Brevet FR2857894A1 — publié le 20050128

MACHINE-OUTIL ET PROCÉDES D'USINAGE DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention a trait au domaine des machines-outils et notamment aux adaptations permettant de 5 réaliser de façon optimisée deux opérations différentes sur une même pièce. DESCRIPTION DE L'ART ANTERIEUR Classiquement, il est rare que la gamme de fabrication complète d'une pièce puisse être réalisée par 10 une seule et même machine-outil. Ainsi une pièce, tout au long de sa fabrication, est déplacée d'une machine-outil à une autre jusqu'à sa finalisation. Ce type classique de fabrication présente des 15 inconvénients, parmi ceux-ci: - le déplacement d'une machine-outil à une autre amène des problèmes de répétabilité, c'est à dire de dispersion dans le repositionnement de la pièce d'une machine-outil à l'autre, - les opérations de maintenance d'une des machines provoquent un temps d'attente en amont et en aval sur les autres, - les opérations d'usinage nécessitant un temps plus long sur une machine provoquent un temps d'attente en 25 amont et en aval sur les autres, - le déplacement d'une machine à une autre constitue une durée non négligeable dans le temps total de fabrication. Les paramètres sur lesquels se sont basés jusqu'à 30 aujourd'hui les concepteurs de machines-outils et de chaînes d'usinage ou plus généralement de fabrication, se situent au niveau des temps de cadences, de la diminution des coûts et de la réalisation du plus d'opérations possibles en temps masqué. Ainsi, il existe en art antérieur des machines-outils d'usinage polyvalentes telle celle décrite dans la demande internationale n WO 97/27026 déposée par la demanderesse, qui comprend un coulant porte électrobroche susceptible de se mouvoir sur trois axes, les outils étant interchangeables et les déplacements étant réalisés à 5 grande accélération. Les possibilités d'une telle machineoutil permettent tout en les accélérant, de concentrer un maximum d'opérations sur une même machine-outil optimisant lesdits paramètres. Toujours dans le cadre d'une optimisation des 10 paramètres ci-dessus cités, des machines-outils proposant deux électrobroches indépendantes ou partiellement indépendantes dites machines bibroches, telle celle décrite dans la demande internationale n WO 01/17723 déposée par la demanderesse, ont été conçues. Ainsi, 15 lorsqu'une phase d'usinage assurée par un outil présent à l'extrémité d'une première électrobroche est terminée sur la pièce, une deuxième phase peut commencer sans temps d'arrêt au moyen d'un outil présent à l'extrémité de la deuxième électrobroche, la première électrobroche 20 s'écartant de la pièce et se dirigeant vers son dispositif de changement d'outils réalisant ainsi les opérations de changement d'outils en temps masqué. S'il a été effectivement constaté que le gain de productivité obtenu compense largement le surcoût de 25 l'achat d'une machine-outil du type bibroche, la flexibilité dans le changement d'outils ne peut dépasser un certain stade et malgré la standardisation des interfaces de fixation entre l'outil et l'électrobroche, certains outils nécessaires à la réalisation de certaines 30 pièces ou de certaines opérations ne peuvent faire partie des outils emmagasinés ou ne peuvent pas être utilisés par une électrobroche classique. Un exemple représentatif des problèmes rencontrés se situe dans la fabrication des culasses de moteurs qui 35 exige notamment dans la réalisation de l'usinage des sièges et guides de soupapes une précision de plus en plus grande. Cette précision est limitée dans le cadre de l'utilisation d'un outil dit de "forme" qui est particulièrement complexe, onéreux et non adaptable à la 5 réalisation d'une autre forme que celle pour laquelle il a été conçu. Cette grande précision peut être atteinte par l'utilisation d'un outillage spécial de chariotage par interpolation qui est classiquement mis en ouvre sur une 10 machine-outil spéciale. Ainsi, après la réalisation des usinages "classiques" au moyen par exemple, d'une ou de plusieurs des machines décrites ci-dessus, la culasse est déplacée vers une machine-outil spéciale susceptible d'apporter la précision requise dans l'usinage. Ce type de 15 procédé d'usinage présente non seulement les inconvénients précités mais également des problèmes plus spécifiques. DESCRIPTION DE L'INVENTION Partant de cet état de fait, la demanderesse a mené des recherches visant à obvier aux problèmes de 20 répétabilité que peut rencontrer une chaîne de fabrication d'une pièce exigeant le déplacement d'une machine à une autre plus spécialisée. Un autre objectif des recherches est d'obvier le problème spécifique de la gamme d'usinage de la culasse 25 qui nécessite aujourd'hui le changement de machines-outils et la création d'outils de "forme" spéciaux. Ces recherches ont abouti à la conception et à la réalisation d'une machine-outil qui est remarquable en ce qu'elle regroupe sur un même bâti et agissant à 30 l'intérieur d'une même station d'usinage: - un premier module comportant au moins un outillage dédié à une opération spéciale, et - un deuxième module polyvalent comportant au moins une électrobroche susceptible de se mouvoir relativement par 35 rapport à une pièce et d'accueillir une pluralité d'outils. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse en ce qu'elle permet de réaliser des successions inédites d'opérations sur une même machine là où au moins deux machines étaient nécessaires dans l'art 5 antérieur. En effet, les machines-outils dites bibroches de l'art antérieur c'est à dire à deux électrobroches n'ont pas pour vocation d'assurer des usinages spéciaux ou de dédier une des broches à un usinage particulier mais plutôt de doubler les capacités d'une machine-outil 10 monobroche polyvalente de façon à notamment réaliser les changements d'outils en temps masqué. En conséquence, l'utilisation dans une même machine-outil de deux modules dont l'un est polyvalent et l'autre spécialisé est non seulement nouvelle mais également inventive car elle 15 définit notamment un changement dans les choix de conception des machines-outils par franchissement d'un préjugé technique. Cette nouvelle machine-outil évite le déplacement jusqu'ici obligatoire de la pièce d'une machine-outil 20 polyvalente à une autre machine-outil spécialisée et dédiée à l'opération que peut réaliser l'outillage qu'elle met en euvre. La suppression de ce changement apporte un gain de temps dans la chaîne de production ainsi qu'un gain de répétabilité obviant aux inconvénients de l'art 25 antérieur. En outre, par la présence d'un module polyvalent, la machine-outil de l'invention offre la possibilité de s'adapter à des usinages classiques et donc à des productions classiques. Le module spécialisé permet de 30 réaliser une opération que ne peut réaliser ou ne pourrait réaliser dans de bonnes conditions, le module polyvalent. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le premier module est constitué par une deuxième électrobroche susceptible de se 35 mouvoir relativement par rapport à la pièce et mettant en oeuvre l'outillage dédié à l'opération spéciale. - 5 Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, l'électrobroche dudit premier module est adaptée à la mise en oeuvre d'un outil de chariotage par interpolation. Comme expliqué dans l'art antérieur, cet outil, permet de réaliser des usinages particulièrement complexes tels ceux destinés au siège de soupape en respectant les critères de précision. De même, étant donné que la forme est réalisée par déplacement d'un Y outil dont la trajectoire reproduit ladite forme, un seul outil peut être exploité pour réaliser une pluralité de formes contrairement aux outils de "forme" de l'art antérieur qui sont dédiés à une forme unique. Ainsi, la spécialisation d'un des modules rend la machine-outil de l'invention plus flexible que les machines-outils de l'art antérieur. Un autre objet de l'invention réside dans les procédés d'usinage ou de travail que peut proposer une telle machine-outil. Ainsi, un procédé d'usinage au moyen de la machine-outil de l'invention du type de celui comportant classiquement la réalisation d'un premier usinage par rapport auquel est réalisé un deuxième usinage en respectant une contrainte de positionnement, est remarquable selon l'invention en ce qu'il consiste à réaliser le premier usinage au moyen du module polyvalent et le deuxième usinage au moyen de l'outillage dédié à l'opération spéciale. Un autre procédé d'usinage au moyen de la machineoutil de l'invention où le premier module comporte un outillage dédié au chariotage par interpolation et du type de celui comportant la réalisation d'un premier usinage par rapport auquel est réalisé un deuxième usinage de forme complexe en respectant une contrainte de coaxialité ou de concentricité, est remarquable en ce qu'il consiste à réaliser le premier usinage au moyen du module polyvalent et le deuxième usinage au moyen de l'outil de chariotage par interpolation. La réalisation de la culasse avec ses usinages classiques et ceux destinés aux guides et sièges de soupapes est particulièrement adaptée aux possibilités offertes par la machine-outil de l'invention, qui peut 5 proposer des gammes d'usinage autorisant une meilleure gestion des outillages spéciaux. L'application de la machine-outil à la réalisation de la culasse fera l'objet de l'exemple décrit ci-après. En effet, les concepts fondamentaux de l'invention 10 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, un mode de 15 réalisation d'une machine-outil et d'un procédé conformes à l'invention. BRAVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est un dessin schématique d'un mode de réalisation d'une machine-outil conforme à l'invention vue 20 en perspective, La figure 2 est un dessin en vue partielle d'un mode de réalisation de l'électrobroche spécifique du module spécialisé. DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS Telle qu'illustrée sur le dessin de la figure 1, la machine-outil de l'invention référencée M dans son ensemble, comporte sur un même bâti B et agissant à l'intérieur d'une même station d'usinage: - un premier module fonctionnel spécialisé 100 comportant 30 au moins un outillage dédié à la réalisation d'une opération spéciale sur la pièce à usiner (non illustrée), et - un deuxième module fonctionnel polyvalent 200 comportant au moins un coulant 210 portant une électrobroche 211 et 35 susceptible de se mouvoir relativement par rapport à la même pièce sur trois axes. - 7 Conformément à l'invention et comme illustré, le premier module 100 est notamment constitué par une électrobroche 300 susceptible de se mouvoir par rapport à la pièce. Les électrobroches 300 et 211 des premier et deuxième modules 100 et 200 sont portées chacune par un coulant indépendant 110 et 210 mobile selon trois axes par rapport à la pièce, les mêmes moyens de guidage sur un axe (ici l'axe X) étant partagés par les deux modules 100 et 200 10 qui se meuvent selon un même plan vertical défini par les axes X et Y. Les axes de rotation des deux électrobroches sont donc parallèles. Conformément à l'invention et selon le mode de réalisation illustré, le premier module 100 est constitué 15 par un coulant 110 susceptible de se mouvoir relativement par rapport à la pièce sur trois axes X, Y et Z, les mêmes moyens de guidages sur un axe étant partagés par les deux modules 100 et 200. En effet, selon le mode de réalisation illustré, la machineoutil M est du type de celle assurant 20 la mise en mouvement indépendante sur au moins trois axes de deux coulants indépendants 110 et 210 servant de fourreau support mobile à des électrobroches à l'extrémité desquelles sont mis en mouvement des outils d'usinage. Selon le mode de réalisation illustré, les mouvements 25 sont mis en oeuvre par des moteurs linéaires. Cette machine-outil M comporte sur un même bâti B une pluralité de moyens de guidage correspondant aux mouvements rectilignes des deux coulants selon trois axes, chacun étant associé à une motorisation linéaire assurée par un 30 ou plusieurs moteurs linéaires du type de ceux comportant chacun un bloc primaire mobile et un bloc secondaire fixe. Lesdits blocs primaires mobiles indépendants desdits moteurs linéaires assurant le mouvement rectiligne indépendant de chacun des deux coulants selon au moins un 35 des trois axes, partagent deux à deux un seul et même bloc secondaire fixe. De même, lesdits moteurs linéaires dont - 8 les blocs primaires partagent deux à deux un seul et même bloc secondaire partagent deux à deux, une seule même règle de mesure. Il en est de même avec les moyens de guidage sur l'axe de mouvement sur lequel les sous5 ensembles précités sont partagés, cet axe de mouvement étant celui transversal horizontal, c'est à dire l'axe X. L'utilisation d'un même bâti et la mise en commun d'éléments de guidage et de motorisation permettent d'envisager des possibilités qui apparaîtront ci-après. Dans un exemple de l'exploitation du principe de l'invention c'est à dire la spécialisation d'un des modules fonctionnels d'une machine-outil à la réalisation par exemple, d'usinage de sièges de soupape, la machineoutil est remarquable en ce que le coulant 110 du module 15 spécialisé porte une électrobroche 300 adaptée à la mise en oeuvre d'un outil de chariotage par interpolation. Ce coulant 110 et cette électrobroche 300 sont illustrés plus en détail par la figure 2. Comme illustrée dans cette dernière figure, 20 l'électrobroche 300 n'est pas constituée par un moyen classique d'accueil et de fixation d'outil ou par un moyen classique de mise en mouvement. Cette électrobroche 300 de par sa spécialisation, adopte des spécificités permettant de mettre en euvre l'outil 400 qui est ici un outil de 25 réalisation de l'opération d'usinage des guides G et sièges de soupape S, la forme des sièges de soupape S étant réalisée par chariotage par interpolation, technique qui nécessite un mouvement non seulement du coulant 110 porte électrobroche 300 mais également un mouvement de 30 l'outil 400. Cet outil 400 ne peut pas être installé sur une électrobroche polyvalente telle celle présente dans le deuxième module fonctionnel 200 qui peut être, elle, associée à un magasin d'outils pour réaliser les usinages 35 plus classiques. Ladite électrobroche 300 comporte plusieurs moyens de mise en mouvement afin d'exploiter les possibilités de l'outil de chariotage par interpolation 400. Un premier moyen de mise en mouvement étant destiné au mouvement de rotation de l'outil et un deuxième moyen de mise en 5 mouvement étant destiné aux mouvements en translation de ou des plaquettes 410 dédiées au chariotage par interpolation, mouvements en translation illustrés par la double-flèche F. Les moyens originaux proposés par la machine-outil M 10 de l'invention permettent d'envisager pour l'usinage des sièges et guides de soupapes des procédés d'usinage ou de travail particulièrement avantageux proposant des successions d'opérations inédites. Conformément à l'invention, un procédé d'usinage 15 d'une culasse comportant des guides G et des sièges S au moyen d'une machine outil du type de celle décrite cidessus est remarquable en ce qu'il consiste à réaliser les opérations préalables d'usinage des guides G et sièges S de soupapes au moyen du deuxième module 200 et à réaliser 20 la finalisation des guides G et sièges S de la même culasse au moyen du premier module 100. L'utilisation d'un même bâti B et le partage des moyens de motorisation et de guidage créent des conditions de précision qui ont donc pour avantage d'autoriser la réalisation des opérations 25 d'ébauche des usinages liés aux guides G et aux sièges de soupape S au moyen du module polyvalent 200 ne laissant que les opérations de finition au module spécialisé 100. Cette caractéristique n'est possible qu'à partir d'une machine-outil M conforme à l'invention regroupant sur un 30 même bâti B un module polyvalent flexible 200 et un module spécialisé 100. La demanderesse a imaginé un autre procédé remarquable en ce qu'il consiste à réaliser les opérations préalables et de finalisation de l'usinage des guides de 35 soupape G ainsi que les opérations préalables d'usinage des sièges de soupape S au moyen du deuxième module 200 et à finaliser l'usinage des sièges de soupape S au moyen du premier module 100. Ce procédé a pour avantage de confiner la totalité de la réalisation du guide de soupape G au niveau du module polyvalent 100, caractéristique rendue 5 possible malgré les contraintes de concentricité inhérentes à ce type d'usinage par la machine-outil M de l'invention qui propose une mise en commun du bâti B et des moyens moteurs et de guidage sur un axe de mouvement pour les deux modules 100 et 200. D'une manière générale, un procédé d'usinage d'une pièce de type culasse comportant des guides te des sièges de soupapes par la machine-outil de l'invention et remarquable en ce qu'il consiste à finaliser l'usinage des guides de soupape (G) au moyen du module polyvalent (200) 15 et à finaliser l'usinage des sièges de soupape (S) au moyen du module (100) comportant un outillage dédié (400). On comprend que la machine-outil et le procédé, qui viennent d'être cidessus décrits et représentés, l'ont été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. 20 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, le module fonctionnel spécialisé 25 100 peut réaliser une opération autre que de l'usinage. En outre, comme illustrée en traits interrompus courts sur la figure 2, l'électrobroche 300 dudit premier module est adaptée à la mise en oeuvre d'un outil d'usinage 400 des sièges et guides G de soupape d'une culasse, l'usinage des 30 sièges S étant réalisés par chariotage par interpolation. - 11 REVENDICATIONS 1. Machine-outil (M) CARACTERISEE PAR LE FAIT QU'elle regroupe sur un même bâti (B) et agissant à l'intérieur d'une même station d'usinage: - un premier module (100) comportant au moins un outillage (400) dédié à une opération spéciale, et - un deuxième module (200) polyvalent comportant au moins une électrobroche (211) susceptible de se mouvoir relativement par rapport à une pièce et d'accueillir une 10 pluralité d'outils. 2. Machine-outil (M) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE le premier module (100) est constitué par une deuxième électrobroche (300) susceptible de se mouvoir relativement par rapport à la pièce. 3. Machine-outil (M) selon la revendication 2, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE l'électrobroche (300) dudit premier module (100) est adaptée à la mise en oeuvre d'un outil de chariotage par interpolation (400). 4. Machine-outil (M) selon la revendication 2, 20 CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE l'électrobroche (300) dudit premier module (100) est adaptée à la mise en euvre d'un outil d'usinage (400) des sièges (S) et guides (G) de soupape d'une culasse, l'usinage des sièges (S) étant réalisé par chariotage par interpolation. 5. Machine-outil (M) selon les revendications 1 et 2, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE les électrobroches (300 et 211) des premier et deuxième modules (100 et 200) sont portées chacune par un coulant indépendant (110 et 210) mobile selon trois axes par rapport à la pièce, les mêmes 30 moyens de guidages sur un axe étant partagés par les deux modules (100 et 200). 6. Procédé d'usinage au moyen d'une machine-outil (M) selon la revendication 1, du type de celui comportant la réalisation d'un premier usinage par rapport auquel est 35 réalisé un deuxième usinage en respectant une contrainte de positionnement, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à - 12 réaliser le premier usinage au moyen du module polyvalent (200) et le deuxième usinage au moyen de l'outillage (400) dédié à une opération spéciale. 7. Procédé d'usinage au moyen d'une machine-outil (M) 5 selon la revendication 1 où le premier module (100) comporte un outillage (400) dédié au chariotage par interpolation et du type de celui comportant la réalisation d'un premier usinage par rapport auquel est réalisé un deuxième usinage de forme complexe en 10 respectant une contrainte de coaxialité ou de concentricité, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à réaliser le premier usinage au moyen du module polyvalent (200) et le deuxième usinage au moyen de l'outil de chariotage par interpolation (400) . 8. Procédé d'usinage d'une culasse comportant des guides (G) et des sièges (S) de soupapes au moyen d'une machine-outil (M) selon les revendications 1, 2 et 4, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à réaliser les opérations préalables d'usinage des guides (G) et sièges (S) de 20 soupapes au moyen du deuxième module (200) et à réaliser la finalisation des guides (G) et sièges (S) de la même culasse au moyen du premier module (100). 9. Procédé d'usinage d'une culasse comportant des guides (G) et des sièges (S) de soupapes au moyen d'une 25 machine-outil (M) selon les revendications 1, 2 et 3, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à réaliser les opérations préalables et de finalisation de l'usinage des guides (G) de soupape ainsi que les opérations préalables d'usinage des sièges de soupape (S) au moyen du deuxième module 30 (200) et à finaliser l'usinage des sièges de soupape (S) au moyen du premier module (100). 10. Procédé d'usinage d'une pièce de type culasse comportant des guides (G) et des sièges (S) de soupapes au moyen d'une machine-outil (M) selon la revendication 1, 35 CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à finaliser l'usinage des guides de soupape (G) au moyen du module polyvalent (200) 13 et à finaliser l'usinage des sièges de soupape (S) au moyen du module comportant un outillage dédi6 (100).