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Title:
LATHE INTENDED FOR IN-SITU USE FOR MACHINING AN INDUSTRIAL PART, AND ASSOCIATED MACHINING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/215446
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns a lathe (1) intended for machining an industrial part (2), the industrial part extending, from a tubular end (3), around a central axis (Z), the lathe comprising: a first motor (11), capable of rotating a plate (19) about an axis of rotation (Δ); a cutting tool (23), secured to the plate (19); a second motor (12), capable of moving the cutting tool (23) axially in translation parallel to the axis of rotation (Δ); a third motor (13), capable of moving the cutting tool (23) radially in translation perpendicular to the axis of rotation (Δ); a holding element (30), capable of attaching the lathe to the industrial part, such that the axis of rotation of the lathe (Δ) is parallel to the central axis (Z); such that, when the lathe is attached to the part, the cutting tool is capable of being moved against the tubular end (3), and of being actuated in rotation about said end, and in translation parallel to and perpendicular to the central axis (Z), so as to machine the industrial part from said end. The lathe is controlled according to an automatic sequence of steps allowing the part to be automatically machined according to predetermined profile shapes.

Inventors:
VICENTE, Franck (92 route de la Chartreuse, VOIRON, 38500, FR)
Application Number:
EP2018/063355
Publication Date:
November 29, 2018
Filing Date:
May 22, 2018
Export Citation:
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Assignee:
COFIM INDUSTRIE (71 AVENUE DE LA PATINIÈRE, VOIRON, 38500, FR)
International Classes:
B23B3/26; B23B1/00; B23B5/16; G05B19/19
Foreign References:
US20050204879A12005-09-22
US20080016696A12008-01-24
EP1190793A12002-03-27
US4411178A1983-10-25
US20150151363A12015-06-04
US20020053264A12002-05-09
DE3000055A11981-08-06
CN205733284U2016-11-30
EP2644301A12013-10-02
US20080166696A12008-07-10
Attorney, Agent or Firm:
LE GOALLER, Christophe et al. (Innovation Competence Group, Groupement de mandataires n°552310 avenue Berthelot, LYON Cedex 08, 69372, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1. Procédé d'usinage d'une pièce industrielle (2), la pièce industrielle s'étendant, à partir d'une extrémité tu bulaire (3), autour d'un axe central (Z), l'usinage étant effectué par un outil de coupe (23), l'outil de coupe étant disposé sur un tour (1), le tour définissant un axe de rotation (Δ), le tour étant fixé à la pièce industrielle, de telle sorte que l'axe de rotation du tour (Δ) soit confond u avec l'axe central (Z), le tour étant apte à déplacer l'outil de coupe :

en rotation a utour de l'axe de rotation (Δ);

- selon une translation dite axiale, parallèlement à l'axe de rotation ;

selon une translation dite radiale, perpendiculairement à l'axe de rotation;

le tour comportant un processeur (40), relié à une mémoire (41) ;

le procédé comportant les étapes suivantes :

a) prise en compte de paramètres géométriques de l'extrémité tu bulaire (3) ;

b) sélection d'u n profil d'usinage (P) parmi des profils prédéterminés et stockés dans la mémoire (41) et prise en compte des paramètres géométriques du profil d'usinage ainsi sélectionné ;

c) à partir des paramètres géométriques pris en compte lors des étapes a) et b), définition, par le microprocesseur (40), d'une séquence de mouvements (S) de l'outil de coupe ; d) définition d'une position initiale de l'outil de coupe par rapport à l'extrémité tu bulaire (3) ;

e) lorsque l'outil de coupe est disposé selon la position initiale, actionnement du tour (1) de façon à entraîner l'outil de coupe (23) selon la séquence de mouvements (S) définie lors de l'étape c), de façon à former le profil d'usinage (P), défini lors de l'étape b), à partir de l'extrémité tu bula ire (3), l'usinage étant un délardage ou un chanfreinage, le procédé étant tel que

la séquence de mouvements comporte une multitude de séquences élémentaires (Sn), chaque séquence élémentaire comportant une translation axiale de l'outil de coupe (23) à partir de l'extrémité tu bulaire (3) ou vers l'extrémité tu bulaire, chaque séquence élémentaire étant effectuée alors que l'outil de coupe (23) est entraîné en rotation autour de l'axe de rotation (Δ) du tour ;

et dans lequel entre deux séquences élémentaires successives, l'outil de coupe (23) est translaté selon une translation radiale, perpendiculairement à l'axe de rotation (Δ).

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le tour (1) est porté par la pièce industrielle (2).

3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel des séquences élémentaires successives conduisent au retrait d'une couche de matière d'épaisseur inférieure à 2 mm. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lors de l'étape d), la position initiale de l'outil de coupe est disposée contre l'extrémité tubulaire (3) de la pièce industrielle ou à une distance prédéterminée de ladite extrémité tubulaire (3).

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comportant une étape f) d'usinage de finition, comportant l'application de l'outil de coupe le long du profil formé lors de l'étape e) de façon à éliminer des discontinuités dudit profil.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'extrémité tubulaire définit une surface externe et une surface interne, le procédé permettant de former un profil le long de la surface externe et/ou le long de la surface interne.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le profil peut s'étendre selon une distance de travail inférieure à 20 cm de l'extrémité tubulaire, parallèlement à l'axe central (Z).

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le tour comporte :

un premier moteur (11), apte à entraîner en rotation une platine (19) autour de l'axe de rotation (Δ), l'outil de coupe (23) étant solidaire de la platine (19);

un deuxième moteur (12), apte à translater axialement l'outil de coupe (23) parallèlement à l'axe de rotation (Δ) ;

un troisième moteur (13), apte à translater radialement l'outil de coupe (23) perpendiculairement à l'axe de rotation (Δ) ;

- un élément de maintien (30), apte à fixer le tour à la pièce industrielle, de façon que l'axe de rotation du tour (Δ) soit parallèle à l'axe central (Z);

de telle sorte que lorsque le tour est fixé à la pièce industrielle, l'outil de coupe est apte à être déplacé contre l'extrémité tubulaire (3), et à être actionné en rotation autour de l'extrémité tubulaire, ainsi qu'en translation parallèlement et perpendiculairement à l'axe central (Z). 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le troisième moteur (13) est actionné par un microcontrôleur (13'), dit microcontrôleur de translation radiale, solidaire de la platine (19).

10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le microcontrôleur de translation radiale (13') est configuré pour :

transmettre au microprocesseur (40), une position de l'outil de coupe, selon un axe de translation radiale, perpendiculaire à l'axe de rotation (Δ) ;

- recevoir des instructions du microprocesseur (40), et, en fonction de ces instructions, piloter l'activation du troisième moteur (13).

11. Procédé selon la revendication 10, comportant des codeurs (26) permettant une détermination d'une position de l'outil de coupe selon un axe de translation radial, perpendiculaire à l'axe de rotation, les codeurs étant inclus dans le microcontrôleur de translation radiale (13') ou reliés audit microcontrôleur (13').

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, comportant un collecteur tournant (18), comportant un stator fixe par rapport au premier et deuxième moteurs (11, 12), et un rotor solidaire de la platine (19) et apte à être entraîné en rotation par le premier moteur (11), le collecteur tournant assurant une connexion électrique entre des conducteurs amont (17) débouchant du stator et des conducteurs aval (17') s'étendant à partir du rotor vers le microcontrôleur de translation radiale (13'), le nombre de connexions électriques assurées par le collecteur tournant étant de préférence inférieur ou égal à 6.

13. Tour (1) destiné à usiner une pièce industrielle (2), la pièce industrielle s'étendant, à partir d'une extrémité tubulaire (3), autour d'un axe central (Z), le tour comportant :

- un premier moteur (11), apte à entraîner en rotation une platine (19) autour d'un axe de rotation (Δ);

un outil de coupe (23), solidaire de la platine (19) ;

un deuxième moteur (12), apte à translater axialement l'outil de coupe (23) parallèlement à l'axe de rotation (Δ) ;

- un troisième moteur (13), apte à translater radialement l'outil de coupe (23) perpendiculairement à l'axe de rotation (Δ) ;

un élément de maintien (30), apte à fixer le tour à la pièce industrielle, de façon que l'axe de rotation du tour (Δ) soit parallèle à l'axe central (Z);

de telle sorte que lorsque le tour est fixé à la pièce industrielle, l'outil de coupe est apte à être déplacé contre l'extrémité tubulaire (3), et à être actionné en rotation autour de l'extrémité tubulaire, ainsi qu'en translation parallèlement et perpendiculairement à l'axe central (Z), de façon à usiner la pièce industrielle à partir de ladite extrémité tubulaire, le tour étant caractérisé en ce qu'il comporte un microprocesseur (40), apte à mettre en œuvre les étapes a) à e) d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.

Description:
Tour destiné à une utilisation in-situ pour l'usinage d'une pièce industrielle, et procédé d'usinage associé

Description

DOMAINE TECHNIQUE

Le domaine technique de l'invention est l'usinage automatisé de pièces industrielles telles des tubes, et en particulier la réalisation in-situ de chanfreins préalablement à une opération de soudage.

ART ANTERIEUR

La réussite d'une soudure entre deux tubes nécessite un usinage préalable de leurs extrémités respectives. L'usinage peut être :

un délardage : il s'agit s'ajuster le diamètre interne du tube par rapport à un profil interne particulier ;

un chanfreinage : il s'agit d'usiner le diamètre externe du tube par rapport à un profil externe particulier.

Les opérations de délardage et de chanfreinage consistent à modifier l'épaisseur du tube, à partir d'une extrémité de ce tube, selon un profil prédéterminé. Les profils doivent être réalisés avec précision, selon des paramètres géométriques précis et codifiés dans des spécifications techniques. On distingue différentes formes de profils, et, pour chaque forme de profil, différents paramètres. Le type de profil, et ses paramètres, sont déterminés en fonction de la soudure à réaliser, et des caractéristiques des tubes à souder (matériaux, diamètre, épaisseur...).

La qualité de la soudure dépend en grande partie de la qualité de l'usinage ainsi réalisé, en particulier de la précision avec laquelle les profils ont été usinés. L'usinage est généralement réalisé in-situ, dans des environnements industriels pouvant être contraignants en termes d'encombrement, de bruit, ou d'autres conditions difficiles, par exemple une température élevée ou un niveau d'irradiation important. Son exécution est également contrainte par le temps, car elle s'inscrit dans une succession d'opérations exécutées en série. De plus, il s'agit d'un travail de précision, nécessitant le recours à du personnel qualifié et expérimenté.

Il est par ailleurs nécessaire de disposer d'un équipement suffisamment compact et léger pour être aisément transporté et déplacé dans une installation industrielle.

Le document CN205733284 décrit un tour destiné à effectuer des opérations de chanfreinage. Le chanfrein est réalisé en appliquant un outil de coupe, dont la forme correspond au profil, contre le tu be à chanfreiner. Une telle méthode nécessite l'utilisation de moteurs puissants. Par conséquent, le tour est lourd et non adapté à une utilisation nomade.

Le document EP2644301 décrit un tour pouvant être fixé sur un tu be. Le tour présente un axe de rotation de telle sorte que lorsque le tour est fixé sur le tu be, son axe de rotation est confondu à l'axe autour d uquel s'étend le tu be. Le tour comporte un outil de coupe, de dernier étant mobile en rotation autour de l'axe de rotation du tour, ainsi qu'en translation parallèlement et perpendiculairement à l'axe de rotation du tour. Le tour décrit dans ce document se prête à une utilisation nomade.

Le document US2008/0166696 décrit un tour permettant d'effectuer une découpe d'une extrémité d'u n tu be, selon une forme prédéterminée.

Les inventeu rs ont développé un tour compact, peu onéreux, et adapté à une utilisation nomade, conçu pour permettre une gestion optimisée de l'outil de coupe. Le tour garantit l'obtention d'un usinage de qualité, sans nécessiter une présence permanente d 'opérateurs qualifiés.

EXPOSE DE L'INVENTION

Un premier objet de l'invention est un tour, en particulier un tour nomade, destiné à usiner u ne pièce industrielle, la pièce industrielle s'étendant, à partir d'une extrémité tu bulaire, autour d'un axe central, le tour comportant :

un premier moteur, apte à entraîner en rotation une platine autour d'un axe de rotation; - un outil de coupe, solidaire de la platine ;

un deuxième moteu r, apte à translater axialement l'outil de coupe parallèlement à l'axe de rotation ;

un troisième moteur, apte à translater radialement l'outil de coupe, perpendiculairement à l'axe de rotation;

- un élément de maintien, apte à fixer le tour à la pièce industrielle, de façon que l'axe de rotation du tour soit parallèle ou confondu avec l'axe central;

de telle sorte que lorsque le tour est fixé à la pièce industrielle, l'outil de coupe est apte à être déplacé contre l'extrémité tu bulaire, et à être actionné en rotation autour de l'extrémité tu bulaire, ainsi qu'en translation parallèlement et perpendiculairement à l'axe central, de façon à usiner la pièce industrielle à partir de ladite extrémité tu bulaire.

Le tour peut comporter un microprocesseur, relié à une mémoire, configuré pour exécuter les opérations suivantes :

a) prise en compte de paramètres géométriques de l'extrémité tu bulaire ; b) sélection d'un profil d'usinage parmi plusieurs profils d'usinages prédéfinis et mémorisés dans la mémoire, et prise en compte de paramètres géométriques du profil sélectionné ;

c) à partir des paramètres pris en compte lors des étapes a) et b), définition d'une séquence de déplacements de l'outil de coupe ;

d) définition d'une position initiale de l'outil de coupe par rapport à l'extrémité tubulaire ; e) lorsque l'outil de coupe est disposé selon la position initiale, actionnement du premier moteur, du deuxième moteur et du troisième moteur de façon à entraîner l'outil selon la séquence de déplacements définie lors de l'étape c) et à usiner, à partir de l'extrémité tubulaire, la pièce industrielle selon ladite séquence.

Selon un tel enchaînement d'étapes, l'usinage de l'extrémité du tu be peut être effectué in-situ, de façon automatisée. L'usinage, et en particulier ses paramètres, peuvent être mémorisés. L'usinage peut être réalisé sans nécessiter la présence d'opérateurs qualifiés.

Par tour nomade, on entend un tour aisément transportable, pour pouvoir être déployé dans une installation industrielle et être fixé à une pièce industrielle, notamment un tube, dans l'installation. La masse du tour est de préférence inférieure à 250 Kg, voire 100 Kg. Par in-situ, on entend sur site, sans nécessiter un transfert de la pièce à usiner à l'extérieur de l'installation dans laquelle elle est utilisée.

Selon un mode de réalisation, le tour peut être tel que le troisième moteur est actionné par un microcontrôleur, dit microcontrôleur de translation radiale, solidaire de la platine. Ainsi, le microcontrôleur de translation radiale suit un mouvement de rotation lorsque la platine est entraînée en rotation par le moteur. Le microcontrôleur de translation radiale est alors configuré pour :

transmettre, au microprocesseur, une position de l'outil de coupe, selon un axe de translation radiale, perpendiculaire à l'axe de rotation ;

recevoir des instructions du microprocesseur, et, en fonction des instructions reçues, piloter l'activation du troisième moteur.

Le microcontrôleur de translation radiale peut comporter, ou être relié à des codeurs permettant une détermination d'une position de l'outil de coupe selon l'axe de translation radiale.

Le tour peut comporter un collecteur tournant, comportant un stator fixe par rapport au premier et au deuxième moteurs, et un rotor solidaire de la platine, apte à être entraîné en rotation par cette dernière, le collecteur tournant assurant une connexion électrique entre des conducteurs amont débouchant du stator et des conducteurs aval s'étendant à partir du rotor, vers le microcontrôleur de translation radiale. Le nombre de connexions électriques assurées par le collecteur tournant est de préférence inférieur ou égal à 6. Un avantage de disposer d'un microcontrôleur de translation radiale solidaire de la platine, et mobile en rotation avec cette dernière, est de réduire le nombre de connexions électriques effectuées par le collecteur tournant.

Le microprocesseur est de préférence configuré pour mettre en œuvre le procédé d'usinage décrit ci-dessous.

Un deuxième objet de l'invention est un procédé d'usinage d'une pièce industrielle, la pièce industrielle s'étendant à partir d'une extrémité tubulaire, autour d'un axe central, l'usinage étant effectué par un outil de coupe, l'outil de coupe étant disposé sur un tour, le tour définissant un axe de rotation, le tour étant destiné à être fixé à la pièce industrielle, de telle sorte que l'axe de rotation du tour est confondu avec l'axe central de l'extrémité tubulaire, le tour étant et apte à déplacer l'outil de coupe :

- en rotation autour de l'axe de rotation;

selon une translation, dite axiale, parallèlement à l'axe de rotation ;

selon une translation, dite radiale, perpendiculairement à l'axe de rotation ;

le procédé comportant les étapes suivantes :

a) prise en compte de paramètres géométriques de l'extrémité tubulaire ;

b) sélection d'un profil d'usinage parmi des profils prédéterminés et stockés dans une mémoire, puis prise en compte de paramètres géométriques du profil d'usinage ainsi sélectionné;

c) à partir des paramètres pris en compte lors des étapes a) et b), définition, par le microprocesseur, d'une séquence de mouvements de l'outil de coupe ;

d) définition d'une position initiale de l'outil de coupe par rapport à l'extrémité tubulaire ; e) lorsque l'outil de coupe est disposé selon la position initiale, actionnement du tour de façon à entraîner l'outil selon la séquence de mouvements définie lors de l'étape c), de façon à former le profil d'usinage, défini lors de l'étape b), à partir de l'extrémité tubulaire.

Le procédé peut comporter, préalablement à l'étape d), un dressage, consistant à usiner l'extrémité tu bulaire selon un plan perpendiculaire à l'axe de rotation, de façon à ce que cette dernière s'étende selon ledit plan.

Selon un mode de réalisation : la séquence de mouvements comporte une multitude de séquences élémentaires, chaque séquence élémentaire comportant une translation axiale de l'outil de coupe à partir de l'extrémité ou vers l'extrémité, chaque séquence élémentaire étant réalisée alors que l'outil de coupe est entraîné en rotation autour de l'axe de rotation du tour ; - entre deux séquences élémentaires successives, l'outil de coupe est translaté selon une translation radiale.

Au cours de chaque séquence élémentaire, l'usinage peut notamment permettre le retrait d'une épaisseur de matière inférieure ou égale à 5 mm, et de préférence inférieure ou égale à 2 mm, par exemple 0,1 mm.

Selon un mode de réalisation, lors de l'étape d), la position initiale de l'outil de coupe est disposée contre l'extrémité tubulaire où à une distance prédéterminée de cette dernière. Cela facilite le positionnement de l'outil de coupe selon la position initiale.

Selon un mode de réalisation, le procédé comporte une étape f) d'usinage de finition, comportant l'application de l'outil de coupe le long du profil d'usinage formé lors de l'étape e) de façon à éliminer des discontinuités dudit profil.

Le procédé selon le deuxième objet de l'invention peut être mis en œuvre à l'aide du tour selon le premier objet de l'invention.

L'extrémité tubulaire définit une surface externe et une surface interne. Le procédé peut être appliqué de façon à former un profil le long de la surface externe et/ou le long de la surface interne. Le profil peut notamment s'étendre selon une distance, dite distance de travail, inférieure à 20 cm, de l'extrémité tubulaire, parallèlement à l'axe central de l'extrémité tubulaire.

La pièce industrielle peut notamment être un tube, ou comporter un tube.

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés sur les figures listées ci-dessous.

FIGURES

Les figures 1A, 1B, 2A et 2B forment différentes vues d'un exemple de tour selon l'invention, le tour étant monté sur un tube destiné à être usiné.

Les figures 3A, 3B et 3C représentent un détail d'un chariot permettant d'effectuer une translation radiale de l'outil de coupe porté par le tour. La figure 3D montre une première configuration de l'outil de coupe, destinée à former un chanfrein, en usinant la paroi externe du tu be. La figure 3 E montre une deuxième configuration de l'outil de coupe, destinée à une opération délardage, en usinant la paroi interne du tu be.

Les figures 4A et 4B illustrent un connecteur tournant destiné à une alimentation électrique du moteur permetta nt la translation de l'outil de coupe perpendiculairement à l'axe de rotation d u tour.

La figure 5A représente différentes étapes d'un procédé de réalisation d'un usinage, en particulier à l'aide du tour tel que présenté sur les figures précédentes. Les figures 5B, 5C, 5D, 5E et 5F sont respectivement des illustrations des étapes 110, 120, 130, 140, 150 décrites en lien avec la figure 5A.

La figure 5G représente une séquence de déplacements élémentaires de l'outil de coupe de façon à obtenir un profil de coupe.

EXPOSE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS

Les figures 1A et 1B représentent un exemple de tour 1 selon l'invention. Le tour 1 est destiné à être fixé sur une pièce industrielle, qui est, dans cet exemple, un tu be 2, de façon à ce qu'u ne extrémité 3 du tu be soit usinée. Le tu be s'étend, entre une surface externe 2.1 et une surface interne 2.2, autour d'un axe, dit axe central Z. Le tour 1 présente un axe de rotation Δ, de telle sorte que lorsque le tour 1 est fixé sur le tu be 2, l'axe de rotation Δ est confondu avec l'axe central Z du tu be 2.

Le tour 1 comporte un arbre 10, l'arbre s'étendant selon l'axe de rotation Δ du tour. Le tour 1 est fixé au tu be 2 par un élément de maintien 30. Dans cet exemple, l'élément de maintien comporte des mors 31, s'étendant à partir de l'arbre 10 de façon à être en contact avec la paroi interne 2.2 du tu be, assurant ainsi un centrage et un maintien du tour 1 sur le tu be 2. Ainsi, le tour 1 est porté par le tu be, l'axe de rotation Δ du tour 1 étant coaxial de l'axe de central Z du tu be 2. D'autres éléments de maintien 30, permetta nt un maintien du tour 1 par le tu be 2 sont envisagea bles, par exemple un cadre enserrant la surface externe 2.1 du tu be 2, le cadre étant relié au tour 1 par des montants longitudinaux s'étendant parallèlement à l'axe de rotation Δ du tour 2.

Le tour comprend un premier moteur 11, commandé par un microcontrôleur 11', dit microcontrôleur de rotation, et une platine 19. Le premier moteur 11 est apte à entraîner la platine 19 en rotation, autour de l'axe de rotation Δ. Le premier moteur 11 est relié à u ne transmission 15, visible sur la figure 1B, formée de pignons pour transmettre le mouvement de rotation à la platine 19. La transmission 15 est recouverte par un carter 14. La puissance du premier moteur peut être égale à 1.5 kW. Il peut par exemple s'agir d'un moteur électrique commercialisé par OM ON sous la référence R88K1K530H.

Le tour comporte une platine 19, apte à être entraînée en rotation par le premier moteur 11. La platine 19 prend dans cet exemple une forme de disque. La platine 19 sert de support à un outil de coupe 23 décrit ultérieurement.

Le tour 1 comporte un deuxième moteur 12, commandé par un microcontrôleur 12' dit microcontrôleur de translation axiale, destiné à entraîner la platine 19 selon une translation, axiale, parallèlement à l'axe de rotation Δ du tour 1. Dans cet exemple, la platine se déplace en translation par rapport à l'arbre 10, ce dernier étant maintenu fixe par rapport au tube 2. Sous l'effet de la translation axiale, une première distance di, entre la platine 19 et l'extrémité 3 du tube 2, est variable. Dans cet exemple, le deuxième moteur 12 est un moteur électrique, de puissance de 750 W. Il s'agit par exemple du moteur commercialisé par MAXON sous la référence ECMAX 30L/PM42 24V.

Le tour 1 comporte un troisième moteur 13, destiné à commander une translation de l'outil de coupe 23, dite translation radiale, perpendiculairement à l'axe de rotation Δ du tour 1. Il s'agit d'un moteur électrique de puissance 240 W. Dans cet exemple, il s'agit du moteur commercialisé par MAXON sous la référence ECMAX 22L/PM22 24V. L'outil de coupe 23 est fixé à un support d'outil 22, ce dernier étant porté par un chariot 20. Le troisième moteur pilote le déplacement du chariot 20 en translation radiale. Le chariot 20 et le support d'outil 22 sont décrits en lien avec les figures 2A, 2B et 3A à 3E.

Le tour comporte un élément de préhension 16, dans cet exemple une poignée, permettant une préhension manuelle du tour ou à l'aide d'un moyen de levage. Il comporte également un collecteur tournant 18, permettant une alimentation électrique d'un microcontrôleur de translation radiale 13', décrit par la suite. Le collecteur tournant est décrit en lien avec les figures 4A et 4B.

Le tour comporte un microprocesseur 40, configuré pour exécuter des instructions, codées dans une mémoire 41, permettant de définir et de commander le déplacement de l'outil de coupe 23 par rapport au tube 2, comme décrit ci-après, en lien avec les figures 5A à 5G. Le microprocesseur est relié à un écran 42, pour suivre le paramétrage de l'usinage et son déroulement. L'écran est de préférence un écran tactile, ce qui permet une communication simple d'un opérateur avec le microprocesseur 40. Le microprocesseur 40, la mémoire 41 et l'écran 42 forment alors une interface de commande du tour 1. On a représenté, sur les figures 2A et 2B, l'outil de coupe 23, monté à une extrémité d'un support d'outil 22. Le support d'outil 22 est fixé à un chariot 20, le chariot étant monté mobile en translation radiale, perpendiculairement à l'axe de rotation Δ du tour 1. Le chariot 20 se déplace le long de deux rails 25, disposés sur la platine 19. Il est entraîné en translation par le troisième moteur 13, à travers une vis sans fin 24. La translation radiale a pour effet de modifier une deuxième distance d2, entre l'outil de coupe 23 et l'axe de rotation Δ du tour 1, comme représenté sur la figure 2B. La platine 19 comporte un contrepoids 29, de préférence diamétralement opposé au troisième moteur 13.

Les figures 3A, 3B et 3C représentent l'outil de coupe 23, monté à l'extrémité du support d'outil 22, ce dernier étant inséré dans une ouverture 28 ménagée dans le chariot 20. Comme représenté sur la figure 3B, le chariot peut comporter plusieurs ouvertures 28 aptes à recevoir le support d'outil 22, de façon à adapter le débattement en translation de l'outil de coupe 23.

Le troisième moteur 13 est commandé par un microcontrôleur de translation radiale 13'. Le microcontrôleur de translation radiale 13' est monté solidaire de la platine 19. Il est donc mobile en rotation autour de l'axe de rotation Δ du tour 1. Le microcontrôleur de translation radiale 13' reçoit des instructions de la part du processeur 40, et actionne le troisième moteur 13 en fonction desdites instructions. Le microcontrôleur de translation radiale 13' comporte des codeurs 26, permettant de définir la position du chariot 20 selon l'axe de la translation radiale. Avantageusement, le microcontrôleur de translation radiale 13'est relié à au moins un capteur dit de fin de course 27, de façon à déterminer la position du chariot lorsque ce dernier atteint un débattement maximal selon l'axe de la translation radiale. Un tel capteur peut permettre d'initialiser les codeurs 26 au cours d'une phase d'initialisation. Ainsi, en fonction de la position du chariot 20, et des instructions reçues du microprocesseur 40, le microcontrôleur de translation radiale 13' actionne le troisième moteur 13, dans un sens ou dans l'autre, de façon à ajuster la deuxième distance d2, qu'il s'agisse de la réduire, de l'augmenter ou de la maintenir constante.

Le microprocesseur 40 est relié à tout ou partie des microcontrôleurs 11', 12' et 13' par liaison filaire ou par liaison sans fil.

Les figures 3D et 3E représentent différentes dispositions de l'outil de coupe 23 sur le support 22. Dans cet exemple, l'outil de coupe est une plaquette, dont au moins un bord est saillant. Le montage de la figure 3D correspond à une disposition adaptée à la réalisation d'un chanfrein, l'outil de coupe 23 agissant sur la paroi externe 2.1 du tube 2. Le montage de la figure 3E correspond à une disposition adaptée à la réalisation d'un délardage, l'outil de coupe 23 agissant sur la paroi interne 2.2 du tube 2. Il est possible de disposer d'un support mixte, présentant, en son extrémité, deux outils de coupe respectivement orientés selon deux directions opposées, l'un étant destiné à un chanfreinage, l'autre étant destiné à un délardage.

Les instructions provenant du microprocesseur 40 parviennent au microcontrôleur de translation radiale 13' par le biais d'un collecteur tournant 18 représenté sur les figures 4A et 4B. Il peut par exemple s'agir d'un collecteur tournant de type MOFLON MT100 P0205-S 4. Un tel collecteur assure une connexion électrique entre une partie fixe, usuellement désignée par le terme stator et une partie mobile, usuellement désignée par le terme rotor, cette dernière étant destinée à tourner autour de l'axe de rotation Δ lors du fonctionnement du tour 1. Il peut par exemple s'agir d'un collecteur à bague rotatif. Il permet une connexion électrique entre des conducteurs, dits conducteurs amont 17, fixes par rapport au premier moteur et au deuxième moteur, et de conducteurs, dits conducteurs avals 17', s'étendant selon la platine 19, vers le microcontrôleur de translation radiale 13'. Les conducteurs aval 17' sont notamment destinés à l'alimentation et à la commande du troisième moteur électrique 13.

La disposition du microcontrôleur de translation radiale 13' sur la platine 19, c'est-à-dire en aval du connecteur tournant 18, entre la platine 19 et l'outil de coupe 23, permet de minimiser le nombre de connexions électriques assurées par le collecteur tournant 18. Dans l'exemple représenté, le collecteur tournant 18 assure une connexion respectivement entre cinq conducteurs amont 17 et cinq conducteurs aval 17'. Deux desdits conducteurs conduisent un signal de puissance, destiné à l'alimentation électrique du troisième moteur 13. Deux conducteurs portent un signal logique de commande, de type bus CAN (acronyme de Controller Area Network), à destination du microcontrôleur de translation radiale 13'. Un conducteur est de préférence relié à une masse. La minimisation du nombre de connexions électriques permet de réduire la taille du collecteur tournant 18, ainsi que son coût. Elle permet également d'améliorer la fiabilité du tour, un nombre trop élevé de connexions électriques dans un collecteur tournant pouvant nuire à la fiabilité.

La figure 5A représente les principales étapes permettant le contrôle du tour 1. Les dispositifs connus de l'art antérieur comportent également des interfaces de contrôles, ces dernières permettant un réglage manuel, voire une programmation dans le temps, de paramètres de coupe, par exemple la vitesse de rotation du tour ou la vitesse de translation axiale et de translation radiale de l'outil de coupe. De tels réglages supposent une certaine expertise de la part d'un opérateur, car comme indiqué en lien avec l'art antérieur, les paramètres de coupe varient en fonction du matériau usiné, des dimensions du tube et du profil à réaliser.

Afin de faciliter l'utilisation du tour, les inventeurs ont conçu un algorithme permettant un paramétrage automatique du tour, et facilitant la mise en œuvre de ce dernier, selon les étapes décrites ci-dessous :

Etape 100 : positionnement du tour. Cette étape consiste à fixer le tour 1 sur le tube 2, en utilisant l'élément de maintien 30, de telle sorte que le tour 1 est porté par le tube 2.

Etape 110 : référencement de l'opération. Au cours de cette étape, on renseigne le nom de l'opérateur OP et la référence EF de l'opération effectuée, cela à des fins de traçabilité. La prise en compte, par le microprocesseur 40, de ces données, peut être obtenue à travers l'écran représenté sur la figure 5B.

Etape 120 : paramètres du tube. Au cours de cette étape, on renseigne des paramètres relatifs au tube 2 : le matériau Mat, le diamètre interne Om t , le diamètre externe O ext , éventuellement l'épaisseur ε. La figure 5C montre l'interface apparaissant à l'écran 42 lors de la définition de ces paramètres.

Etape 130 : sélection du profil. Au cours de cette étape, un profil P est sélectionné parmi une base de données de profils PROFILE stockée en mémoire. La sélection du profil P dépend en particulier du type de soudure qui sera réalisée par la suite. La figure 5D montre l'interface apparaissant à l'écran 42 lors de la sélection d'une forme de profil. La figure 5E schématise un exemple de profil. Pour chaque profil sélectionné, une liste de paramètres spécifiques du profil est complétée. La figure 5E représente des paramètres T, H, R, Θ d'un profil à former. Ces paramètres correspondent respectivement à une épaisseur résiduelle, une distance de travail selon l'axe central du tube, un rayon de courbure et un angle.

Etape 140 : séquence de déplacement. Compte tenu des dimensions du tube et du profil sélectionné, et en prenant en compte les dimensions de l'outil de coupe 23, le microprocesseur 40 détermine une séquence de déplacement S de l'outil de coupe 23 contre le tube 2. Une séquence de déplacement s comporte une pluralité de séquences de déplacement élémentaires S n . Chaque séquence de déplacement élémentaire S n comporte une translation axiale de l'outil de coupe 23 parallèlement à l'axe de rotation Δ, à partir de l'extrémité 3, au cours de laquelle une épaisseur élémentaire de matière est enlevée. Elle comporte également une translation axiale en sens inverse, de manière à rapprocher l'outil de coupe 23 de l'extrémité 3 du tube 2. Une translation radiale de l'outil de coupe en direction de le l'axe de rotation Δ est effectuée entre deux séquences élémentaires S n , S n+1 successives. Ainsi, de proche en proche, la succession des séquences élémentaires S n permet d'obtenir le profil souhaité, comme décrit sur la figure 2G.

L'épaisseur élémentaire de matière enlevée au cours de chaque séquence élémentaire S n est généralement comprise entre 0,05 mm et 2 mm. Le retrait, lors de chaque séquence élémentaire S n d'une faible épaisseur de matière, permet la réalisation de différentes formes de profil. Le cheminement de l'outil de coupe 23 au cours des différentes séquences élémentaires permet d'enlever successivement des couches de matière, pour obtenir le profil souhaité. Le retrait successif d'une faible épaisseur de matière permet d'utiliser des moteurs peu puissants, rendant le tour 1 plus léger et plus aisément transportable. Lorsque l'usinage réalisé est un chanfrein, l'outil de coupe est rapproché de l'axe de rotation entre deux séquences élémentaires successives. Lorsque l'usinage réalisé est un délardage, l'outil de coupe est éloigné de l'axe de rotation entre deux séquences élémentaires successives.

L'étape 140 peut être précédée d'une opération de dressage, visant à ajuster l'extrémité 3 de façon qu'elle s'étende selon un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du tour. Cette opération est réalisée en déplaçant l'outil de coupe perpendiculairement à l'axe de rotation Δ.

Etape 150 : initialisation. Au cours de cette étape, schématisée sur la figure 5F, le microprocesseur 40 détermine une position initiale à laquelle l'outil de coupe 23 doit être disposé. Cette position initiale est généralement placée au niveau de l'extrémité 3 du tube 2, ou à une distance prédéterminée de cette extrémité. L'opérateur déplace l'outil de coupe 23 à la position initiale déterminée par le microprocesseur 40 et confirme que l'outil de coupe est bien positionné au niveau de ladite position initiale.

Etape 160 : usinage. Au cours de cette étape, illustrée sur la figure 5G, le microprocesseur génère des instructions de commande à destination du microcontrôleur de rotation 11', du microcontrôleur de translation axiale 12' et du microcontrôleur de translation radiale 13', de façon que l'outil de coupe 23 exécute la séquence de déplacement calculée lors de l'étape 140. La figure 5G représente les différentes séquences élémentaires Si...S n ...S N constituant une séquence de déplacement S. Au cours de chaque séquence élémentaire, une faible épaisseur de matière est enlevée, typiquement entre 0,05 mm et 2 mm, comme précédemment décrit. Le fait d'effectuer différentes séquences élémentaires S n pour retirer successivement différentes couches de matière permet d'utiliser un même outil de coupe 23 pour réaliser différentes formes de profil. Dans cet exemple, l'outil de coupe 23 est une simple plaquette : l'invention permet l'utilisation d'un unique outil de coupe peu onéreux, la réalisation des différents profils étant possible par la succession des séquences élémentaires S n , au cours desquelles une faible épaisseur de matière est retirée.

Au cours de chaque séquence de déplacement élémentaire, le microprocesseur 40 reçoit des informations des microcontrôleurs de rotation, de translation axiale et de translation radiale et, en fonction de ces informations, génère un signal de commande aux microcontrôleurs de façon actionner les moteurs pour déplacer l'outil de coupe en fonction du profil sélectionné et paramétré. De préférence, au cours d'un déplacement élémentaire, une seule translation est commandée, qu'il s'agisse d'une translation axiale ou d'une translation radiale. Au cours de chaque déplacement élémentaire, la vitesse de rotation du tour ainsi que la vitesse de translation, qu'il s'agisse d'une translation axiale ou d'une translation radiale, est calculée automatiquement par le microprocesseur 40, selon des standards connus de l'homme du métier. Le calcul de ces vitesses prend notamment en compte le matériau constituant la pièce à usiner 2, ainsi que le diamètre de l'extrémité tubulaire 3. Le calcul automatique des vitesses facilite la mise en œuvre du tour. Les vitesses de rotation ou de translation, calculées automatiquement par le microprocesseur 40, peuvent être ajustées manuellement par un opérateur expert.

A l'issue des séquences élémentaires, on obtient le profil désiré à un pas de discrétisation près, le pas de discrétisation correspondant l'épaisseur de la couche matière enlevée au cours de chaque séquence élémentaire. Une telle solution est préférable à l'utilisation d'outils de coupe de différentes formes, dans laquelle chaque outil de coupe prend une forme spécifique de profil.

Etape 170 : usinage de finition. L'exécution de la séquence d'usinage, selon l'étape 160, peut laisser un état de surface grossier, du fait des translations successives de l'outil de coupe au cours de chaque séquence élémentaire d'usinage, ce qui génère des discontinuités de l'état de surface. Au cours de cette étape, l'outil de coupe est appliqué le long du profil obtenu suite à l'étape 160, de manière à atténuer les discontinuités et améliorer l'état de surface du profil. Au cours de cette étape, le pilotage du deuxième moteur et du troisième moteur est synchronisé, ces deux moteurs étant simultanément actionnés. L'étape 170 est facultative.

Etape 180 : traçabilité. L'exécution de la séquence d'usinage peut être consignée dans une mémoire, incluant les informations relatives à l'opération prises en compte lors des étapes 110, à 160 ou 170. Cela permet l'établissement de rapports de synthèse relatifs à l'usinage effectué. L'étape 180 est facultative. Bien que décrites en lien avec la réalisation d'un chanfrein sur la surface extérieure 2.1 d'un tube, comme représenté sur la figure 5G, les étapes ci-dessus peuvent être appliquées à la réalisation d'un profil sur la surface intérieure 2.2 d'un tube, à partir de l'extrémité 3.

L'invention pourra être mise en œuvre pour l'usinage in-situ de tubes ou autres pièces industrielles présentant une extrémité tubulaire, pour mettre en forme ladite extrémité préalablement à la réalisation de soudages. Il peut s'agir de brides, Elle permet, à partir de profils paramétrables mémorisés, d'effectuer ce type d'usinage de façon simple, automatique et maîtrisée. Elle est particulièrement adaptée à des opérations de maintenance dans des sites industriels complexes, dans le domaine de la chimie, de l'agroalimentaire, de l'industrie pétrolière ou du nucléaire.