapport à la pièce à usiner, le type d'outils,... Le but de l'invention est de fournir une machine d'usinage du type précité, capable en outre de lancer des cycles de fonctionnement préprogrammés selon deux vitesses distincts, et ce en fonction des paramètres d'usinage. Elle a donc pour objet une machine pneumatique d'usinage du type précité, caractérisée en ce que le mécanisme à engrenages comporte deux jeux primaire et secondaire de roues dentées à rapports de démultiplication distincts, montés chacun libres en rotation par rapport à l'arbre menant, les moyens de changement de vitesse comportant un crabot solidaire en rotation de l'arbre menant et axialement déplaçable par rapport à ce dernier sous le contrôle d'un organe de commande pneumatique piloté par l'unité centrale, entre deux positions extrêmes dans lesquelles le crabot est en prise avec l'un et l'autre des jeux de roues dentées, respectivement. La machine d'usinage selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles: - le jeu secondaire de roues dentées fait partie du jeu primaire de roues dentées; - le crabot est doté de dentures radiales disposées sur deux faces d'extrémités opposées du crabot et destinées à coopérer avec des dentures radiales complémentaires portées par l'une des roues dentées de chaque jeu de roues dentées; - l'organe de commande pneumatique comporte un piston solidaire du crabot et monté déplaçable dans une chambre et des moyens d'alimentation de la chambre en un fluide sous pression de part et d'autre du piston, comprenant une électrovanne pilotée par l'unité centrale; - une partie au moins du mécanisme à engrenages est montée amovible sur la machine et constitue un ensemble modulaire interchangeable; - l'unité centrale comporte, stocké en mémoire, un algorithme de contrôle de la vitesse de rotation de l'arbre mené par comparaison entre la valeur de la vitesse réelle de rotation de l'arbre mené et des vitesses de rotation maximale et minimale admissibles englobant la vitesse de rotation imposée par l'unité centrale; - le jeu primaire de roues dentées est multiplicateur ou réducteur de vitesse; D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique illustrant la structure de la machine d'usinage selon l'invention; - la figure 2 est une vue de détail d'une partie de la machine d'usinage selon l'invention, montrant le mécanisme à engrenages dans une première position; - la figure 3 est une vue agrandie du mécanisme à engrenages illustré sur la figure 2; - la figure 4 représente le mécanisme à engrenages illustré sur la figure 3, dans une deuxième position; et - la figure 5 montre le mécanisme à engrenages représenté sur la figure 2 après suppression d'une partie des pignons du jeu primaire de roues dentées, pour conserver un seul train de pignons. En référence à la figure 1, sur laquelle on a représenté la structure symbolique d'une machine pneumatique d'usinage conforme à l'invention, on voit que cette machine, désignée par la référence numérique générale 10 comporte principalement un moteur pneumatique 12, un arbre menant 14 entraîné en rotation par le moteur 12, un arbre mené porte- outils 16 et un mécanisme à engrenages 18 interposé entre l'arbre menant 14 et l'arbre mené 16 pour l'entraînement en rotation de ce dernier. Une unité centrale de traitement 20 dans laquelle sont stockés un ensemble d'algorithmes de gestion d'usinage en fonction de paramètres de fonctionnement de la machine délivrés par un ensemble de capteurs 22 et de paramètres représentatifs du type d'outil d'usinage, pilote les différents organes fonctionnels de la machine et, notamment la mise en rotation du moteur pneumatique 12. Le mécanisme à engrenages 18 comporte deux trains de roues dentées 24 et 26 constituant respectivement un jeu primaire de roues dentées et un jeu secondaire de roues dentées. Le jeu primaire de roues dentées 24 assure l'entraînement en rotation de l'arbre porte- outils 16 selon une première vitesse VI de rotation avec un rapport de démultiplication prédéterminé déterminé par la configuration des roues 24, par exemple égale à un tiers. Le jeu secondaire de roues dentées 26, quant à lui, assure l'entraînement en rotation de l'arbre porte-outils 16 selon une deuxième vitesse de rotation V2 selon un rapport de démultiplication distinct, par exemple égal à 1. Les jeux primaire et secondaire de roues dentées sont chacun montés libres en rotation par rapport à l'arbre menant 14. Un crabot 28 solidaire en rotation de l'arbre menant 14 et axialement déplaçable par rapport à ce dernier sous le contrôle d'un organe de commande pneumatique 30 piloté par l'unité centrale 20 vient sélectivement en prise avec l'un ou l'autre des jeux de roues dentées en fonction d'une vitesse d'entraînement désirée Vl ou V2. Le crabot 28 est déplaçable par rapport à l'arbre menant 14 entre deux positions extrêmes dans lesquelles il est en prise avec l'un et l'autre des jeux de roues dentées, respectivement. Sur la figure 1, le crabot 28 est en prise avec le jeu secondaire de roues dentées 26 et provoque dès lors l'entraînement de l'arbre mené 16 selon la deuxième vitesse de rotation V2. L'organe de commande pneumatique 30 comporte un piston 32 solidaire en translation du crabot 28 et déplaçable dans une chambre 34 dotée de moyens d'alimentation en un fluide sous pression, de part et d'autre du piston 32, sous le contrôle d'une électrovanne 36 pilotée par l'unité centrale 20 et alimentée en fluide sous pression par une source d'alimentation S. Comme on voit sur la figure 1, les jeux primaire et secondaire de roues dentées constituent un même train de roues dentées et appartiennent dès lors à la même chaîne cinématique, le crabot 28 court-circuitant une partie du train primaire lorsqu'il est directement en prise avec le jeu secondaire de roues dentées 26. Lorsqu'il convient d'effectuer un changement de vitesse, par exemple de la vitesse V2 vers la vitesse VI, à partir de la position représentée sur la figure 1, dans laquelle l'arbre mené 16 est entraîné par l'intermédiaire du jeu secondaire 26, l'unité centrale 20 pilote l'électrovanne 36 de manière à injecter le fluide en provenance de la source S dans la partie gauche de la chambre 34. Le déplacement consécutif du piston 32 provoque le déplacement du crabot 28 qui vient en prise avec le jeu primaire de roues dentées 24, provoquant ainsi un changement de vitesse. Au contraire, pour effectuer un changement de vitesse, de la vitesse VI vers la vitesse V2, à partir d'une position dans laquelle l'arbre mené 16 est entraîné par l'intermédiaire du jeu primaire, incorporant le jeu secondaire, il convient d'injecter dans la partie droite de la chambre 34 le fluide sous pression, ce qui provoque le déplacement du crabot 28 qui vient directement en prise avec le jeu secondaire de roues dentées 26. Comme cela a été mentionné précédemment, le jeu primaire de roues dentées 24 engendre une réduction de la vitesse de rotation de l'arbre menant 14 alors que le jeu secondaire 26 de roues dentées assure une transmission du mouvement de rotation de l'arbre menant 14 avec un rapport différent de démultiplication, par exemple égal à 1. Bien entendu, il est possible, en variante, de modifier la configuration du jeu primaire de roues dentées de manière à transmettre le mouvement de rotation de l'arbre menant 14 avec un rapport de démultiplication différent, pouvant être porté par exemple à trois, ce qui permet l'utilisation d'un moteur pneumatique 12 ayant une vitesse plus faible à puissance égale et de répartir les efforts sur les roulements en conséquence. La description détaillée du mécanisme à engrenages va maintenant être faite en référence aux figures 2 à 4. Sur ces figures, l'unité centrale 20, les capteurs et les moyens de commande de l'alimentation de la chambre 34 en fluide sous pression n'ont pas été représentés. Sur les figures 2 et 3, on a représenté le mécanisme à engrenages dans une première position correspondant à une première vitesse de rotation de l'arbre mené 16, la figure 4 représentant le mécanisme à engrenages dans une deuxième position correspondant à une deuxième vitesse de rotation de cet arbre. On voit sur ces figures que le premier train de roues dentées comporte cinq roues dentées, respectivement 38, 40, 42, 44 et 46 successivement en prise l'une sur l'autre, le jeu de roues dentées secondaire étant constitué par deux roues dentées 44 et 46 du jeu primaire de roues dentées. Les roues dentées 38 et 44 situées à l'extrémité de la chaîne cinématique des premier et deuxième jeux de roues, c'est-à-dire les roues 38 et 44 les plus proches de l'arbre menant 14, sont montées libres en rotation par rapport à l'arbre menant 14. En effet, la roue d'extrémité 38 du jeu primaire de roues dentées est montée sur un flasque fixe 48 avec un interposition d'un jeu de roulement 50, le flasque 48 étant fixé sur un carter 52. La roue dentée d'extrémité 44 du jeu secondaire de roues dentées est, quant à elle, montée autour de l'arbre menant 14, avec interposition d'un jeu de roulement 54. Au contraire, le crabot 56 est solidaire en rotation de l'arbre menant 14 et est monté axialement déplaçable par rapport à celui-ci entre les deux positions extrêmes mentionnées précédemment illustrées sur les figures 2 et 4 respectivement, pour l'entraînement en rotation de l'une ou l'autre des roues dentées 38 et 44 des deux jeux de roues dentées. On voit en effet sur ces figures que le crabot 56 est doté d'une jupe axiale 58 s'étendant en direction de la tige 60 du piston 32 et solidaire en translation de cette dernière. Pour ce faire, un roulement 62 maintenu entre la tête d'une vis 64 portée par l'extrémité libre de la tige 60 et une entretoise 66 solidaire de la face interne de la jupe 58 autorise un mouvement relatif de rotation entre le crabot 56 et le piston 32. On notera que le crabot 56 est doté de dentures radiales 68 et 70 prévues dans les deux grandes faces mutuellement opposées du crabot et tournées respectivement vers les roues 38 et 44 d'extrémité des jeux primaire et secondaire. Les dentures 68 et 7b coopèrent avec des dentures radiales correspondantes 72 et 74 portées par les roues 38 et 44. Ainsi, en fonctionnement, et en fonction de la position du crabot 56, ce dernier entraîne soit la roue d'extrémité 38 du jeu primaire de roues dentées soit directement la roue dentée 44 du jeu secondaire. Il est ainsi possible de faire varier la vitesse de rotation de l'arbre mené 16 sous le contrôle de l'unité centrale 20, en pilotant le déplacement du piston 32 dans la chambre 34, de manière à obtenir soit un premier rapport de vitesse, dans la position du crabot 56 représentée sur les figures 2 et 3 dans laquelle le crabot 56 est en prise avec la roue 38 d'extrémité du jeu primaire de roues dentées, pour l'entrainement de l'arbre mené 16 par l'intermédiaire des premier et deuxième jeux de roues dentées, soit un deuxième rapport de vitesse, en positionnant le crabot 56 dans la position représentée sur la figure 4, dans laquelle il est en prise avec la roue dentée d'extrémité 44 du jeu secondaire de roues dentées. Ainsi, par exemple, pour le perçage d'une pièce constituée de l'assemblage de différentes couches de matériaux différents, par exemple de l'aluminium, du titane, du carbone,... d'épaisseurs prédéfinies, l'unité centrale 20 pilote, à partir d'un programme spécifique stocké en mémoire, de données représentatives de l'avance de l'outil délivrées par le palpeur de position correspondant et, le cas échéant, de données délivrées par un capteur d'identification du type d'outil, la vitesse de rotation de l'arbre mené 16 ainsi que l'avance de l'outil, de manière à adapter la vitesse d'usinage en fonction de la couche percée. Avantageusement, l'unité centrale 20 comporte, stockée en mémoire, un algorithme de contrôle de la vitesse de rotation de l'arbre mené 16 assurant une comparaison entre la vitesse réelle de l'outil et une plage de vitesses de rotation admissibles incorporant la vitesse de rotation imposée de manière à provoquer le déroulement d'une procédure de mise en sécurité, de type classique, dans le cas o la vitesse de rotation imposée se situe en dehors des limites admissibles. Par exemple, la borne supérieure de la plage de vitesse admissible est égale à 100% de la vitesse imposée, la borne inférieure étant égale à 50% de la vitesse imposée. On voit enfin sur les figures, que de préférence, la machine est dotée d'un organe 76 de lubrification axiale, également piloté par l'unité centrale 20 et de type classique, capable d'injecter un lubrifiant dans l'arbre mené 16, au moyen d'un tube plongeur coulissant dans ce dernier. On notera enfin que le mécanisme à roues dentées qui vient d'être décrit constitue un ensemble amovible et interchangeable. En effet, dans le cas o l'on souhaite modifier le rapport de démultiplication du premier jeu de roues dentées, ou dans le cas o l'on souhaite entraîner l'arbre mené 16 sans démultiplication, il convient simplement d'ôter le couvercle 80 coiffant le mécanisme à roues dentées, d'ôter le capot 52 et remplacer, voire supprimer les roues dentées 38 à 42, en mettant un entraîneur sur la roue 44. Ainsi, en référence à la figure 5, dans le cas o l'on souhaite entrainer directement, sans démultiplication, l'arbre mené 16, on supprime les roues dentées 38 à 42 et l'on place un capot 80 venant coiffer l'arbre menant 14. On obtient ainsi une machine d'usinage à une seule vitesse, présentant un poids réduit. REVENDICATIONS 1. Machine pneumatique d'usinage, du type comportant un arbre menant (14) entraîné en rotation par des moyens moteurs pneumatique (12), un arbre mené (16) porte-outils, un mécanisme à engrenages (18) interposé entre l'arbre menant (14) et l'arbre mené (16) pour l'entraînement de ce dernier, un ensemble de capteurs (22) de mesure de paramètres de fonctionnement de la machine et une unité centrale de commande (20) dans laquelle sont stockés des algorithmes de gestion d'usinage en fonction de données reçues en provenance des capteurs (22), le mécanisme à engrenages comportant des moyens de changement de rapport de vitesse (24, 26,28,30,36) pilotés par l'unité centrale (20), caractérisée en ce que le mécanisme à engrenages comporte deux jeux (24,26) primaire et secondaire de roues dentées à rapports de démultiplication distincts, montés chacun libres en rotation par rapport à l'arbre menant (14), les moyens de changement de vitesse comportant un crabot (28,56) solidaire en rotation de l'arbre menant (14) et axialement déplaçable par rapport à ce dernier sous le contrôle d'un organe de commande (30) pneumatique piloté par l'unité centrale (20), entre deux positions extrêmes dans lesquelles le crabot est en prise avec l'un et l'autre des jeux de roues dentées, respectivement. 2. Machine pneumatique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le jeu secondaire de roues dentées (24) fait partie du jeu primaire de roues dentées (26). 3. Machine pneumatique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le crabot (28,56) est doté de dentures radiales (68,70) disposées sur deux faces d'extrémités opposées du crabot et destinées à coopérer avec des dentures radiales (72,74) complémentaires portées par l'une des roues dentées de chaque jeu de roues dentées. 4. Machine pneumatique d'usinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'organe de commande pneumatique comporte un piston (32) solidaire du crabot et monté déplaçable dans une chambre (34) et des moyens d'alimentation de la chambre en un fluide sous pression de part et d'autre du piston, comprenant une électrovanne (36) pilotée par l'unité centrale. 5. Machine pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'une partie au moins du mécanisme à engrenages (18) est montée amovible sur la machine et constitue un ensemble modulaire interchangeable. 6. Machine pneumatique selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisée en ce que l'unité centrale (20) comporte, stocké en mémoire, un algorithme de contrôle de la vitesse de rotation de l'arbre mené (16) par comparaison entre la valeur de la vitesse réelle de rotation de l'arbre mené et des vitesses de rotation maximale et minimale admissibles englobant la vitesse de rotation imposée par l'unité centrale (20). 7. Machine pneumatique selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisée en ce que le jeu primaire de roues dentées (24) est multiplicateur ou réducteur de vitesse.