Brevet FR2862895A1 — publié le 20050603

- 1 - Cette invention concerne une machine à fretter permettant l'assemblage d'outils coupants dans des attachements spécifiques au frettage thermique. La dilatation d'un alésage, permettant l'introduction de la queue cylindrique d'un outil coupant, peut être obtenue notamment par de l'air chaud, par une résistance électrique, ou encore par induction. Afin d'obtenir un champ d'applications suffisamment large (frettage et défrettage d'outils ayant un coefficient de dilatation proche du porteoutil) et des performances en adéquation avec une utilisation industrielle, cette machine utilise la technique de l'induction pour le chauffage des porte-outils. Inconvénient des solutions actuelles: pour réaliser 15 le défrettage d'une façon correcte, il faut: - chauffer de façon à ce que le cône atteigne à coeur une température de l'ordre de 200 C que la puissance soit suffisante pour que le cône atteigne cette température avant que l'outil ait eu 20 le temps de chauffer ne pas dépasser une température critique (Tc) au-delà de laquelle le matériau peut perdre partiellement ses propriétés mécaniques Autrement dit pour chaque diamètre de cône, il faut 25 définir: 1. une puissance 2. un temps à ne pas dépasser pour ne pas dégrader la matière du cône à fretter Ces 2 paramètres, temps et puissance sont définis par le concepteur de la machine en fonction de calculs et de résultats expérimentaux. Ces paramètres sont programmés dans la machine par le constructeur: l'opérateur se contente ensuite de sélectionner le diamètre de l'outil ou du cône à chaque frettage/défrettage. - 2 - L'intervention de l'opérateur dans le réglage du processus de frettage induit un risque d'erreur qui peut rendre le frettage/défrettage impossible voir dans le pire des cas détruire le cône par surchauffe... Une façon originale de corriger les défauts précédemment cités est d'utiliser la variabilité du couplage inducteur / cône en fonction du diamètre de ce dernier. En effet, on observe que l'inductance et la résistance observées aux bornes de l'inducteur dépendent de la nature du cône. A titre d'exemple, pour l'inducteur de test utilisé ici, la figure 1 montre les relevés pour différents diamètres de cônes, pour une tension de mesure de 1V et une fréquence de test de 20kHz. On utilise alors avantageusement un circuit oscillant en demi-pont ou pont complet pour réaliser l'alimentation de l'inducteur. En effet ce type de circuit est particulièrement sensible aux variations des caractéristiques de l'ensemble inducteur / charge. Les figures 2 et 3 représentent le comportement d'un tel circuit oscillant (courant rms inducteur et déphasage (tension inducteur/courant inducteur)) avec des charges L et R différentes. Ces différences de caractéristiques sont facilement reconnaissables, on pourra à titre d'exemple utiliser une des méthodes décrites ci-après. - mesurer le déphasage entre les ondes de tension et de courant pour une fréquence donnée - comparer le courant inducteur et le déphasage 30 comparer le courant inducteur et la puissance active - ou utiliser tout autre couple ou ensemble de paramètres caractéristiques de l'impédance L et R du système. 2862895 - 3 - Une autre solution consisterait à envoyer une impulsion dans le circuit et à en déduire son impédance caractéristique, en utilisant la méthode du décrément logarithmique, illustrée figure 4 et 5. Suivant le circuit de la figure 6, l'impulsion peut être réalisée: 1. en ouvrant T3 et fermant T2 pendant par exemple une durée de 10ms: cette opération permet de charger les condensateurs 2. puis en ouvrant T2 et fermant T3: la mesure commence après la fermeture de T3. Exemple de réalisation: le circuit de la figure 6, représente un onduleur en demi-pont, alimenté par un réseau triphasé équilibré et un hacheur abaisseur. Dans cet exemple de réalisation, le hacheur abaisseur permet de faire varier la tension d'alimentation de l'onduleur donc de la puissance, alors que l'onduleur fonctionne à une fréquence définie en fonction de la nature de la charge. Dl et Cl: constituent le dispositif de redressement du secteur Cl, T1, D2, U2: cet ensemble permet de réaliser un hacheur abaisseur (buck), cet hacheur est commandé par le 25 système de contrôle U1 T2, T3, C3, C4, RL1: permettent de réaliser le demi-pont oscillant RL1: est la charge inductance + résistance équivalente à l'inducteur couplé au cône U3 et U4: sont des dispositifs d'amplifications des signaux de commandes et éventuellement d'isolation - 4 U1: Système de contrôle. Il s'agit par exemple d'un DSP usuellement dédié à la commande moteur. Ce DSP envoie directement les signaux de commandes PWM au hacheur abaisseur et aux interrupteurs Tl et T2 du demi pont oscillant. Le DSP réalise ainsi les différentes taches d'asservissements décrites ci-après. Ces fonctions peuvent aussi être réalisées par des composants analogiques ou encore par un FPGA. Pour plus de détails sur le fonctionnement de ce type de circuit on pourra se reporter utilement à : Alimentations à découpage, Convertisseurs à résonance de Jean-Paul Ferrieux/François Forest ou aux notes d'applications telles que AN9012/Juillet 2000/ Fairchild ou en ce qui concerne le DSP à A DSP controlled variable-frequency resonant-commutated converter / Chickamenahalli, S.A. Jun Liu Suryakumar, M. /Intel Corp., Chandler, AZ; Power Electronics, IEEE Transactions on Power Electronics Exemple de stratégie de commande d'une telle structure. l'onduleur est asservi pour fonctionner à une fréquence légèrement supérieure à la fréquence de résonance: ce déphasage minimum sera par exemple de 10%. Phase 1: démarrage. Lors du démarrage, l'onduleur est mis en marche à une fréquence de fonctionnement très nettement supérieure à la fréquence de résonance maximale possible de l'ensemble C3,C4/Inducteur/Cône. Le hacheur abaisseur est réglé de façon à délivrer en sortie une tension de l'ordre de 20% de la tension nominale. La fréquence de l'onduleur est alors diminuée de façon à ce que le déphasage atteigne sa valeur de consigne. Cette première phase est réalisée en moins de 0.5 secondes. Phase 2: reconnaissance du diamètre du cône. - 5 - A l'issue de la phase 1, on compare la fréquence de fonctionnement et la valeur du courant inducteur. A titre d'exemple pour une tension en sortie du hacheur de 50Vrms, on obtiendra les résultats mentionnés en figure 7 pour les cônes B et C. Une fois le type de cône reconnu, les paramètres puissances et temporisation sont incrémentées par le DSP aux valeurs correspondantes au diamètre du cône détecté. - 6 - REVENDICATIONS 1. Un système de temporisation automatique caractérisé par l'utilisation de la modification des caractéristiques électromagnétiques du couplage charge/inducteur afin d'en déduire le type de cône et donc le temps de chauffage. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par l'utilisation de ces caractéristiques pour régler automatiquement la puissance. 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par 1' utilisation d'un circuit en demi-pont résonant ou d'un 10 pont complet. 4. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par la possibilité d'utiliser la comparaison entre le déphasage et la consigne de courant. 5. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par 15 la possibilité d'utiliser la comparaison entre la puissance active et le courant inducteur. 6. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par la possibilité d'utiliser en plus, une phase de démarrage basse puissance inférieure à 2 secondes et permettant de déduire la nature du cône.