FR3023203A1 - METHOD AND MEANS FOR MEASURING THE LENGTH OF A TOOL MOUNTED ON A MACHINE TOOL WITH DIGITAL CONTROL AND CALIBRATION OF SAID MACHINE - Google Patents
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Abstract
Moyen de mesure de la longueur relative d'un outil monté sur une MOCN et d'étalonnage de ladite machine, celle-ci comprenant : - un mandrin porte-pièce (13) accouplé à un moyen moteur et porté en rotation par des paliers, - une broche porte-outil (14) dotée d'un outil (10) dont la longueur est à mesurer, apte à être entraînée par deux moyens d'entraînements en translation selon au moins deux axes perpendiculaires l'un à l'autre, ce moyen de mesure et d'étalonnage étant caractérisé par deux zones d'appui associées au mandrin et fixes par rapport à ce dernier, les deux zones d'appui étant écartées l'une de l'autre et étant sécantes à deux plans géométriques radiaux à un axe géométrique (O) confondu avec l'axe de rotation du mandrin et angulairement écartés l'un de l'autre, et que ledit moyen de mesure comprend : - une unité de traitement de l'information, apte à réaliser des opérations de calculs mathématiques et dotée d'un bloc mémoire, - un codeur lié cinématiquement au moyen moteur, connecté électriquement à l'unité de traitement de l'information et apte à détecter le mouvement de rotation du mandrin sous l'effet d'un contact de l'extrémité libre de l'outil sur une zone d'appui, cette rotation étant caractéristique de ce contact, et à délivrer une information à l'unité de traitement de l'information lorsque ce mouvement de rotation est détecté,Means for measuring the relative length of a tool mounted on an MOCN and for calibrating said machine, the latter comprising: a work chuck (13) coupled to a motor means and rotated by bearings, a tool-holder spindle (14) provided with a tool (10) whose length is to be measured, capable of being driven by two translational drive means according to at least two axes perpendicular to one another, this measurement and calibration means being characterized by two bearing zones associated with the mandrel and fixed relative to the latter, the two bearing zones being spaced from one another and being intersecting at two radial geometrical planes to a geometric axis (O) coinciding with the axis of rotation of the mandrel and angularly spaced from each other, and that said measuring means comprises: - an information processing unit capable of carrying out operations of mathematical calculations and with a memory block, - a codeu r kinematically connected to the motor means, electrically connected to the information processing unit and able to detect the rotational movement of the mandrel under the effect of a contact of the free end of the tool on a zone d support, this rotation being characteristic of this contact, and to deliver information to the information processing unit when this rotational movement is detected,
Description
PROCÉDÉ ET MOYEN DE MESURE DE LA LONGUEUR RELATIVE D'UN OUTIL MONTÉ SUR UNE MACHINE-OUTIL À COMMANDE NUMÉRIQUE ET D'ÉTALONNAGE DE LADITE MACHINE. Domaine technique.METHOD AND MEANS FOR MEASURING THE RELATIVE LENGTH OF A TOOL MOUNTED TO A DIGITAL CONTROL MACHINE TOOL AND CALIBRATING THE MACHINE Technical area.
La présente invention concerne un procédé et un moyen de mesure de la longueur relative d'un outil monté sur une machine-outil à commande numérique et d'étalonnage de ladite machine. Elle s'applique particulièrement dans le domaine des machines-outils à commande numérique de faibles dimensions utilisées par exemple dans les domaines de l'horlogerie, la bijouterie, l'orthopédie et le dentaire, notamment pour la fabrication de prothèses dentaires, et par exemple les couronnes dentaires. État de la technique antérieure. Pour mémoire, une machine-outil à commande numérique est un moyen de fabrication par enlèvement de matière piloté par ordinateur, mettant en oeuvre un outil coupant ou un outil abrasif pour l'usinage d'une pièce brute dans le but d'obtenir une pièce de forme et de dimensions voulues, cet outil étant fixé à une broche porte-outil. Dans le domaine des machines-outils à commande numérique (MOCN), le point sur l'outil de coupe générant la surface usinée, appelé point générateur de l'outil, est le point que va piloter le programme d'usinage lors de son exécution. Afin de pouvoir assurer un usinage, il est donc nécessaire pour la MOCN de connaître la position exacte de ce point. A cet effet, il est indispensable de mesurer les dimensions de l'outil ou plus précisément la distance entre l'origine porte-outil et le point générateur de l'outil.The present invention relates to a method and a means for measuring the relative length of a tool mounted on a numerically controlled machine tool and calibrating said machine. It is particularly applicable in the field of small numerical control machine tools used for example in the fields of watchmaking, jewelery, orthopedics and dentistry, in particular for the manufacture of dental prostheses, and for example dental crowns. State of the art As a reminder, a numerically controlled machine tool is a computer controlled material removal manufacturing means employing a cutting tool or an abrasive tool for machining a blank for the purpose of obtaining a workpiece. of shape and dimensions, this tool being attached to a tool-holder spindle. In the field of CNC machine tools, the point on the cutting tool generating the machined surface, called the generating point of the tool, is the point that will control the machining program when it is executed. . In order to be able to perform machining, it is therefore necessary for the MOCN to know the exact position of this point. For this purpose, it is essential to measure the dimensions of the tool or more precisely the distance between the tool carrier origin and the tool's generating point.
Dans cette optique, il est utilisé des bancs de préréglage, verticaux ou horizontaux, selon que le type d'usinage soit relatif à une opération de fraisage ou de tournage. Ces bancs sont des machines de mesures, de contrôles et de réglages des outils de coupe, indépendantes des MOCN. La mesure d'outils à l'extérieur de la MOCN n'est possible que si la perte de précision due à la mise en position de ces outils sur celle-ci est négligeable par rapport à la précision désirée lors de l'usinage. Il est donc nécessaire, pour un usinage requérant une précision importante, de réaliser la mesure d'outil directement dans la machine, l'outil étant en place dans la broche porte-outil. Par ailleurs, ces machines sont onéreuses, et ce type de mesure d'outil requiert une immobilisation de l'outil pendant une durée particulièrement importante. On connaît, comme moyen de mesure et de contrôle des dimensions d'outils coupants in situ, l'usage d'un palpeur, formé par un plateau de palpage, fixé à une table d'usinage d'une MOCN, par exemple, par griffes de serrage. Lorsque le plateau de palpage est dévié de sa position de repos par un contact mécanique avec l'outil, un signal est alors transmis à la commande numérique de manière à déterminer les dimensions de l'outil palpé. Les données d'outils ainsi acquises sont mémorisées dans la mémoire de la MOCN pour d'éventuels calculs ultérieurs dans le programme d'usinage. On connaît également la mesure optique sans contact des dimensions de l'outil par l'usage d'un faisceau laser. Ce type de dispositif est composé d'un émetteur et d'un récepteur. Du fait que la mesure est réalisée sans contact, le risque de collision entre le moyen de mesure et l'outil est évité.In this respect, vertical or horizontal presetting benches are used depending on whether the type of machining is relative to a milling or turning operation. These benches are measuring machines, controls and settings of cutting tools, independent of the MOCN. The measurement of tools outside the MOCN is only possible if the loss of precision due to the positioning of these tools on it is negligible compared to the desired precision during machining. It is therefore necessary, for machining requiring a high degree of precision, to carry out the tool measurement directly in the machine, the tool being in place in the tool holder spindle. Moreover, these machines are expensive, and this type of tool measurement requires immobilization of the tool for a particularly important period. As a means for measuring and checking the dimensions of cutting tools in situ, the use of a feeler, formed by a feeler plate, fixed to a machining table of an MOCN, for example by claws. When the feeler plate is deflected from its rest position by mechanical contact with the tool, a signal is then transmitted to the numerical control so as to determine the dimensions of the felt tool. The tool data thus acquired are stored in the memory of the MOCN for possible subsequent calculations in the machining program. The optical measurement without contact of the dimensions of the tool by the use of a laser beam is also known. This type of device is composed of a transmitter and a receiver. Because the measurement is made without contact, the risk of collision between the measuring means and the tool is avoided.
Les moyens de mesure in situ sont connectés à la MOCN pour la transmission des informations et leur alimentation. Ils participent à l'amélioration de la précision dimensionnelle des pièces usinées. Cependant, ils sont couteux et complexes à mettre en oeuvre, du fait de leur structure et des technologies employées. Par ailleurs, ces moyens ne sont pas intégrés à la machine, mais sont à incorporer dans celle-ci. De plus, ces différentes solutions techniques ne sont pas adaptées aux MOCN de petite taille du fait des faibles dimensions de l'espace de travail de ce type de machine. Le document US2002102915 présente une méthode pour déterminer les données de position d'un outil monté sur une MOCN, selon laquelle l'outil, animé d'une faible vitesse de rotation, est amené au contact d'une surface de référence, d'une géométrie connue, présente sur la pièce à usiner. Un capteur détecte lorsque la rotation de l'outil est freinée par le phénomène de friction du à son contact avec la pièce. La position de l'outil selon son axe d'avance est alors 30 déterminée. Le document EP1897656 présente une méthode pour déterminer l'origine de l'outil d'une machine en amenant l'extrémité coupante de cet outil au contact d'une des surfaces d'une pièce à usiner fixée à la table d'usinage de la machine.The in situ measurement means are connected to the MOCN for the transmission of information and their power supply. They help improve the dimensional accuracy of machined parts. However, they are expensive and complex to implement, because of their structure and the technologies used. Moreover, these means are not integrated into the machine, but are to be incorporated into it. In addition, these different technical solutions are not suitable for small MOCN because of the small dimensions of the working space of this type of machine. Document US2002102915 presents a method for determining the position data of a tool mounted on an MOCN, according to which the tool, driven by a low speed of rotation, is brought into contact with a reference surface, a known geometry, present on the workpiece. A sensor detects when the rotation of the tool is slowed by the phenomenon of friction due to its contact with the workpiece. The position of the tool along its axis of advance is then determined. EP1897656 discloses a method for determining the origin of a machine tool by bringing the cutting end of this tool into contact with one of the surfaces of a workpiece attached to the machining table of the machine. machine.
Un couple de faible intensité est ensuite appliqué à l'outil, et l'outil est écarté de la pièce. Les coordonnées de l'outil sont enregistrées lorsque sa rotation est détectée par un capteur. Les méthodes traitées par les documents précédemment cités présentent toutes l'inconvénient de mettre en contact un outil coupant en rotation avec une surface de la pièce à usiner. Il résulte de ce contact un endommagement de la surface à usiner et de l'outil de coupe. Ces méthodes ne sont donc pas appropriées pour l'usinage d'une pièce dont l'état de surface doit respecter des tolérances précises. Par ailleurs, l'usure progressive de l'outil engendre une perte de la précision pour la détermination des données de position de l'outil. Le document US6953383 présente une méthode pour déterminer les données de position de l'un des outils que possède une machine, la machine en possédant deux. Le premier outil, dont les données de position sont à déterminer, est amené au contact d'une surface du second outil dont les données de position sont connues. Préalablement, le second outil est mis en rotation à faible vitesse, de sorte que lorsque le premier outil entre en contact avec le second, la vitesse de rotation de ce dernier est réduite de façon significative. Ce changement de vitesse est détecté par un capteur, et les données de position du premier outil peuvent être déterminées.A low intensity torque is then applied to the tool, and the tool is moved away from the workpiece. The coordinates of the tool are recorded when its rotation is detected by a sensor. The methods treated by the aforementioned documents all have the disadvantage of bringing into contact a tool cutting in rotation with a surface of the workpiece. This contact results in damage to the surface to be machined and to the cutting tool. These methods are therefore not appropriate for the machining of a part whose surface condition must respect precise tolerances. Furthermore, the progressive wear of the tool causes a loss of precision for determining the position data of the tool. US6953383 discloses a method for determining the position data of one of the tools that a machine has, the machine having two of them. The first tool, whose position data is to be determined, is brought into contact with a surface of the second tool whose position data are known. Beforehand, the second tool is rotated at low speed, so that when the first tool comes into contact with the second, the speed of rotation of the latter is significantly reduced. This change of speed is detected by a sensor, and the position data of the first tool can be determined.
Cette méthode présente l'inconvénient de mettre un premier outil en contact avec un second outil animé en rotation. Il est évident qu'un endommagement des outils va résulter de ce contact. En outre, l'usure des outils provoque une perte de précision dans la détermination des données de position de l'outil.This method has the disadvantage of putting a first tool in contact with a second rotating tool. It is obvious that damage to the tools will result from this contact. In addition, the wear of the tools causes a loss of precision in the determination of the position data of the tool.
Par ailleurs, il est indispensable d'étalonner la machine-outil à commande numérique afin de connaître la position exacte de la pièce à usiner. Il est apparu que les moyens d'étalonnage de machines-outils existant proposent uniquement des solutions annexes à intégrer auxdites machines lors de l'étalonnage, mais ne proposent pas de solutions intégrés directement à ces 30 machines. Exposé de l'invention Un but de la présente invention est de proposer une solution d'étalonnage de la machine-outil à commande numérique afin de déterminer la position angulaire d'une pièce à usiner, sans utiliser de moyens extérieurs à la MOCN. Par ailleurs, pour le bon déroulement d'une opération d'usinage, il est nécessaire de mesurer la longueur relative de l'outil en vue de connaître la position de l'extrémité libre de l'outil.In addition, it is essential to calibrate the CNC machine tool to know the exact position of the workpiece. It has appeared that the existing machine tool calibration means only offer ancillary solutions to be integrated into said machines during the calibration, but do not offer integrated solutions directly to these machines. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to propose a calibration solution of the numerically controlled machine tool in order to determine the angular position of a workpiece, without using means external to the MOCN. Moreover, for the smooth running of a machining operation, it is necessary to measure the relative length of the tool in order to know the position of the free end of the tool.
On entend par longueur relative de l'outil, la longueur de l'outil émergeant sous la broche porte-outil. La présente invention vise ainsi à remédier à tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur, et à réaliser la mesure relative de l'outil et l'étalonnage de la MOCN lors d'une même opération et avec des moyens 10 identiques. A cet effet, la présente invention concerne, selon un premier aspect, un moyen de mesure de la longueur relative d'un outil monté sur une MOCN et d'étalonnage de ladite machine, ladite MOCN comprenant : - un mandrin porte-pièce accouplé à un moyen moteur et porté en rotation par 15 des paliers, - une broche porte-outil dotée d'un outil dont la longueur est à mesurer, apte à être entraînée par deux moyens d'entraînement en translation selon au moins deux axes perpendiculaires l'un à l'autre, ce moyen de mesure étant caractérisé par deux zones d'appui associées au mandrin et fixes par rapport à ce dernier, 20 les deux zones d'appui étant écartées l'une de l'autre et étant sécantes à deux plans géométriques radiaux à l'axe de rotation du mandrin et angulairement écartés l'un de l'autre, et en ce que ledit moyen de mesure comprend : - une unité de traitement de l'information, apte à réaliser des opérations de calculs mathématiques et dotée d'un bloc mémoire, 25 - un codeur lié cinématiquement au moyen moteur, connecté électriquement à l'unité de traitement de l'information et apte à détecter le mouvement de rotation du mandrin sous l'effet d'un contact de l'extrémité libre de l'outil sur une zone d'appui, cette rotation étant caractéristique de ce contact, et à délivrer une information à l'unité de traitement de l'information lorsque ce mouvement de 30 rotation est détecté, - des codeurs liés cinématiquement aux moyens d'entraînement en translation de la broche porte-outil, connectés électriquement à l'unité de traitement de l'information et aptes à délivrer à ladite unité des informations relatives aux données de position de la broche porte-outil, ladite unité étant apte à piloter la broche porte-outil pour amener l'extrémité libre de l'outil au contact d'une première zone d'appui et à mémoriser les données de position du porte-outil lors de la détection de ce contact, puis à piloter la broche porte-outil pour amener l'extrémité libre de l'outil au contact de la seconde zone d'appui et à mémoriser les données de position du porte-outil lors de la détection de ce contact, et à calculer la longueur relative de l'outil à partir des données de position mémorisées. Grace à ces dispositions, la position de l'extrémité libre de l'outil, par rapport à un référentiel fixe, est connue sans utiliser de moyens annexes à la machine. Le propriétaire d'une telle machine réalise ainsi une économie financière conséquente puisqu'il n'a pas à investir dans du matériel annexe onéreux, et il économise le temps de montage de ce matériel dans la MOCN. Par ailleurs, la réalisation de la mesure d'outil et de l'étalonnage de la machine sont opérés par les mêmes moyens. Ainsi, il en résulte un gain de temps considérable pour l'utilisateur, et une simplification de la structure de la MOCN et de son utilisation. Selon un second aspect, la présente invention vise un procédé de mesure de la longueur relative d'un outil monté sur une MOCN et d'étalonnage de ladite machine caractérisé en ce qu'il comprend : - une première étape de pilotage de la broche porte-outil, pour amener l'extrémité libre de l'outil au contact d'une première zone d'appui associée au mandrin, - une première étape de mémorisation des données de position de la broche porte-outil lorsque que le mouvement de rotation du mandrin est détecté, - une seconde étape de pilotage de la broche porte-outil pour amener l'extrémité libre de l'outil au contact de la seconde zone d'appui associée au mandrin, - un seconde étape de mémorisation des données de position de la broche porte-outil lorsque que le mouvement de rotation de la broche est détecté, - une étape de calcul de la longueur relative de l'outil à partir des données de position mémorisées et de détermination de la position angulaire de la pièce portée par le mandrin.By relative length of the tool is meant the length of the tool emerging under the tool holder spindle. The present invention thus aims to remedy all or part of the disadvantages of the prior art, and to achieve the relative measurement of the tool and the calibration of the MOCN during the same operation and with identical means 10. To this end, the present invention relates, in a first aspect, to a means for measuring the relative length of a tool mounted on an MOCN and calibration of said machine, said MOCN comprising: a workpiece chuck coupled to a motor means and rotated by bearings, - a tool spindle with a tool whose length is to be measured, adapted to be driven by two drive means in translation along at least two perpendicular axes 1 one to the other, this measuring means being characterized by two support zones associated with the mandrel and fixed relative to the latter, the two bearing zones being spaced apart from one another and being intersecting at two radial geometrical planes at the axis of rotation of the mandrel and angularly spaced apart from one another, and in that said measuring means comprises: an information processing unit capable of performing mathematical calculation operations and equipped with a block moire, 25 - an encoder kinematically linked to the motor means, electrically connected to the information processing unit and able to detect the rotational movement of the mandrel under the effect of a contact of the free end of the tool on a bearing zone, this rotation being characteristic of this contact, and to deliver information to the information processing unit when this rotational movement is detected, - encoders kinematically linked to the drive means in translation of the tool spindle, electrically connected to the information processing unit and able to deliver to said unit information relating to the position data of the tool spindle, said unit being able to control the spindle tool holder for bringing the free end of the tool into contact with a first bearing zone and storing the position data of the tool holder during the detection of this contact, then controlling the jug he tool holder for bringing the free end of the tool into contact with the second bearing zone and storing the position data of the tool holder during the detection of this contact, and calculating the relative length of the tool from the stored position data. Thanks to these provisions, the position of the free end of the tool, relative to a fixed reference system, is known without using means additional to the machine. The owner of such a machine thus achieves a significant financial saving since it does not have to invest in expensive ancillary equipment, and it saves the assembly time of this equipment in the MOCN. Moreover, the realization of the tool measurement and the calibration of the machine are operated by the same means. Thus, it results in considerable time saving for the user, and a simplification of the structure of the MOCN and its use. According to a second aspect, the present invention aims a method for measuring the relative length of a tool mounted on an MOCN and calibration of said machine characterized in that it comprises: - a first step of controlling the gate pin tool, to bring the free end of the tool into contact with a first bearing zone associated with the mandrel, - a first step of storing the position data of the tool spindle when the rotational movement of the tool mandrel is detected, - a second step of controlling the tool-holder spindle to bring the free end of the tool into contact with the second bearing zone associated with the mandrel, - a second step of storing the position data of the spindle; the tool spindle when the rotational movement of the spindle is detected, - a step of calculating the relative length of the tool from the stored position data and determining the angular position of the workpiece. carried by the mandrel.
Selon une caractéristique additionnelle, l'étape de calcul met en oeuvre une opération de calcul de la moyenne arithmétique des données de position de la broche porte-outil mémorisées lors des étapes de mémorisation. Bref exposé des figures et des dessins.According to an additional characteristic, the calculation step implements a calculation operation of the arithmetic mean of the position data of the tool-holder spindle stored during the storage steps. Brief presentation of figures and drawings.
D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description d'au moins une forme préférée de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif en se référant aux dessins annexés en lesquels : - la figure 1 est une vue de face de la zone d'usinage d'une MOCN comprenant 10 un moyen de mesure de la longueur relative d'un outil monté sur une MOCN et d'étalonnage de ladite machine, - la figure 2 est un logigramme représentant les étapes d'un procédé de mesure de la longueur relative d'un outil monté sur une MOCN et d'étalonnage de ladite machine. 15 Description d'un mode de réalisation de l'invention Telle que représentée en figure 1, la machine-outil à commande numérique est dotée d'une broche porte-outil 14 portant un outil 10 à mesurer, d'un mandrin porte-pièce 13 prévu pour porter une pièce 11 à usiner, et d'une chambre d'usinage 15 dans laquelle pénètrent la broche 14 et le mandrin 13 en 20 vue de l'usinage de la pièce 11. L'usinage de la pièce 11 est opéré par enlèvement de matière à l'aide d'un outil coupant ou d'un outil abrasif. S'agissant de la réalisation de couronnes dentaires, la pièce à usiner 11 est constituée essentiellement d'un bloc de céramique de forme parallélépipédique, prolongé par une queue de préhension, 25 métallique, de forme cylindrique. Afin que la pièce 11 à usiner soit portée par le mandrin porte-pièce dans une position angulaire précise et déterminée, cette pièce 11 comprend une encoche de positionnement angulaire. La machine comprend en outre un premier chariot, non représenté sur les figures, portant la broche verticale porte-outil 14, ce premier chariot étant monté 30 de manière mobile en translation selon un axe géométrique horizontal sur des glissières rectilignes portées par un deuxième chariot. Ce deuxième chariot est monté de manière mobile en translation selon un axe géométrique vertical sur des glissières rectilignes portées par le bâti de la machine.Other advantages, aims and features of the present invention will appear on reading the description of at least one preferred embodiment, given by way of non-limiting example with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 1 is a front view of the machining area of an MOCN including means for measuring the relative length of a tool mounted on an MOCN and for calibrating said machine; FIG. steps of a method for measuring the relative length of a tool mounted on an MOCN and calibrating said machine. DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT OF THE INVENTION As shown in FIG. 1, the numerically controlled machine tool is provided with a tool spindle 14 carrying a tool 10 to be measured, a workpiece chuck 13 to carry a workpiece 11 to be machined, and a machining chamber 15 into which the spindle 14 and the mandrel 13 enter for the machining of the workpiece 11. The machining of the workpiece 11 is performed by removing material using a cutting tool or an abrasive tool. With regard to the production of dental crowns, the workpiece 11 consists essentially of a ceramic block of parallelepipedal shape, extended by a metal-shaped gripping tail, of cylindrical shape. So that the workpiece 11 to be machined is carried by the workpiece chuck in a precise and determined angular position, the workpiece 11 comprises an angular positioning notch. The machine further comprises a first carriage, not shown in the figures, carrying the vertical tool-holder spindle 14, this first carriage being mounted in a translational manner along a horizontal geometric axis on straight rails carried by a second carriage. This second carriage is movably mounted in translation along a vertical geometric axis on straight rails carried by the frame of the machine.
La broche porte-outil 14, en partie inférieure, reçoit un outil d'usinage 10, par exemple un outil fraise ou un outil meule. En partie supérieure, la broche 14 est accouplée à l'arbre de sortie rotatif d'un organe moteur piloté par une unité de traitement de l'information architecturée autour d'un microprocesseur. En vue de l'usinage le moteur imprime à la broche porte-outil, et donc à l'outil fraise ou à l'outil meule 10, un mouvement de rotation selon une vitesse angulaire élevée. Le premier chariot est déplaçable en translation le long des glissières par un premier moyen d'entraînement piloté par l'unité de traitement de l'information, et le deuxième chariot est déplaçable en translation le long des glissières par un deuxième moyen d'entraînement également piloté par l'unité de traitement de l'information. La machine est également dotée d'un troisième chariot monté de manière mobile en translation sur des glissières horizontales rectilignes, ce chariot portant le mandrin porte-pièce 13. Les glissières sont portées par le bâti de la machine. Le mandrin porte-pièce est angulairement orientable par pivotement autour de son axe géométrique longitudinal, lequel est horizontal et perpendiculaire aux directions de déplacement des premier et deuxième chariot et parallèle à la direction de déplacement du troisième chariot. Le mandrin porte-pièce 13 est engagé dans des paliers de guidage en rotation portés par le troisième chariot, et en vue de son orientation angulaire et de son entraînement en rotation, est accouplé à un moyen moteur de positionnement angulaire et d'entraînement en rotation, solidaire du troisième chariot. Ce moyen moteur de positionnement angulaire et d'entraînement en rotation est piloté par l'unité de traitement de l'information. De plus, ce troisième chariot est déplaçable en translation le long des glissières par un ensemble moteur solidaire du bâti de la machine, cet ensemble moteur étant piloté par l'unité de traitement de l'information. Le moyen moteur de positionnement angulaire et d'entraînement en rotation est formé, par exemple, d'un moteur du type pas à pas, par exemple, accouplé par l'intermédiaire d'une transmission de mouvement à pignons et courroies crantés au mandrin porte-pièce 13. À ce moyen moteur de positionnement angulaire est associé un codeur connecté électriquement à l'unité de traitement de l'information et est apte à délivrer à cette unité, une information représentative de la position angulaire du mandrin porte-pièce. Deux zones d'appui sont associées au mandrin et fixes par rapport à ce dernier. Ces deux zones d'appui sont écartées l'une de l'autre et sont sécantes à deux plans géométriques, radiaux à l'axe de rotation du mandrin porte-pièce 13 et angulairement écartés l'un de l'autre. Par ailleurs, ces deux zones d'appuis sont planes et coplanaires. Préférentiellement, les deux zones d'appuis sont formées dans un organe de repérage 12, assemblé fixement en bout du mandrin porte-pièce 13, et se développent de part et d'autre d'un plan géométrique de symétrie S, passant par un axe géométrique O confondu avec l'axe géométrique de rotation du mandrin porte-pièce 13. Le plan géométrique S forme une frontière entre deux cotés A' et B' de l'organe de repérage 12, symétriques l'un de l'autre, ces cotés comprenant respectivement une première et une seconde facette plane A et B, ces facettes formant respectivement les deux zones d'appuis sus évoquées. Cet organe de repérage 12 présente préférentiellement la forme d'une demi-lune. Selon une forme de réalisation, le plan géométrique contenant les facettes A et B est diamétral au mandrin et contient de ce fait l'axe géométrique O. En outre, l'organe de repérage 12 peut être constitué en matériau de type carbure, dont l'avantage est d'être très dur et indéformable.The tool spindle 14, in the lower part, receives a machining tool 10, for example a milling tool or a grinding tool. In the upper part, the pin 14 is coupled to the rotary output shaft of a drive member driven by an information processing unit structured around a microprocessor. For machining the motor prints to the tool spindle, and thus to the milling tool or the grinding tool 10, a rotational movement at a high angular speed. The first carriage is movable in translation along the slideways by a first drive means driven by the information processing unit, and the second carriage is movable in translation along the slides by a second drive means as well. driven by the information processing unit. The machine is also provided with a third carriage movably mounted in translation on straight horizontal runners, this carriage carrying the work holding mandrel 13. The slides are carried by the frame of the machine. The workpiece chuck is angularly pivotally pivotable about its longitudinal geometric axis, which is horizontal and perpendicular to the directions of movement of the first and second carriage and parallel to the direction of movement of the third carriage. The work chuck 13 is engaged in rotational guiding bearings carried by the third carriage, and in view of its angular orientation and its rotational drive, is coupled to a motor means angular positioning and rotational drive , integral with the third carriage. This motor means of angular positioning and rotation drive is controlled by the information processing unit. In addition, the third carriage is movable in translation along the slides by a motor assembly integral with the frame of the machine, the motor assembly being controlled by the information processing unit. The angular positioning and rotational driving means is formed, for example, of a stepping motor, for example, coupled via a toothed motion transmission and toothed belts to the mandrel. 13. This angular positioning motor means is associated with an encoder electrically connected to the information processing unit and is capable of delivering to this unit, information representative of the angular position of the workpiece chuck. Two bearing zones are associated with the mandrel and fixed relative thereto. These two support zones are spaced apart from each other and are secant in two geometric planes, radial to the axis of rotation of the workpiece chuck 13 and angularly spaced apart from each other. In addition, these two support zones are flat and coplanar. Preferably, the two support zones are formed in a register member 12, fixedly assembled at the end of the work-holding mandrel 13, and develop on either side of a geometric plane of symmetry S, passing through an axis geometric plane O coincides with the geometrical axis of rotation of the workpiece chuck 13. The geometric plane S forms a border between two sides A 'and B' of the register member 12, symmetrical to one another, these sides respectively comprising a first and a second plane facet A and B, these facets respectively forming the two support zones mentioned above. This register member 12 preferably has the shape of a half-moon. According to one embodiment, the geometric plane containing the facets A and B is diametrical to the mandrel and therefore contains the geometric axis O. In addition, the registration member 12 may be made of carbide-type material, of which the advantage is to be very hard and indeformable.
Avantageusement, le codeur lié cinématiquement au mandrin porte-pièce 13 est apte à détecter un mouvement de rotation dudit mandrin sous l'effet d'un contact de l'extrémité libre de l'outil sur une des facettes planes A et B, et est apte à délivrer une information à l'unité de traitement de l'information lorsque ce mouvement de rotation est détecté, l'information délivrée étant représentative de la valeur angulaire du déplacement en rotation dudit mandrin. Des codeurs sont prévus pour être cinématiquement liés aux premier et deuxième chariots portant la broche porte-outil 14, et sont connectés électriquement à l'unité de traitement de l'information en vue de délivrer à ladite unité des informations représentatives des données de position de la broche porte-outil 14 par rapport à une origine. L'unité de traitement de l'information, est apte à recevoir les données de position de la broche porte-outil 14 et est dotée d'un bloc mémoire apte à mémoriser ces données de position. Par ailleurs, l'unité de traitement de l'information est apte à réaliser des opérations de calculs mathématiques à partir de ces données et à mémoriser les résultats de ces calculs. L'unité de traitement de l'information est également apte à piloter la broche porte-outil 14 pour amener l'extrémité libre de l'outil au contact d'une première zone d'appui, et à mémoriser les données de position de la broche porte-outil 14 lors de la détection de ce contact qui est opérée par détection de la rotation du mandrin autour de l'axe géométrique O . Suite à ce premier contact, ladite unité est apte à piloter la broche porte-outil 14 pour amener l'extrémité libre de l'outil au contact de la seconde zone d'appui, et à mémoriser les données de position de la broche porte-outil 14 lors de la détection de ce contact qui est toujours opérée par détection de la rotation du mandrin autour de l'axe géométrique O. Ensuite ladite unité est apte à calculer la longueur relative de l'outil à partir des données de position mémorisées, suivant des opérations de calculs décrits ci-après et en déduire la position angulaire du mandrin par rapport à une origine machine. De préférence, La vitesse d'avance de la broche porte-outil en vue du contact entre l'outil et la facette correspondante est faible, par exemple de 3 mm/s. Le déplacement angulaire du mandrin et donc l'organe 12 est très limité et sensiblement égal à 0,005 radian. Par ailleurs, le codeur est apte à repérer de très faibles variations angulaires du mandrin de l'ordre de 3,5.104 radian ce qui correspond à un déplacement de 5 pm. Par référence à la figure 2, on décrit maintenant les étapes du procédé selon l'invention. Suite à la mise en place d'un outil 10 dans la broche, dont on souhaite connaître la longueur relative, la première étape du procédé de mesure de la longueur relative de cet outil et d'étalonnage de la machine-outil est une étape de pilotage 20 des déplacements de la broche porte-outil 14, pour amener l'extrémité libre de l'outil au contact d'une des deux zones d'appui. Préférentiellement, lors de cette étape, l'extrémité libre de l'outil 10 est amenée au contact de la première facette plane A de l'organe de repérage 12. Le point de contact entre l'extrémité libre de l'outil et la première facette plane A de l'organe de repérage est donc situé à distance normale connue d'un axe géométrique vertical V passant par l'axe géométrique O.Advantageously, the encoder kinematically connected to the work-holding mandrel 13 is able to detect a rotational movement of said mandrel under the effect of a contact of the free end of the tool on one of the plane facets A and B, and is capable of delivering information to the information processing unit when this rotational movement is detected, the information supplied being representative of the angular value of the rotational displacement of said mandrel. Encoders are provided for being kinematically connected to the first and second carriages carrying the tool spindle 14, and are electrically connected to the information processing unit for supplying to said unit information representative of the position data of the the tool spindle 14 relative to an origin. The information processing unit is able to receive the position data of the tool spindle 14 and is provided with a memory block capable of storing these position data. Furthermore, the information processing unit is able to perform mathematical calculation operations from these data and to memorize the results of these calculations. The information processing unit is also able to control the tool spindle 14 to bring the free end of the tool into contact with a first bearing zone, and to memorize the position data of the spindle. tool pin 14 during the detection of this contact which is operated by detecting the rotation of the mandrel around the geometric axis O. Following this first contact, said unit is able to control the tool spindle 14 to bring the free end of the tool into contact with the second bearing zone, and to memorize the position data of the spindle tool 14 during the detection of this contact which is always operated by detecting the rotation of the mandrel around the geometric axis O. Then said unit is able to calculate the relative length of the tool from the stored position data, following calculation operations described below and deduce the angular position of the mandrel relative to a machine origin. Preferably, the speed of advance of the tool spindle for the contact between the tool and the corresponding facet is low, for example 3 mm / s. The angular displacement of the mandrel and therefore the member 12 is very limited and substantially equal to 0.005 radian. Furthermore, the encoder is able to locate very small angular variations of the mandrel of the order of 3.5.104 radians which corresponds to a displacement of 5 pm. With reference to FIG. 2, the steps of the method according to the invention are now described. Following the introduction of a tool 10 in the spindle, whose relative length is desired, the first step of the method for measuring the relative length of this tool and of calibrating the machine tool is a step of controlling the movements of the tool spindle 14 to bring the free end of the tool into contact with one of the two support zones. Preferably, during this step, the free end of the tool 10 is brought into contact with the first plane facet A of the locating member 12. The point of contact between the free end of the tool and the first A plane facet A of the locating member is therefore located at a known normal distance from a vertical geometric axis V passing through the geometric axis O.
Lorsque le codeur détecte un pivotement du mandrin porte-pièce 13, le contact est avéré entre l'organe de repérage 12 et l'extrémité libre de l'outil 10, la course de l'outil 10 est alors arrêtée. La seconde étape du procédé est une étape de mémorisation 21 de la donnée de position de la broche porte-outil 14 cette donnée de position est relevée et mémorisée dès qu'un contact de l'outil avec la facette correspondante est détecté. Dans le mode de réalisation préféré, la donnée de position par rapport à une origine, de la broche porte-outil sur un axe géométrique Z, confondu avec l'axe longitudinal de l'outil 10, est mémorisées dès que le contact de l'outil avec la facette est détecté. Cette donnée est fournie par le codeur cinématiquement lié au deuxième chariot, chariot mobile en translation selon un axe géométrique vertical, et est mémorisée, lors dans le bloc mémoire de l'unité de traitement de l'information lorsque un pivotement du mandrin est détecté.When the encoder detects a pivoting of the work holding mandrel 13, contact is established between the registration member 12 and the free end of the tool 10, the stroke of the tool 10 is then stopped. The second step of the method is a storage step 21 of the position data of the tool spindle 14 This position data is read and stored as soon as a contact of the tool with the corresponding facet is detected. In the preferred embodiment, the position data with respect to an origin, of the tool-holder spindle on a geometric axis Z coinciding with the longitudinal axis of the tool 10, is stored as soon as the contact of the tool tool with the facet is detected. This data is provided by the encoder kinematically linked to the second carriage, carriage movable in translation along a vertical geometric axis, and is stored in the memory block of the information processing unit when a pivoting of the mandrel is detected.
L'outil porté par la broche porte-outil, est ensuite, lors d'une seconde étape de pilotage 22 du déplacement du chariot de la broche porte-outil, amené au contact de la seconde facette plane B de l'organe de repérage 12. Le point de contact entre l'outil et cette seconde facette est le symétrique, par rapport à l'axe vertical V, du point de contact de l'outil avec la première facette.The tool carried by the tool-holder spindle is then, during a second piloting step 22 of the displacement of the carriage of the tool-holder spindle, brought into contact with the second plane facet B of the register member 12 The point of contact between the tool and this second facet is the symmetrical, with respect to the vertical axis V, of the point of contact of the tool with the first facet.
Lorsque le codeur détecte un pivotement du mandrin porte-pièce 13, le contact est avéré entre l'organe de repérage 12 et l'extrémité libre de l'outil 10, la course de l'outil 10 selon l'axe Z est alors arrêtée et la donnée de position de la broche porte outil sur l'axe Z est relevée et mémorisée selon une étape de mémorisation 23. Cette donnée mémorisée est toujours la position de la broche porte-outil selon l'axe Z par rapport à origine connue. Cette donnée de position est fournie par le codeur cinématiquement lié au deuxième chariot, chariot mobile en translation selon un axe géométrique vertical, et est mémorisée dans le bloc mémoire de l'unité de traitement de l'information.When the encoder detects a pivoting of the work holding mandrel 13, contact is established between the registration member 12 and the free end of the tool 10, the stroke of the tool 10 along the Z axis is then stopped and the position data of the tool spindle on the Z axis is read out and stored in a storage step 23. This stored data is always the position of the tool spindle along the Z axis with respect to known origin. This position data is provided by the encoder kinematically linked to the second carriage, carriage movable in translation along a vertical geometric axis, and is stored in the memory block of the information processing unit.
Le procédé selon l'invention comprend ensuite une étape de calcul 24, selon laquelle il met en oeuvre une opération de calcul de la moyenne arithmétique des données de position de la broche porte-outil mémorisée lors des étapes de mémorisation.The method according to the invention then comprises a calculation step 24, according to which it implements a calculation operation of the arithmetic mean of the position data of the tool-holder spindle memorized during the storage steps.
Ainsi est déterminée la position de l'axe géométrique O de rotation du mandrin porte-pièce 13, la longueur relative de l'outil 10, et par voie de conséquence, la position de l'extrémité libre de l'outil. L'étape de calcul, permet également de déterminer la position angulaire du mandrin par rapport à une origine et par voie de conséquence, la position angulaire de la pièce 11 à usiner logée dans le mandrin porte-pièce 13 par rapport à une origine cette origine pouvant être contenue dans un plan horizontal diamétral au mandrin. En effet, connaissant la valeur de la distance (Dh) séparant les deux points de contact selon un axe géométrique horizontal, et connaissant les valeurs des coordonnées (Z1 et Z2) de ces points selon l'axe Z, l'unité de traitement de l'information réalise une opération de calcul trigonométrique afin de déterminer la valeur de l'angle (a) formé par le plan formé par les facettes A et B et l'horizontale. Cette opération de calcul est par exemple la suivante : a = Arctan ((Z2 - Z1) ÷ Dans un mode préféré de réalisation, lors de l'étape de calcul, on prend en compte la valeur d'un rayon R formé par la distance entre l'axe géométrique O et le point de contact entre l'organe de repérage 12 et l'extrémité libre de l'outil 10, ainsi que la valeur du déplacement angulaire dA du mandrin porte-pièce 13, dû à la rotation de l'organe de repérage 12 lors du contact entre l'organe 12 et l'extrémité libre de l'outil 10. L'opération de calcul mise en oeuvre lors de l'étape de calcul est alors la suivante : L1 = Position Z + R x dA L2 = Position Z + R x dA Longueur relative de l'outil = (L1+L2) ÷2 L1 est représentatif de la longueur relative de l'outil lors de la détection du premier contact de l'extrémité libre de l'outil avec l'organe de repérage, et L2 est représentatif de la longueur relative de l'outil lors de la détection du second contact de l'extrémité libre de l'outil avec l'organe de repérage. Du fait de la prise en compte de ces données, le procédé de mesure de la longueur relative d'un outil 10 est identique au précédent, à la différence près que les deux points de contact ne sont pas nécessairement symétriques l'un par rapport à l'autre. Dans une variante d'exécution, le procédé, consiste pour chaque zone d'appui ou facette à amener l'outil plusieurs fois au contact de ladite facette et à relever et mémoriser pour chaque contact détecté, la position de la broche porte- outil. Préférentiellement, pour chaque facette ou zone d'appui au moins trois contacts et préférentiellement quatre contacts sont réalisés. La valeur de la position de la broche porte-outil 14 sur l'axe Z est mémorisée pour chaque contact entre une zone d'appui et l'extrémité libre de l'outil 10 est détecté et une moyenne de ces valeurs est réalisée. Cette variante de réalisation du procédé de mesure de longueur d'outil vise à obtenir des valeurs plus précises. Dans un mode de réalisation, le module de traitement de l'information est apte à déterminer, suite à une mesure de la longueur relative de l'outil coupant utilisé et selon des données prédéterminées, si le niveau d'usure de l'outil coupant est trop important ou non pour respecter les contraintes d'usinage (état de surface de la pièce, contraintes dimensionnelles...). Si l'usinage nécessite un changement d'outil, il est prévu des moyens visuels, pour le signaler à l'utilisateur, tel que des diodes électroluminescentes. Dans un mode de réalisation, l'outil mis en oeuvre lors du procédé est une pige de calibration. Les modes de réalisation de l'invention décrit précédemment s'appliquent à un procédé de fabrication de type fraisage ou meulage, mais peuvent s'appliquer, selon d'autres modes de réalisation, à d'autres types de procédés de fabrication, tel que le tournage.Thus is determined the position of the geometric axis O of rotation of the workpiece chuck 13, the relative length of the tool 10, and consequently the position of the free end of the tool. The calculation step also makes it possible to determine the angular position of the mandrel relative to an origin and consequently the angular position of the workpiece 11 to be machined housed in the work-holding mandrel 13 relative to an origin of this origin. can be contained in a horizontal plane diametrical to the mandrel. Indeed, knowing the value of the distance (Dh) separating the two contact points along a horizontal geometric axis, and knowing the values of the coordinates (Z1 and Z2) of these points along the Z axis, the processing unit of the information performs a trigonometric calculation operation to determine the value of the angle (a) formed by the plane formed by the facets A and B and the horizontal. This calculation operation is for example as follows: a = Arctan ((Z2 - Z1) ÷ In a preferred embodiment, during the calculation step, the value of a radius R formed by the distance is taken into account between the geometric axis O and the point of contact between the registration member 12 and the free end of the tool 10, as well as the value of the angular displacement dA of the work-holding mandrel 13, due to the rotation of the locating member 12 during the contact between the member 12 and the free end of the tool 10. The calculation operation implemented during the calculation step is then as follows: L1 = Z + R position x dA L2 = Position Z + R x dA Relative length of the tool = (L1 + L2) ÷ 2 L1 is representative of the relative length of the tool when the first contact of the free end of the tool is detected tool with the locating member, and L2 is representative of the relative length of the tool when detecting the second contact of the free end of the tool with the locator. Due to the fact that these data are taken into account, the method for measuring the relative length of a tool 10 is identical to the previous one, with the difference that the two points of contact are not necessarily symmetrical with respect to the other. In an alternative embodiment, the method consists for each support zone or facet to bring the tool several times in contact with said facet and to record and store for each detected contact, the position of the tool holder spindle. Preferably, for each facet or support zone at least three contacts and preferably four contacts are made. The value of the position of the tool spindle 14 on the Z axis is stored for each contact between a bearing zone and the free end of the tool 10 is detected and an average of these values is achieved. This variant embodiment of the tool length measuring method aims at obtaining more precise values. In one embodiment, the information processing module is able to determine, following a measurement of the relative length of the cutting tool used and according to predetermined data, whether the level of wear of the cutting tool is too important or not to respect the machining constraints (surface state of the part, dimensional constraints ...). If machining requires a tool change, visual means are provided for signaling to the user, such as light-emitting diodes. In one embodiment, the tool used during the method is a calibration gauge. The embodiments of the invention described above apply to a milling or grinding type manufacturing process, but may be applied, in other embodiments, to other types of manufacturing processes, such as shooting.
Il va de soi que la présente invention peut recevoir tous aménagements et variantes du domaine des équivalents techniques sans pour autant sortir du cadre du présent brevet tel que défini par les revendications ci-après.It goes without saying that the present invention can receive any arrangements and variants of the field of technical equivalents without departing from the scope of this patent as defined by the claims below.
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| CN114449974A (en) * | 2019-09-24 | 2022-05-06 | 登士柏西诺德公司 | Method for planning freeform tool paths for simultaneous bilateral machining with kinematic axis coupling |
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- 2014-07-04 FR FR1456504A patent/FR3023203B1/en active Active
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| CN114449974B (en) * | 2019-09-24 | 2024-03-26 | 登士柏西诺德公司 | Method for planning a free-form tool path for simultaneous double-sided machining with kinematic axis coupling |
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|---|---|
| FR3023203B1 (en) | 2017-03-03 |
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Effective date: 20160630 |
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| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
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| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
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| CJ | Change in legal form |
Effective date: 20180926 |
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| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |
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| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 7 |
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| PLFP | Fee payment |
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| PLFP | Fee payment |
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