Brevet FR2964585A1 — publié le 20120316

Procédé et machine outil pour l'ajustage du contour d'une pièce La présente invention concerne le domaine de l'ajustage d'une pièce. Plus précisément, l'invention se rapporte à un procédé d'ajustage du contour d'une pièce, ce dernier comprenant une arête saillante principale définie par un angle intérieur déterminé. Dans la suite, on entend par : arête saillante : la ligne formée par l'intersection de deux surfaces de la pièce à ajuster ; angle intérieur d'une arête saillante : l'angle défini entre les deux surfaces formant l'arête ; et contour complexe : une ligne sinueuse présentant une succession de creux et de bosses. Bien que la présente invention soit particulièrement adaptée à l'ajustage d'un ou plusieurs contours complexes d'une pièce usinée (par exemple un pied d'aube de turbine), elle s'applique également à d'autres ty- pes de pièce, usinée ou non, que le contour à ajuster soit simple ou complexe. On sait que, après l'opération d'usinage du pied d'une aube de turbine, chaque profil du pied est délimité par un contour pourvu d'une arête saillante (dont l'angle intérieur associé est droit) qui doit être éliminée lors d'une opéra- tion d'ajustage. De façon connue, l'ajustage d'un pied d'aube est actuellement réalisé manuellement par un opérateur qualifié qui façonne, par exemple au moyen d'une fraise à carbure et d'une brosse, le contour complexe du profil du pied pour émousser l'arête saillante et l'arrondir en arc de cercle (une telle opéra- tion d'ajustage étant encore appelée rayonnage). Cependant, l'opération d'ajustage étant manuelle, il est fréquent d'observer des écarts dimensionnels entre les différents pieds d'aube ajustés par un même opérateur. Ces écarts apparaissent généralement au niveau de l'arrondi obtenu (après fraisage et brossage de l'arête saillante), qui diffère d'un pied à l'autre (le rayon de l'arrondi variant suivant les pieds ajustés). En outre, lorsque l'ajustage des pieds est insuffisant ou imprécis (l'arête saillante n'ayant, par exemple, pas été suffisamment émoussée), les opérations de fabrication des pieds, qui suivent l'opération d'ajustage, peu-vent en être affectées. A titre d'exemple, l'opération de grenaillage appliquée sur un pied d'aube ajusté, dont l'arête saillante du contour d'un profil a été insuffisamment arrondie, est pénalisée, certaines des billes de grenaillage étant refoulées par cette arête mal émoussée. De plus, la présence d'écarts dimensionnels entre les pieds complique également le montage de ces derniers sur le disque de support correspondant de la turbine à haute pression. Par ailleurs, l'opération d'ajustage est faite manuellement, ce qui augmente le coût global de fabrication des pieds d'aube. En outre, elle provoque fréquemment des traumatismes physiologiques TMS (pour Troubles Musculo-Squelettiques) chez les opérateurs. Outre les inconvénients précités, la persistance d'arêtes saillantes après l'ajustage au niveau d'un pied favorise l'apparition de fissures sur les pièces coopérant avec celui-ci, à même d'entraîner une rupture desdites piè- ces. Aussi, pour tenter de pallier les inconvénients précités, il est connu d'utiliser un bras robotisé à six axes destiné à réaliser un ajustage automatique du contour des profils d'un pied d'aube. Toutefois, la programmation d'un tel bras robotisé s'avère fastidieuse pour une restitution généralement imparfaite du mouvement d'un opérateur. En outre, le coût élevé du bras robotisé contribue à rendre cet ajustage automatique inapproprié dans la grande majorité des cas. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. A cette fin, selon l'invention, le procédé pour l'ajustage d'un contour prédéterminé d'une pièce comprenant une arête saillante principale définie par un angle intérieur déterminé, est remarquable par le fait que l'on effectue les étapes successives suivantes : A/ on chanfreine l'arête principale du contour, de manière à obtenir deux arêtes saillantes auxiliaires dont les angles intérieurs associés sont respecti- vement supérieurs à l'angle intérieur de l'arête principale ; et B/ on émousse les arêtes auxiliaires obtenues, pour parfaire l'ajustage du contour de la pièce. Ainsi, grâce à l'invention, le chanfrein réalisé sur l'arête principale saillante entraîne la formation de deux arêtes auxiliaires moins vives, de sorte que leur élimination en est grandement facilitée. Quelle que soit la profondeur du chanfrein réalisé au niveau de l'arête principale, l'opération d'ajustage de l'invention provoque l'apparition d'une portion rectiligne (également désignée ligne de chanfrein) sur la courbure du contour définie dans un plan orthogonal à ce dernier. La longueur de la ligne de chanfrein est d'autant plus grande que la profondeur du chanfrein est élevée. En outre, la ligne de chanfrein est ré-duite, au moins en partie, lors de l'élimination des deux arêtes auxiliaires. Ain-si, la courbure du contour, dans un plan orthogonal à ce dernier, présente une forme arrondie acceptable. Selon un mode de réalisation conforme à la présente invention, bien que les étapes A/ et B/ puissent être réalisées de façon manuelle, elles sont avantageusement mises en oeuvre automatiquement, ce qui permet d'obtenir une régularité de l'ajustage sur l'ensemble du ou des contours d'une pièce. En outre, l'opération d'ajustage de l'invention peut être rigoureusement reproduite sur une pluralité de pièces identiques, celles-ci présentant alors des contours ajustés sensiblement similaires. De plus, l'intervention d'un opérateur est limitée (par exemple au placement de la pièce considérée dans un logement approprié), réduisant ainsi le risque d'apparition de troubles TMS chez celui-ci. De préférence, on fixe préalablement la pièce à ajuster. En outre, la pièce peut être avantageusement fixée à des moyens mon- tés rotatifs autour d'un axe, de manière à faciliter l'opération d'ajustage de l'invention. De préférence encore, préalablement à la mise en oeuvre de l'étape A/ et après la fixation de la pièce, on palpe le contour prédéterminé de la pièce, pour déterminer un point d'origine prédéfini sur ce contour à partir duquel est amorcé le chanfreinage de l'étape N. Par ailleurs, dans un mode de réalisation conforme à l'invention, les angles intérieurs associés respectivement aux arêtes auxiliaires sont identiques. En outre, à titre d'exemple illustratif mais non limitatif, les angles intérieurs des arêtes principale et auxiliaires sont respectivement égaux à 90° et 135°. Dans un autre mode de réalisation conforme à l'invention, l'étape B/ est réalisée par brossage des arêtes auxiliaires. Un tel brossage de l'étape B/ peut être effectué au moyen d'une brosse circulaire rotative à poils ondulés. Les poils ondulés de la brosse circulaire peuvent, par exemple, être en nylon, tout autre matériau désiré restant, néanmoins, envisageable. En outre, la brosse circulaire est avantageusement entraînée en rotation par un arbre longitudinal sensiblement orthogonal, d'une part, à la direction générale des poils ondulés et, d'autre part, à la portion en cours de bros- sage de chacune des arêtes auxiliaires. Ainsi, les poils de la brosse circulaire tournent dans un plan de rotation sensiblement parallèle à chacune des arêtes auxiliaires. Le brossage de la brosse circulaire ainsi agencée est notamment rendu possible par l'ondulation des poils de la brosse. Selon un mode particulier de réalisation de la présente invention, la pièce à ajuster est un pied d'aube d'une turbine à haute pression pour moteur d'avion. Par ailleurs, la présente invention concerne également une machine outil pour l'ajustage d'un contour prédéterminé d'une pièce comprenant une arête saillante principale définie par un angle intérieur déterminé, qui est re- marquable par le fait qu'elle comporte : des moyens pour chanfreiner l'arête principale du contour, de manière à obtenir deux arêtes saillantes auxiliaires dont les angles intérieurs associés sont respectivement supérieurs à l'angle intérieur de l'arête principale ; des moyens pour émousser les arêtes auxiliaires obtenues, afin de parfaire l'ajustage du contour de la pièce ; et des moyens pour commander automatiquement les moyens pour chanfreiner et les moyens pour émousser. Ainsi, le chanfrein obtenu sur le contour considéré d'une pièce est régulier et les arêtes auxiliaires sont émoussées de façon sensiblement identique sur l'ensemble du contour. De plus, l'ajustage peut être répété à l'identique sur une pluralité de pièces, de sorte que l'on obtient des pièces avec des contours ajustés sensiblement similaires entre eux. Bien entendu, en variante, la commande des moyens pour chanfreiner et des moyens peut être manuelle par action d'un opérateur qualifié. 15 Par ailleurs, la machine outil comporte de préférence des moyens, montés rotatifs autour d'un axe, auxquels est fixée la pièce à ajuster et qui peuvent comporter au moins un module de fixation amovible apte à enserrer la pièce à ajuster. Un tel module de fixation peut comporter des organes de contact desti- 20 nés à s'appliquer sur la pièce à ajuster. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est un schéma synoptique d'une machine outil, conforme à 25 la présente invention, pour l'ajustage d'un ou plusieurs contours d'une pièce usinée. La figure 2 présente, dans une vue en perspective du dessus, le profil d'un pied d'aube d'une turbine haute pression, dont le contour a été ajusté par la machine outil de la figure 1, conformément à l'invention. 30 Les figures 3 à 5 illustrent la courbure du contour du profil d'un pied d'aube respectivement avant l'opération de chanfreinage (figure 3), après l'opération de chanfreinage (figure 4) et après l'opération de brossage (figure 5), conformément à la présente invention. La figure 6 montre, dans une vue schématique en perspective, un exemple de module de fixation d'une aube destiné à être logé dans un sup- port mobile de pièces, intégré à la machine outil de la figure 1. Les figures 7A et 7B représentent, dans une vue en perspective schématique, respectivement les deux coquilles intrados et extrados que comporte le module de fixation de la figure 6. Sur la figure 1, on a représenté, sous la forme d'un schéma synoptique, 10 une machine outil à commande numérique 1, conforme à la présente invention, pour l'ajustage du contour d'une pièce usinée. Dans la suite, à titre d'exemple illustratif mais non limitatif, on considère l'ajustage du contour complexe 2 du profil 3 d'un pied 4 d'une aube 5 de turbine haute pression pour moteur d'avion (figure 2). 15 En outre, dans cet exemple, le contour 2 du profil 3 du pied d'aube 4 présente, avant ajustage, une arête principale saillante 6 dont l'angle intérieur a est sensiblement droit (soit égal à 900). Autrement dit, la courbure du contour, définie dans un plan orthogonal à ce dernier, comporte un angle droit (figure 3). 20 Comme le montre la figure 1, la machine outil 1 de l'invention comporte les moyens suivants : des moyens 7 pour fixer une aube 5 sur la machine outil 1, qui sont montés rotatifs autour d'un axe longitudinal L ; des moyens 8 (désignés par la suite palpeur) pour palper le contour prédé- 25 terminé 2 d'un profil du pied de l'aube fixée 5, de manière à détecter un point d'origine O prédéfini sur ce contour 2 (figure 2) ; des moyens 9 pour chanfreiner l'arête principale 6 du contour 2 du pied 4 à partir du point d'origine O détecté, de manière à obtenir deux arêtes saillantes auxiliaires 10 dont les angles intérieurs 13 associés sont respectivement 30 supérieurs à l'angle intérieur a de l'arête principale 6 (figure 4) ; des moyens 11 pour brosser les arêtes auxiliaires 10 obtenues après chan-freinage, afin de parfaire l'ajustage du contour 2 du profil du pied 4 ; et des moyens 12 de commande automatique des moyens 7, du palpeur 8, des moyens 9 pour chanfreiner ainsi que les moyens 11 pour brosser, aux- quels ils sont reliés respectivement par les liaisons L1 à L4. Comme le montre la figure 1, les moyens de commande automatique comportent une interface homme/machine 13 par l'intermédiaire de laquelle peut être configuré, par un opérateur qualifié, un programme pour l'ajustage du contour 2 du pied d'aube 4. Un tel programme, sauvegardé dans une mé- lo moire 14 des moyens 12, comporte une suite d'instructions de mouvements et/ou d'actions. Au cours de la configuration du programme d'ajustage, l'opérateur défi-nit les caractéristiques de la trajectoire à suivre par les moyens pour chanfreiner 9 en fonction du contour 2 du pied 4. L'origine de la trajectoire est déter- 15 minée par le point d'origine O prédéfini que le palpeur détecte sur le pied 4. En outre, tel qu'illustré sur la figure 1, les moyens 7 comprennent un support mobile 15 de forme rectangulaire, apte à tourner autour de l'axe longitudinal L. Le support 15 comporte plusieurs logements 16 identiques qui sont ménagés dans celui-ci et qui sont destinés à recevoir chacun un module de 20 fixation 21 amovible (chaque logement comportant une forme complémentaire au module de fixation 21). Sur la figure 1, quatre logements 16 sont par exemple représentés, de sorte que le support 15 peut accueillir quatre modules de fixation 21 (soit quatre aubes 5 à ajuster). En outre, comme le montrent les figures 6, 7A et 7B, chaque module de 25 fixation 21, apte à maintenir fermement une aube 5, comporte deux coquilles 22 et 23 complémentaires destinées à s'appliquer respectivement sur l'intrados et l'extrados de l'aube 5 pour enserrer l'ailette 5A de cette dernière. Par la suite, les coquilles 22 et 23 (jouant le rôle de bras de maintien) sont respectivement désignées coquille intrados et coquille extrados. 30 Les coquilles 22 et 23 sont articulées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une charnière 24, de sorte que le module de fixation 21 peut s'ouvrir pour accueillir une aube 5 et se refermer pour l'enserrer, et inversement. Une vis de serrage 25, montée sur la coquille intrados 22 et destinée à être vissée dans un évidement 26 correspondant de la coquille extrados 23, permet de joindre les extrémités libres 22A et 23A des coquilles 22 et 23 respectivement, une fois l'aube 5 correctement positionnée. Ainsi, cette dernière peut être maintenue enserrée par le module de fixation 21. La coquille intrados 22 comporte trois ergots internes 27A (également désignés organes de contact) en saillie sur sa face interne 22B, qui sont destinés à s'appliquer sur l'intrados de l'aube 5. De façon semblable, la coquille extrados 23 comprend trois ergots in-ternes 27A en saillie sur sa face interne 23B aptes à s'appliquer sur l'extrados de l'aube 5. Autrement dit, le module de fixation 21 comporte six ergots internes 27A qui forment six surfaces de contact réduites avec l'aube 5, diminuant ainsi le risque de recristallisations du matériau formant cette dernière. Il est à noter que l'extrémité d'au moins certains des ergots internes 27A peut être conformée pour épouser la surface correspondante de l'aube 5 (intrados ou extrados). Dans l'exemple, les ergots 27A sont montés amovibles sur les coquilles 22 et 23, afin de pouvoir être ajustés et/ou remplacés par des ergots d'un au- tre type adapté à une autre forme d'aube. Autrement dit, dans ce cas, le module de fixation 21 peut accueillir différentes formes d'aube, par simple ajustement et/ou remplacement des ergots internes. En outre, la coquille extrados 23 comporte un ergot externe 27B, en saillie sur une de ses faces externes, sur lequel peut reposer le pied 4 de l'aube 5. Grâce au module de fixation 21, le contour 2 du profil 3 du pied 4 à ajuster est dégagé et devient dès lors accessible pour subir les opérations d'ajustage décrites par la suite. De plus, le module de fixation 21 comporte deux échancrures 28, prati- quées respectivement dans la paroi de chacune des coquilles 22 et 23. Cha- que échancrure 28 peut recevoir l'extrémité libre d'une languette de blocage 29 montée pivotante, à son autre extrémité, sur un des bords d'un logement 16 du support mobile 15. Ainsi, l'aube 5 à ajuster est préalablement enserrée dans le module de fixation 21, après avoir été correctement positionnée à l'intérieur de celui-ci. Le module de fixation 21 est ensuite logé dans un des logements 16 du support 15, les languettes de blocage 29 correspondantes étant rabattues. Pour fixer le module 21 au support 15, les languettes 29 sont amenées dans les échancrures 28 correspondantes du module 21. Par ailleurs, dans l'exemple de la figure 1, le palpeur 8 comporte une 10 tête de palpage 8A montée sur un bloc mobile 8B. Le bloc mobile 8B du palpeur 8 est apte à se déplacer suivant trois axes X, Y, Z, deux à deux orthogonaux. Les directions des axes X et Y définissent un plan de déplacement horizontal du bloc mobile 8 et la direction de l'axe Z caractérise un déplacement vertical de celui-ci. 15 Avantageusement, l'axe longitudinal L de rotation du support 15 est agencé orthogonalement à l'axe Z. Bien évidemment, d'autres dispositions des axes X, Y, Z et L sont également envisageables. Le palpeur 8 permet d'étalonner le programme d'ajustage en repositionnant les moyens 9 sur le point d'origine O prédéfini pour chaque pied 4 20 d'aube à ajuster, ce qui permet de tenir compte des écarts dimensionnels en- tre les différents pieds d'aube successivement ajustés. En outre, dans cet exemple, les moyens 9 pour chanfreiner se présentent sous la forme d'une fraise à chanfreiner 9A (par exemple une fraise à carbure), dont l'angle de pointe e est égal à 90°. La fraise à chanfreiner 9A 25 est montée sur un bloc mobile 9B, semblable à celui du palpeur 8, de sorte qu'elle peut également être déplacée selon les trois axes X, Y et Z. Préalablement à l'opération de chanfreinage, la fraise 9A, commandée automatiquement par les moyens de commande 12, est avantageusement positionnée au point d'origine O prédéfini, orthogonalement au profil 3 du pied 30 4 à ajuster. Ainsi, comme le montre la figure 4, on obtient, après chanfreinage, des arêtes auxiliaires 10 dont les angles intérieurs 13 associés sont identiques et égaux à 135°. De plus, la profondeur p du chanfrein 18 réalisé, correspondant à la distance séparant le sommet de l'arête principale 6 de la surface biseautée 19, suivant une direction orthogonale à cette dernière, est déterminée lors de la configuration préalable du programme d'ajustage. Comme illustré sur les figures 4 et 5, quelle que soit la profondeur p du chanfrein 18 réalisé, le chanfreinage conforme à l'invention entraîne l'apparition d'une ligne de chanfrein rectiligne 20 sur la courbure du contour 2 définie dans un plan orthogonal à ce dernier, cette ligne de chanfrein 20 étant d'autant plus longue que la profondeur p du chanfrein 18 est importante. Le brossage des arêtes auxiliaires 10 permet par la suite de réduire la longueur de la ligne de chanfrein 20. Par ailleurs, les moyens de brossage 11 comportent une brosse circu- faire rotative 11A à poils ondulés qui est mise en rotation par l'intermédiaire d'un arbre d'entraînement longitudinal 11B orthogonal à la direction générale des poils ondulés. En outre, dans l'exemple de la figure 1, l'arbre d'entraînement 11B est sensiblement parallèle à l'axe Z. L'ensemble formé par la brosse 11A et par l'arbre d'entrainement 11B est monté sur un bloc mobile 11C semblable à ce-lui du palpeur 8, de sorte que la brosse peut être déplacée suivant les axes X,Y et Z. Dans l'exemple décrit, la combinaison des moyens de brossage 11, mobiles 11 suivant les axes X, Y et Z, et des moyens 7, montés rotatifs autour de l'axe longitudinal L, permet d'ajuster précisément la position relative de la brosse 11A par rapport aux arêtes auxiliaires 10, de manière à maintenir le plan de rotation des poils ondulés de la brosse 11A sensiblement parallèle à la portion en cours de brossage de chacune des arêtes auxiliaires 10. En effet, on peut adapter, par rotation du support mobile 15, l'inclinaison du contour 3o 2 du profil 3 à brosser par rapport au plan de rotation de la brosse 11A. Ainsi, la machine outil 1 de l'invention ne comporte, avantageusement, que quatre axes de déplacement (X, Y, Z, L), de sorte que sa conception et sa fabrication en sont grandement facilitées. Par ailleurs, comme le montre la figure 3, dés que les opérations de chanfreinage et de brossage ont été effectuées, la ligne de chanfrein 20 est réduite et la courbure du contour 2 du profil 3, dans un plan orthogonal audit contour 2, présente une forme sensiblement arrondie. Grâce à l'invention, le chanfrein 18, obtenu sur le contour 2 du profil 3 du pied d'aube 4, est régulier et les arêtes auxiliaires 10 sont émoussées de 10 façon sensiblement identique sur l'ensemble du contour 2. En outre, la machine outil 1 peut répéter à l'identique les opérations de chanfreinage et de brossage précitées sur une multitude de pieds d'aube, de sorte que l'on obtient des pieds d'aube présentant des contours ajustés sensiblement similaires entre eux. Ainsi, on facilite le montage de la turbine à 15 haute pression, tout en améliorant sa fiabilité (le risque de rupture des pièces étant réduit). De surcroît, l'invention ne nécessite qu'une seule prise d'un pied d'aube à ajuster (contrairement aux opérations d'ajustage réalisées manuellement), ce qui permet de réduire le temps requis pour l'ajustage. 20 Par ailleurs, on pourra remarquer que la machine outil 1 de la présente invention peut également être mise en oeuvre pour brosser une ou plusieurs portions d'une pièce, conformément à l'opération de brossage décrite précédemment, sans mise en oeuvre de l'opération de chanfreinage. REVENDICATIONS1. Procédé pour l'ajustage d'un contour (2) prédéterminé d'une pièce (4) comprenant une arête saillante principale (6) définie par un angle intérieur (a ) déterminé, caractérisé par le fait que l'on effectue les étapes successives suivantes : A/ on chanfreine l'arête principale du contour (2), de manière à obtenir deux arêtes saillantes auxiliaires (10) dont les angles intérieurs ((3 ) associés sont respectivement supérieurs à l'angle intérieur (a) de l'arête principale (6) ; et B/ on émousse les arêtes auxiliaires (10) obtenues, pour parfaire l'ajustage du contour (2) de la pièce (4). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les étapes N et B/ sont mises en oeuvre automatiquement. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans le- quel on fixe préalablement la pièce (4) à ajuster à des moyens (7, 15, 16, 21) montés rotatifs autour d'un axe (L). 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel, préalablement à la mise en oeuvre de l'étape N, on palpe le contour (2) prédéterminé de la pièce (4), pour déterminer un point d'origine (0) prédéfini sur ce contour (2) à partir duquel le chanfreinage de l'étape N est amorcé. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans le-quel les angles intérieurs (13) associés respectivement aux arêtes auxiliaires (10), obtenues après la mise en oeuvre de l'étape AI, sont identiques. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans le- quel l'étape B/ est réalisée par brossage des arêtes auxiliaires (10) au moyen d'une brosse circulaire rotative (11A) à poils ondulés, entraînée en rotation par un arbre longitudinal (11B) sensiblement orthogonal, d'une part, à la direction générale des poils ondulés et, d'autre part, à la portion en cours de brossage de chacune des arêtes auxiliaires (10). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans le-quel la pièce (4) à ajuster est un pied d'aube d'une turbine à haute pression pour moteur d'avion. 8. Machine outil pour l'ajustage d'un contour (2) prédéterminé d'une pièce (4) comprenant une arête saillante principale (6) définie par un angle intérieur (a ) déterminé, caractérisée par le fait qu'elle comporte : des moyens (9) pour chanfreiner l'arête principale (6) du contour (2), de manière à obtenir deux arêtes saillantes auxiliaires (10) dont les angles intérieurs ((3 ) associés sont respectivement supérieurs à l'angle intérieur(a) de l'arête principale (6) ; des moyens (11) pour émousser les arêtes auxiliaires (10) obtenues, afin de parfaire l'ajustage du contour (2) de la pièce (4) ; et des moyens (12) pour commander automatiquement les moyens (9) pour 15 chanfreiner et les moyens (11) pour émousser. 9. Machine outil selon la revendication 8, comportant des moyens (7, 15, 16, 21), montés rotatifs autour d'un axe (L), auxquels est fixée la pièce (4) à ajuster et comportant au moins un module de fixation (21) amovible apte à enserrer la pièce (4) à ajuster. 20 10. Machine outil selon la revendication 9, dans laquelle le module de fixation (21) comporte des organes de contact (27A, 27B) destinés à s'appliquer sur la pièce (4) à ajuster.