Brevet FR2961358A1 — publié le 20111216

Rallonge pour appareil d'entraînement motorisé, et outillage correspondant La présente invention est relative à une rallonge pour un appareil d'entraînement motorisé muni d'un arbre de sortie entraîné en rotation et en translation. L'invention s'applique à diverses opérations qui nécessitent une rotation et une course d'avance d'un matériel indépendamment l'une de l'autre ou avec une combinaison des mouvements de rotation et d'avance. II peut s'agir d'opérations de vissage/dévissage, d'opérations d'usinage telles que le perçage, l'alésage, le fraisurage, le lamage, le rainurage, le surfaçage, le chanfreinage, l'ébavurage, le meulage, etc. II peut encore s'agir du déplacement de capteurs ou d'instruments de mesure, de contrôle ou de visualisation, ou bien du déplacement synchrone d'une fonction secondaire telle que l'apport ou le retrait d'un fluide (soufflage, aspiration, lubrification, ....) associée à un autre process en mouvement. Dans ce qui suit, l'invention sera décrite dans le contexte d'une opération multiple de perçage/alésage en une seule passe. Le but de l'invention est de conférer à l'outillage une grande simplicité d'emploi, une grande sécurité et un grand confort pour l'utilisateur, ainsi qu'une très bonne ergonomie, notamment pour des travaux d'usinage de précision à réaliser dans des zones à faible accessibilité. A cet effet, l'invention a pour objet une rallonge pour un appareil d'entraînement motorisé muni d'un arbre de sortie entraîné en rotation et en translation, caractérisée en ce qu'elle comprend deux sous-ensembles libres en rotation et en translation l'un par rapport à l'autre, à savoir : - un sous-ensemble intérieur qui comprend un flexible de transmission de couple et d'effort de poussée, muni à son extrémité proximale d'un premier connecteur d'entrée de couple adapté pour se fixer sur un embout de fixation de l'arbre de sortie de l'appareil, et à son extrémité distale d'une attache d'outil ; et - un sous-ensemble extérieur qui comprend une gaine entourant le flexible avec un jeu radial, cette gaine ayant ou pouvant prendre une forme non rectiligne ; - la gaine comportant à son extrémité proximale des moyens proximaux de fixation au corps de l'appareil d'usinage ; - la rallonge comprenant en outre un guide d'outil rigide fixé de façon amovible à l'extrémité distale de la gaine. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention : - la gaine porte à son extrémité distale un embout rigide de fixation du guide d'outil ; - la gaine est flexible ; - la gaine porte, dans sa région distale, une poignée munie d'au moins un organe de commande de l'appareil d'entraînement ; - le flexible et l'attache d'outil sont creux ; - une bague de contre-appui est disposée dans le conduit central du flexible, au voisinage de chaque extrémité du flexible, au droit du raccordement de celui-ci avec, respectivement, ledit premier connecteur d'entrée de couple et l'attache d'outil ; - le flexible comporte une pluralité de nappes de fils d'acier à ressort précontraintes pendant l'enroulement au voisinage de leur seuil de rupture et enroulées en hélice, les nappes successives ayant des pas opposés ; - la rallonge comprend en outre une pré-rallonge qui comprend elle-même : . un arbre de transmission de couple et d'effort de poussée muni à son extrémité proximale d'un second connecteur d'entrée de couple identique en configuration audit premier connecteur d'entrée de couple, et à son extrémité distale d'un second embout de fixation identique en configuration à l'embout de fixation dudit arbre de sortie ; et . un tube rigide (26) de guidage de l'arbre de transmission en rotation et en translation, ce tube comportant à son extrémité proximale des moyens de fixation au corps de l'appareil d'entraînement, et à son extrémité distale des moyens de fixation de l'extrémité proximale de la gaine ; - le guide d'outil est muni d'une butée à billes ou à aiguilles, et le flexible porte au voisinage de son extrémité distale un relief adapté pour coopérer avec cette butée pour limiter la course d'avance de l'outil ; - un ou plusieurs des éléments suivants : le flexible, la gaine, l'arbre de transmission et le tube rigide de guidage, sont monoblocs avec leurs moyens de fixation respectifs ; et - au moins une bague-palier est interposée entre le flexible et la gaine qui entoure le flexible. L'invention a également pour objet un outillage qui comprend : - un appareil d'entraînement motorisé muni d'un arbre de sortie entraîné en rotation et en translation, cet arbre étant équipé d'un premier embout de fixation et le corps de l'appareil étant équipé d'un premier manchon de fixation ; - une rallonge telle que définie ci-dessus, ledit premier connecteur d'entrée de couple étant adapté pour se fixer sur ledit embout de fixation et lesdits moyens proximaux de fixation étant adaptés pour se fixer sur ledit premier manchon de fixation ; et - au moins un outil adapté pour être fixé à l'attache d'outil. Suivant d'autres caractéristiques de cet outillage : - l'appareil d'entraînement comporte un capot insonorisé ; - l'appareil d'entraînement comporte des moyens de liaison à une structure fixe de support ; et - l'outil est un outil d'usinage. Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins annexés, sur lesquels : la Figure 1 représente en perspective un outillage d'usinage conforme à l'invention ; la Figure 2 est une vue partiellement en coupe longitudinale de l'appareil d'entraînement motorisé et de la rallonge de cet outillage ; la Figure 3 est une vue en coupe longitudinale et en perspective de la partie distale de la rallonge ; la Figure 4 représente en coupe longitudinale le raccordement de la rallonge à l'appareil d'entraînement motorisé ; la Figure 5 représente le flexible équipé d'un outil d'usinage ; la Figure 6 est une vue prise en coupe longitudinale suivant la ligne VI-VI de la Figure 5; la Figure 7 représente en perspective la partie d'extrémité distale du flexible équipée de l'outil d'usinage ; la Figure 8 représente le flexible de la rallonge ; la Figure 9 est une vue prise en coupe transversale suivant la ligne IX-IX de la figure 8; la Figure 10 représente, avec arrachement, la structure de la gaine flexible ; la Figure 11 représente la partie distale de la rallonge ; la Figure 12 est une vue en coupe illustrant une utilisation de l'outillage ; la Figure 13 représente en coupe axiale une variante, l'outil étant rétracté ; et la Figure 14 est une vue analogue à la Figure 13, l'outil étant sorti. L'outillage d'usinage 1 représenté sur la Figure 1 est destiné à réaliser des opérations multiples de perçage/alésage de trous ou d'avant-trous dans une plaque, notamment métallique ou en matériau composite, qui fait typiquement partie d'un avion en cours de construction. L'outillage 1 comprend une machine d'entraînement motorisée 2 à entraînement pneumatique, une première rallonge rigide 3, une seconde rallonge flexible 4, un canon de guidage d'outil 5 et un outil d'usinage 6. La machine 2 comprend un appareil d'entraînement motorisé 7 (Figure 2) entouré d'un capot d'insonorisation 8. L'appareil 7 est entraîné pneumatiquement via un tuyau flexible 9 d'alimentation en air comprimé, et l'échappement de l'air s'effectue à travers des silencieux 10 prévus sur le capot 8. L'appareil 7 est également alimenté en lubrifiant via un tuyau 10A. Le capot 8 est muni d'un portique 11 de suspension à une structure fixe S de l'atelier d'usinage. L'appareil 7 est un appareil connu en soi pour l'essentiel, muni d'un arbre de sortie entraîné à la fois en rotation et en avance/recul suivant son axe, sur une course prédéterminée réglable. Des exemples de tels appareils sont l'appareil décrit dans le US-A-4 752 161 et l'appareil commercialisé par la société RECOULES sous la référence 20952. C'est ce dernier appareil qui est illustré sur la figure 2. Pour les besoins du présent mémoire, il suffit de préciser que l'appareil 7 comporte un corps 12 qui contient des moyens, par exemple pneumatiques, d'entraînement en rotation et en avance/recul d'un arbre de sortie 13 (Figure 4). L'arbre 13 est creux et muni à son extrémité distale d'un embout de vissage femelle 14. La partie distale de l'arbre 13 est entourée, avec un jeu radial, par un manchon adaptateur 15 fixé sur le corps 12 et pénétrant dans une ouverture de sortie 12A de celui-ci. L'extrémité distale du manchon 15 est équipée d'une bague d'indexage 17 librement rotative grâce à un jeu de billes 16. La partie distale de cette bague 17 présente un filetage intérieur 18. Le canal central 19 de l'arbre 13 est alimenté en lubrifiant par son extrémité proximale, de façon classique. La rallonge rigide 3 est constituée de deux sous-ensembles rigides indépendants l'un de l'autre, à savoir un sous-ensemble rigide intérieur 20 et un sous-ensemble rigide extérieur 21 qui entoure à distance le sous-ensemble 20. Le sous-ensemble 20 est constitué d'un tube rigide 22 muni à son extrémité proximale (Figure 4) d'un embout mâle de vissage 23 adapté pour coopérer avec l'embout 14 de l'arbre 13, et à son extrémité distale d'un embout femelle de vissage 24 identique en configuration à l'embout 14. Les embouts 23 et 24 présentent chacun un alésage central de même diamètre. Le tube 22 est fixé aux embouts 23 et 24 par collage. Le sous-ensemble rigide extérieur 21 est constitué d'un tube rigide extérieur 26 muni à chaque extrémité d'un manchon de raccordement auquel il est fixé par collage. Le jeu entre le tube rigide 22 et le tube rigide 26 est maintenu grâce à des bagues-paliers 22A (Figure 4). Le manchon proximal 27 (Figure 4) forme une tulipe évasée vers l'arrière et munie à son extrémité proximale d'un filetage extérieur adapté pour coopérer avec le filetage 18 de la bague 17. Le manchon distal 28 (Figure 2) présente un filetage intérieur analogue au filetage 18. La rallonge flexible 4 est constituée de deux sous-ensembles flexibles indépendants l'un de l'autre, à savoir un sous-ensemble flexible intérieur 30 et un sous- ensemble flexible extérieur 31 qui entoure à distance le sous-ensemble 30. Le sous-ensemble 30 (Figures 5 à 7) est constitué d'un flexible 32 creux, adapté pour transmettre les couples et les efforts de poussée et de traction. Sur chaque extrémité de ce flexible est serti un embout de raccordement. L'embout proximal 33, qui forme un connecteur d'entrée de couple, possède la même configuration de vissage que l'embout 23 du sous-ensemble rigide 20, tandis que l'embout distal 34 forme une attache d'outil et comporte un taraudage adapté pour recevoir l'embase filetée creuse 35 de l'outil d'usinage 6. L'embout 34 présente extérieurement deux méplats 36 permettant de le maintenir pendant le vissage de l'embase 35. Le flexible 32 (Figures 8 et 9) est réalisé par enroulement en hélice, sous forte précontrainte, de plusieurs nappes alternées 32A de fils d'acier à ressort. Lors de l'enroulement, ces fils sont tendus bien au delà de leur limite d'élasticité, au voisinage de leur seuil de rupture, pour assurer la plus grande cohésion possible des différentes spires entre elles. Les hélices successives ont des pas de sens opposés. L'hélice intérieure est enroulée sur un mandrin, lequel est ensuite retiré pour définir le canal central 32B du flexible. Malgré le retrait du mandrin, la cohésion de l'ensemble reste assuré grâce à la tension résiduelle présente dans les fils d'acier. Dans cet exemple, on utilise 25 fils, de diamètre 0.6 mm, répartis en cinq nappes ayant chacune cinq fils. Deux bagues 32C sont placées à l'intérieur du canal 32B au niveau des pièces 33 et 34, afin de servir de contre-appui lors du sertissage de ces pièces sur les extrémités du flexible, ce sertissage renforçant encore davantage la cohésion de l'ensemble 30. Le sous-ensemble flexible extérieur 31 (Figures 2, 3 et 10) est constitué d'une gaine flexible 37 sur chaque extrémité de laquelle est fixé par collage un manchon de raccordement. Les manchons de raccordement proximal 38 et distal 39 ont respectivement la même configuration de vissage que les manchons 27 et 28 de la rallonge rigide 3. Comme représentée sur la Figure 10, la gaine 37 peut être une gaine en caoutchouc type G de la société SUHNER, et comprend une hélice en acier plat 40 entourée d'une enveloppe 41 en fibre textile, elle-même entourée d'une double couche de Néoprène®42. Le jeu radial entre la gaine 37 et le flexible 32 est suffisamment petit pour éviter un flambage excessif du flexible 32 à l'intérieur de la gaine, et suffisamment grand pour éviter un frottement excessif entre ces deux éléments. Dans l'exemple illustré, ce jeu est d'environ 0,2 mm. Ce jeu est maintenu grâce à des bagues-paliers 32D (Figure 12) interposées entre le flexible 32 et la gaine 37. Les bagues-paliers 32D sont dans un matériau thermo rétractable. Elles sont disposées autour du flexible 32 puis chauffées afin de se plaquer solidairement contre le flexible 32. En variante, ces bagues paliers 32D sont des bagues fendues. Le canon 5 est une pièce rigide qui comporte une partie proximale 43 de grand diamètre (Figure 12) vissée sur le manchon 39, une partie intermédiaire 44 de diamètre plus petit ajourée par plusieurs lumières longitudinales 45, et une partie distale 46 de petit diamètre, adaptée pour guider l'outil 6. Un épaulement radial extérieur 47 est prévu entre les parties 44 et 46. Un tube capillaire flexible 48 s'étend le long des deux rallonges 3 et 4, de l'embout 23 à l'embase 35 de l'outil 6, afin de conduire le lubrifiant de l'appareil 7 à l'outil 6. Ce dernier comporte un conduit axial 49 (Figure 6) qui traverse l'embase 35 et une partie de la mèche de l'outil, et qui débouche par un orifice 49A dans une goujure 49B ménagée dans la surface latérale de cette mèche. Le conduit 49 se prolonge le long de la mèche et débouche par un autre orifice 49C près de l'extrémité distale de la gougeure 49B. Pour assembler l'outillage, on enfile le tube 48 dans le tube rigide 22, on visse l'embout 23 sur l'embout 14, on enfile ensuite le tube 48 dans le flexible 32, avec les bagues 32C qui assurent un guidage de ce tube 48 dans ce flexible 32. On visse ensuite l'embout 33 sur l'embout 24 et l'embase 35 de l'outil sur l'embout 34. Ensuite, on enfile le tube 26 en passant autour de l'outil 6, du flexible 32 et du sous-ensemble 20 jusqu'à visser le manchon 27 sur la bague 17. Enfin, on enfile le sous-ensemble flexible extérieur 31 en passant autour de l'outil 6 et du flexible 32 jusqu'à visser le manchon 38 sur le manchon 28, on enfile le canon 5 sur l'outil et on le visse sur le manchon 39. Comme on le voit sur la Figure 11, la gaine 37 de la rallonge 4 est entourée au voisinage de son extrémité distale par une poignée 50 de préhension et de commande (non représentée sur les autres figures) munie de deux boutons de commande 50A. Cette poignée est reliée à l'appareil 7 par des tuyaux 51 et est agencée de façon qu'en cas de relâchement de l'un au moins des boutons 50A, l'appareil 7 est mis automatiquement à l'arrêt. En variante, une commande au pied de l'appareil 7 peut être utilisée. La Figure 12 illustre l'utilisation de l'outillage pour réaliser une série de perçages/alésages dans deux plaques ou tôles 54, 55 accolées, en vue d'assembler mécaniquement ces deux pièces par rivetage, boulonnage, .... Pour cela, une grille de guidage 56 est positionnée sur la pièce 54. Cette grille possède une série de trous cylindriques 57 ayant comme diamètre le diamètre extérieur de la partie distale 46 du canon 5. Chaque trou comporte un lamage 58 à son extrémité adjacente à la pièce 54 pour un meilleur stockage des copeaux pendant l'usinage. L'outil 6 étant rétracté dans le canon 5, l'opérateur insère la partie 46 de celui-ci dans un trou 57, jusqu'à ce que l'épaulement 47 bute contre la grille. Cette opération est rendue aisée par la flexibilité de la rallonge 4 et, éventuellement, par la suspension du portique 11 (Figure 1), qui permet à l'appareil 7 de s'orienter de lui-même vers le point de travail. De plus, la présence de la bague 17 (figure 4) permet d'éviter tout risque de déconnexion intempestive des rallonges par torsion de la gaine 37 et donne un degré de liberté supplémentaire pour la manipulation de l'outillage par l'opérateur. Puis l'opérateur enfonce simultanément les boutons 50A de la poignée 50, ce qui déclenche un cycle de travail préréglé : entraînement en rotation de l'outil et, simultanément, entraînement en translation de cet outil avec une course et une vitesse d'avance prédéterminées, puis retour automatique, avec arrêt progressif de la rotation, jusqu'à la position de départ. Le perçage est ainsi réalisé de façon précise, sans vibration, sans danger et sans effort pénible pour l'opérateur. Il est à noter que l'élasticité de la rallonge 4 et le poids de la main de l'opérateur et de l'outillage lui-même suffisent généralement pour bloquer le canon en position pendant le perçage et reprendre l'effort axial. De plus, le travail est rendu moins pénible par l'éloignement de l'appareil 7. Cet éloignement a permis de prévoir un carénage et l'utilisation des silencieux 10, qui sont des équipements encombrants qui ne pourraient pas être installés si l'utilisateur devait porter l'appareil 7. En variante, la rallonge rigide 3 peut ne pas être utilisée, auquel cas la rallonge flexible 4 est directement raccordée sur la sortie de l'appareil 7. En variante également, la rallonge 4 peut être non rectiligne mais rigide, par utilisation d'une gaine 37 rigide ayant la configuration désirée pour atteindre un emplacement de travail peu accessible. En variante également, la bague 17 (figure 4) peut être supprimée, le manchon 27 se vissant alors directement sur le manchon 15. Comme on le comprend, plusieurs outillages similaires peuvent être utilisés simultanément, par exemple en étant portés par un robot. En variante encore, un ou plusieurs des sous-ensembles 20, 21, 30 et 31 peuvent être réalisés sous forme monobloc. Les Figures 13 et 14 représentent une variante adaptée au fraisurage avec réalisation, à l'entrée du perçage, d'un évasement conique destiné à recevoir une tête d'organe de fixation. Dans cette variante, le canon est muni, juste derrière l'épaulement 47, d'une butée à aiguilles annulaire 60 maintenue par un circlips 61. De plus, l'embout distal 34 comporte un tronçon fileté 62 sur lequel sont vissés de façon réglable un écrou de butée 63 et un contre-écrou de blocage 64. Ainsi, lorsque l'outil de fraisage 106 à cône 107 est rétracté (Figure 13), la distance entre l'écrou 63 et la butée 60 définit très précisément la course de l'outil. La course définie par l'appareil 7 est choisie légèrement supérieure à cette distance. Ainsi, lorsque l'écrou 63 arrive en contact avec la butée 60, la course complémentaire de l'appareil 7 est absorbée par un léger flambage du flexible 32, lequel se redresse au début de la course de retrait. REVENDICATIONS1.- Rallonge pour un appareil d'entraînement motorisé (12) muni d'un arbre de sortie (13) entraîné en rotation et en translation, caractérisée en ce qu'elle comprend deux sous-ensembles (30, 31) libres en rotation et en translation l'un par rapport à l'autre, à savoir : - un sous-ensemble intérieur (30) qui comprend un flexible (32) de transmission de couple et d'effort de poussée, muni à son extrémité proximale d'un premier connecteur d'entrée de couple (33) adapté pour se fixer sur un embout de fixation (14) de l'arbre de sortie de l'appareil, et à son extrémité distale d'une attache d'outil (34) ; et - un sous-ensemble extérieur (31) qui comprend une gaine (37) entourant le flexible (32) avec un jeu radial, cette gaine ayant ou pouvant prendre une forme non rectiligne ; - la gaine comportant à son extrémité proximale des moyens proximaux (38) de fixation au corps (12) de l'appareil d'usinage ; - la rallonge comprenant en outre un guide d'outil rigide (5) fixé de façon amovible à l'extrémité distale de la gaine. 2.- Rallonge selon la revendication 1, caractérisée en ce que la gaine (37) porte à son extrémité distale un embout rigide (39) de fixation du guide d'outil (5). 3.- Rallonge selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la gaine (37) est flexible. 4.- Rallonge selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la gaine (37) porte, dans sa région distale, une poignée (50) munie d'au moins un organe de commande de l'appareil d'entraînement (12). 5.- Rallonge selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce le flexible (32) et l'attache d'outil (34) sont creux. 6.- Rallonge selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'une bague de contre-appui (32C) est disposée dans le conduit central (32B) du flexible (32), au voisinage de chaque extrémité du flexible, au droit du raccordement de celui-ci avec, respectivement, ledit premier connecteur d'entrée de couple (33) et l'attache d'outil (34). 7.- Rallonge selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le flexible (32) comporte une pluralité de nappes (32A) de fils d'acier à ressort précontraintes pendant l'enroulement au voisinage de leur seuil de rupture et enroulées en hélice, les nappes successives ayant des pas opposés. 8.- Rallonge selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une pré-rallonge (3) qui comprend elle-même :. un arbre (20) de transmission de couple et d'effort de poussée muni à son extrémité proximale d'un second connecteur d'entrée de couple (23) identique en configuration audit premier connecteur d'entrée de couple, et à son extrémité distale d'un second embout de fixation identique en configuration à l'embout de fixation (14) dudit arbre de sortie (13) ; et . un tube rigide (26) de guidage de l'arbre de transmission (20) en rotation et en translation, ce tube comportant à son extrémité proximale des moyens (27) de fixation au corps (12) de l'appareil d'entraînement (7), et à son extrémité distale des moyens (28) de fixation de l'extrémité proximale de la gaine (37). 9.- Rallonge selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le guide d'outil (5) est muni d'une butée à billes ou à aiguilles (60), et en ce que le flexible (32) porte au voisinage de son extrémité distale un relief (63) adapté pour coopérer avec cette butée pour limiter la course d'avance de l'outil (106), 10.- Rallonge selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'un ou plusieurs des éléments suivants : le flexible (32), la gaine (37), l'arbre de transmission (20) et le tube rigide de guidage (26), sont monoblocs avec leurs moyens de fixation respectifs. 11.- Rallonge selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'au moins une bague-palier (32D) est interposée entre le flexible (32) et la gaine (37) qui entoure le flexible. 12.- Outillage d'entraînement, caractérisé en ce qu'il comprend : - un appareil d'entraînement motorisé (7) muni d'un arbre de sortie (13) entraîné en rotation et en translation, cet arbre étant équipé d'un premier embout de fixation (14) et le corps (12) de l'appareil étant équipé d'un premier manchon de fixation (15) ; - une rallonge (4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, ledit premier connecteur d'entrée de couple (23) étant adapté pour se fixer sur ledit embout de fixation (14) et lesdits moyens proximaux de fixation (27) étant adaptés pour se fixer sur ledit premier manchon de fixation (15) ; et - au moins un outil (6 ; 106) adapté pour être fixé à l'attache d'outil (34). 13.- Outillage d'entraînement selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'appareil d'entraînement comporte un capot insonorisé (8). 14.- Outillage d'entraînement selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que l'appareil d'entraînement comporte des moyens (11) de liaison à une structure fixe (S) de support. 15.- Outillage d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que l'outil (6 ; 106) est un outil d'usinage.