Brevet FR3032641A1 — publié le 20160819

Le dispositif objet de l'invention concerne la protection contre la pollution due à l'usinage de pièces à partir de barres et de profilés en alliages légers, aluminium ou matériaux durs, titane ou plus généralement tous matériaux métalliques, plastiques ou composites: pièces que l'on trouve en particulier couramment dans les ossatures d'avion. Ces pièces ont des longueurs variables de quelques dizaines de centimètres à quelques mètres. Pour réaliser de telles opérations on utilisera des centres 10 d'usinage équipés de 2 diviseurs définis dans le brevet MICHEL PIOCH FR N°2779676 Al Ce dispositif permet le confinement et l'évacuation totale par la combinaison du flux d'aspiration et de l'écoulement gravitaire des copeaux, poussières ou débris d'usinage, des 15 gaz, des calories, pour éviter une dissémination spatiale (pollution) ou la contamination des composants périphériques. Ce dispositif répond aussi à la nécessité d'utiliser certains fluides compatibles avec l'application souhaitée. Par exemple usinage sans lubrifiant afin de réaliser des économies de 20 consommables, ou sans graisse pour certains matériaux à base de fibres de carbone qui pourraient se dégrader au contact de certaines graisses. Un autre exemple est la nécessité d'évacuer les gaz souvent dangereux issus de la découpe du profilé s'il y a recours à un faisceau laser ou à une torche plasma. 25 Sur les moyens connus actuellement, l'usinage de profilés est réalisé sur des machines ou centres d'usinage dont le carénage correspond au volume de la machine. Ce volume est important car il est directement lié à la dimension des courses des axes de 30 la machine, souvent des axes de la broche principale dans le cas d'utilisation d'une broche d'usinage. Les débris d'usinage et le fluide d'usinage entrent en contact donc polluent les éléments internes de la machine, ce qui impose de nettoyer l'intérieur de la machine et les outillages régulièrement, 3032641 2 voire de les remplacer suite à l'usure induite par les débris d'usinage. Sur les moyens connus actuellement, une autre solution consiste à peu caréner les machines et à aspirer les débris ou 5 les gaz. Les débris ou les gaz sont par exemple aspirés avec un embout d'aspirateur industriel positionné près de la zone d'usinage. Souvent, la totalité des débris n'est pas aspirée par l'aspirateur et l'environnement est pollué par les débris : les machines ou leurs composants de guidage se détériorent donc de manière prématurée, par exemple par phénomène d'abrasion. Les opérateurs doivent également être protégés des débris d'usinage ou des gaz et fluides en contact avec les débris d'usinage, car la législation en vigueur dans certains pays impose des normes de plus en plus contraignantes afin de protéger la santé des utilisateurs de la machine. La figure 1 représente l'ensemble monté entre les diviseurs (2) et (8) lors d'un usinage ; la trappe (21) est représentée en position ouverte. La figure 2 détaille l'ensemble au repos, le guide (6) est en position d'attente. La broche d'usinage (7) et son outil (9) ne sont pas en position d'usinage. La figure 3 est un détail de la figure 1. Elle montre la trappe (21) en position ouverte actionnée par le vérin (22). La figure 4 est le même détail que la figure 3. Elle montre la trappe (21) en position fermée actionnée par le vérin (22). La figure 5 montre le détail du guide (6) et de la broche (7) coaxiaux. La figure 6a représente la broche d'usinage (7). La figure 6b 30 représente une vue de dessus de la figure 6a. La figure 7 représente la broche d'usinage (7) ajustée dans le guide (6) en position de travail. La figure 8 représente les soufflets (4),(17) et (20) comprimés au maximum. 3032641 3 La figure 9a représente une variante où les soufflets sont remplacés par un tube (28) coulissant autour d'un tube (29). La figure 9b est la représentation de la figure 9a sans le tube mobile (28) pour plus de clarté 5 La figure 10 est une variante adaptée pour l'usinage de profilés courbes. Le dispositif de confinement et d'aspiration ou d'écoulement se compose d'un tube (3) lié complètement au diviseur fixe (8) par une collerette (24). Ce tube (3) comporte une ouverture 10 rectangulaire ou de forme géométrique autre couvrant toute la zone possible d'usinage, permettant le passage de l'outil (9) dans le guide (6) et dans la partie supérieure limitée par une surface plane, voir figure 2. Un tube flexible (4) établit la liaison entre le tube(3) et le 15 diviseur mobile (2). Une autre solution consiste à utiliser un tube fixe (29) lié au diviseur fixe (8) avec une ouverture suffisante pour permettre les mouvements d'usinage de la broche. En liaison rotation et glissière autour de l'axe longitudinal des diviseurs, peut 20 coulisser un tube (28) coaxial au tube (29), ce tube (28) ayant l'ouverture nécessaire permettant le passage de la broche d'usinage, voir figures 9a et 9b. La description ci-dessous concerne un centre d'usinage équipé d'une broche verticale. Ce procédé est également valable dans 25 le cas d'utilisation d'un centre d'usinage à broche horizontale. Sur un centre d'usinage équipé d'une broche horizontale, il faut tourner ce dispositif de confinement de 90° autour de l'axe longitudinal du profil (23) de façon que la broche d'usinage (7) puisse s'ajuster dans le guide (6) ; avec quelques aménagements quant à la position de la trappe et du tuyau d'écoulement. Sur la partie plane rectangulaire du tube (3) est lié un cadre standard (5) vendu dans le commerce qui supporte un chariot (13) libre de se déplacer sur un plan horizontal dans la direction de l'axe des 2 diviseurs et dans la direction 3032641 4 perpendiculaire à cet axe. Des soufflets (17), (18), (19) et (20) lient le chariot (13) au cadre permettant d'isoler l'intérieur du tube (3) de l'extérieur. Un guide (6) est lié au chariot (13) et comporte un alésage dans lequel vient s'ajuster 5 l'embout de la broche (7) du centre d'usinage par une liaison pivot glissant selon l'axe vertical de la broche d'usinage (7); le déplacement (de la broche (7)du dispositif d'enlèvement de matière dans les 2 directions horizontales, l'une parallèle à l'axe longitudinal de la barre, l'autre perpendiculaire, 10 entraîne celui du chariot (13) ; un alésage cylindrique permet le passage de l'outil (9). La broche (7) du centre d'usinage peut avoir un contour de forme géométrique prismatique, dans ce cas le guide (6) est adapté à une forme complémentaire adaptée à ce contour. Un ressort de rappel (15) permet de ramener le 15 chariot (13) dans une position d'attente dont les coordonnées sont connues. La partie basse du tube (3) comporte un manchon (10) tubulaire d'aspiration ou d'écoulement relié à un tube qui permet lors de l'usinage d'évacuer selon les cas les calories, les débris 20 d'usinage (les copeaux ou les poussières), le fluide d'usinage (lubrifiant ou gaz) évitant toute pollution à l'extérieur du tube (3). Une trappe (21) positionnée dans la partie basse du tube (3) permet l'évacuation des chutes de départ d'usinage et de fin de 25 barres afin d'éviter l'obstruction du tuyau d'évacuation (10); l'ouverture et la fermeture de cette trappe se fait soit manuellement, soit par un vérin (22) piloté par la commande numérique, cette trappe est étanche en position fermée. L'ensemble composé du tube (3), du flexible (4), du cadre (5) 30 et de la trappe ((21) peut former un ensemble étanche afin de pouvoir fonctionner soit en dépression dans le cas où un aspirateur est placé après l'embout (10), ou en surpression dans le cas où au dispositif d'enlèvement de matière est combiné à un système d'alimentation en fluide d'usinage sous 35 pression. 3032641 5 Le cycle d'usinage standard s'établit de la façon suivante. Ce cycle d'usinage n'est pas optimisé dans ses étapes mais permet de décrire facilement le cheminement. Dans son état initial, la broche d'usinage (7) et son outil (9) se trouvent à une hauteur 5 supérieure à celle du guide (6), portés par le même axe. La partie cylindrique de la broche d'usinage (7) se positionne dans l'alésage du guide (6), l'outil (9) peut alors commencer son cycle d'usinage et les copeaux sont évacués à travers le manchon (10). Lors de l'usinage d'un début de barre ou d'un 10 début de pièce, il est bien souvent nécessaire de faire une coupe de début de barre, le bout tronçonné par usinage peut être évacué par la poupée fixe (8) ou tomber dans la zone située entre les 2 diviseurs (2) et (8). Dans ce cas, le bout tronçonné tombe par gravité dans la partie basse du tube (3), 15 la trappe (21) pilotée par le programme d'usinage s'ouvre et le bout est évacué à l'extérieur puis la trappe se referme. L'outil peut alors poursuivre son cycle d'usinage et la broche (7) entraîne le chariot (13). Lorsque l'usinage est terminé la broche (7) se lève pour éviter toute interférence de l'outil 20 (9) avec la pièce lors de la translation de celle-ci, le chariot (13) est amené dans une position d'attente par le ressort (15). Les mors du diviseur fixe (8) libèrent le profilé (11), le diviseur mobile (2) avance vers le diviseur fixe entraînant le profilé (11) et le tube (4) en écrasant les 25 soufflets (4). Lorsque l'avance est terminée, les mors du diviseur fixe (8) se ferment puis les mors du diviseur mobile (2) s'ouvrent, le diviseur (2) recule en libérant les soufflets (4) et, en fin de recul les mors du diviseur (2) serrent le profilé (11). Une nouvelle séquence peut commencer. 30 La position d'attente du guide (6) déterminée par l'action du ressort (15) est caractérisée par des coordonnées connues de l'axe du guide qui permettent le positionnement l'axe de la broche (7) en coïncidence avec l'axe du guide en début de cycle ou après un changement d'outil. Afin d'optimiser les temps 35 d'usinage, le ressort peut être supprimé et les coordonnées de 3032641 6 l'axe du guide en fin d'utilisation sont mémorisées ou sont localisées par un système de vision ou caméra qui permet de piloter la position de la broche. 5 Ce dispositif outre son application sur des centres d'usinage équipés de 2 diviseurs définis dans le brevet MICHEL PIOCH FR 2 779 676 Al, pourra aussi être employé sur des tours ou autres machines-outils équipés de 2 broches montées face à face. La broche d'usinage (7) peut être remplacée par une source 10 laser de type laser CO2 ou laser fibre, ou une tête à jet d'eau ou une torche plasma. Dans le cas où l'enlèvement de matière est obtenu à partir d'une source laser ou une tête à jet d'eau, la trappe (21) peut aussi comporter en sa partie intérieure un élément interchangeable communément appelé « martyr ». 15 Dans le cas d'utilisation d'une tête de découpe laser ou d'une torche plasma, le fluide peut être un gaz inerte ou pas. La broche d'usinage (7) peut également être remplacée par une solution de type fabrication additive, c'est-à-dire si on remplace l'outil coupant par une tête laser, à côté duquel est 20 installé le système d'ajout de matière. Le tube (3) peut être transparent ou opaque. Comme le volume résiduel compris entre le dispositif de confinement et la pièce est faible, il est possible en jouant sur le différentiel de débit entre l'entrée et la sortie de remplir complètement 25 l'intérieur et d'effectuer un usinage baignant dans le fluide d'usinage (lubrifiant ou gaz) dans le cas où l'extraction des copeaux se fait par écoulement du fluide de coupe à travers l'embout (10) avec une pompe d'extraction. Une exécution particulière consiste à ajouter des capteurs de 30 température ou de pression au niveau de l'arrivée et de la sortie (10) du fluide. Le traitement numérique des mesures de température mais aussi de pression permet l'asservissement des débits à l'entrée et à la sortie par la commande numérique. L'évacuation des chutes (début de barre, de pièce, fin de 35 barre, fin de pièce), peut être effectuée par l'ouverture de la 3032641 7 trappe (21) pilotée par mesure du poids des chutes (balance intégrée) ou par comparaison du foisonnement avec une valeur de référence (système de vision artificielle), ou par une baisse de débit due à l'obstruction partielle du manchon tubulaire 5 (10). Cette solution d'usinage convient aussi pour l'usinage de profilés courbes, tels que décrits dans le brevet N° 1101299. En effet, l'usinage de profilés courbes nécessite que le diviseur mobile (2) ne soit pas trop éloigné du diviseur fixe 10 (8). Les diamètres du flexible (4) et du tube (3) ont une dimension permettant d'éviter les interférences entre (3), (4) et le profilé courbe durant la rotation des diviseurs adaptés à l'usinage des profils courbes. Voir figure 10. REVENDICATIONS1 - Ce dispositif de confinement et d'évacuation totale forcée des copeaux, poussières ou débris d'usinage ou chutes s'emploie sur des centres d'usinage équipés de 2 diviseurs montés face à face ou sur des tours ou autres machines-outils équipés de 2 broches montées face à face , comprenant : - un tube (3) transparent ou non lié au diviseur fixe (8) par une collerette, comportant une ouverture rectangulaire ou de forme géométrique autre couvrant toute la zone possible d'usinage, permettant le passage de l'outil ou du dispositif d'usinage dans la partie supérieure limitée par une surface plane, - un tube (4) établissant la liaison entre le tube(3) et le diviseur mobile (2), - un cadre (5) lié à la partie plane de l'ouverture du tube (3) supportant un chariot (13) pouvant se déplacer dans la direction axiale du diviseur et dans le sens perpendiculaire, ce chariot (13) est lié au cadre (5) par des soufflets, caractérisé par le fait qu'un guide (6) lié au chariot (13) comporte un alésage dans lequel l'embout de la broche d'usinage (7) ou du dispositif d'usinage s'ajuste en position de travail et entraîne ce chariot (13). 2- Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le tube (3) comporte en position basse une trappe (21) commandée par un vérin (22). 3- Dispositif suivant les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la partie basse du tube (3) comprend un manchon tubulaire (10) raccordé à un tuyau d'aspiration ou d'écoulement pour l'évacuation du fluide et des copeaux. 4- Dispositif suivant les revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il est possible de régler les débits d'entrée et de 3032641 '9 sortie du fluide en (10) grâce à un traitement numérique de paramètres tels que la température ou la pression.