Brevet FR2961420A1 — publié le 20111223

Procédé d'usinage avec compensation de la dilatation de la pièce La présente invention concerne le domaine de l'usinage de pièces 5 métalliques et plus particulièrement se rapporte à un centre d'usinage à commande numérique. Un centre d'usinage a pour fonction d'usiner des pièces à partir d'ébauches, au moyen d'outils rotatifs en fraisage ou fixes en tournage, en suivant un 10 programme prédéfini. La pièce à usiner est fixée sur un porte-pièce et l'outil sur un porte-outil, les deux étant mobiles l'un par rapport à l'autre selon des axes déterminés dans un bâti fixe. Les mouvements sont pilotés par un organe de commande qui suit le programme défini par ordinateur. Un magasin, avec tous les outils nécessaires à chacune des phases de 15 l'usinage, est associé au porte-outil et est agencé pour permettre les changements requis de manière automatique. Pour la fabrication de pièces de grandes dimensions par usinage, on procède généralement en deux étapes : un usinage de semi-finition auquel 20 succède l'usinage de finition. Après la première étape, on procède au relevé des dimensions de la pièce par un outil palpeur et on détermine à partir de ces indications l'épaisseur de matière à enlever par l'usinage final. Les moyens d'usinage disposent des équipements automatiques pour effectuer la mesure dimensionnelle des pièces. 25 Cependant, l'usinage génère un échauffement de la pièce en raison de l'arrachement de copeaux de matière par l'outil. Ainsi pour respecter les tolérances précises sur les pièces, il est nécessaire : - soit d'attendre le refroidissement de la pièce pour procéder à la 30 mesure, mais cela augmente considérablement le temps de fabrication ; - soit de mesurer la température de la pièce et de prendre en compte le coefficient de dilatation linéaire du matériau dans la détermination de l'épaisseur de matière à enlever. La correction est par exemple de 0,013 mm par degré et par mètre entre 0 et 10° pour l'acier. 35 Un mode de correction connu consiste à utiliser une pièce étalon en matériau à faible coefficient de dilatation tel que le carbone à partir de laquelle on détermine l'écart dimensionnel à corriger. Dans la pratique actuelle, une mesure de température est effectuée manuellement par 40 l'opérateur à l'aide d'une sonde qui relève en même temps la dimension de la pièce. L'opérateur introduit ensuite dans la commande numérique les 2 valeurs de température et de géométrie relevées. Ces informations sont traitées par un algorithme approprié qui correspond à un tableau de valeurs adapté au diamètre théorique à obtenir et qui induisent un décalage de cote par une action sur les correcteurs des outils de la machine. Ces opérations, étant manuelles, nécessitent l'entrée de l'opérateur dans l'enceinte d'usinage du centre d'usinage avec les risques physiques que cela implique pour celui-ci: chocs, coupures, glissades, etc. 10 En outre, la mesure et l'entrée des données dans l'appareil de commande numérique se faisant manuellement, un risque d'erreur humaine est toujours possible, telle qu'une erreur de frappe lors de la saisie des données sur le clavier de l'appareil de commande. Il s'ensuit que, l'intervention humaine étant obligatoire, il n'est pas possible d'automatiser entièrement 15 l'opération d'usinage. Cela conduit à des pertes de productivité. La demanderesse s'est fixé comme objectif la mise au point d'un moyen de mesure de température automatique à l'intérieur de l'enceinte d'usinage, capable d'effectuer une pluralité de mesures à la fois sur la pièce à usiner et 20 sur un étalon. Il s'ensuit qu'un autre objectif est de réaliser un moyen suffisamment mobile afin qu'il puisse s'adapter aux différentes géométries de pièces et offrir ainsi une grande souplesse d'utilisation. 25 C'est ainsi qu'un procédé d'usinage d'une pièce, comprenant au moins une phase d'usinage en semi-finition et une phase d'usinage en finition, avec compensation de la dilatation thermique de la pièce survenue après l'étape de semi finition, 30 l'usinage étant effectué dans un centre d'usinage comprenant un porte-pièce, un porte-outil, un organe de commande et un magasin d'outils servant ledit porte-outil, est, conformément à l'invention, caractérisé par le fait que l'on dispose dans le magasin d'outils une sonde de température apte à être 35 montée sur le porte-outil, le procédé comprenant la mesure de la température de la pièce installée sur le porte-pièce après la phase d'usinage de semi finition, et la correction des paramètres d'usinage de la phase d'usinage de finition à partir des données de température fournies par le sonde de température. 40 3 Les sondes de température aptes à être montées sur le porte-outil d'une machine outil sont en soi connues mais leur application dans le cadre d'un procédé d'usinage en deux phases n'est suggérée nulle part. La solution de l'invention est à la fois simple à mettre en oeuvre et procure de nombreux avantages quant à la sécurité du personnel chargé de l'usinage et à la fiabilité et à la précision de cette opération. Avantageusement, les données de température sont transmises directement à l'organe de commande par un moyen de transmission sans fil, tel que de 10 type Bluetooth par exemple. Afin d' obtenir une référence géométrique, un étalon dimensionnel de géométrie correspondant à celle de la pièce à réaliser est intégré au porte-pièce. Conformément à une autre caractéristique, le procédé comprend la 15 mesure de la géométrie de l'étalon et de la pièce et l'incorporation des données ainsi obtenues pour déterminer la correction des paramètres d'usinage de phase d'usinage. Avantageusement, la mesure géométrique est effectuée au moyen d'un 20 palpeur géométrique monté sur le porte-outil, ledit palpeur étant apte à transmettre les données à l'organe de commande. Ainsi, globalement, le procédé de l'invention comprend les étapes suivantes après la phase d'usinage en semi-finition : 25 Chargement à partir du magasin d'outils du palpeur géométrique, Mesures géométriques par le palpeur, en plusieurs points, de l'étalon et de la pièce, Transmission des données à l'organe de commande, Remplacement du palpeur géométrique par la sonde de température, 30 Mesures de températures en plusieurs points de l'étalon et de la pièce Transmission des données de température à l'organe de commande, Calcul par le calculateur de l'organe de commande des corrections des paramètres d'usinage de finition, Remplacement de la sonde par un outil, 35 Usinage en finition. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront, à la lecture de la description qui suit faite en regard du dessin annexé donné à titre d'exemples non limitatifs sur lequel : 40 La figure 1 montre de manière schématique un centre d'usinage et les différents éléments principaux qui le composent. Un palpeur géométrique 4 ou une sonde de température est monté sur le porte-outil pendant la phase de mesure et de correction des paramètres d'usinage ; La figure 2 montre la même installation que la figure 1 avec un outil monté sur le porte-outil pendant la phase d'usinage. On a illustré le centre d'usinage 1 sur la figure 1 par un tour vertical. La description qui suit se rapporte à un tour mais l'invention ne se limite pas à ce type de centre d'usinage particulier. Il comprend un bâti 3 supportant l'ensemble des composants mécaniques. Sur ce bâti, est montée une table horizontale 5, apte à être mise en rotation autour d'un axe vertical R par un moyen d'entraînement approprié. La table 5 sert de support à la pièce à usiner P et forme avec le dispositif 6 de fixation de la pièce sur la table, un porte-pièce 7. Le dispositif 6 de fixation de la pièce sur la table permet un ajustement précis de la position de la pièce sur la table. Un étalon 8 sous la forme d'une piste d'étalonnage est ajouté au porte-pièce. Il est de préférence réalisé en un matériau de faible coefficient de dilatation ou au moins de coefficient de dilation plus faible que celui de la pièce à usiner, par exemple en carbone. Un porte-outil 9 est monté sur le bâti de manière à pouvoir être déplacé en translation par des moyens moteurs appropriés et non représentés, le long d'un axe vertical Z et selon une direction horizontale X. Il comprend une broche verticale sur laquelle est monté de manière amovible un outil d'usinage O, figure 2. L'outil adapté à la phase d'usinage en cours est chargé depuis un magasin d'outils 11 qui contient l'ensemble des outils nécessaires à l'usinage entrepris. Un organe de commande 13 de l'ensemble des composants de l'installation 1 comprend un calculateur intégrant le programme de l'usinage à effectuer et les différentes interfaces avec les capteurs, les moteurs et de saisie des données relatives aux paramètres d'usinage. L'invention a consisté à modifier le cycle d'usinage d'une pièce comprenant une phase d'usinage en semi-finition et une phase d'usinage en finition de manière à apporter de manière automatique les corrections nécessaires aux déplacements outils/pièce usinée en fonction de la température de la pièce après la phase d'usinage en semi-finition. On utilise dans ce but des capteurs qui sont agencés pour être portés par le porte-outil, comme on l'a représenté sur la figure 2, et qui sont capables de transmettre les données relevées à l'organe de commande (13). De tels capteurs sont en soi connus. Par exemple, un palpeur géométrique susceptible d'être utilisé dans le cadre du procédé de l'invention est le palpeur référencé RMP60 et commercialisé par la société Renishaw, une sonde de température susceptible également d'être utilisée est la sonde référencée TMP40 de la 5 même société. Le procédé de l'invention comprend les phases suivantes : Mise en place de l'ébauche de la pièce à obtenir sur le porte-outil (7) avec l'étalon (8) qui lui est associé et qui constitue le référentiel par rapport auquel les défauts de positionnement sont à compenser. Dans le cas du tournage, il s'agit d'une piste en carbone dont la géométrie est connue. On procède avant usinage à une étape de mesure par un palpeur géométrique (G) de manière à corriger la position de l'outil en fonction de l'écart de la pièce par rapport au référentiel. A ce stade, la pièce et l'étalon sont à la température ambiante. Après l'étape de correction le palpeur est remisé dans le magasin (11) pour son utilisation ultérieure ; Usinage en semi-finition jusqu'à obtenir une pièce dont la géométrie est proche de la pièce définitive mais qui a été chauffée par les frottements des outils et l'enlèvement de matière en copeaux ; Soufflage de la pièce afin d'éliminer les copeaux et les traces de liquide d'arrosage pouvant fausser les mesures ; Chargement, à partir du magasin (11), du palpeur géométrique G sur le porte-outil (9). Le palpeur est guidé par le porte-outil en plusieurs points prédéterminés de l'étalon et de la pièce de manière à relever les données géométriques locales. Ces données doivent permettre de relever des écarts éventuels par rapport au référentiel et les mesures géométriques de la pièce et de l'étalon. Les données ainsi relevées sont transmises, ici par radio, au récepteur (15) de l'organe de commande (13) et sont enregistrées dans un moyen de stockage de données approprié ; Remisage du palpeur géométrique dans le magasin (11) ; Saisie de la sonde de température (T) par le porte-outil (9). Le remplacement du palpeur par la sonde peut être effectué en un temps assez court, ce qui permet de considérer qu'il n'y a pas eu de variation de température sur la pièce entre-temps ; Le programme commande le déplacement du porte-outil de manière à assurer la mesure de la température en des points déterminés à la fois de l'étalon et de la pièce. Les données sont transmises ici également par radio au récepteur (15) de l'organe de commande (13) et sont enregistrées dans un moyen de stockage des données approprié ; Le calculateur de l'organe de commande établit à partir des données une table de corrections du déplacement de l'axe machine ; La sonde est remisée dans le magasin est remplacée par un outil sur le porte-outil ; La pièce est usinée en finition. On a décrit l'opération de correction de la commande d'un tour vertical mais le procédé s'applique de la même façon à tout centre d'usinage présentant des caractéristiques équivalentes. REVENDICATIONS1. Procédé d'usinage d'une pièce (P) comprenant une phase d'usinage de semi finition et une phase d'usinage de finition, avec compensation de la dilatation thermique de la pièce survenue après l'étape de semi finition, l'usinage étant effectué dans un centre d'usinage (1) comprenant un porte-pièce (7), un porte-outil (9), un organe de commande (13) et un magasin d'outils (11) servant ledit porte-outil, caractérisé par le fait que l'on dispose dans le magasin d'outils (11) une sonde de température (T) apte à être montée sur le porte-outil, le procédé comprenant la mesure de la température de la pièce (P) installée sur le porte-pièce (7) après la phase d'usinage de semi finition, et la correction des paramètres d'usinage de la phase d'usinage de finition à partir des données de température fournies par le capteur de température (T). 2. Procédé, selon la revendication précédente, selon lequel les données de température sont transmises directement à l'organe de commande (13) par un moyen de transmission sans fil. 3. Procédé, selon la revendication 1 ou 2, un étalon (8) de géométrie correspondant à celle de la pièce (P) à réaliser étant intégré au porte- pièce (7), comprenant la mesure de la géométrie de l'étalon et de la pièce et l'incorporation des données ainsi obtenues pour déterminer la correction des paramètres d'usinage de phase d'usinage. 4. Procédé, selon la revendication précédente, selon lequel la mesure géométrique est effectuée par un palpeur géométrique (G) monté sur le porte-outil (7), ledit palpeur étant apte à transmettre les données à l'organe de commande (13). 5. Procédé selon la revendication précédente comprenant les étapes suivantes après la phase d'usinage en semi-finition : a. Chargement, à partir du magasin, d'outils du palpeur géométrique, b. Mesures géométriques par le palpeur, en plusieurs points, de l'étalon et de la pièce, c. Transmission des données à l'organe de commande,d. Remplacement du palpeur géométrique par la sonde de température, e. Mesures de la température en plusieurs points de l'étalon et de la pièce f. Transmission des données de température à l'organe de commande, g. Calcul par le calculateur de l'organe commande des corrections des paramètres d'usinage de finition, h. Remplacement de la sonde par un outil, i. Usinage en finition.