Brevet FR2986450A1 — publié le 20130809

Procédé et dispositif d'usinage d'une pièce rectiligne longue de section constante ou quasi constante. La présente invention concerne l'usinage de pièces rectilignes à section constante ou quasi constante, ces pièces présentant une section relativement faible, typiquement moins de 300mm x 300mm, et une longueur relativement grande, typiquement supérieure à 3 m. Il s'agit notamment de pièces dont la matière s'usine avec des vitesses de coupe relativement lente (inférieure ou égale à 100 m/min, telles que des pièces en acier réfractaire, titane, alliage à base nickel. Pour usiner ce type de pièce à partir d'une pièce brute extrudée, il est connu d'utiliser une machine à commande numérique classique et d'usiner par fraisage. De telles machines sont très encombrantes. La pièce se déforme fortement pendant l'usinage et le processus nécessite de nombreux posages pour maîtriser les déformations et usiner toutes les faces de la pièce. L'ensemble du processus est difficilement automatisable. Le document US 7175376 fait connaître une machine d'usinage d'un rail fixé par sa base sur un banc sur lequel sont aussi disposé des glissières de guidage d'un porte-outil coulissant qui chevauche le rail à usiner. Des outils de coupe sont disposés symétriquement dans le porte-outil pour usiner symétriquement le rail. Ce procédé est adapté à un profil unique et l'on doit multiplier le nombre d'outils pour un usinage en une seule passe. L'invention vise à proposer un dispositif et un procédé élargissant le champ des applications. L'invention atteint son but grâce à un dispositif d'usinage pour usiner une pièce rectiligne à section constante ou quasi constante, du type comprenant un bâti permettant de fixer en son centre la pièce à usiner grâce à des moyens de fixation, et de supporter des moyens de guidage pour des moyens mobiles d'usinage comportant des outils disposés de manière à travailler de manière sensiblement symétrique sur la pièce, caractérisé en ce que le dispositif comporte : -deux unités d'usinage symétriques droite et gauche, mobiles suivant trois axes, et situées de part et d'autre d'une zone centrale d'usinage définie à l'intérieur du bâti, chaque unité portant au moins un outil d'usinage dirigé 35 vers le centre du bâti et portant à son extrémité une plaquette d'usinage, -des moyens hauts et bas de fixation de pièce agissant en opposition pour serrer la pièce dans une ou l'autre de plusieurs configurations, lesdits moyens comportant avantageusement deux rangées de vérins. De cette manière, les deux unités symétriques d'usinage peuvent 5 usiner indépendamment mais sensiblement en opposition symétrique la pièce maintenue par les moyens hauts et bas de fixation, dans des passes longitudinales. Lorsqu'une passe est faite dans un sens, il est avantageux d'en faire une autre dans l'autre sens, et pour cela, on prévoit que chaque unité porte l'outil d'usinage au moyen d'un porte-outil permettant un 10 pivotement de 180° en fin de passe. L'invention est plus particulièrement adaptée au cas où l'usinage est un rabotage. En effet, le travail en opposition symétrique permet d'éviter les déformations de pièce que les fortes contraintes locales dues au rabotage risqueraient d'engendrer en l'absence d'équilibrage des forces par le travail 15 symétrique. Le travail en rabotage étant environ 100 fois plus rapide que le fraisage, il en résulte moins d'échauffement local. Les moyens de refroidissement par liquide haute-pression et de lubrification de l'arête de coupe sont plus simples et du reste facilités du fait que l'outil de rabotage n'est pas un outil rotatif. L'ensemble du processus d'usinage n'étant 20 constitué que de passes longitudinales dans un sens ou dans l'autre, il est aisé de l'automatiser, de sorte que le temps et le coût de réalisation d'une pièce usinée est nettement moindre par rabotage dans le dispositif de l'invention que par fraisage conventionnel. L'automatisation est facilitée parce que, comme le rabotage symétrique sollicite moins la pièce, le 25 dispositif de bridage laisse donc plus de surface à usiner accessible à chaque posage. Il y a donc pas ou moins d'intervention humaine pour passer d'un posage à l'autre et un vireur prévu en bout de machine permet d'automatiser ce changement de posage. Enfin, le processus de rabotage symétrique permet aussi une diminution des coûts du fait que la durée de vie d'une 30 arête de coupe est très supérieure en rabotage parce que la coupe n'est pas interrompue et que l'arête subit moins d'entrées/sorties de matière génératrices de chocs physiques et thermiques. Chaque unité d'usinage peut comporter plusieurs broches équipées d'outils différents ou identiques. Elle peut comporter en particulier une 35 broche de rabotage et éventuellement une broche de fraisage. Chaque broche est équipée d'un système de changement d'outil qui lui permet d'utiliser des outils à une ou deux plaquettes, ou des outils à plaquette de taille ou de forme différente pour s'adapter au type d'usinage à effectuer. En particulier, on pourra utiliser pour l'usinage de tôle mince en porte-à- faux, un outil avec deux plaquettes. L'invention concerne aussi un procédé d'usinage pour usiner une pièce rectiligne à section constante ou quasi constante, du type selon lequel on fixe la pièce à usiner et on l'usine par des passes longitudinales utilisant des outils disposés de manière à travailler de manière sensiblement symétrique sur la pièce, caractérisé en ce qu'on serre la pièce par le haut et par le bas dans une ou l'autre de plusieurs configurations, et en ce qu'on l'usine au moyen d'outils d'usinage portés par deux unités d'usinage symétriques droite et gauche, mobiles suivant trois axes, et situées de part et d'autre de la pièce. De façon préférée, l'usinage pratiqué est un rabotage et avantageusement, après chaque passe, on retourne en fin de course les outils de rabotage pour effectuer la passe suivante en sens inverse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'un exemple de réalisation. Il sera fait référence aux dessins annexés sur lesquels : La figure 1 est une vue en perspective d'un banc d'usinage conforme à l'invention, montrant au centre la pièce à usiner maintenue verticalement dans son système de bridage et flanquée de deux unités d'usinage mobiles suivant 3 axes. La figure 2 est une vue de face du banc de la figure 1. La figure 3 est une vue en perspective d'une des deux unités d'usinage. La figure 4 est une vue de détail de la pièce bridée horizontalement et usinée de part et d'autre par un outil de rabotage monoplaquette. La figure 5 est une vue de détail de la pièce à usine bridée horizontalement et usinée de part et d'autre par un outil de rabotage à double plaquette. Les figures 1 et 2 montrent un banc d'usinage conforme à l'invention destiné à usiner une pièce 1 en titane, ici représentée sous forme d'un profil à âme et ailes, tel qu'un rail, maintenue verticalement dans un système de bridage 10 et flanquée de deux ensembles d'usinage symétriques 20. Le banc comporte une base 2 et un plafond 3 reliés par des colonnes verticales 4 qui définissent un bâti rigide et solide. Des rails inférieurs 6 et supérieurs 7 fixés au bâti permettent le guidage longitudinal de portiques d'usinage symétriques 21, droit et gauche, qui portent eux-mêmes des glissières verticales permettant de guider verticalement un chariot intermédiaire 23. Le chariot 23 porte lui-même des glissières horizontales transversales 24 permettant de monter et guider l'unité d'usinage 25. L'unité d'usinage 25 porte un porte-outil 26 dans lequel est monté un outil 27 à une ou deux plaquettes 29. Le porte-outil 26 est monté rotatif grâce à un indexeur angulaire 28 de manière à pouvoir retourner à 180° les outils 27 en fin de course longitudinale selon X+ pour une nouvelle course en sens arrière X-. L'ensemble des glissières permet d'avoir deux unités d'usinage 25 symétriques mobiles suivant trois axes X, Y, Z. Par ailleurs et de manière classique, leur commande est numérique et permet d'assurer un positionnement précis et une avance rapide. Les deux ensembles d'usinage 20 se font face symétriquement de part et d'autre et déterminent entre eux l'espace d'usinage au coeur du bâti où se trouve la pièce 1 bridée dans les systèmes de bridage 10. Ceux-ci comportent deux rangées de vérins verticaux 11 respectivement inférieure et supérieure, destinées à serrer ou pincer entre elles la pièce 1. Les rangées de vérins 11 sont soutenues par des supports 12 liés à la base 2 et au plafond 3 du bâti. Dans chaque rangée de vérin 11, un vérin sur deux est agencé en fonction de la forme de la pièce 1 de manière à serrer la pièce avec son âme en position verticale (comme représenté sur les figures 1, 2, 5) ou au contraire avec son âme en position horizontale (comme représenté sur la figure 4). Les vérins comportent à cette fin des embouts 13, 14 adaptés à l'un ou l'autre de ces deux configurations. Les vérins 11 des rangées inférieur et supérieure agissent de préférence en simple poussée contre la pièce 1 et en opposition mais ils peuvent aussi comporter de manière connue en soi des éléments d' agrippage ou de blocage latéral de la pièce 1 maintenue entre eux. Aux deux extrémités de la pièce 1 sont prévus deux vireurs non représentés qui permettent après le desserrage des vérins dans une première configuration de bridage, par exemple avec l'âme verticale, de basculer automatiquement la pièce 1 à 90° pour passer dans la seconde configuration de bridage, par exemple avec l'âme horizontale. D'une manière générale, les pièces traitées sont usinées dans deux configurations, l'une étant à 90° de l'autre. Mais on pourrait aussi usiner des pièces possédant par exemples trois configurations d'usinage décalées de 60° ou d'autres encore, selon la géométrie exacte de la pièce 1. Les vireurs sont dans ce cas adaptés à l'angle particulier qui soit séparer deux configurations de bridage. Les systèmes de bridage 10 maintiennent la pièce 1 tout en laissant accessibles ses faces latérales, lesquelles peuvent être usinées par les outils horizontaux 27 des unités symétriques 20. Comme on l'a dit plus haut, l'invention est plus particulièrement destinée au rabotage symétrique. En effet, celui-ci engendre moins de vibrations que le fraisage, ce qui rend le bridage de la pièce plus simple à réaliser dans de bonnes conditions. Les figures 4 et 5 illustrent deux exemples de passes de rabotage qui peuvent être effectuées dans la machine de l'invention, ici sur une pièce 1 comportant une âme 30 et deux ailes 31, 32 symétriques par rapport à l'âme 30. On a représenté sur la figure 4 la pièce 1 en bridage horizontal entre les vérins 11 et leurs embouts 14 en vue du rabotage des ailes 31 et 32. Les embouts 14 serrent entre eux l'âme 30 du profil 1. Les deux porte-outils 26 portent ici un outil 27 à l'extrémité de laquelle est disposée une pastille unique 29 de rabotage, constituée d'une plaquette en carbure de tungstène (par exemple). Les deux unités d'usinage sont utilisées de façon parfaitement ou sensiblement symétrique, selon la forme de la pièce. Sur la figure 4, la symétrie n'est pas parfaite mais le très léger désaxage entre les outils 27 n'induit qu'un faible couple sur la pièce 1, facilement repris sans déformation par le bridage horizontal de la pièce 1. La passe de rabotage s'effectue selon un axe X perpendiculaire au plan du dessin, les coordonnées en Y et Z étant fixées pendant la passe. En fin de course dans un sens, le porte-outil 26 est pivoté de 180° et le rabotage peut s'effectuer en sens inverse, éventuellement après modification incrémentale des coordonnées en Y de façon que le rabotage puisse se faire sur toute la partie voulue des ailes 31, 32. Sur la figure 5, la pièce 1 est bridée avec son âme 30 verticale entre les embouts 13 des vérins 11, en vue du rabotage d'amincissement des ailes 32. Les deux porte-outils 26 portent ici chacun un outil 27, 27' avec deux pastilles 29, 29' de rabotage en carbure de tungstène. Les deux unités d'usinage sont utilisées ici de façon parfaitement symétrique, dans des passes longitudinales en X. Au cours de chaque passe, les pastilles 29, 29' rabotent et amincissent la tôle de l'aile 32. Après chaque passe (ou après un certain nombre de passes) dans un sens ou dans l'autre, les outils sont rapprochés en Z du centre de la pièce, par incréments, de sorte que l'amincissement puisse concerner toute l'aile 32. Typiquement, la machine de l'invention peut effectuer des passes aller-retour à une vitesse d'environ 100 m/min, avec une masse mobile voisine d'une tonne. REVENDICATIONS1. Dispositif d'usinage pour usiner une pièce rectiligne (1) à section constante ou quasi constante, du type comprenant un bâti (2, 3, 4) permettant de fixer en son centre la pièce à usiner (1) grâce à des moyens de fixation, et de supporter des moyens de guidage pour des moyens mobiles d'usinage comportant des outils disposés de manière à travailler de manière sensiblement symétrique sur la pièce, caractérisé en ce que le dispositif comporte : -deux unités d'usinage (25) symétriques droite et gauche, mobiles suivant trois axes, et situées de part et d'autre d'une zone centrale d'usinage définie à l'intérieur du bâti (2, 3, 4), chaque unité (25) portant au moins un outil d'usinage (27) dirigée vers le centre du bâti et portant à son extrémité une plaquette d'usinage (29), -des moyens hauts et bas (11) de fixation de pièce agissant en opposition pour serrer la pièce (1) dans une ou l'autre de plusieurs configurations. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens (11) comportant avantageusement deux rangées de vérins. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque unité (25) porte l'outil d'usinage (27) au moyen d'un porte-outil (26) permettant un pivotement de 180° en fin de passe. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 30 caractérisé en ce que la plaquette d'usinage (29) est une plaquette de rabotage. 5. Procédé d'usinage pour usiner une pièce rectiligne (1) à section constante ou quasi constante, du type selon lequel on fixe la pièce à usiner 35 (1) et on l'usine par des passes longitudinales utilisant des plaquettes (29)disposés de manière à travailler de manière sensiblement symétrique sur la pièce (1) , caractérisé en ce qu'on serre la pièce (1) par le haut et par le bas dans une ou l'autre de plusieurs configurations, et en ce qu'on l'usine au moyen d'outils d'usinage (27) portés par deux unités d'usinage symétriques (25) droite et gauche, mobiles suivant trois axes, et situées de part et d'autre de la pièce (1). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'usinage pratiqué est un rabotage. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'après chaque passe, on retourne en fin de course les outils de rabotage pour effectuer la passe suivante en sens inverse. 15