Brevet FR2033419A1 — publié le 19701204

l'invention concerne un procédé et un dispositif pour l'usinage de précision de billes à roulements, tel que la rectification» le polissage, le rodage, respectivement la rectification superfine» 5 Dans les procédés pratiqués jus qu'ici pour l'usinage de précision de billes, les billes sont placées sous la forme d'une bande usinées au passage entre les disques d'usinage. Elles doivent par conséquence subir un certain nombre d'autres passages, en vue de réaliser progressivement l'usinage de 10 toute la bille» Dans ce procédé d'usinage, la précision de la surface de bille est augmentée en fonction du nombre des opérations de travail précitées, c'est-à-dire d® passages entre les disques d'usinage. L'inconvénient de ce procédé réside dans le fait que les variations de l'axe de rotation des billes subissent la loi de pro-15 habilité et que par conséquence l'usinage prend beaucoup de temps. Un procédé plus récent pour l'usinage de précision de billes est caractérisé en ce que les billes sont en mouvement pendant l'usinage, de sorte que la position de l'axe de rotation varie régulièrement. Ainsi les bandes d'usinage 20 s'établissent en un système de méridiens en assurant l'uniformité de l'enlèvement du matériau. L'inconvénient de ce procédé, de même que dans le procédé précédemment décrit, est qu'aux passages subséquents sous les disques d'usinage, les billes subissent des 25 chocs, d'une part en se cognant réciproquement,et d'autre part en heurtant les glissières de guidage dans lesquelles les billes sont guidées pour le passage répété entre les disques, ce qui fausse leur précision géométrique. De plus, la bille est usinée sur toute sa surface, de sorte qu'en plus des hauts géométriques où un enlè-30 vement-de matière plus important doit avoir lieu, sont également usinées les fractions de surface qui n'auraient besoin d'aucun usinage, leur conformité sphérique étant déjà suffisante. Il en résulte la nécessité d'un supplément de matière relativement grand pour réduire au taux demandé 1'ovalisation et les arêtes de la bille. 35 Une précision relativement grande et une productivité élevée peuvent être réalisées dans l'usinage de lentilles demi-sphériques, par exemple à l'aide de calottes sphériques ou d'outils annulaires. Oes procédés sont cependant impropres pour l'usinage de bill.es entières en une seule opération et aussi de plusieurs billes à la 40 fois. 70 06927 2 2033419 La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients.Son procédé est essentiellement caractérisé en ce que, sur la bille à usiner logée dans un genre de - tiroir, agit, par intermittence, une force qui engendre un 5 couple d'entraînement plus grand que le couple de résistance, ce qui imprime à la bille un mouvement de rotation autour de l'axe qui occupe différentes positions par rapport à l'outil. L'invention s'étend également à tin dispositif pour l'application du procédé,caractérisé en ce qu'il 10 est constitué par un disque circulaire rotatif, coulissant axiale-ment et pourvu de surfaces d'assise au-dessus desquelles est disposé le dispositif entraînant la bille» Le perfectionnement obtenu par l'invention réside dans le fait que, pour les billes usinées de 15 cette manièrey des paramètres peuvent être réalisés qui déterminent la qualité de la géométrie,c'est-à-dire 1'ovalisation, l'ondulation et les aspérités, qui correspondent aux plus hauts degrés de précision. Il suffit alors d'un enlèvement de matière jusqu?à di-sr fois plus faible que dans les procédés pratiques jusqu'ici. Ce 20 fait, avec la possibilité d'augmenter considérablement la vitesse de polissage et avec la surface de polissage augmentée, autorisent une augmentation considérable de la productivité. La description se rapporte à un exemple de réalisation de 1*invention représenté schématiquement 25 aux figures 1 à 8 des dessins joints, dans lesquelles î - la figure 1 représente l'usinage précis d'une bille avec deux éléments d'entraînement ; - la figure 2 montre l'usinage précis d'une bille avec un élément d'entraînement et un élément d'ap- 30 pui i - la figure 3 fait ressortir l'usinage précis d'une bille à l'état sec avec "un- élément d'entraînement } - la figure 4 représente l'usinage 35 analogue à la figure 3, mais avec l'emploi d'un abrasif j - la figure 5 est un exemple de l'écart géométrique de la forme sphérique avec m genre d'arêtes j - la figure 6 est un autre exemple analogue, avec ovalisation j 40 - la figure 7 est m diagramme de 70 06927 3 2033419 la réduction d'ovalisation ou d'arêtes en fonction de la matière enlevée de la bille ; - la figure 8 représente le dispositif pour l'usinage précis de billes. précis, un mouvement doit être imprimé aux billes» dans lequel l'enlèvement de matière de la bille et le mouvement de l'outil d'usinage évoluent régulièrement» les mouvements de billes devant alors être réduits au strict minimum. Avant l'usinage» la bille 10 présente sa forme typique conforme aux figures 5 et 6„ Tous les écarts par rapport à la forme sphérique, tels qu ' arêtes (figure 5) ou ovalisation (figure 6)fdoivent être éliminés par enlèvement progressif de matière. Dans le cas le plus avantageux» l'usinage est réglé pour se limiter à l'élimination de tels écarts» tandis 15 que les fractions de la surface qui. correspondent déjà k la forme sphérique, ne sôit pas usinées du tout ou juste pour en améliorer la qualité. ressortir la dépendance entre la précision obtenue et l'enlèvement 20 de matière. Dans l'ancien procédé d'usinage» dans la première phase d'usinage, 1'ovalisation et les arêtes diminuent relativement vite, tandis que, lorsqu'un certain degré de précision est atteint, une améliorationdeiaprécision n'est obtenue que très lentement, comme le montre la courbe "a". Dans le procédé d'usinage suivant l'inven-25 tion, la constante dans l'outil de telle sorte qu'elle ne subit qu'un frottement glis-30 sant, n'effectue après le début d'usinage qu'un mouvement simple composé de deux mouvements rotatifs, à savoir un mouvement relatif et un de glissement. Cela n'assure cependant pas encore que la bille soit usinée partout sur sa surface, étant donné que les deux mouvements résultants,avec lesquels la bille serait mue sans in-35 terruption, ne provoqueraient la rotation de la bille qu'autour d'un seul axe. On y remédie en faisant évoluer, par intermittence, le mouvement relatif oîi la bille commence sa rotation chaque fois en un autre endroit du chemin de déplacement contribuant au guidage. On obtient ainsi que la bille tourne chaque fois autour d'un 40 autre axe, ce qui provoque aussi l'usinage réguliér de toute la 5 Pour que l'usinage des billes soit Le graphique de la figure 7 fait La bille à traiter, qui est placée 70 06927 4 2033419 surface sphérique. Pour tous les principes représentés aux figures 1, 2 et 3, il faut que le couple d'entraînement Mq soit-plus grand que le couple de résistance KT,. Dans le procédé suivant 5 les figures 1 et 2, on voit que cette condition est aisément remplie. Dans le principe de la figure 1, l'angle oL peut toujours être choisi de sorte qu'il y ait Pareillement, dans le principe suivant la figure 2, le couple d'entraînement peut être changé â volonté par modification de la force avec laquelle le dis-10 que agit sur la "bille. Dans le principe de la figure 3, il faut choisir un matériau pour l'élément d'entraînement, dont le coefficient de frottement élément/bille permetted'obtenir l'inégalité On peut prouver par voie arithmétique que, lorsque l'écart du centre de bille de la partie supérieure du siège égale 0,5 fois 15 le rayon de bille, il est suffisant que le coefficient de frottement f (bille/élément d'entraînement) soit de 55 i° supérieur au coefficient £ (bille/siège). En travaillant avec une émulsion de rectification (figure 4), il faut utiliser un matériau élastique pour l'élément d'entraînement, pour que la surface de contact en-20 tre bille et élément d'entraînement soit convenablement plus grande que la surface de contact entré bille et siège» le couple d'entraînement M dépend ici de la viscosité dynamique de 1'émulsion. De la viscosité dynamique dépend le choix des grandeurs qui doivent être respectées pour que la condition ^ soit satisfaite. 25 c'est par conséquent la grandeur relative de la surface de contact bille/élément d'entraînement, le coefficient de la viscosité dynamique et la vitesse de l'élément d'entraînement. Des relations convenables entre ces grandeurs permettent à leur tour d'obtenir que le couple d'entraînement soit plus grand que la couple de résis-30 tance M . la figure 8 représente un exemple . de réalisation du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Le disque circulaire 1, pourvu de surfaces d'assise 2 dans lesquelles sont logées les billes à usiner 3, est monté 35 sur l'arbre d'entraînement rotatif 4 qui est mû au moyen d'une transmission constituée par la roue dentée 5, le pignon 6 et le moteur électrique 7» En plus de son mouvement rotatoire, l'arbre 4 peut coulisser axialement du fait qu'il est solidaire du piston 8 du cylindre hydraulique ou pneumatique 9. 1* extrémité inférieure 40 de la tige de piston est munie d'une butée réglable 10. Au-dessus 70 06927 5 2033419 du disque 1 est prévu un dispositif d'entraînement de billes 3, représenté par la bande sans fin 11 et les platines élastiques 12.. la largeur de la bande 11, qui est tendue entre deux tambours 14, est approximativement identique au diamètre du disque 1 » la bande 5 11 est entraînée par le moteur électrique 15» l'admission 18 et le refoulement 19 du fluide dans le cylindre 9 sont régulés par le distributeur 16, commandé soit manuellement, soit automatiquement , à l'aide d'une vanne électromagnétique et des relais temporisés 17» Au-dessus du brin inférieur de la bande 11 est prévue la platine 10 d'appui 13 qui peut être équipée avec des rouleaux (non représentés) disposés en série pour transformer le frottement de glissement en frottement de roulement» le disque 1 avec les surfaces d'assise 2 peut être démonté» lorsque l'arbre 4 a terminé son mouvement descendant, le disque 1 bute contre les barrettes 20 et peut être pous-15 sé dehors. lorsque le disque 1, rempli' de billes 3 destinées à l'usinage et saupoudrées avec le produit abrasif, est déposé sur le plateau de l'arbre 4, ce dernier est coulissé à sa position supérieure déterminée par la pression du flui-20 de sous le piston 8 et limitée par la butée réglable 10. " Par la mise en marche des deux moteurs, 7, 15, l'arbre 4 est mis en rotation et la bande 11 en circulation, bande qui sert d'élément d'entraînement» les billes commencent alors à se dérouler sur les platines élastiques 12 de la bande 11 et à tourner dans leurs 25 sièges 2 du disque 1» Pendant l'usinage les billes 3 ne sont tournées que dans les laps de temps de leur contact direct avec les platines élastiques 12 de la bande 11. Par une combinaison judicieuse de la vitesse de bande 11, de la longueur de platines 12 et de la vitesse de l'arbre 4, on obtient que l'axe de rotation 30 des billes 3 varie suivant une loi en fonction du rapport de ces grandeurs, ce qui assure l'usinage régulier de la surface des billes» Pour le formage régulier sphérique des sièges, une inversion de la rotation de l'arbre 4 est prévue à des intervalles de temps réguliers pendant l'usinage» 35 Un autre mode de variation de l'axe de rotation de. la bille 3, qui peut être mis en oeuvre en utilisant la bande élastique 11 entièrement recouverte de platines 12, est caractérisé par l'interruption du contact de bille avec les platines 12 de la bande 11» le disque t tournant sans 40 interruption-, est éloigné de telle sorte par décalage axial de 70 06927 2033419 l'arbre 4 que le contact de la bille 3 eui, supprimé, après quoi se produit une rotation d'un angle réglé d'avance, angle qui se situe avantageusement près de 90°, l'angle de 90° étant exclu, l'approche et l'éloignement du disque s'effectuent à intervalles 5 réguliers, par exemple suivant la méthode ci-après. les billes 3, étant en contact avec les platines élastiques 12 pendant le temps I- , tournent autour de leur propre axe. Pendant ce temps la rotation du disque 1 couvre l'angle o£ . A la fin de la fraction vient la fraction Tq où le disque 1 s'éloigne et les billes 3 sont 10 au repos, leur dernier axe de rotation ne varie donc pas par rapport au siège 2. cependant, comme pendant cette fraction de temps le disque 1 éloigné tourne d'un angle , l'axe de rotation de bille varie par rapport au sens de la vitesse de la bande 11, l'angle fi est avantageusement situé entre 50 et 80° .Cet angle dépend 15 notamment de l'abrasif utilisé et de la vitesse de la bande, donc de l'enlèvement uniforme de matière des billes 3, et on peut le choisir à volonté en fonction de la précision géométrique demandée, l'importance de l'angle fldévolue de préférence en multiples entiers de 90°, c'est-à-dire 90°, 180°, 270°, etc. On peut choisir ces an-20 gles oi et J> à l'aide des relais temporises 17. la qualité de l'usinage dépend de la fréquence du changement des axes de rotation. Plus cette fréquence est grande, plus l'usinage de la bille est régulier. Comme l'opérationd'éloignement du disque prend beaucoup de temps, on peut 25 de préférence réduire la fréquence d'éloignement, sans que simultanément la fréquence de variation d'axe de rotation soit réduite. Cet effet est obtenu si le dispositif d'usinage est établi pour pouvoir effectuer un mouvement alternatif à inversion. Chaque changement de sens du mouvement du dispositif d'entraînement provoque 30 en effet aussi une variation d'axe de rotation de la bille. Par conséquent - l'aménagement d'un mouvement de va-et-vient du dispositif d'entraînement permet d'obtenir le même effet que dans le procédé décrit plus haut, même si le mouvement vertical du disque de rectification est réduit dans sa fréquence. 35 Bien entendu- l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'jautres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. COPV 70 06927 7 ' 2033419 REVENDICATIONS 1°) Procédé pour l'usinage de précision de billes de roulements» tel que la rectification, le polissage, le rodage ou la rectification extra-fine, caractérisé en ce : 5 que la bille à usiner est placé dans un genre de tiroir dans l'outil d'usinage où elle effectue un mouvement de rotation autour de son axe après le début de l'opération d'usinage, une forme agissanl sur la bille avec un couple d'entraînement qui est plus grand que ! le couple de résistance, après quoi l'action de la force sur la ; r 10 bille est interrompue et la bille se meut seulement avec un mouve-' ment de translation, et, après une nouvelle action de la force sur • la bille, œlle-ci tourne autour d'un autre axe, après quoi tout le-: l processus d'action alternante de la force sur la bille se répète, i-? 2°) Dispositif pour la mise en ; 15 oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce j qu'il est constitué essentiellement par un disque rotatif pouvant ; être coulissé axialement et pourvu de sièges au-dessus desquels est disposé un dispositif d'entraînement de billes qui agit par intermittence» !- l CQPV >