PROCEDE ET DISPOSITIF DE MEULAGE D'UNE SUREPAISSEUR D'UNE PIECE METALLIQUE METHOD AND DEVICE FOR GRINDING A THICKNESS OF A METAL PART
L'invention concerne un procédé de meulage pour aplanir une surépaisseur d'une surface d'une pièce métallique, notamment d'un rail de voie ferrée à l'emplacement d'une soudure, au moyen d'une meule circulaire rotative.The invention relates to a grinding method for flattening an excess thickness of a surface of a metal part, in particular of a railroad track at the location of a weld, by means of a rotary circular grinding wheel.
Elle concerne également un dispositif de meulage pour aplanir une surépaisseur d'une surface d'une pièce métallique, notamment d'un rail de voie ferrée, à l'emplacement d'une soudure, au moyen d'une meule circulaire rotative, pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus.It also relates to a grinding device for flattening an excess thickness of a surface of a metal part, in particular of a railroad track, at the location of a weld, by means of a rotary circular grinding wheel, for the implementation of the above method.
Lors de la soudure de pièces métalliques, le cordon de soudure qui est déposé à la jonction des pièces crée une surépaisseur qu'il est ensuite nécessaire d'éliminer par un usinage approprié. Lorsque les pièces sont de petites dimensions et peuvent être montées en atelier, sur des machines d'usinage telles que des planeuses ou autres, l'aplanissage de la surépaisseur ne pose pas de problème. En revanche, lorsque le meulage doit être effectué sur le site, ce qui est le cas des rails de chemin de fer, le problème est beaucoup plus complexe. Très souvent, l'opération, qui est longue et fastidieuse, s'exécute à la main, ce qui peut aboutir à une finition peu précise. Pour les rails de trains à grande vitesse en particulier, la finition doit obligatoirement atteindre une précision qu'il est difficile d'atteindre manuellement de façon répétitive. Pour cette raison on a développé des machines automatiques de meulage qui ne comportent toutefois pas de détecteurs simples et efficaces capables de déterminer avec précision la fin de l'opération de meulage, c'est-à-dire le moment où la surépaisseur a totalement disparu.When welding metal parts, the weld bead which is deposited at the junction of the parts creates an excess thickness which it is then necessary to eliminate by appropriate machining. When the parts are small and can be assembled in the workshop, on machining machines such as levelers or others, the planarization of the additional thickness poses no problem. On the other hand, when grinding must be carried out on the site, which is the case with railway rails, the problem is much more complex. Very often, the operation, which is long and tedious, is carried out by hand, which can lead to an imprecise finish. For high-speed train rails in particular, the finish must necessarily reach a precision that is difficult to achieve manually repeatedly. For this reason, automatic grinding machines have been developed which do not, however, include simple and effective detectors capable of determining with precision the end of the grinding operation, that is to say the moment when the excess thickness has completely disappeared. .
L'invention se propose de combler cette lacune en réalisant un dispositif de meulage et en développant un procédé approprié pour meuler les
surépaisseurs d'une pièce métallique, et en particulier les cordons de soudures sur des rails de voies ferrées, ce dispositif étant agencé pour détecter avec précision et d'une manière simple et efficace le moment où la surépaisseur a totalement disparu.The invention proposes to fill this gap by producing a grinding device and by developing an appropriate method for grinding the excess thicknesses of a metal part, and in particular the weld seams on rail tracks, this device being arranged to detect with precision and in a simple and effective manner the moment when the excess thickness has completely disappeared.
Ce but est atteint par le procédé selon la présente invention, caractérisé en ce que l'on détecte automatiquement la fin de l'opération de meulage au moyen d'un circuit électrique comportant un élément de contact électrique intégré dans ladite meule circulaire rotative, et de moyens pour détecter la fermeture de ce circuit suite au contact dudit contact électrique avec ladite pièce métallique dans la zone de la surépaisseur et/ou dans une zone adjacente qui constitue une surface de référence.This object is achieved by the method according to the present invention, characterized in that the end of the grinding operation is automatically detected by means of an electrical circuit comprising an electrical contact element integrated in said rotary circular grinding wheel, and means for detecting the closure of this circuit following contact of said electrical contact with said metal part in the area of the allowance and / or in an adjacent area which constitutes a reference surface.
Selon une première forme de réalisation du procédé, l'on arrête automatiquement l'opération de meulage lorsque l'on détecte deux contacts électriques par tour de meule, l'un de ces contacts correspondant au contact dudit élément de contact électrique avec ladite pièce métallique dans la zone de la surépaisseur et l'autre contact correspondant au contact dudit élément de contact électrique avec ladite pièce métallique dans ladite zone adjacente.According to a first embodiment of the method, the grinding operation is automatically stopped when two electrical contacts are detected per revolution of the grinding wheel, one of these contacts corresponding to the contact of said electrical contact element with said metal part. in the area of the additional thickness and the other contact corresponding to the contact of said electrical contact element with said metal part in said adjacent area.
Selon une seconde forme de réalisation du procédé, l'on procède à un balayage de la zone de la surépaisseur et d'au moins une zone adjacente, et l'on détecte les contacts entre ledit élément de contact électrique et ladite pièce métallique uniquement dans ladite zone adjacente, ladite opération de meulage étant interrompue au moment de cette détection.According to a second embodiment of the method, the area of the additional thickness and at least one adjacent area is scanned, and the contacts between said electrical contact element and said metal part are detected only in said adjacent zone, said grinding operation being interrupted at the time of this detection.
Dans toutes les formes de réalisation, pour meuler une surface cylindrique de section quelconque, on procède par meulage de facettes adjacentes couvrant la zone de la surépaisseur.In all embodiments, to grind a cylindrical surface of any cross section, the procedure is by grinding of adjacent facets covering the area of the allowance.
Ce but est également atteint par le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de
contact électrique intégré dans ladite meule circulaire rotative, et des moyens pour détecter les contacts de cet élément avec ladite pièce métallique dans la zone de la surépaisseur d'une part et, le cas échéant, dans une zone adjacente exempte de surépaisseur qui constitue une surface de référence.This object is also achieved by the device for implementing the method according to the invention, characterized in that it comprises an element of electrical contact integrated in said rotary circular grinding wheel, and means for detecting the contacts of this element with said metal part in the area of the allowance, on the one hand and, if necessary, in an adjacent area free of allowance which constitutes a surface reference.
Dans une forme de réalisation avantageuse, ledit élément de contact électrique comporte un organe conducteur monté dans l'épaisseur d'une meule boisseau, cet organe conducteur étant disposé parallèlement à l'axe de rotation de la meule.In an advantageous embodiment, said electrical contact element comprises a conductive member mounted in the thickness of a cup wheel, this conductive member being arranged parallel to the axis of rotation of the wheel.
Dans une variante de réalisation, ledit élément de contact électrique peut comporter un organe conducteur monté dans l'épaisseur d'une meule plate, cet organe conducteur étant disposé radialement et débouchant à la périphérie de cette meule.In an alternative embodiment, said electrical contact element may comprise a conductive member mounted in the thickness of a flat grinding wheel, this conductive member being arranged radially and opening out at the periphery of this grinding wheel.
Dans cette variante le dispositif comporte un balai collecteur connecté audit élément de contact, et une barre conductrice agencée pour coopérer avec ledit balai collecteur pour constituer un circuit électrique dans lequel sont inclus ladite pièce métallique et un dispositif de détection d'un signal électrique, ladite barre conductrice étant électriquement interrompue dans la zone de la surépaisseur. L'interruption de la barre conductrice peut par exemple être réalisée au moyen d'un curseur isolant réglable en position.In this variant, the device comprises a collecting brush connected to said contact element, and a conductive bar arranged to cooperate with said collecting brush to constitute an electrical circuit in which are included said metal part and a device for detecting an electrical signal, said conductive bar being electrically interrupted in the area of the allowance. The interruption of the busbar can for example be carried out by means of an insulating cursor adjustable in position.
De préférence, l'organe conducteur, qui est intégré dans la meule et qui peut être constitué par une tige en graphite, est logé dans une gaine isolante comportant un matériau fibreux constituant au moins une couche périphérique à l'organe conducteur. Ledit matériau fibreux peut comporter du papier.Preferably, the conductive member, which is integrated in the grinding wheel and which may consist of a graphite rod, is housed in an insulating sheath comprising a fibrous material constituting at least one layer peripheral to the conductive member. Said fibrous material may include paper.
Dans toutes les formes de réalisation l'organe conducteur et la gaine isolante doivent être agencés pour s'user à la même vitesse que la meule.
L'invention sera mieux comprise en référence à la description détaillée d'exemples de réalisation et aux dessins annexés, dans lesquels :In all embodiments, the conductive member and the insulating sheath must be arranged to wear out at the same speed as the grinding wheel. The invention will be better understood with reference to the detailed description of exemplary embodiments and to the accompanying drawings, in which:
la figure 1 représente schématiquement une première forme de réalisation du dispositif selon l'invention,FIG. 1 schematically represents a first embodiment of the device according to the invention,
la figure 2 représente schématiquement une deuxième forme de réalisation du dispositif selon l'invention,FIG. 2 schematically represents a second embodiment of the device according to the invention,
la figure 3 représente schématiquement le fonctionnement d'un générateur de signal associé au dispositif selon l'invention, etFIG. 3 schematically represents the operation of a signal generator associated with the device according to the invention, and
la figure 4 représente un graphique illustrant les signaux issus du générateur de la figure 3, utilisé dans le cadre de la forme d'exécution du dispositif correspondant à la figure 1.FIG. 4 represents a graph illustrating the signals coming from the generator of FIG. 3, used within the framework of the embodiment of the device corresponding to FIG. 1.
En référence à la figure 1 , le dispositif de meulage 10 représenté comporte une meule rotative 11 , qui est l'outil de meulage destiné à aplanir une surépaisseur 12 d'une surface d'une pièce métallique 13, telle qu'un rail de voie ferrée. Dans l'exemple représenté, la meule est une meule boisseau, en cloche ayant une section transversale en forme de U, la surface active étant annulaire.With reference to FIG. 1, the grinding device 10 represented comprises a rotary grinding wheel 11, which is the grinding tool intended to flatten an extra thickness 12 of a surface of a metal part 13, such as a track rail railroad. In the example shown, the grinding wheel is a cup, cup-shaped grinding wheel having a U-shaped cross section, the active surface being annular.
Cette meule est montée sur un chariot 14 agencé pour se déplacer selon la double flèche A sur une poutre transversale 15, au moyen de quatre galets de guidage 16. Cette poutre transversale est portée par deux supports d'extrémité 17 comportant un manchon fileté 18 dans lequel est engagée une vis sans fin 19. Les deux vis sans fin 19 disposées de part et d'autre de la poutre transversale 15 portent chacune un pignon d'entraînement 20 qui s'engrène respectivement avec un pignon d'entraînement 21 disposé à 90° et solidaire d'un arbre d'entraînement rotatif 22. Les pignons 20 et 21 constituent deux couples d'engrenage agencés pour entraîner les vis 19 et pour assurer
un déplacement en translation selon la double flèche B, de la poutre transversale 15. Les couples d'engrenages 20, 21 sont rendus solidaires de deux montants 23 et d'une traverse 24 d'un bâti qui porte l'ensemble du dispositif et qui permet de monter ce dernier sur un plan de référence R de la pièce métallique 13, au moyen de brides de fixation 25. La meule 11 est entraînée par un moteur électrique 26 porté par le chariot 14 et alimenté par un câble 27 approprié, logé dans un support ou chemin de câbles 28 qui est relié à une boîte de connexion 29 elle-même couplée à un tableau électrique 30.This wheel is mounted on a carriage 14 arranged to move along the double arrow A on a transverse beam 15, by means of four guide rollers 16. This transverse beam is carried by two end supports 17 comprising a threaded sleeve 18 in which is engaged an endless screw 19. The two endless screws 19 arranged on either side of the transverse beam 15 each carry a drive pinion 20 which meshes respectively with a drive pinion 21 disposed at 90 ° and secured to a rotary drive shaft 22. The pinions 20 and 21 constitute two pairs of gears arranged to drive the screws 19 and to ensure a displacement in translation along the double arrow B, of the transverse beam 15. The pairs of gears 20, 21 are made integral with two uprights 23 and a crosspiece 24 of a frame which carries the entire device and which allows the latter to be mounted on a reference plane R of the metal part 13, by means of fixing flanges 25. The grinding wheel 11 is driven by an electric motor 26 carried by the carriage 14 and supplied by a suitable cable 27, housed in a support or cable tray 28 which is connected to a connection box 29 itself coupled to an electrical panel 30.
Le déplacement du chariot 14 selon la double flèche A s'effectue au moyen d'un vérin pneumatique 31 sans tige, qui est alimenté en fluide comprimé par des produits 32 et 33 qui aboutissent à un boîtier d'alimentation 34 portant également un inverseur pneumatique 35 agencé pour inverser alternativement le sens du déplacement du chariot 14.The movement of the carriage 14 according to the double arrow A is effected by means of a pneumatic cylinder 31 without rod, which is supplied with fluid compressed by products 32 and 33 which end in a supply unit 34 also carrying a pneumatic reverser 35 arranged to alternately reverse the direction of movement of the carriage 14.
L'entraînement de l'arbre 22 peut se faire au moyen d'une manivelle 36, ou de tout autre moyen manuel ou mécanisé.The drive of the shaft 22 can be done by means of a crank 36, or any other manual or mechanized means.
La meule 11 comporte un élément de contact électrique 40 comportant un organe conducteur 40a intégré dans une gaine isolante 40b logée dans un alésage 42 ménagé à travers toute son épaisseur. Cet élément de contact électrique est connecté par un câble à une bague collectrice 43 qui coopère avec un détecteur travaillant sur un secteur angulaire de l'ordre de 90°.The grinding wheel 11 comprises an electrical contact element 40 comprising a conductive member 40a integrated in an insulating sheath 40b housed in a bore 42 formed through its entire thickness. This electrical contact element is connected by a cable to a slip ring 43 which cooperates with a detector working on an angular sector of the order of 90 °.
Lorsque la meule est en rotation, tant que la surépaisseur 12 subsiste, un seul signal électrique apparaît pour chaque tour de cette meule. Dès que la surépaisseur a disparu, l'élément de contact électrique 40 arrive à chaque tour de la meule en contact d'une part avec la zone de surépaisseur et, d'autre part, avec la surface de référence R, de sorte que deux signaux apparaissent à chaque tour de la meule.
Le dispositif 50 selon la figure 2 diffère de la réalisation précédente en ce que la meule 51 est du type meule à disque et en ce que la pièce 52 est mobile par rapport à la meule. Comme précédemment, la meule comporte un élément de contact électrique 53 comportant un organe conducteur 53a intégré dans une gaine isolante 53b qui est logée dans un alésage radial 54 ménagé dans l'épaisseur de la meule. L'axe 55 de la meule porte une bague collectrice 56 qui coopère avec des balais de contact 57 portés par un support 58 solidaire d'une console fixe 59 qui porte le moteur de la meule.When the grinding wheel is in rotation, as long as the additional thickness 12 remains, a single electrical signal appears for each revolution of this grinding wheel. As soon as the excess thickness has disappeared, the electrical contact element 40 arrives at each revolution of the grinding wheel in contact on the one hand with the excess thickness zone and, on the other hand, with the reference surface R, so that two signals appear at each turn of the grinding wheel. The device 50 according to FIG. 2 differs from the previous embodiment in that the grinding wheel 51 is of the disc grinding wheel type and in that the part 52 is movable relative to the grinding wheel. As before, the grinding wheel has an electrical contact element 53 comprising a conductive member 53a integrated in an insulating sheath 53b which is housed in a radial bore 54 formed in the thickness of the grinding wheel. The axis 55 of the grinding wheel carries a slip ring 56 which cooperates with contact brushes 57 carried by a support 58 secured to a fixed console 59 which carries the motor of the grinding wheel.
La pièce 52 est portée par un plateau magnétique 60 qui est solidaire d'une table mobile 61 d'une planeuse d'atelier 62 ou similaire. Une barre électriquement conductrice 63 est montée sur la table mobile 61 et un curseur isolant 64 est lié à cette barre à laquelle elle est fixée au moyen d'une vis de blocage 65. Le curseur isolant est disposé sensiblement à la verticale de la zone à meuler 12 de la pièce 52. La barre 63 est liée électriquement à la table mobile.The part 52 is carried by a magnetic plate 60 which is integral with a movable table 61 of a workshop leveler 62 or the like. An electrically conductive bar 63 is mounted on the movable table 61 and an insulating slider 64 is linked to this bar to which it is fixed by means of a locking screw 65. The insulating slider is arranged substantially vertical to the area to be grind 12 of part 52. The bar 63 is electrically linked to the movable table.
Un balai collecteur 66 fixe par rapport à la table mobile 61 est de préférence monté sur le bâti de la planeuse d'atelier 62. Un boîtier d'alimentation 67 assure l'alimentation électrique ainsi que la distribution du courant d'alimentation du circuit de détection du système. Un câble 68 relie ce boîtier d'alimentation 67 aux balais de contact 57 et un autre câble 69 relie le boîtier 67 au balai collecteur 66. Le boîtier 67 est alimenté en énergie électrique par un câble 70.A collecting brush 66 fixed relative to the movable table 61 is preferably mounted on the frame of the workshop leveler 62. A power supply unit 67 provides the electrical supply as well as the distribution of the supply current to the system detection. A cable 68 connects this power supply unit 67 to the contact brushes 57 and another cable 69 connects the housing 67 to the collecting brush 66. The housing 67 is supplied with electrical energy by a cable 70.
Dans cette forme de réalisation, la console 59, qui porte la meule 51 , est fixe, la pièce 52 étant mobile par rapport à cette meule. La pièce se déplace alternativement de part et d'autre d'un axe sensiblement vertical passant par l'axe de la meule. De cette manière, la zone à meuler 12, c'est-à-dire la surépaisseur due à une soudure est balayée de gauche à droite et de droite à gauche. La barre électriquement conductrice 63 se déplace en même temps que la table mobile. Etant donné que le curseur isolant est disposé à la
verticale de la zone qui couvre la zone à meuler lorsque la meule se situe dans cette zone, aucun signal électrique n'est transmis à un détecteur (non représenté) via l'élément de contact électrique 53 et le balai collecteur 66 Lorsque la meule est décalée par rapport à la zone a meuler, deux cas peuvent se produireIn this embodiment, the console 59, which carries the grinding wheel 51, is fixed, the part 52 being movable relative to this grinding wheel. The workpiece moves alternately on either side of a substantially vertical axis passing through the axis of the grinding wheel. In this way, the area to be ground 12, that is to say the excess thickness due to a weld is scanned from left to right and from right to left. The electrically conductive bar 63 moves at the same time as the movable table. Since the insulating cursor is placed at the vertical of the zone which covers the zone to be ground when the grinding wheel is located in this zone, no electrical signal is transmitted to a detector (not shown) via the electrical contact element 53 and the collecting brush 66 When the grinding wheel is offset from the area to be ground, two cases may occur
- soit la périphérie de la meule est située à la hauteur de la protubérance et ne touche pas la surface de référence R de la pièce de part et d'autre de cette protubérance et, dans ce cas, le circuit n'est pas fermé et aucun signal n'apparaît bien que le balai collecteur 66 soit en contact avec la barre conductrice 63 de part et d'autre du curseur isolant 64,either the periphery of the grinding wheel is located at the height of the protuberance and does not touch the reference surface R of the part on either side of this protuberance and, in this case, the circuit is not closed and no signal appears even though the collecting brush 66 is in contact with the conductive bar 63 on either side of the insulating cursor 64,
- soit la périphérie de la meule est située à la hauteur de la surface de référence R, parce que la protubérance est complètement meulee et, dans ce cas, le circuit est ferme de part et d'autre de la pièce 52 et un signal de fin de meulage est émis par le dispositif- either the periphery of the grinding wheel is located at the height of the reference surface R, because the protuberance is completely ground and, in this case, the circuit is closed on either side of the part 52 and a signal of end of grinding is emitted by the device
La figure 3 illustre le principe de la détection de la fin du meulage L'élément de contact électrique de la meule est constitué par l'organe conducteur 40a et sa gaine isolante 40b dans l'exemple de réalisation de la figure 1 et de l'élément de contact électrique 53 constitué de l'organe conducteur 53a enrobé dans sa gaine isolante 53b dans l'exemple de réalisation de la figureFIG. 3 illustrates the principle of detecting the end of grinding. The electrical contact element of the grinding wheel is constituted by the conductive member 40a and its insulating sheath 40b in the example of embodiment of FIG. 1 and of the electrical contact element 53 consisting of the conductive member 53a embedded in its insulating sheath 53b in the embodiment of the figure
2 L'organe conducteur est de préférence constitué par une tige en graphite plus ou moins dur, comme par exemple une mine de crayon, et la gaine isolante peut être faite d'un enroulement de papier ou d'un manchon en un matériau friable qui n'encrasse pas la meule, cette gaine étant avantageusement faite au moins partiellement d'un matériau fibreux plus ou moins tendre selon le graphite utilisé L'élément de contact électrique est positionné de façon qu'il dépasse de quelques dixièmes de millimètre la surface de meulage et s'use sensiblement à la même vitesse que la meule2 The conductive member is preferably constituted by a rod of more or less hard graphite, such as for example a pencil lead, and the insulating sheath can be made of a winding of paper or of a sleeve made of a brittle material which does not clog the grinding wheel, this sheath advantageously being made at least partially of a more or less soft fibrous material depending on the graphite used. The electrical contact element is positioned so that it exceeds by a few tenths of a millimeter the surface of grinding and wears out at roughly the same speed as the grinding wheel
Le détecteur D fournit un signal DR a un microcontrôleur 80 Une came 81 agencée pour tourner avec l'axe de la meule, coopère avec un détecteur 82 optique ou capacitif ou similaire pour fournir un signal ME au
microprocesseur. La came présente une entaille 83 d'un quart de cercle, ce qui permet de définir une base de temps qui détermine une fenêtre de mesure de 180°.The detector D provides a signal DR to a microcontroller 80 A cam 81 arranged to rotate with the axis of the grinding wheel, cooperates with an optical or capacitive detector 82 or the like to supply a signal ME to the microprocessor. The cam has a notch 83 of a quarter circle, which makes it possible to define a time base which determines a measurement window of 180 °.
La pièce à meuler 13, par exemple un rail, est connectée à la masse 84 du microcontrôleur. La tension d'alimentation est connectée à la borne 85. Une alarme 86 est prévue pour signaler le contact du détecteur avec la surface de référence de la pièce à meuler. Un signal QA dit de "quittance alarme" est transmis au microcontrôleur.The workpiece 13, for example a rail, is connected to earth 84 of the microcontroller. The supply voltage is connected to terminal 85. An alarm 86 is provided to signal the contact of the detector with the reference surface of the workpiece. A QA signal called "alarm receipt" is transmitted to the microcontroller.
La figure 4 illustre la forme des signaux du système. Le signal ME définit une mesure du temps correspondant à un angle de 90° de la meule et un temps de mesure correspondant. Le signal DR correspond à des impulsions du détecteur D. Les impulsions ne sont prises en compte que dans la fenêtre de mesure. Le signal MC illustre le premier signal DR qui est maintenu pendant le temps de 90° de rotation de la meule. Le signal AL définit l'ordre d'alarme lorsqu'un deuxième signal DR apparaît dans la fenêtre de mesure. Le signal QA correspond à la quittance et à l'annulation de l'ordre. Le système mesure le temps de parcours de la meule d'un angle de 90° et mémorise ce temps. Il sert de référence pour créer une immunité de 90° dès la détection d'un contact avec la pièce. Il sert aussi à délimiter une fenêtre de mesure de 180° pour détecter un deuxième point de contact éventuel qui permet d'identifier la fin du meulage et l'enclenchement de l'alarme. Sans alarme, et dès la fin de la fenêtre de mesure, le système se met en attente d'un nouveau premier signal DR.
Figure 4 illustrates the shape of the system signals. The signal ME defines a time measurement corresponding to a 90 ° angle of the grinding wheel and a corresponding measurement time. The signal DR corresponds to pulses from detector D. The pulses are only taken into account in the measurement window. The signal MC illustrates the first signal DR which is maintained during the time of 90 ° of rotation of the grinding wheel. The signal AL defines the alarm order when a second signal DR appears in the measurement window. The QA signal corresponds to the receipt and cancellation of the order. The system measures the travel time of the grinding wheel at an angle of 90 ° and stores this time. It is used as a reference to create 90 ° immunity upon detection of contact with the part. It is also used to define a 180 ° measurement window to detect a second possible contact point which identifies the end of grinding and the triggering of the alarm. Without an alarm, and at the end of the measurement window, the system waits for a new first DR signal.