Brevet FR2956338A1 — publié le 20110819

L'invention concerne un dispositif porte outil pour le maintien en position et l'entraînement d'un outil coupant sur une machine outil. De tels dispositifs sont utilisés pour fixer un outil dans la broche d'une machine et comprennent d'un côté un attachement standard, généralement mâle, apte à être introduit et maintenu en liaison complète avec ladite broche et de l'autre un attachement, généralement femelle, apte à recevoir le manche d'un outil de coupe. De tels dispositifs sont utilisés plus particulièrement sur des centres d'usinage à commande numérique équipés d'un dispositif de changement automatique d'outil. Au cours d'une opération d'usinage, particulièrement dans les matériaux difficiles à usiner tels que les alliages à base de titane ou de nickel destinés à des applications à haute température, malgré les soins apportés à la détermination des conditions de coupe et de la durée de vie des outils, il peut arriver que l'outil casse en cours d'usinage, par exemple suite à une usure accélérée. Ce type d'aléa peut conduire à la perte d'une pièce à forte valeur ajoutée voir à la destruction de l'outil et du porte outil et dans des cas extrêmes à la destruction de la broche de la machine. Sans aller jusqu'à cette extrémité, les efforts générés par un outil fortement usé sont de nature à réduire considérablement la durée de vie des roulements de broches entraînant ainsi des coûts de maintenance et des durées d'immobilisation de la machine accrue. Pour juguler l'effet de ces aléas, un opérateur surveille constamment l'opération d'usinage. Lorsque ladite opération peut durer plusieurs heures, cette surveillance mobilise un opérateur, qui ne peut surveiller qu'une seule machine à la fois, ceci afin de conserver la capacité à agir très rapidement en cas de bris d'outil ou d'augmentation importante des efforts de coupe. Cette surveillance a un effet directe sur le coût horaire de l'usinage en question et donc sur le coût de la pièce alors que ledit opérateur n'apporte aucune valeur ajoutée. Il existe donc un besoin pour un système de surveillance automatisé de l'usinage. De tels dispositifs, basés par exemple sur la mesure des courants de broche et/ou des moteurs d'entraînement des axes de déplacement de la machine ont ainsi été développés. Toutefois la fiabilité de ces systèmes est en général insuffisante, particulièrement lorsque la machine est puissante et que l'usinage, réalisé par exemple avec une fraise de faible diamètre, n'engendre qu'une puissance de coupe très inférieure à la puissance nominale de la machine. Par ailleurs un tel système doit être étalonné pour chaque machine avec chaque outil utilisé et chaque condition de coupe d'usage de cet outil. Ces contraintes et le manque de fiabilité des dispositifs de l'art antérieur font que ceux-ci sont très vite délaissés par les opérateurs. Il existe donc un besoin pour un dispositif de surveillance d'usinage fiable, apte à préserver la pièce, la machine et le porte outil en cas d'aléa qui puisse être mis en oeuvre sur n'importe quelle machine quelque soit l'outil et quelque soit la puissance de ladite machine. A cette fin l'invention propose un porte outil de coupe comprenant : - Un attachement de broche apte à fixer ledit porte outil dans la broche d'une machine - Un attachement d'outil apte à recevoir le manche d'un outil de coupe - Un accouplement à couple de glissement réglable entre l'attachement de broche et l'attachement d'outil - Des moyens de détection pour détecter un glissement relatif entre l'attachement de broche et l'attachement d'outil Ainsi l'effort de coupe, qui se traduit par le couple d'entraînement de l'outil, ne peut dépasser une valeur prédéterminée par le couple de glissement réglable. La possibilité de détection de ce glissement permet de déclencher des actions appropriées. La limitation de l'effort de coupe est attachée à l'outil et ne passe plus par la chaîne cinématique de la machine. Avantageusement, ce porte outil comprend des moyens aptes à transmettre un signal lorsque les moyens de détection détectent un glissement prédéfini entre les deux attachements. Ledit signal peut être capté et traité par une machine à commande numérique ou par un dispositif de supervision de la machine et permettre ainsi de déclencher des actions spécifiques de sorte à sauvegarder la pièce, la machine ou l'outil. Avantageusement ces moyens de transmission sont des moyens radio ce qui simplifie la connexion du porte outil aux moyens de supervision et permet d'utiliser ce porte outil sur des machines à changement d'outil automatisé sans modifier le dispositif de changement automatique d'outil. Un tel porte outil est particulièrement adapté à une utilisation sur une machine outil à commande numérique équipée de moyens de réception du signal relatif au glissement de l'accouplement. L'invention concerne également un procédé pour le pilotage d'une telle machine à commande numérique comprenant les étapes consistant à : - réaliser un usinage en conférant à l'outil un mouvement de coupe et un mouvement d'avance tout en scrutant l'état du signal - interrompre l'usinage lorsque le signal est détecté Ce procédé de pilotage permet d'éviter toute dégradation de la machine en cas d'une surcharge sur l'outil consécutive à un aléa. Selon un mode de réalisation avantageux permettant de limiter les dégradations de l'outil l'arrêt de l'usinage est réalisé en stoppant le mouvement d'avance et en conservant le mouvement de coupe. L'arrêt du mouvement d'avance réduit progressivement à 0 la section de matière coupée par l'outil et ainsi la charge appliquée à celui-ci. Cette stratégie d'arrêt évite ainsi toute sollicitation brutale de l'outil pouvant conduire à sa rupture. Elle est particulièrement utile lorsque les arêtes tranchantes de l'outil sont constituées d'un matériau fragile tel qu'un carbure fritté ou une céramique. En effet de tels matériaux durs sont susceptibles de se rompre sous l'effet d'une sollicitation brutale et de laisser des fragments dans la pièce dont la reprise de l'usinage est alors très délicate. Pour d'autres natures d'outil ou selon les types d'usinage il peut être avantageux de stopper conjointement le mouvement de coupe et le mouvement d'avance. Cette configuration est utilisée chaque fois que la surcharge détectée sur l'outil est de nature à remettre en cause la sécurité des biens et des personnes. Alternativement les mouvements d'avance et de coupe peuvent être stoppés séquentiellement : d'abord le mouvement d'avance puis 10 immédiatement après le mouvement de coupe. Dans le cas où les deux mouvements sont stoppés simultanément, il est préférable que le programme d'usinage ne puisse repartir sans une réinitialisation ou déconsignation de la machine. Dans le cas où le mouvement d'avance est d'abord stoppé, il est 15 avantageux de prévoir la possibilité de redémarrage de l'usinage depuis son point d'arrêt une fois que l'opérateur a autorisé ce redémarrage sans passer par une réinitialisation de la machine. L'invention sera maintenant plus précisément décrite dans le cadre de modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, représentés sur la figure 1 20 laquelle représente schématiquement, en coupe, un exemple de réalisation du dispositif porte outil selon l'invention. L'homme du métier adaptera sans difficultés ces enseignements aux différents types de porte outil, pour différents manches d'outil et/ou différents type d'attachement de broche. Le porte outil (1) comprend un attachement (11) apte à être fixé de 25 manière temporaire et amovible dans la broche d'une machine outil. A titre d'exemple non limitatif il s'agit d'un attachement à portée conique de type ISO ou BT comprenant un cône (110) mâle pour un emmanchement dans un cône femelle de même conicité dans la broche de la machine. A cette fin cet attachement comprend une tirette (112), liée au cône (110) laquelle permet à partir de griffes positionnées dans la broche de la machine de mettre en contact intime les parties coniques mâle et femelle dans la broche. Il comprend à l'autre extrémité une collerette (111) laquelle sert au maintient du porte outil dans le magasin de la machine et qui comprend en outre une rainure (113) laquelle est utilisée pour indexer le porte outil en rotation lorsque celui-ci est monté dans la broche de la machine. La seconde partie (12) du porte-outil comprend un attachement d'outil, par exemple de type Weldon®, assurant un centrage de l'outil par rapport à l'axe de la broche ainsi que la transmission de la puissance de coupe à l'outil. L'outil (3) est constitué d'un manche (31) qui, à une extrémité supporte la partie active (32) et à l'autre extrémité est fixé dans l'attachement d'outil. Les deux parties (11,12) du porte outil sont solidarisées par l'intermédiaire d'un accouplement (20) à couple de glissement défini. Celui-ci est par exemple constitué de disques de friction superposés. Par exemple, selon un mode de réalisation particulier, un premier disque de friction (21), côté attachement de broche est en liaison complète avec ledit attachement de broche. Un deuxième disque de friction (22) en liaison glissière avec l'attachement d'outil mais libre par rapport à l'attachement de broche, vient prendre appui sur ce premier disque (21). Un troisième disque de friction (23) en liaison glissière avec l'attachement de broche mais libre par rapport à l'attachement d'outil prend appui axialement sur le deuxième disque. Finalement un quatrième disque (24) en liaison glissière axiale avec l'attachement d'outil et libre par rapport à l'attachement de broche prend appui axialement sur le troisième disque (23). Les disques sont mis en compression axiale de sorte à créer une pression de contact entre les disques de friction, par un écrou (26) se vissant sur l'extrémité de l'empilement opposée au premier disque (21) sur l'attachement de broche, lequel écrou agit sur des moyens formant ressort (25) par exemple des rondelles belleville® . Le mouvement de coupe communiqué par la broche à l'attachement de broche est transmis à l'attachement d'outil par friction entre les disques ainsi empilés et serrés entre eux axialement. Ainsi la transmission de puissance entre l'attachement de broche (11) et l'attachement d'outil (12) se fait par des éléments solidarisés entre eux par le frottement entre les disques. La force de serrage appliquée sur l'écrou (26) détermine un couple maximum transmissible entre l'attachement de broche (11) et l'attachement d'outil (12). Au-delà de ce couple maximum un glissement se produit entre les disques. Du fait de ce glissement, il existe un décalage angulaire entre la rotation de l'attachement broche (11) et celle de l'attachement d'outil (12). Un capteur (5) détecte ce décalage angulaire. L'homme du métier choisira la nature de capteur à utiliser en fonction de la nature désirée du signal en sortie de capteur, de la vitesse de rotation maximale du porte outil et de la précision de détection requise. A titre d'exemple, le capteur peut-être de type codeur incrémentai, un capteur de proximité, mesurant la distance entre une cible (51) et ledit capteur, ledit capteur de proximité pouvant être sans contact, de type magnétique ou capacitif, ou avec contact de type inductif (LVDT) sans que ces exemples ne soient limitatifs. La détection peut s'opérer par détection de seuil au niveau de l'électronique du capteur ou ultérieurement par traitement du signal issu du capteur. Le capteur (5) délivre un signal au directeur de commande (60) de la machine à commande numérique via une liaison (500) qui peut être filaire ou radio. Dans le cas d'une liaison filaire, celle-ci est connectée au capteur par un contact tournant. La réception du signal déclenche une action du directeur de commande numérique (60), qui peut être soit d'arrêter les mouvements d'avance ou l'arrêt simultané ou consécutif des mouvements d'avance et de la rotation broche. La détermination du couple maximum autorisé par l'outil est obtenue par calcul ou par des essais spécifiques. Le réglage du serrage pour déclencher le glissement à ce couple prédéterminée est réalisée sur un banc de réglage permettant d'immobiliser l'attachement broche et d'appliquer un couple mesuré sur l'attachement outil (12) ou sur le manche d'outil (31). Le capteur de décalage (5) est utilisé sur ce banc pour finaliser le réglage du couple de glissement en agissant sur l'écrou (26). La description ci-avant illustre clairement que par ses différentes caractéristiques et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs qu'elle s'était fixés. En particulier, elle permet de lier les informations relatives aux conditions limites d'utilisation de l'outil directement audit outil et de rendre la détection de ces conditions critiques indépendantes de la chaînes cinématiques de la machine et de son étalonnage. REVENDICATIONS1. Porte outil de coupe (1) caractérisé en ce qu'il comprend : - Un attachement de broche (11) apte à fixer ledit porte outil dans la broche d'une machine; - Un attachement d'outil (12) apte à recevoir le manche (31) d'un outil de coupe; - Un accouplement (20) à couple de glissement réglable entre l'attachement de broche (11) et l'attachement d'outil (12); - Des moyens (5) de détection pour détecter un glissement relatif entre l'attachement de broche (11) et l'attachement d'outil (12). 2. Porte outil selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (500) aptes à transmettre un signal lorsque les moyens de détection (5) détectent un glissement prédéfini entre les deux attachements 3. Porte outil selon la revendication 2 caractérisé en ce que le signal est un signal radio. 4. Machine outil à commande numérique comprenant un outil (3) monté dans un porte (1) outil selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'elle comprend des moyens de réception du signal. 5. Procédé pour le pilotage d'une machine outil selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il comprend des étapes consistant à : - réaliser un usinage en conférant à l'outil (3) un mouvement de coupe et un mouvement d'avance tout en scrutant l'état du signal; - interrompre l'usinage lorsque le signal est détecté. 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'usinage est interrompu par l'arrêt des mouvements d'avance. 7. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'usinage est interrompu par l'arrêt du mouvement d'avance et du mouvement de coupe. 8. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comprend une étape de reprise de l'usinage après l'interruption de celui-ci.