Brevet FR2799673A1 — publié le 20010420

Le dispositif objet de l'invention concerne l'usinage d'un profilé cintré en alliages légers aluminium ou titane ou plus généralement tous matériaux métalliques ou plastiques, pièces que l'on trouve en particulier couramment dans les ossatures d'avion ou de wagons de chemin fer. Ces profilés comportent par exemple une section en té ou L avec au moins une âme ou une aile dans un même plan de référence, l'angle de l'autre aile ou semelle par rapport à l'aile ou l'âme de référence pouvant varier de 80 degrés à 100 degrés angle constant ou évolutif le long de la pièce. Ces pièces ont des longueurs variables de quelques dizaines de centimètres à quelques mètres, sont cintrées dans le plan de référence et peuvent présenter des rayons de courbure variables. Les usinages effectués sont en général des détourages, principalement par fraisage, mais tout autre usinage est possible perçage, taraudage, fraisage. Pour réaliser de telles opérations par les moyens connus actuellement, on doit réaliser pour chaque pièce en fonction de sa longueur et de son cintre un outillage permettant d'immobiliser celle ci sur une table de fraiseuse ou centre d'usinage. L'outil d'usinage doit pouvoir de plus se positionner perpendiculairement à la surface à usiner de façon continue et évolutive le long de la pièce, ce qui nécessite des centres d'usinage de type 5 axes, la pièce ou l'outil s'orientant dans l'espace autour de 2 axes de rotation perpendiculaires. L'ensemble machine 5 axes à laquelle s'ajoute conception, réalisation d'outillages de bridage pour chaque pièce représente un investissement global coûteux, d'autant plus coûteux que le nombre de pièces différentes est important, ce qui est le cas dans la construction aéronautique. Les coûts d'exploitation sont également importants manipulations, montage, réglage, démontage, stockage, maintenance d'outillages pour le lancement de chaque série de pièce et inadaptés à l'organisation des flux de production flexible et aux petites séries aéronautiques. L'équipement, objet de l'invention permet d'usiner successivement tous types de pièces cintrées de différentes courbures et longueurs sur une fraiseuse ou centre d'usinage 3 axes sans aucun outillage spécifique â chaque pièce, le seul programme d'usinage commande numérique permet de passer une pièce à une autre sans réglage ni manipulation d'outillage. La pièce est usinée par portions de longueur successives, ainsi dans chaque portion la hauteur de corde du cintre devient faible et la variation de la normale au profil se situe à l'intérieur de quelques degrés et permet un usinage en 3 axes sans recourir à une machine 5 axes. Toutefois pour parfaire l'usinage en détourage et obtenir une tranche de pièce détourée toujours perpendiculaire au profil détouré, un outil de forme corrige les faibles écarts d'angle qui serai induits par une fraise cylindrique dans ce mode simplifié en 3 axes. Le dispositif de base objet de l'invention comprend # un ensemble de 2 pinces qui serre le profilé sur l'âme l'aile de référence contenue dans un plan, ce serrage immobilisant le profilé dans la zone correspondant à la portion de longueur à usiner. Ces 2 pinces sont oscillantes autour de 2 axes perpendiculaires au plan de serrage et comportent chacune 2 points d'appui référence du profilé dans le plan de l'âme de référence , l'oscillation des pinces est libre et permet à celles ci de s'adapter à la courbure variable le long du profilé à usiner ou d'un profilé à l'autre. # au moins une des pinces est portée par un chariot, mobile suivant direction contenue dans le plan de serrage de l'âme du profilé à usiner. 1 un cycle qui combine desserrage de la pince mobile, recul, serrage de la pince mobile, desserrage de la pince fixe et avance de la pince mobile vers la pince fixe permet la progression du profilé à usiner pas à pas dans la zone d'usinage et ainsi l'usinage successif de chaque portion tout au long de la longueur de la pièce. # au cours du cycle d'avance pas à pas du profilé, un outil presseur muni d'une roulette ou une bille permet de maintenir le profilé plaqué sur ses références et fixe l'orientation des pinces pendant ce déplacement et surtout au moment du serrage qui immobilise le profilé pour l'usinage. Cet outil presseur peut être solidaire d'un organe de déplacement qui amène celui ci contre l'aile ou la semelle en forme à usiner mais peut être plus simplement un outil presseur stocké dans le magasin outil du centre d'usinage décrit ci après, au même titre que les différents outils d'usinage. Cet outil presseur est positionné sur la surface aile ou semelle à usiner par la broche machine qui aura pris en charge cet outil particulier après un changement outil. Un ressort interne à l'outil presseur absorbe les variations de hauteur de la semelle ou aile lors de l'avance du profilé. # l'ensemble ainsi constitué de 2 pinces oscillantes dont une mobile est placé sur la table un centre d'usinage par fraisage et à commande numérique de telle sorte que l'axe de la broche de fraisage se déplace dans les 3 axes X, Y, Z orthogonaux de l'espace en balayant la zone de profilé à usiner, l'axe de la broche restant parallèle au plan de serrage de l'âme ou aile de référence du profilé, un des axes X par exemple se trouvant commodément dans le plan de référence, 1 pour les opérations de détourage, la génératrice de la fraise comportera une génératrice de forme concave ou convexe de telle sorte que par un positionnement asservi suivant un axe parallèle à l'axe rotation outil, on réalise une coupe d'angle variable par rapport à l'axe outil et que l'on peut ainsi ajuster perpendiculaire à la surface courante du profilé au point d'usinage. # un traitement informatique permet, à partir des données numériques des lignes de détourage et de la courbe d'appui, données facilement extraites des outils de conception assisté par ordinateur, de créer les ordres d'avance pas à pas successifs des pinces et les parcours outil dans chaque zone de positionnement du profilé y compris la correction suivant l'axe outil pour une coupe perpendiculaire à l'aile ou semelle du profilé. # dans une forme évoluée du procédé, on réalise un équipement qui comprend 2 ensembles comprenant chacun 2 pinces oscillantes autour de 2 axes orthogonaux. L'usinage se fait alors en 2 opérations, dans une première opération le profilé est usiné sur toute la longueur de la semelle, l'âme serrée sur un plan de serrage des pinces, l'opération suivante c'est au tour de l'âme d'être usinée sur toute sa longueur serrée sur le plan de serrage perpendiculaire de l'autre paire de pinces orthogonales. L'ordre des 2 opérations n'a généralement pas d'importance, On usine ainsi l' et la semelle d'un profilé en té par exemple. Les dessins annexés illustrent l'invention La figure 1 représente un exemple de profilé courbe usiné par le procédé. La figure 2 représente la phase usinage d'une portion de profilé courbe. La figure 3 représente le mode déplacement du profilé d'une portion d'usinage à une autre, l'outil presseur en appui sur la semelle pour maintenir le profilé sur ses références pendant le déplacement. La figure 4 représente en coupe transversale le système évolué de 2 pinces orthogonales et les positions de défilement du profilé dans chacune des opérations successives d'usinage, usinage de la semelle puis usinage de l'âme (cas d'un té) ou d'une des ailes (cas d'un L) contenue dans le plan de référence (l'ordre des 2 opérations étant indifférents). La figure 5 représente, pour le système évolué, l'opération d'usinage de l'âme ou aile contenue dans la plan de référence, le déplacement du profilé utilisant le même cycle décrit figures 3A, 3B, 3C mais dans un plan de serrage perpendiculaire à l'axe broche d'usinage. Concernant l'outil presseur, il agit dans une direction perpendiculaire à l'axe broche au lieu de parallèle à l'axe broche pour l'opération de base sur la semelle. L'autre opération d'usinage de la semelle ou de l'autre aile est identique au cas des figures 1, 2A, 2B et 2C avec le même outil presseur pour le déplacement. En référence à ces dessins le dispositif comporte: - un profilé courbe (1) à usiner dont l'âme se situe dans un plan fixe de référence (P), la semelle ou l'aile à usiner profil en Té ou peut varier de façon évolutive dans une plage de 80 à 100 degrés environ par rapport au plan de l'âme. - une pince oscillante (2) autour d'un axe (6) - une pince oscillante (3) autour d'un axe (7) porté un chariot (4) qui déplace dans la direction V - des points d'appui (5) sur lesquels s'appuie un bord de référence du profilé. - un mors (8) en forme de coin tiré par un système de biellette (18) et vérin hydraulique (19) pour le serrage de l'âme du profilé (1) dans la pince (2) ou (3) du système de base et des pinces (2), (3), (12) et (13) du système évolué. - des outils presseur (9) pour la version de base (9) et (15) pour la version évoluée, constitués d'une bille porteuse ou une roulette poussée par un ressort agissant parallèlement à l'axe broche (10) (outil presseur (9)) ou perpendiculaire à l'axe broche (10) (outils presseur (15)) assurent le placage du profilé sur ses références (5) et sont positionnés sur le profilé par la broche machine (10) - une fraise de forme (11) en phase de détourage de la semelle inclinée du profilé qui, par sa position axiale réalise une coupe perpendiculaire à la surface, au rayon de fraise prés. - une outil(17) pour l'usinage de l' ou aile contenue dans le plan de référence dans le cas du système évolué ( figures 4, 5A, 5B) . Le dispositif ainsi décrit associé à un centre d'usinage à commande numérique à broche verticale ou horizontale permet l'usinage automatique et flexible d'une grande variété de profilés cintrés, de longueur quelconque, en petite ou grande série sans aucun outillage de bridage spécifique à concevoir ou gérer, seul le programme commande numérique est spécifique à chaque pièce. L'usinage se fait en 1 passage sur la semelle seule ou une des ailes dans le système de base, il se fait en 2 passages, un pour la semelle un pour l'âme dans le système évolué. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de détourage et fraisage sur centre d'usinage d'ailes ou semelles de profilés cintrés, profilés de toute matière métallique ou plastique, dont la section, té ou L par exemple, comprend une âme ou une aile dans un même plan de référence, l'aile ou la semelle à usiner pouvant présenter un angle variable de 80 à 100 degrés avec l'âme ou l'aile de référence plane et caractérisé par - 2 pinces oscillantes (2) et 3) autour de 2 axes (6) et (7) parallèles qui immobilisent le profilé (1) en serrant l'âme ou l'aile de référence dans la zone d'usinage, ces pinces comportent chacune 2 points d'appui (5) de référence du profilé (1). - au moins un chariot (4) motorisé et asservi dans une direction contenue dans le plan (P) de l'âme ou l'aile de référence et qui porte l'axe de rotation (7) d'une des pinces (3). - un cycle de desserrage de la pince (3) mobile, recul du chariot (4), serrage de la pince (3), desserrage de la pince (2), avance du profilé (1), resserrage de la pince (2) qui permet d'usiner le profilé par zones successives. - un outil presseur (9) muni d'une roulette qui plaque le profilé (1) sur ses références (5) et oriente les pinces (2) et (3) pendant les déplacements successifs du profilé (1). - une broche d'usinage (10) se déplaçant dans les 3 directions orthogonales de l'espace X, Y, Z par rapport au profilé (1) à usiner, l'axe X étant parallèle au plan de serrage des pinces (2) et (3) 2 1 Dispositif suivant revendication 1 caractérisé par un outil fraise (11) de détourage de l'aile profilé (1) â usiner qui comporte une génératrice de forme convexe ou concave de telle sorte qu'en fonction de sa position suivant la direction de l'axe broche (10), on réalise une coupe d'angle variable par rapport à l'axe outil et peut ainsi s'ajuster perpendiculairement à la surface profilé (1). 3 1 Dispositif suivant revendications 1 et 2 caractérisé par des pinces de serrage (2) et (3) du profilé (1) constituées d'un mors en coin (8) qui se bloque entre la surface profilé (1) â brider et une face fixe de la pince tiré par un renvoi (18) poussée par un vérin hydraulique (19). 4- Dispositif de détourage et fraisage sur centre d'usinage d'ailes ou semelles de profilés cintrés, profilés de toute matière métallique ou plastique, dont la section, té ou L par exemple, comprend une semelle ou une aile usinée par les moyens des revendications 1 à dans une première opération, une seconde opération permet l'usinage de l'âme plane de référence caractérisée par un second jeu de pinces (12) et(13) de même construction mais articulées sur des axes (14) et (16) orthogonaux aux axes (6) et (7) du premier jeu de pinces et permet de présenter l'âme à usiner du plan de référence P dans un plan perpendiculaire à l'axe broche (10), le même mouvement du chariot (4) et cycle de serrage desserrage des pinces permet la progression du profilé pas à pas plaqué par un outil presseur (15),