Brevet FR2952564A1 — publié le 20110520

Le domaine de la présente invention est celui de l'usinage de pièces métalliques et plus particulièrement celui du toilage pour rayonner une arête vive. La suppression des angles vifs, ou rayonnage, est une opération importante dans la réalisation des pièces aéronautiques, et notamment celles dites de classe Ni dont la rupture aurait des conséquences catastrophiques pour l'aéronef Outre le fait de limiter le risque de blessure lors de la manipulation des pièces, le rayonnage permet de réduire les effets de coefficient de contraintes locales et donc d'améliorer leur tenue mécanique. Mais il importe de bien maîtriser la réalisation de cette opération car la durée de vie de la pièce est conditionnée par la qualité de ce travail et sa régularité. Différents procédés sont actuellement utilisés pour réaliser de telles opérations. Elles sont réalisées soit de façon manuelle par un opérateur, soit de façon automatique. Les principales techniques utilisées sont le brossage à sec, le brossage humide, le toilage ou le fraisage. Mais, sur des profils complexes, comme par exemple les fonds d'alvéoles des disques de turbomachines, seules deux techniques (le fraisage manuel, avec une fraise de quelques mm de diamètre, ou le toilage au lacet, avec un lacet souple de 5mm de large) permettent d'atteindre des zones d'accès limité, tout en obtenant un résultat régulier tout au long du profil. Si le fraisage a l'avantage d'être rapide, car réalisé au moyen d'outillage pneumatique ou électrique, les zones de raccordements, entre la pièce et le plat réalisé par la fraise, peuvent parfois être difficiles à supprimer. Quant au lacet abrasif, entraîné manuellement, il permet d'éviter le phénomène ci-dessus mais il est moins rapide car soumis aux mouvements alternatifs que lui transmet l'opérateur. Il est, de plus, générateur de fatigue physique. Divers dispositifs ont été imaginés pour entraîner mécaniquement des lacets et réaliser ces opérations en un temps plus court. Ils sont principalement de deux types : des dispositifs à bande continue, du type d'une lime électrique, et des dispositifs à deux rouleaux avec un mouvement alternatif, avant-arrière, de la bande abrasive. Ils ont pour inconvénient soit l'impossibilité de régénérer l'abrasif (dispositif à bande continue), soit de nécessiter une gestion de bande compliquée, 2 associée à une grande inertie liée à la longueur de lacet à mettre alternativement en mouvement (dispositif à deux rouleaux). La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif permettant de réaliser des 40 opérations de suppression d'angles vifs qui ne présentent pas certains des inconvénients de l'art antérieur et, en particulier, qui puissent être effectuées de façon automatique, même dans des zones difficiles d'accès. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de mise en mouvement alternatif d'aller et de retour le long d'un cheminement 45 prédéterminé, d'un support abrasif en forme de ruban pour une opération de toilage sur une pièce, ledit dispositif comportant une bobine émettrice, une bobine réceptrice et au moins un galet de guidage dudit support, lesdites bobines et ledit galet de guidage étant positionnés de façon à définir au moins une section rectiligne sur ledit cheminement 50 destinée à être utilisée pour l'opération de toilage de la pièce caractérisé en ce qu'il comporte en outre un galet d'entraînement positionné dans le cheminement de façon à supporter le support abrasif à deux reprises, une première fois entre la bobine émettrice et un galet de guidage et une seconde fois entre ledit galet de guidage et la bobine réceptrice. 55 Avantageusement le mouvement alternatif du support est généré par un déplacement du galet d'entraînement. Le déplacement du galet d'entrainement, associé à la configuration de double passage du lacet sur le galet d'entrainement, permet de ne déplacer qu'une faible longueur de lacet et de diminuer la 60 masse totale mise en mouvement. Dans un mode de réalisation le galet d'entraînement est animé d'un mouvement de rotation circulaire dans un plan sensiblement perpendiculaire à son axe. Cette configuration est relativement facile à réaliser technologiquement, en faisant actionner le galet par un moteur. 65 Dans un autre mode de réalisation le galet d'entraînement est animé d'un mouvement rectiligne alternatif dans un plan sensiblement perpendiculaire à son axe. Préférentiellement le dispositif comporte en outre un galet tendeur positionné sur le cheminement du support abrasif entre le galet 70 d'entraînement et une des bobines émettrice ou réceptrice et retenu par un moyen de rappel élastique de façon à conserver ledit support en permanence sous tension lors de son mouvement. Dans un mode préférentiel de réalisation, en utilisation, une des bobines est fixe et l'autre est mobile en rotation pour commander la 75 tension dudit support. Avantageusement le dispositif comporte en outre un moyen de déplacement transversal du support abrasif en un point situé sur sa dite section rectiligne. Ce moyen permet de mettre le lacet en contact avec la pièce à usiner. 80 Dans un mode de réalisation le moyen de déplacement latéral est un doigt mis en mouvement par le vérin d'une électrovanne. Préférentiellement le déplacement transversal appliqué audit moyen est un mouvement alternatif synchronisé avec le mouvement alternatif donné au support abrasif Cela permet de ne faire fonctionner 85 le lacet que dans un seul sens et d'obtenir une plus grande régularité dans l'usinage. L'invention porte encore sur un procédé de toilage d'une pièce métallique au moyen d'un ruban abrasif le long d'une section rectiligne située entre deux galets de guidage, caractérisé en ce qu'il comporte les 90 étapes suivantes : - on dispose le ruban sur lesdits galets de guidage et on forme une boucle en maintenant ensemble les brins situés au-delà des galets, - on assure la mise sous tension du ruban sur la section rectiligne comprise entre les deux galets, 95 - on positionne la pièce à toiler en regard de ladite section rectiligne, - on entraîne la boucle dans un mouvement alternatif et - on appuie le ruban contre la pièce à toiler. De façon préférentielle le procédé porte sur le toilage d'une arête d'une pièce métallique comportant une première et une seconde 100 face séparées par l'arête, au moyen d'un ruban abrasif, le long d'une section rectiligne située entre deux galets de guidage, dans lequel l'étape d'appui du ruban sur la pièce comprend les sous-étapes suivantes : - on appuie le ruban contre la première face de l'arête de la pièce à toiler et 105 - on appuie le ruban contre la seconde face de l'arête de la pièce à toiler à l'aide d'un doigt mécanique commandé par un vérin. 4 Préférentiellement l'appui du ruban ne s'effectue que dans un seul des sens de son mouvement alternatif Avantageusement le procédé comprend en outre une étape de 110 rotation à la demande de la boucle de ruban dans le but de faire apparaître du ruban neuf sur ladite section rectiligne. L' invention sera mieux comprise, et d' autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de 115 réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue schématique d'une opération de rayonnage d'une pièce par toilage, de façon manuelle, selon l'art 120 antérieur ; - la figure 2 est une vue séquentielle d'une opération de rayonnage par toilage suivie d'un brossage à sec ; - la figure 3 est une vue schématique du fonctionnement d'une machine de rayonnage par toilage, selon un mode de réalisation de 125 l'invention ; - les figures 4 et 5 sont des vues schématiques séquentielles d'un rayonnage par toilage à l'aide d'une machine selon un mode de réalisation de l'invention. En se référant à la figure 1, on voit la réalisation manuelle, 130 conformément à l'art antérieur, d'une opération de toilage pour effectuer un rayonnage sur un angle vif d'une pièce métallique 1, formant une arête séparant deux faces planes. L'opérateur tire à l'aide d'une main sur un lacet 2 recouvert de particules abrasives, et appuie à l'aide de l'autre main sur le lacet, en amont de l'arête, pour exercer une pression du lacet 135 sur l'arête à casser. Il convient de noter que pour des raisons de régularité du travail il importe de ne réaliser cette opération que dans un seul sens, c'est-à-dire par exemple du haut vers le bas en référence à l'orientation de la figure 1. L'opérateur après sa traction sur le lacet 2 relâche la pression et remonte le lacet pour renouveler l'opération à partir de la même 140 position et du même tronçon de lacet. Lorsque le lacet présente une usure jugée trop importante l'opérateur déplace ses mains le long du lacet pour faire apparaître un autre tronçon et continuer l'opération avec une portion neuve. La figure 2 donne le résultat obtenu après une opération de 145 toilage au lacet d'un fond d'alvéole de turbomachine, suivie d'un brossage à sec pour terminer le rayonnage. Elle montre trois vues en coupe d'un fond d'alvéole, selon un plan radial du disque de la turbomachine, et présente, de gauche à droite la pièce avant les opérations, puis après le toilage au lacet et enfin après finition par 150 brossage à sec. On voit que le toilage au lacet, du fait de son sens unique de travail, ne réalise pas un rayonnage symétrique et que la partie verticale est plus entamée que la partie horizontale. Mais cet état de fait ne présente pas de difficulté particulière car la partie horizontale est facilement accessible depuis l'extérieur du disque et peut être rayonnée 155 par un brossage à sec, l'outil pénétrant dans l'alvéole selon l'axe de rotation du disque. Un tel procédé n'est pas utilisable pour réaliser la partie verticale du rayonnage, l'outil ne pouvant pas se déplacer facilement dans l'alvéole dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du disque. 160 La figure 3 présente un mode de réalisation d'une machine capable de réaliser un rayonnage par toilage au lacet, qui reproduit le même mouvement du lacet que réalise un opérateur travaillant manuellement. Sur cette figure le lacet 2 est enroulé sur une bobine émettrice 3, qui sert de réserve pour du lacet neuf susceptible lorsqu'il est 165 nécessaire d'en injecter dans le circuit pour continuer le rayonnage, le tronçon utilisé devenant trop usé. Cette bobine émettrice est, en fonctionnement, immobile autour de son axe et n'est mise en rotation qu'à la demande, pour remplacer la partie active du lacet 2 lorsqu'elle devient usagée. 170 Le lacet 2 se déploie depuis cette bobine émettrice 3 vers un galet d'entraînement 4, dont il fait le trou. Le galet d'entraînement est lui-même mû en rotation par un moteur électrique 5, en étant placé de façon excentrique par rapport à l'arbre du moteur 5. Le lacet 2 passe ensuite sur une série de galets de guidage 6, qui lui font décrire un cheminement, a 175 priori carré, et qui le font passer devant la pièce 1 à usiner. Le lacet 2 revient ensuite faire une seconde fois le tour du galet d'entraînement 4, puis s'enroule sur une bobine réceptrice 7. La bobine réceptrice 7 est mobile en rotation autour de son axe et sa position angulaire est pilotée selon un principe qui sera exposé plus loin. Un dispositif de galet tendeur 180 8, mobile autour d'un axe déporté 9 et rappelé par un moyen de rappel élastique, du type ressort 10, permet de fournir une tension constante au lacet et de le conserver en appui contre le galet d'entraînement 4, quelle que soit la position angulaire de l'excentrique du moteur 5. Au cours de la rotation du moteur 5 le galet d'entraînement 4 185 tourne de façon excentrée par rapport à l'axe du moteur et se déplace donc selon un cercle. Le lacet 2 est dans un premier temps entraîné dans le sens anti horaire du carré quand le galet d'entraînement se déplace de la droite vers la gauche de la figure 3 puis dans le sens horaire une fois que le galet d'entraînement 4 balaye la partie inférieure du cercle, c'est-à- 190 dire se déplace de gauche à droite. Le système d'excentrique pour l'entraînement du galet 4 permet ainsi de reproduire le mouvement de va-et-vient du lacet qu'effectue l'opérateur lorsqu'il exécute l'opération manuellement. Sur la figure 3 le galet d'entraînement 4 se déplace le long d'un 195 cercle; dans une version alternative il pourrait être entraîné linéairement dans un mouvement de va-et-vient, à l'aide d'un dispositif approprié. En se référant maintenant aux figures 4 et 5 on voit un dispositif d'actionnement destiné à mettre le lacet 2 en appui contre la pièce 1. Comme indiqué ci-dessus, le lacet 2 est actionné par la machine 200 de la figure 3 selon un mode alternatif et il importe de ne faire fonctionner le lacet que dans un seul sens (le sens descendant retenu a priori sur les figures). Un ensemble constitué d'une électrovanne 11 et d'un doigt 12, actionné par le vérin de l'électrovanne, est placé en vis-à-vis de la pièce à usiner ; ce doigt a pour objet d'appliquer le lacet 2 205 contre la pièce 1 quand le lacet descend (figure 4) et de le laisser s'en écarter lorsque celui-ci remonte (figure 5). On va maintenant décrire le déroulement d'une opération de rayonnage d'une arête d'une pièce 1 à l'aide d'une machine selon un mode de réalisation de l'invention, en référence à la figure 3. 210 L'excentrique est mis en rotation par le moteur électrique 5, dont la rotation est contrôlée en vitesse et en position par un variateur numérique. Sur une moitié du cycle de rotation, correspondant à la partie haute du cercle suivi par le galet d'entraînement 4 sur la figure 3, le lacet 7 abrasif 2 est tracté en partie droite et libéré en partie gauche ; sur l'autre 215 partie du cycle, correspondant à la partie basse du cercle, le lacet est piloté en sens contraire. Le mouvement rotatif de l'excentrique donne en conséquence au lacet 2 un mouvement alternatif d'aller et retour sur son cheminement. Compte tenu des longueurs quasiment équivalentes qui sont entraînées d'un côté et relâchées de l'autre le lacet 2 ne s'enroule 220 pas, ou très peu, sur les bobines. La bobine émettrice 3 peut être gardée immobile et les ajustements en longueur sont assurés par la bobine réceptrice 7 ou le galet tendeur 8. Un des effets positifs de cette configuration est que la longueur de lacet mise en mouvement se limite à celle qui circule sur le cheminement et qu'elle n'inclut pas celle enroulée 225 sur les bobines. On obtient ainsi une faible inertie du lacet, ce qui est un des buts poursuivis par l'invention. Il convient de noter, d'une part, que la longueur du mouvement oscillatoire peut être réglée par la position plus ou moins excentrée du galet d'entraînement 4 par rapport à l'axe moteur 5 et, d'autre part, que la 230 fréquence d'oscillation du lacet peut être élevée du fait de la faible inertie du lacet, ce qui contribue à diminuer le temps nécessaire à l'usinage. On remarque encore que, l'axe excentré décrivant un cercle, la longueur du circuit du lacet 2 n'est pas constante sur toute la révolution 235 de l'excentrique. Le dispositif de galet tendeur 8 permet, en premier lieu, de compenser ce phénomène mais aussi, en second lieu, de régler la tension de la bande. La force exercée sur le lacet est en effet fonction de l'allongement du ressort, c'est-à-dire de la position angulaire du galet 8 par rapport à son axe de rotation 9. Afin de piloter cette position 240 angulaire la position angulaire de bobine réceptrice 7 est commandée par un asservissement qui s'assure que, la bobine émettrice 3 étant fixe, la position angulaire du tendeur reste égale à une position de consigne donnée. Ce système permet de compenser le mouvement du lacet lorsque celui-ci est positionné contre la pièce à usiner et, par ailleurs, en 245 changeant cette valeur consigne, de modifier à volonté la tension du lacet en fonction des opérations à réaliser. La mise en rotation de la bobine émettrice 3 est décidée par l'opérateur lorsqu'il juge que le lacet 2 atteint une usure excessive. Une certaine longueur de lacet 2 est relâchée par la bobine émettrice 7, ce qui 250 se traduit alors par une diminution de la tension du lacet. Cette réduction, du fait de l'apparition d'un décalage angulaire du galet tendeur 8 est détectée par le système d'asservissement de la bobine réceptrice 7. En réaction la bobine réceptrice 7 s'enroule et absorbe une longueur de lacet équivalente à celle libérée par la bobine émettrice 3. L'équilibre des 255 tensions précédent est ainsi recréé. En parallèle de ce mouvement longitudinal du lacet, l'invention porte sur un mouvement transversal de celui-ci (en référence à son sens de déplacement) pour le déformer-ci au niveau de la pièce 1 et le pousser contre la pièce 1 dans le but de réaliser la forme rayonnante sur l'arête à 260 casser. Pour cela le doigt 12 est alternativement poussé pour appuyer le lacet contre la pièce 1 à rayonner (cf figure 4), puis retiré pour laisser le lacet revenir à sa position initiale, sans qu'il y ait à ce moment un contact entre le lacet 2 et la pièce 1 (cf. figure 5). Le doigt 12 est mis en mouvement par un micro vérin qui est piloté par une électrovanne 11 à 265 commutation rapide ; ce mouvement transversal est synchronisé avec le mouvement alternatif de la bande, c'est-à-dire avec la rotation du moteur électrique 5, pour que le rayonnage ne s'effectue que lors d'une des phases du déplacement longitudinal alternatif De façon préférentielle la synchronisation du doigt 12 avec la 270 mise en mouvement du lacet est assurée par le variateur du moteur électrique 5. Un programme temps réel, exécuté par le variateur, pilote, en fonction de la position angulaire du moteur, le mouvement du doigt. Cette synchronisation par le variateur rend cette fonctionnalité transparente dans la programmation du robot ce qui permet de limiter la 275 complexité des applications. En outre, les valeurs de consigne de ce programme temps réel sont programmables et peuvent varier, dynamiquement en fonction de la fréquence d'oscillation, pour compenser l'inertie mécanique du dispositif Bien que l'invention ait été décrite en relation avec un mode de 280 réalisation particulier, il est bien évident qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. 285 REVENDICATIONS1. Dispositif de mise en mouvement alternatif d'aller et de retour le long d'un cheminement prédéterminé, d'un support abrasif (2) 290 en forme de ruban pour une opération de toilage sur une pièce (1), ledit dispositif comportant une bobine émettrice (3), une bobine réceptrice (7) et au moins un galet de guidage (6 ) dudit support, lesdites bobines et ledit galet de guidage étant positionnés de façon à définir au moins une section rectiligne sur ledit cheminement destinée à être utilisée pour 295 l'opération de toilage de la pièce (1) caractérisé en ce qu'il comporte en outre un galet d'entraînement (4) positionné dans le cheminement de façon à supporter le support abrasif (2) à deux reprises, une première fois entre la bobine émettrice (3) et un galet de guidage (6) et une seconde fois entre ledit galet de guidage et la 300 bobine réceptrice (7). 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le mouvement alternatif du support (2) est généré par un déplacement du galet d'entraînement (4). 3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel le galet 305 d'entraînement (4) est animé d'un mouvement de rotation circulaire dans un plan sensiblement perpendiculaire à son axe. 4. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel le galet d'entraînement (4) est animé d'un mouvement rectiligne alternatif dans un plan sensiblement perpendiculaire à son axe. 310 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comporte en outre un galet tendeur (8) positionné sur le cheminement du support abrasif (2) entre le galet d'entraînement et une des bobines émettrice (3) ou réceptrice (7) et retenu par un moyen de rappel élastique (10) de façon à conserver ledit support (2) en 315 permanence sous tension lors de son mouvement. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel, en utilisation, une des bobines est fixe et l'autre est mobile en rotation pour commander la tension dudit support (2). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en 320 ce qu'il comporte en outre un moyen de déplacement transversal (12) du support abrasif (2) en un point situé sur sa dite section rectiligne. 8. Dispositif selon la revendication 5 dans lequel le moyen de déplacement latéral est un doigt (12) mis en mouvement par le vérin d'une électrovanne (11). 325 9. Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8 dans lequel le déplacement transversal appliqué audit moyen (12) est un mouvement alternatif synchronisé avec le mouvement alternatif donné au support abrasif (2). 10. Procédé de toilage d'une pièce métallique au moyen d'un 330 ruban abrasif le long d'une section rectiligne située entre deux galets de guidage (6), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - on dispose le ruban sur lesdits galets de guidage et on forme une boucle en maintenant ensemble les brins situés au-delà des galets, - on assure la mise sous tension du ruban sur la section rectiligne 335 comprise entre les deux galets, - on positionne la pièce à toiler en regard de ladite section rectiligne, - on entraîne la boucle dans un mouvement alternatif et - on appuie le ruban contre la pièce à toiler. 11. Procédé de toilage selon la revendication 10 d'une arête 340 d'une pièce métallique comportant une première et une seconde face séparées par l'arête, au moyen d'un ruban abrasif, le long d'une section rectiligne située entre deux galets de guidage (6), dans lequel l'étape d'appui du ruban sur la pièce comprend les sous-étapes suivantes : - on appuie le ruban contre la première face de l'arête de la pièce à toiler 345 et - on appuie le ruban contre la seconde face de l'arête de la pièce à toiler à l'aide d'un doigt mécanique commandé par un vérin. 12. Procédé selon l'une des revendications 10 ou 11 dans lequel l'appui du ruban ne s'effectue que dans un seul des sens de son 350 mouvement alternatif. 13. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12 comprenant en outre une étape de rotation à la demande de la boucle de ruban dans le but de faire apparaître du ruban neuf sur ladite section rectiligne.