Brevet FR2830479A1 — publié le 20030411

PROCÉDÉ D'INSERTION D'UNE PIÈCE DANS UNE AUTRE ET DISPOSITIF PERMETTANT DE LE METTRE EN OEUVRE DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention a trait au domaine de l'usinage et notamment aux adaptations permettant de réaliser dans les meilleures conditions, des opérations d'insertion de pièces à l'intérieur de la pièce à usiner pendant ses phases d'usinage. DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR Dans les phases de fabrication de certaines pièces automobiles, il arrive que l'opération d'insertion de pièces à l'intérieur de la pièce à usiner doit être réalisée pendant les phases d'usinage de ladite pièce. C'est le cas pour l'usinage des boîtes de vitesse qui nécessite l'insertion de paliers ou de bagues de guidage, lesquels seront eux-mêmes usinés une fois insérés dans la pièce. Afin de diminuer les temps de fabrication ainsi que les défauts de repositionnement dus à un changement de machine pour la réalisation de cette opération d'insertion qui constitue une opération différente d'une opération d'usinage. Aussi, les concepteurs de machines-outils ont conçu des dispositifs d'emmanchement permettant l'exploitation des capacités de mouvements de la machineoutil d'usinage pour la réalisation de l'opération proprement dite d'emmanchement. Grâce au dispositif d'emmanchement qui comporte les organes d'accrochage classiques d'un outil, la machineoutil assure : - la prise de la pièce à insérer présente sur un montage prévu à cet effet, - son insertion dans la pièce venant d'être usinée, puis - après changement d'outil, la continuation de la gamme d'usinage de la pièce à usiner. Cette opération d'insertion par la machine-outil d'usinage présente néanmoins de nombreuses contraintes et inconvénients dont les principaux sont cités ci-après. L'insertion devant se réaliser selon un ajustement serré, une grande force est requise pour la réalisation de cette opération. Or, ce couple ou cette force n'est pas toujours disponible sur l'axe de la machine-outil, laquelle n'a pas été conçue pour de telles opérations. En outre, dans la mesure où cette force est disponible, il peut arriver que dans le mouvement d'insertion, la pièce à usiner ou la pièce à insérer soit endommagée sans aucune possibilité de s'en assurer sauf en fin de fabrication. En effet, avec les dispositifs d'emmanchement existants, il est difficile de réaliser le contrôle de la position de la pièce à insérer dans la pièce à usiner et également le contrôle de l'effort réalisé pour cette insertion. Les machines-outils d'usinage disposant de la force nécessaire à cette insertion n'ont pas été conçues pour de telles opérations. Aussi, leurs éléments constitutifs et notamment les organes de guidage et d'entraînement nécessaires à la mise en mouvement sur l'axe d'insertion peuvent s'endommager où s'user prématurément avec toutes les conséquences que cela peut comporter au niveau de la précision de la machine-outil. Ces inconvénients sont d'autant plus critiques lorsque les mouvements d'entraînement des organes mobiles de la machine-outil sont mis en oeuvre au moyen de moteurs linéaires qui ne peuvent fournir la force nécessairement requise. L'adaptation d'un dispositif d'emmanchement classique sur une telle machine-outil demanderait un surdimensionnement de la motorisation linéaire avec des conséquences aussi bien sur son encombrement que sur son coût et sur les performances de la machine. DESCRIPTION DE L'INVENTION Partant de cet état de fait, la demanderesse a mené des recherches visant à pallier aux inconvénients précités en concevant un procédé d'insertion d'une pièce dans une autre susceptible d'économiser les moyens d'entraînement et de guidage de la machine-outil tout en conservant les qualités de la machine. Un autre objectif de l'invention est de permettre aux machines-outils à moteurs linéaires de réaliser de telles opérations d'insertion. Un autre objectif de l'invention est de permettre un meilleur contrôle de l'opération d'insertion que ce soit au niveau du positionnement de la pièce insérée ou à insérer que de l'effort assumé par la machine-outil. Ces recherches ont abouti à la réalisation d'un procédé d'insertion particulièrement avantageux pouvant être utilisé sur tout type de machine-outil. Selon l'invention, le procédé d'insertion d'une pièce dite à insérer dans une pièce dite d'accueil comportant une zone d'accueil prévue à cet effet, au moyen d'une machine-outil sur laquelle s'installe un dispositif d'insertion du type de celui comprenant un moyen d'accueil et de positionnement de la pièce à insérer, est remarquable en ce qu'il consiste à faire pénétrer au moins l'extrémité du dispositif d'insertion dans la zone d'accueil et à venir prendre appui sur ladite pièce d'accueil de façon à former un étau dont la mise en mouvement des mâchoires constituées par le point d'appui sur la pièce d'accueil d'une part et par le moyen d'accueil et de positionnement de la pièce à insérer d'autre part, amène la pièce à insérer, présente sur le dispositif d'insertion, vers la zone d'accueil de la pièce d'accueil et réalise son insertion à l'intérieur de cette dernière. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse en ce qu'elle permet en transmettant l'effort de mise en mouvement et d'insertion à la pièce d'accueil en prenant appui sur cette dernière, d'économiser les organes d'entraînement et de guidage de la machine-outil. L'effort est ainsi emprisonné et localisé entre les deux mâchoires de l'étau. En conséquence, dans la mesure où la mise en mouvement ne dépend plus de la puissance disponible dans la machine-outil, il n'est plus nécessaire de surdimensionner les organes d'entraînement de cette dernière. De même, en rendant indépendantes les fonctions d'usinage de celles d'insertion, le procédé de l'invention peut être adapté sur tout type de machine-outil. L'effort se concentre donc sur la pièce elle-même et est particulièrement bien réparti de par l'utilisation du principe de l'étau. En conséquence, ni la pièce d'accueil ni celle à insérer ne sont soumises aux efforts de type presse que subissaient les pièces en utilisant les procédés de l'art antérieur. Ce procédé de l'invention s'adapte et s'optimise dans le cas où la machine-outil est une machine-outil à moteurs linéaires ou autres sur l'axe d'insertion de la pièce. En effet, selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, le procédé d'insertion est remarquable en ce qu'il consiste à libérer la motorisation correspondante à l'axe d'insertion de façon à ce que la mise en mouvement du dispositif d'insertion provoque, de par son appui sur la pièce à usiner, le mouvement relatif entre la pièce à insérer et la pièce d'accueil sans que les moyens de mise en mouvement sur cet axe n'interviennent ou ne deviennent un obstacle. Cette caractéristique est rendue possible par les possibilités des moteurs qui comme les moteurs linéaires ont leurs blocs primaire et secondaire libres de mouvement l'un par rapport à l'autre lorsqu'ils ne sont pas alimentés. Ainsi, dans le cadre non limitatif d'une machine-outil d'usinage du type de celle mettant en mouvement un coulant sur trois axes au moyen de moteurs linéaires, l'opération d'insertion étant réalisée parallèlement à l'axe Z, le procédé de l'invention en faisant prendre appui sur la pièce d'accueil autorise la libération des organes d'entraînement sur l'axe Z, le coulant devenant libre en translation sur cet axe, liberté qui sera exploitée pour le mouvement d'insertion qui amènera le coulant vers la pièce d'accueil. Un autre objet de l'invention réside dans le dispositif permettant de mettre en oeuvre un tel procédé. Selon l'invention, ce dispositif d'insertion d'une pièce à insérer dans une pièce d'accueil s'adaptant sur une machine-outil est remarquable en ce qu'il est constitué par au moins un moyen d'appui sur la pièce d'accueil, un moyen d'accueil et de positionnement de la pièce à insérer et un module cinématique assurant l'éloignement ou le rapprochement entre le moyen d'appui et le moyen d'accueil, la mise en mouvement dudit module cinématique étant assurée par un moyen de mise en mouvement indépendant. L'utilisation d'un moyen de mise en mouvement indépendant permet d'économiser les moyens d'entraînement et de guidage de la machine-outil notamment en prenant appui sur la pièce d'accueil. De même, l'emprisonnement des efforts à l'intérieur du seul dispositif de l'invention permet une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention à savoir que l'effort exercé et les courses réalisées par le module cinématique sont mesurés. Ce module cinématique peut être réalisé selon plusieurs modes de réalisation qui seront décrits ciaprès. En effet, les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d'exemple non limitatif, plusieurs modes de réalisation d'un procédé d'insertion et d'un dispositif permettant de le mettre ne oeuvre conformes à l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un premier mode de réalisation du dispositif d'insertion conforme à l'invention, La figure 2 est une vue en coupe schématique d'un deuxième mode de réalisation du dispositif d'insertion conforme à l'invention, Les figures 3a, 3b et 3c sont des vues schématiques du dispositif de l'invention avec la pièce d'accueil et celle à insérer illustrant les phases de fonctionnement du dispositif de l'invention. DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS Les dessins des figures 3a, 3b et 3c, illustrent l'opération d'insertion d'une bague de guidage référencée 100 constituant la pièce à insérer, à l'intérieur d'une pièce à usiner 200 constituant la pièce d'accueil dans laquelle vient d'être réalisé un alésage 210 qui va accueillir par emmanchement ladite bague 100. Conformément à l'invention, le procédé d'insertion est remarquable en ce que ledit dispositif D assure une fois l'introduction de l'extrémité du dispositif d'insertion D dans la zone d'accueil 210 réalisée, les opérations suivantes : - le déploiement d'au moins un point d'appui (figure 3b), son rapprochement vers une zone d'appui de la pièce d'accueil 200, - l'appui sur la zone d'appui de la pièce d'accueil 200, - le rapprochement par mouvement relatif de la pièce à insérer 100 vers la zone d'accueil 210 ménagée dans la pièce d'accueil 200 (figure 3c), - l'opération d'insertion. Ce procédé peut être mis en oeuvre par une pluralité de dispositifs dont deux modes de réalisation préférés mais non limitatifs seront décrits ci-après. D'une manière générale et selon l'invention ce dispositif D est adaptable sur une machine-outil tel que pourrait l'être n'importe quel outil. A cet effet, le dispositif D comporte à une de ses extrémités un moyen d'accrochage 300 standard susceptible de se placer par exemple à l'extrémité d'une électro-broche. Cette adaptabilité est particulièrement avantageuse en ce que le stockage et l'utilisation d'un tel dispositif ne requiert pas d'adaptation particulière de la part de la machineoutil. Comme illustré sur le dessin des figures 1 et 2, ce dispositif D est constitué par un corps 400 comprenant un moyen d'appui 410 sur la pièce d'accueil 200, un moyen d'accueil et de positionnement 420 de la pièce à insérer et un module cinématique 500 assurant l'éloignement ou le rapprochement entre le moyen d'appui 410 et le moyen d'accueil 420, le moyen de mise en mouvement dudit module cinématique étant indépendant. Selon le mode de réalisation illustré le moyen d'accueil et de positionnement 420 de la pièce à insérer 100 est ici constitué par une partie cylindrique 421 préformée d'une rainure dans laquelle est logé un joint 422 qui garantit le maintien en position de ladite bague 100 lorsque cette dernière est insérée sur la partie cylindrique 421. le positionnement est assuré quant à lui, par un épaulement 423 adjacent à ladite partie cylindrique 421. Cet épaulement 423 constitue avec le ou les points d'appui 410 les mors de l'étau formé par le dispositif D de l'invention. A partir de ces précisions, le dessin de la figure 3a illustre le dispositif D se présentant face à l'alésage 210 réalisé dans la pièce d'accueil 200 afin d'y insérer la bague 100. Les points d'appui 410 sont rétractés. L'extrémité du dispositif D est alors introduite dans l'alésage 210. Le dessin de la figure 3b illustre le dispositif D dont les points d'appui 410 une fois déployés viennent en appui sur la pièce d'accueil 200. Le dessin de la figure 3c illustre le dispositif D dont les points d'appui 410 et le moyen d'accueil et de positionnement 420 se sont rapprochés pour insérer à l'intérieur de l'alésage 210 la bague 100. Le mode de réalisation illustré sur le dessin de la figure 1, est particulièrement adapté pour une application dans laquelle la machine-outil comporte un moyen de mise en mouvement de l'outil du type électro-broche porteoutil. En effet, selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le moyen de mise en mouvement indépendant est constitué par le moteur de l'électro-broche. Ainsi conformément à l'invention ce n'est pas la motorisation destinée à la mise en mouvement soit de la pièce soit du coulant qui est mise en oeuvre mais la rotation de l'électro-broche de la machine-outil. Cette solution est d'autant plus avantageuse dans le cadre d'une application sur une machine à moteurs linéaires dont les moteurs ne sont pas susceptibles de fournir dans de bonnes conditions l'effort requis à une insertion de bague à l'intérieur d'un alésage. Conformément à l'invention et comme illustré sur les figures, le dispositif D comporte à son autre extrémité au moins un point d'appui 410 escamotable constituant ledit moyen d'appui qui, rétracté de façon à pouvoir pénétrer dans la zone d'accueil de la pièce d'accueil 200 c'est à dire l'alésage 210, se déploie lors du début de la mise en mouvement dudit module cinématique 500 assurant ainsi un point d'appui, par contact direct ou au moyen d'un dispositif intermédiaire, sur la pièce d'accueil 200. Selon les modes de réalisation illustrés en figure 1 et 2, le dispositif D présente deux points d'appui 410. Selon le mode de réalisation particulièrement avantageux illustré en figure 1, le module cinématique 510 est constitué par une liaison hélicoïdale transformant la rotation de l'électro-broche (non illustrée) en mouvement de translation qui assure d'une part le déploiement et la rétractation du point d'appui 410 à l'extrémité du dispositif D et d'autre part le rapprochement ou l'éloignement du point d'appui 410 et du moyen d'accueil et de positionnement 420 de la pièce à insérer 100. D'une manière plus précise, l'organe d'accrochage 300 entraîne en rotation une tige filetée 510 qui est en liaison hélicoïdale avec une navette 520 dont seul le mouvement en translation le long de l'axe de rotation de la tige filetée 510 est laissé libre. Ce mouvement de translation a pour premier effet de déployer les points d'appui 410 à l'extrémité du dispositif D au moyen de plans inclinés puis de faire diminuer progressivement la distance présente entre les points d'appui 410 et le moyen d'accueil et de positionnement 420 de la bague 100 qui reste fixe. Les points d'appui viennent ainsi en appui contre la pièce d'accueil 200. Une fois le dispositif D en appui sur la pièce d'accueil 200, la continuation du mouvement de translation interne de la navette 520 provoque la mise en mouvement de l'ensemble supportant le dispositif D ou celui assurant le support de la pièce 200 de façon à assurer la phase d'insertion proprement dite. En effet, l'utilisation du dispositif D de l'invention ne doit pas se limiter à des machines-outils avec un coulant mobile selon trois axes mais peuvent très bien s'adapter à des machines-outils où le sous-ensemble supportant la pièce à usiner 200 est mobile. Dans le cas où cette machine-outil est équipée de moteurs linéaires, ces derniers seront éteints sur l'axe d'insertion de façon que seul le moteur de l'électrobroche assure l'effort et la mise en mouvement du module cinématique 500. L'utilisation d'une liaison hélicoïdale a ici tous ses avantages de par la réduction de la vitesse et donc l'augmentation de la force disponible en fonction du pas de vis. Dans le cas où la machine-outil est équipée d'un autre type de motorisation non susceptible d'une libération, les moteurs assureront un rôle d'accompagnement lors du rapprochement des mors de l'étau formé par le dispositif D de l'invention. Un autre avantage de l'utilisation d'une liaison hélicoïdale réside dans la facilité à pouvoir numériser les efforts et la course réalisée en connaissant la position des points d'appui sur la pièce d'accueil 200 et celle de la pièce à insérer 100 dans le moyen d'accueil et de positionnement. Cette caractéristique est donc particulièrement avantageuse en ce qu'elle permet d'envisager un contrôle qualité de l'opération d'insertion notamment en s'assurant que l'effort nécessaire à l'insertion se trouve dans un certain intervalle. En effet, un ajustement trop glissant donc un effort trop faible ou bien un ajustement trop serré et donc un effort trop important seraient la conséquence d'un mauvais alésage, d'une mauvaise bague, ou d'un mauvais positionnement de la bague sur le moyen d'accueil et de positionnement. Suite à la phase illustrée par la figure 3c, c'est à dire une fois l'insertion réalisée, l'électro-broche réalise une rotation en sens inverse dont le mouvement en translation y associé écarte dans un premier temps le moyen d'accueil et de positionnement 420 des points d'appui 410 puis dans un deuxième temps rétracte les points d'appui afin d'autoriser le désengagement du dispositif D de l'alésage 210 équipé de la bague 100. Selon le mode de réalisation illustré en figure 2, le moyen de mise en mouvement du module cinématique 500 est constitué par une alimentation en fluide utilisé par la machine-outil. Ce fluide pourra être constitué par du liquide coupe classiquement utilisé par les machinesoutils d'usinage. Comme illustré, le module cinématique 500 est constitué par une association de pistons qui assurent d'une part le déploiement et la rétractation du point d'appui 410 à l'extrémité du dispositif D et d'autre part le rapprochement ou l'éloignement du point d'appui 410 et du moyen d'accueil et de positionnement 420 de la pièce à insérer 100. La mise en oeuvre d'une solution hydraulique pour la mise en mouvement du module cinématique est particulièrement avantageuse en ce qu'elle permet d'éviter les organes nécessaires pour la transformation du mouvement de rotation en mouvement de translation qui doivent empêcher la rotation de certaines parties du dispositif D ainsi que les inconvénients inhérents à toute solution mécanique. Selon ce mode de réalisation, la mesure de l'effort sera réalisée par un ou plusieurs manomètres. De façon plus précise, lorsque le fluide est introduit par l'orifice 430 à l'intérieur du corps 400 du dispositif D, un premier piston 530 est actionné sa translation assurant le déploiement des points d'appui 410. Les points d'appui 410 étant déployés, la pression du fluide se répartit sur un deuxième piston 540 dont la translation assure dans un premier temps la mise en appui des points d'appui 410 sur la pièce d'accueil 200 puis dans un deuxième temps conformément à l'invention, le rapprochement des mâchoires de l'étau formée par les points d'appui 410 et par le moyen d'accueil et de positionnement 420. Les points d'appui étant bloqués en translation par la pièce d'accueil 200, la pièce à insérer 100 est emmanchée dans l'alésage 210 de la pièce d'accueil 200. Le relâchement de pression permet aux moyens de retours en position tels des ressorts de faire reprendre leur positon de départ aux pistons 530 et 540 de façon à desserrer l'étau et de rétracter les points d'appui 410. On comprend que le procédé d'insertion et le dispositif permettant de le mettre en oeuvre, qui viennent d'être ci-dessus décrits et représentés, l'ont été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple cidessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention tel que définie dans les revendications. Ainsi par exemple, il n'est pas nécessaire que les points d'appui 410 définis par le dispositif D soient en contact direct avec la pièce 200. En effet, ces derniers ont surtout pour fonction d'assurer un point d'appui pour la mise en mouvement soit de la pièce à insérer vers la pièce d'accueil soit de la pièce d'accueil vers la pièce à insérer. Aussi, tout moyen intermédiaire pourra s'intercaler entre les points d'appui 410 et la pièce d'accueil 200. REVENDICATION 1. Procédé d'insertion d'une pièce dite à insérer (100) dans une pièce dite d'accueil (200) comportant une zone d'accueil (210) prévue à cet effet au moyen d'une machine-outil sur laquelle s'installe un dispositif d'insertion (D) du type de celui comprenant un moyen d'accueil et de positionnement (420) de la pièce à insérer (100), CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à faire pénétrer au moins l'extrémité du dispositif d'insertion (D) dans la zone d'accueil (210) et à venir prendre appui sur ladite pièce d'accueil (200) de façon à former un étau dont la mise en mouvement des mâchoires constituées par le point d'appui (410) sur la pièce d'accueil (200) d'une part et par le moyen d'accueil et de positionnement (420) de la pièce à insérer (100) d'autre part, amène la pièce à insérer (100), présente sur le dispositif d'insertion (D), vers la zone d'accueil (210) de la pièce d'accueil (200) et réalise son insertion à l'intérieur de cette dernière. 2. Procédé selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE ledit dispositif (D) assure une fois l'introduction de l'extrémité du dispositif d'insertion (D) dans la zone d'accueil (210) réalisée, les opérations suivantes : - le déploiement d'au moins un point d'appui (410), son rapprochement de la zone d'appui de la pièce d'accueil (200), - l'appui sur la zone d'appui de la pièce d'accueil (200), - le rapprochement par mouvement relatif de la pièce à insérer (100) vers la zone d'accueil (210) ménagée dans la zone d'accueil (200), - l'opération d'insertion. 3. Procédé selon la revendication 1 du type de celui adoptant un dispositif d'insertion (D) adapté à une machine-outil comportant des moteurs linéaires ou autres, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à libérer la motorisation correspondante à l'axe d'insertion de façon à ce que la mise en mouvement du dispositif d'insertion (D) provoque, de par son appui sur la pièce d'accueil (200), le mouvement relatif entre la pièce à insérer (100) et la pièce d'accueil (200). 4. Dispositif d'insertion (D) d'une pièce à insérer (100) dans une pièce d'accueil (200) s'adaptant sur une machine-outil permettant de mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il est constitué par au moins un moyen d'appui (410) sur la pièce d'accueil (200), un moyen d'accueil et de positionnement (420) de la pièce à insérer (100) et un module cinématique (500) assurant l'éloignement ou le rapprochement entre le moyen d'appui (410) et le moyen d'accueil (420), la mise en mouvement dudit module cinématique (500) étant assurée par un moyen de mise en mouvement indépendant. 5. Dispositif (D) selon la revendication 1 dans lequel la machine-outil comporte un moyen de mise en mouvement de l'outil du type électro-broche porte-outil selon la revendication 4, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE le moyen de mise en mouvement indépendant est constitué par le moteur de l'électro-broche. 6. Dispositif (D) selon la revendication 4, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il comporte au moins un point d'appui (410) escamotable constituant ledit moyen d'appui qui, rétracté de façon à pouvoir pénétrer dans la zone d'accueil de la pièce d'accueil (200), se déploie lors du début de la mise en mouvement dudit module cinématique (500) assurant ainsi un point d'appui, sur la pièce d'accueil (200). 7. Dispositif selon les revendications 4,5 et 6, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE le module cinématique (500) est constitué par une liaison hélicoïdale transformant la rotation du moyen de mise en mouvement, en mouvement de translation qui assure d'une part le déploiement et la rétractation du point d'appui (410) à l'extrémité du dispositif (D) et d'autre part le rapprochement ou l'éloignement du point d'appui (410) et du moyen d'accueil et de positionnement (420) de la pièce à insérer (100). 8. Dispositif (D) selon la revendication 4, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE le moyen de mise en mouvement du module cinématique (500) est constitué par une alimentation en fluide utilisé par la machine-outil. 9. Dispositif (D) selon les revendications 4,6 et 8, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE le module cinématique (500) est constitué par une association de pistons qui assurent d'une part le déploiement et la rétractation du point d'appui (410) à l'extrémité du dispositif (D) et d'autre part le rapprochement ou l'éloignement du point d'appui (410) et du moyen d'accueil et de positionnement (420) de la pièce à insérer (100). 10. Dispositif (D) selon la revendication 4, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE l'effort exercé et les courses réalisées par le module cinématique (500) sont mesurés. RENAULT AUTOMATION COMAU PAR PROCURATION Cabinet DELHAYE