Brevet FR3022167A1 — publié le 20151218

MACHINE DE PERÇAGE ET/OU ALESAGE, NOTAMMENT POUR DES PIECES COMPOSANT DES STRUCTURES D'AVION. L'invention est relative à une machine de perçage et/ou alésage portative, notamment pour pièces composant des structures d'avion, telles que cellules, ailes, cabine. Ces machines sont utilisées principalement par des opérateurs comme machines portatives, mais peuvent être portées et positionnées sur les structures par des robots. La plupart des machines de perçage sont équipées de moteurs pneumatiques assurant la rotation de la broche de perçage ainsi que les différents mouvements d'avance de la broche. Une machine de ce type est montrée par FR 2 680 329, qui prévoit un moteur pneumatique pour la rotation de la broche, et un moteur électrique pour les mouvements d'avance nécessitant moins de puissance. La machine est positionnée avec précision, sur une pièce à usiner, à l'aide d'une grille de perçage, constituant un gabarit, la grille étant positionnée et fixée avec précision sur la pièce. La machine comporte un canon pour guider l'outil d'usinage, et des moyens de serrage et de blocage du canon dans une ouverture de la grille, pour la fixation de la machine sur la grille. La fixation de la machine sur une grille de positionnement "avion" est avantageusement obtenue par un dispositif de fixation couramment désigné par l'expression « Concentric-Collet » comprenant une pince expansible engagée dans une ouverture de la grille pour assurer un serrage du canon et un blocage dans l'ouverture par un système pneumo-mécanique de type vérin et bras de levier. La force de serrage du dispositif de fixation, notamment de type Concentric Collet, est un paramètre important dans la qualité de l'opération de perçage à réaliser. Les efforts de serrage du dispositif de fixation provoquent un effort de compensation suivant l'axe de perçage. La valeur de cet effort doit être limitée au plus juste afin d'éviter une microdéformation permanente de la peau extérieure de l'avion. Il est souhaitable de pouvoir adapter l'effort de serrage sans modifier la configuration mécanique de la machine, ce qui est difficile avec un vérin pneumatique. Il est en outre souhaitable de supprimer, ou au moins de limiter, les problèmes en phase de desserrage. En particulier, dans le cas d'un système de coins tels que ceux utilisés dans un dispositif de fixation de type « Concentric Collet », un coincement peut se produire. L'invention a pour but, surtout, de fournir une machine de perçage et/ou alésage portative performante, qui soit d'une utilisation plus pratique. Selon l'invention, une machine de perçage et/ou alésage portative, pour pièces à usiner, notamment des pièces composant des structures d'avion, telles que cellules, ailes, cabine, comporte : - un canon pour guider un outil d'usinage, - une pince expansible pour le blocage du canon dans une ouverture d'une grille positionnée et fixée sur la pièce à usiner, cette grille constituant un gabarit de perçage, - un moyen de déplacement de la pince expansible (4) pour assurer le serrage et le desserrage du canon et la fixation de la machine relativement à la grille, et est caractérisée en ce que le moyen de déplacement de la pince expansible par rapport au canon comprend un moteur électrique contrôlé en couple et en position. Avantageusement, la machine comprend un système vis-écrou pour transformer le mouvement de rotation de l'arbre du moteur en un mouvement linéaire de la pince de serrage. La machine est équipée, de préférence, de ressorts d'amortissement au niveau de l'écrou, assurant une souplesse de montée du couple sur le moteur pendant les phases de serrage et desserrage. La machine peut comprendre au moins une carte électronique sur laquelle sont 30 implantés un module de commande et un module de puissance de la machine. Avantageusement, la machine comprend une interface Homme-Machine intégrée sur la machine permettant la programmation du couple du moteur ou de l'effort de serrage de la pince. 35 Le moteur électrique est généralement de type «brushless». L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit avec référence aux dessins annexés, mais qui n'est nullement limitatif. Sur ce dessin : Fig.1 est une vue schématique, partie en élévation et partie en coupe verticale, d'une machine selon l'invention après une opération de perçage. Fig.2 est une vue en perspective de trois-quarts avant droite de la machine, et Fig.3 est une vue en perspective, de dessous, de la machine. En se reportant aux dessins, on peut voir une machine de perçage et/ou alésage portative, avec carter schématiquement représenté par un contour en 15 tirets, pour pièces à usiner, notamment des pièces composant des structures d'avion, telles que cellules, ailes, cabine. Selon la représentation de Fig.1, la pièce à usiner 8 est constituée par une paroi, ou peau, de cellule d'avion. La machine comporte un canon 3 pour guider un outil d'usinage 11. La surface extérieure du canon est tronconique, de section augmentant de bas en haut. Le zo canon 3 est lié à la machine. La machine comporte aussi une pince expansible 4, constituant un mors, pour le blocage du canon 3 dans une ouverture d'une grille 5 positionnée et fixée sur la pièce à usiner 8. La grille 5 constitue un gabarit de perçage. La pince 4 comporte au moins deux, de préférence au moins trois, coins ayant une surface 25 interne propre à épouser la surface conique ou tronconique convexe du canon 3, et une surface externe cylindrique propre à s'appliquer contre la surface interne cylindrique de l'ouverture de la grille 5, lorsque la pince 4 est engagée dans cette ouverture. 30 Un moyen de déplacement de la pince expansible 4 par rapport au canon 3 est prévu pour assurer le serrage et le desserrage du canon et la fixation de la machine relativement à la grille 5. Le déplacement de la pince 4 est effectué selon une translation verticale. La montée de la pince 4 provoque l'application de sa surface interne, conique ou tronconique concave, contre le canon 3 avec 35 une force de serrage contre la surface interne de l'ouverture de la grille, comme schématisé par une flèche horizontale su Fig.1. 10 Le moyen de déplacement de la pince 4 est constitué par un moteur électrique 1 contrôlé en couple et en position. Le moteur électrique est de type « brushless », de préférence. Le corps du moteur 1 est fixé au carter de la machine. La machine comprend un système vis-écrou 2 pour transformer le mouvement de rotation de l'arbre du moteur 1 en un mouvement linéaire de la pince de serrage. Le mouvement linéaire de translation verticale de l'écrou est transmis par un étrier 10 vertical à une articulation prévue à une extrémité d'une biellette sensiblement horizontale 7, articulée à son autre extrémité sur un point fixe 6 de la machine. Une liaison verticale est assurée entre un point d'articulation, prévu sur la biellette entre ses extrémités, et la pince 4. La machine est équipée de ressorts d'amortissement 9 au niveau de l'écrou assurant une souplesse de montée du couple sur le moteur pendant les phases de serrage et desserrage. La machine comprend un module de commande et un module de puissance 20 embarqués sur la machine de perçage et implantés sur au moins une carte électronique B logée dans le carter de la machine. Avantageusement, la machine comprend une interface S Homme-Machine intégrée sur la machine permettant la programmation du couple du moteur ou 25 de l'effort de serrage du Concentric Collet. Une broche est montée rotative dans le carter de la machine. Cette broche peut être déplacée en translation, selon la direction de son axe géométrique, suivant un mouvement d'avance ou de recul par un mécanisme non représenté. L'utilisation et le fonctionnement de la machine sont les suivants. 30 En position initiale, l'étrier 10 est en position haute, ainsi que la pince 4. L'ensemble pince 4/canon 3 est expansé. De ce fait, l'opérateur ne peut pas positionner le canon 3 et la pince 4 au sein d'une ouverture de la grille 5. Lorsque la machine est mise sous tension électrique, l'opérateur appuie sur un bouton de commande du serrage et le maintient enfoncé. Cette opération va 35 activer le moteur 1, ce qui provoque la rotation du moteur 1 dans le sens qui assure la descente de l'écrou 2 et de l'étrier 10. La biellette 7 va descendre en tournant dans le sens contraire d'horloge autour du point fixe 6. Cela a pour conséquence de desserrer la pince 4 et de permettre à l'opérateur de positionner le canon 3 dans une ouverture choisie de la grille 5, en appui sur la pièce 8. Lorsque cette opération a été effectuée, l'opérateur relâche le bouton de serrage. Le sens de rotation du moteur 1 va alors s'inverser pour permettre la montée de la pince expansible 4. La biellette 7 va tourner dans le sens d'horloge autour du point fixe 6, en soulevant la pince 4 dont la surface intérieure tronconique va s'appliquer contre, et serrer, la surface extérieure tronconique du canon. La surface extérieure de la pince est appliquée contre la paroi de l'ouverture de la grille. La machine se trouve alors bloquée sur la grille 5. Dès que le couple programmé du moteur 1 est atteint, le moteur s'arrête tout en restant alimenté en courant et en maintenant le couple exercé et l'effort sur la biellette 7 et le canon 4. La gestion du moteur 1 est assurée de préférence par mesure de l'intensité du courant qui le traverse, et est effectuée par la carte électronique B. L'opérateur cesse d'appuyer sur le bouton de serrage. Le moteur 1 reste alimenté et est maintenu dans sa position. L'opérateur peut lâcher la machine qui reste fixée à la grille 5. L'opération d'usinage, notamment de perçage, est ensuite commandée par action sur un bouton approprié pour provoquer la descente de l'outil 11. Lorsque l'opération d'usinage est terminée, l'opérateur commande la descente de l'étrier 10 et la rotation de la biellette 7 dans le sens contraire d'horloge autour du point 6 pour faire descendre la pince 6 et desserrer le canon 3. Le couple de desserrage du moteur est avantageusement programmé supérieur au couple de serrage pour surmonter les efforts parasites éventuels de coincement. Par sécurité, la position du moteur, c'est-à-dire la position angulaire de l'arbre du moteur est contrôlée. Si le moteur continue à tourner lorsque la position assignée est atteinte, le programme est prévu pour commander l'arrêt du cycle. En cas de coupure de l'alimentation, le système ne doit pas se desserrer (ou « déclamper »). Les ressorts 9, notamment constitués de rondelles Belleville, et l'irréversibilité du système vis-écrou permettent de répondre à ce besoin. L'invention procure de nombreux avantages, dont les suivants. - Le serrage est obtenu par un moteur électrique piloté en couple et contrôlé en position. - Les valeurs de serrage sont directement programmables sur un module de commande. - Les plages de réglages sont étendues, l'utilisateur peut programmer des valeurs de serrage sur grilles plus adaptées et limiter les déformations sur peau extérieure de l'avion. - Le desserrage (qui nécessite un effort supérieur au serrage) est fiabilisé car les efforts sont pilotés par la carte. - Sécurité renforcée par le contrôle en position du rotor moteur par un arrêt du cycle si un desserrage est observé. Il en résulte pour l'utilisateur : - Amélioration de la qualité des opérations en limitant le serrage au strict nécessaire (déformation plus faible des peaux) - Modification du serrage simple et obtenue par programme - Fiabilité au desserrage afin d'éviter les coincements REVENDICATIONS1. Machine de perçage et/ou alésage portative, pour pièces à usiner, notamment des pièces composant des structures d'avion, telles que cellules, ailes, cabine, la machine comportant : - un canon (3) pour guider un outil d'usinage, - une pince expansible (4) pour le blocage du canon dans une ouverture d'une grille (5) positionnée et fixée sur la pièce à usiner, cette grille constituant un gabarit de perçage, - et un moyen de déplacement de la pince expansible (4) pour assurer le serrage et le desserrage du canon et la fixation de la machine relativement à la grille, caractérisée en ce que le moyen de déplacement de la pince expansible (4) par rapport au canon (3) est constitué par un moteur électrique (1) contrôlé en couple et en position. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un système vis-écrou (2) pour transformer le mouvement de rotation de l'arbre du moteur (1) en un mouvement linéaire de la pince de serrage (4). 3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle est équipée de ressorts d'amortissement (9) au niveau de l'écrou assurant une souplesse de montée du couple sur le moteur pendant les phases de serrage et desserrage. 4. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une carte électronique (B) sur laquelle sont implantés un module de commande et un module de puissance de la machine. 5. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une interface Homme-Machine intégrée sur la machine permettant la programmation du couple du moteur ou de l'effort de serrage de la pince. 6. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moteur électrique (1) est de type « brushless ».35