Brevet FR2076053A1 — publié le 19711015

-1- 2076053 La présente invention se rapporte aux machines-outils de formage par roulage des pièces dentées, et la machine selon l'invention est notamment utilisable pour façonner les pièces telles que les pignons de transmission d'automobiles, qui doivent respec-5 ter des normes extrêmement serrées de dimensions et de fini de surface. Le procédé traditionnel de fabrication de ces pièces par taille d'une ébauche cylindrique et finition par usinage a été remplacé dans de nombreux cas par une technique dans laquelle une finition par roulage est substituée à l'usinage. Des machines de 10 finition par roulage sont décrites,par exemple,dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3•362.059 et dans la demande de brevet français intitulée "Machine-outil à former par roulage" déposée ce même jour par la même Demanderesse. Dans la,machine décrite 'dans le brevet des Etats-Unis d'Amé-preciïe 15 rique/ la pièce tourne entre deux outils ou matrices, tournant l'un sur un axe fixe et l'autre sur un axe qui peut être déplacé latéralement. En service, on fait avancer le second outil vers le premier, de sorte que ces outils compriment fortement la pièce à des emplacements opposés de sa périphérie. Malgré ses nombreux 20 avantages et son excellent rendement, une machine de ce genre est si coûteuse qu'elle n'est acceptable que pour des fabrications en série à forte production. Le prix de la machine est dû en partie au fait qu'il faut deux outils qui doivent être appariés parfaitement et qui doivent être montés et travailler avec une exacti-25 tude extrême pour rester conjugués avec la précision exigée. La demande de brevet français précitée décrit une simplification importante à ces machines. La pièce est montée sur un porte-pièce et tourne entre deux arbres, dont l'un est mené et porte l'outil ou disque formeur. L'autre porte un ou plusieurs éléments 30 d'absorption de la poussée, en pratique des disques à surface périphérique cylindrique, qui roulent sur les surfaces cylindriques correspondantes d'autres éléments d'absorption tournant dans deux supports de la pièce disposés sur un même axe. Du fait que cette machine transmet la compression de roulage à ces éléments, puis 35 à son bâti massif, elle permet d'utiliser un seul outil de roulage. On sait que la précision du façonnage de la pièce dépend de la rigidité avec laquelle elle est soutenue pendant le roulage. L'expérience a montré que l'on a encore besoin d'un porte-pièce 71 00686 -2- 20760S3 rotatif qui ait une résistance à la flexion suffisante et puisse assurer la retenue de la pièce exactement à la place voulue pendant le formage. Bien que la machine décrite dans la demande de "brevet fran-5 çais précitée supprime la nécessité d'un second outil pour absorber les poussées, il exige encore un porte-outil massif et très précis. Il est nécessaire que la machine de roulage de l'invention soit plus simple que les machines connues et par conséquent moins 10 onéreuse, mais capable de fabriquer des pièces dont la précision soit égale ou supérieure à celle des pièces obtenues au moyen du matériel actuel. Comme la .machine décrite dans la demande de brevet français précitée, la machine selon l'invention façonne les pièces à leur 15 configuration finale en les faisant tourner et en repoussant fortement contre elles un outil unique monté sur un arbre mené. La pièce comportant un alésage central est montée sur un porte-pièce composé de deux supports qui sont disposés sur un axe et dont l'un passe dans cet alésage. Chacun de ces supports comporte un élément 20 d'absorption de la poussée qui est un disque cylindrique concentrique à l'axe de la pièce, mais est disposé à côté de celle-ci et directement contre l'un des flancs de ladite pièce. L'invention est basée sur la constatation que l'on peut améliorer la machine au moyen d'autres éléments de soutien disposés 25 transversalement et portant les éléments de soutien précités à déplacement axial. Par conséquent, chacune des surfaces cylindriques de ces premiers éléments roule sur deux pièces cylindriques d'appui, à savoir ces éléments de soutien transversaux, qui tournent sur le bâti de la machine. 30 Selon une particularité essentielle de la machine selon l'in vention de formage par roulage d'une pièce telle qu'une roue dentée , pendant qu'elle tourne sur un axe qui la traverse, par un outil appliqué fortement contre elle et tournant sur un axe parallèle au premier, la compression appliquée à cette pièce est absor-35 bée par des éléments de support composés de premiers éléments qui tournent sur le premier axe, à côté de la pièce, et qui coopèrent avec des seconds éléments disposés hors du plan passant par les deux axes. De préférence, des premiers et seconds éléments sont placés de part et d'autre de la pièce. 71 00686 -3- 2076053 Conformément à une forme de réalisation particulière, un arbre de transmission de la poussée est monté dans l'axe des premiers éléments et on peut l'amener par déplacement axial à une position de service où il passe dans l'alésage de la pièce, les 5 deux parties de cet axe qui sont adjacentes à cette pièce étant en contact avec ces premiers éléments et leur transmettant la poussée. Cette forme de réalisation comprend avantageusement des porte-pièce primaire et secondaire disposés sur un même axe et comportant chacun l'un des deux premiers éléments de support, 10 constitué par un disque cylindrique rotatif, les deux disques étant disposés respectivement de part et d'autre de l'emplacement de la pièce, et le montage étant réalisé de façon que ces disques transmettent la poussée de l'arbre au bâti de la machine par l'intermédiaire des seconds éléments. Ces derniers sont de préférence 15 deux paires de disques, les deux disques de chaque paire étant en contact périphérique pendant le façonnage avec le premier disque correspondant. Chacune de ces paires de seconds disques est montée sur le bâti de la machine et tourne sur un axe qui est parallèle au plan défini par le premier et le second axes. L'un des 20 disques de chaque paire se trouve d'un côté de ce plan, et l'autre de 1'autre côté. Selon d'autres caractéristiques de cette forme de réalisation, on peut faire combiner axialement le premier porte-pièce, y compris l'arbre, et le second, de manière à permettre d'insérer 25 cet arbre dans l'alésage de la pièce et de l'en retirer, le second porte-pièce comportant un logement destiné à recevoir l'extrémité saillante dudit arbre. Afin de permettre ce coulissement entre la position de chargement et de déchargement et la position de travail, chaque paire de disques du second élément peut être repous-30 sée contre le premier élément correspondant. Les deux paires de disques peuvent passer de l'une à l'autre position grâce à un'mécanisme qui les déplace perpendiculairement au premier axe, entre une position de service dans laquelle l'outil est appliqué contre la pièce, et une position de déchargement. 35 En service, les éléments d'appui, c'est-à-dire les seconds éléments de soutien, absorbent toute la poussée de roulage. Comme on le voit, les axes de ces éléments se trouvent à égale distance et de part et d'autre du plan qui passe par les axes de l'outil et de la pièce. Par conséquent, ces éléments absorbent aussi les 71 00686 -4- 2076053 poussées qui se créent pendant le formage et qui tendent à faire sortir l'axe de la pièce de ce plan, et ils ont donc un rôle de centrage. Par conséquent, les porte-pièce n'ont à absorber que les 5 poussées relativement faibles qui s'exercent pendant le roulage et qui tendent à déplacer la pièce sur son axe. Ces poussées sont absorbées par ces deux porte-pièce, qui comportent chacun une surface de contact avec un flanc de la pièce. Chacun d'eux peut se déplacer dans l'axe de cette dernière, l'un jusqu'à un emplacement 10 prédéterminé où il constitue une butée pour ladite pièce, et l'autre maintenant celle-ci à la place désirée en l'appliquant contre cette butée. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, l'outil, les porte-pièce et les éléments de soutien sont disposés 15 de façon à calibrer automatiquement la pièce introduite dans la machine. Cette disposition empêche automatiquement d'insérer une pièce si les dimensions de celle-ci dépassent assez la valeur prévue pour qu'elle puisse endommager la machine. D'autres caractéristiques et avantages de la présente inven-20 tion ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention. Sur ces dessins : - la figure 1 est une perspective cavalière, à petite échel-25 le, d'une machine selon l'invention qui, dans le cas particulier, est une machine de finition de roues dentées ; - la figure 2 est une élévation de face à plus grande échelle, de cette machine ; - la figure 3 est une coupe horizontale par la ligne 5-5 de 50 la figure 2 et représente le détail des porte-pièce ; et . - la figure 4 est une coupe verticale par la ligne 4-4 de la figure 2. La machine selon l'invention comporte un bâti 20 qui porte ilne tête 22 sur un montant rigide 24. Pour donner plus de rigidi-55 té à la machine, cette tête est reliée au bâti par deux tirants 26 et 28. Une broche supérieure 50 tourne dans un porte-broche 32 qui est porté par une colonne 54 partant de la tête. Elle est entraînée par tout dispositif approprié, par exemple un moteur hydraulique 56. Le porte-broche et la colonne comportent des méca 71 00686 -5- 2076053 nismes classiques permettant de faire tous les réglages nécessaires. L'axe de cette broche occupe une position fixe dans l'espace. Un outil 58 fixé à ladite broche tourne avec elle, sur son axe. La pièce W est montée sur ion porte-pièce, qui est représenté 5 en détail sur la figure 5 et qui comprend deux arbres identiques 40 et 42 et deux disques cylindriques 44 et 46 qui constituent les premiers éléments de soutien. Les arbres peuvent coulisser axialement et tourner dans des cages 47 et 48 respectivement, qui sont montées sur un châssis 49 pouvant coulisser verticalement 10 sur des colonnes verticales 50 et 52, passant dans des pattes solidaires du montant 24. Un ressort 54 monté au milieu du bâti repousse le châssis vers le haut. Les cages 47 et 48, les arbres 40 et 42 et les éléments coopérantsconstituent des supports de la pièce. 15 L'arbre 40 est ajusté dans un palier 56 et peut tourner et coulisser axialement dans la cage 47, "ar son extrémité intérieure est reliée par une série de roulements de poussée 58 à un mandrin 60 monté à l'extrémité de la tige 62 du piston d'un vérin hydraulique 64 solidaire de cette cage. L'arbre 42 est monté de 20 la même manière dans la cage 48 et est aussi relié au piston d,un vérin hydraulique 66 un peu plus petit. Chacun de ces arbres porte une broche de centrage, telle que la broche 67 de l'arbre 40, repoussée par un ressort. Le disque 44 comporte un flanc plan 68 destiné à venir s'ap-25 pliquer contre la face d'extrémité plane de l'arbre 40, ainsi qu'un logement 65Mqt» ôentral 70 dans lequel peut s'engager l'extrémité conique de la broche 67. Il comporte de l'autre côté une face plane 72 qui, en service, s'applique contre le flanc de la pièce W. Un prolongement cylindrique court de ce disque constitue 50 un arbre 74 qui passe sans jeu dans l'alésage 76 de cette pièce et s'engage dans un logement cylindrique .78 ménagé dans l'autre disque^ Un prolongement 80 de petit diamètre de cet arbre 74- est creusé d'un évidement conique axial 82 où se loge la pointe de la broche de centrage de l'arbre 42. Par conséquent, pendant le for-55 mage, la pièce est maintenue à son emplacement par rapport aux éléments de soutien ou disques 44 et 46, que les arbres 40 et'42 maintiennent eux-mêmes à leur place. Le vérin 66 est plus petit que le vérin 64 ou est alimenté en fluide sous pression plus faible. Par conséquent, lorsque les arbres 40 et 42 avancent l'un 71 00686 -b- 2076053 vers l'autre, l'arbre 40 atteint une position limite, déterminée par une butée (non représentée), qui peut être montée dans le vérin 64. L'arbre 42 n'a pas de butée, de sorte qu'il applique le disque 46 contre le flanc de la pièce W, ce qui repousse l'autre 5 flanc de cette pièce contre la surface de centrage 72 du disque 44. Ce montage assure que la pièce garde sa position correcte sur son axe. Mais les arbres 40 et 42 sont tout à fait incapables d'absorber, sans fléchir de façon inacceptable, les poussées appliquées à la pièce pendant le formage. 10 Le montage subissant et répartissant les poussées, et desti né à les absorber, comprend les premiers éléments de soutien, à savoir, les disques 44 et 46.., qui coopèrent avec les éléments transversaux d'appui qui constituent les seconds éléments de soutien, et-qui sont d'autres disques cylindriques 84, 86 et 88, 90 15 (figure 4). Les disques 84 et 88 sont de préférence montés sur un arbre commun 92, et les disques 86 et 90 sur un arbre commun 94-. L'axe de chacun de ces arbres 92 et 94- est parallèle au plan qui passe par l'axe de l'outil 58 et par celui de la pièce. Par conséquent, non seulement les disques supportent les poussées, mais en-20 core ils les répartissent, si bien qu'ils exercent une action de centrage sur la pièce. Les arbres 92 et 94 sont montés dans des bras verticaux 96 et 98 (figure 2) portés par un châssis 100 qui est monté dans des coulisses 102 et 104 et peut se déplacer perpendiculairement au 25 plan qui contient les axes de l'outil et de la pièce. Ces coulisses sont façonnées dans la tête 106 d'un vérin hydraulique 21 monté à la partie inférieure du bâti 20. Ainsi qu'on l'expliquera plus loin, ce vérin fait monter la pièce et la repousse contre l'outil 58, puis il la fait redescendre lorsque l'opération de 50 roulage est terminée, "Un mécanisme à genouillère 108 peut déplacer le châssis 100 et les quatre disques 84, 86, 88 et 90 qu'il porte, entre sa position de service représentée en traits pleins sur la figure 4, et une position de chargement figurée en traits mixtes. Lorsqu'on ac-55 tionne ce mécanisme en faisant tourner la poignée 110 dans le sens des aiguilles d'une montre sur la figure 4, une tige 112 solidaire dudit mécanisme et du châssis tire ce dernier vers la droite. Lorsque la machine est à l'arrêt, les arbres 40 et 42 sont écartés et les deux paires de disques 84, 86, et 88, 90 ainsi que 71 00686 -7- 2076053 leurs arbres sont abaissés. On prépare la machine pour la charger en manoeuvrant le mécanisme 108 de façon à amener les quatre disques et leur châssis dans la position en traits mixtes de la figure 4. On peut alors assembler la pièce W et le disque 45 à l'au-5 tre disque 44 en faisant passer l'arbre 74 dans l'alésage 76 de cette pièce. Puis on pose cet ensemble sur les disques 84 à 90 en amenant la surface 114 du disque 44 en contact avec les surfaces périphériques correspondantes des disques 88 et 90. On amène de même la surface périphérique 116 du disque 46 en contact avec les 10 surfaces correspondantes de l'autre paire de disques 84 et 86. Ensuite on manoeuvre le mécanisme à genouillère de manière à amener les quatre disques 84 à 90, portant les disques 44 et 46 et la pièce W, à la position en traits pleins de la figure 4. On peut prévoir des butées de réglage (non représentées) pour placer 15 les arbres 92, 94- des quatre disques inférieurs à la distance voulue du plan défini par les axes de l'outil et de la pièce. On a constaté qu'il était avantageux de choisir la distance qui sépare ces arbres 92, 94 de l'axe de la pièce, de façon que, lorsque le piston du vérin 21 est abaissé, on puisse aisément met-20 tre en place une pièce qui a les dimensions voulues, mais qu'une pièce trop grosse soit arrêtée, ce qui empêche de monter par inadvertance une telle pièce qui pourrait provoquer la rupture de l'outil. lorsque la pièce occupe sa position correcte, on fait avan-25 cer les arbres 40 et 42 l'un vers l'autre, de façon que les pointes des broches de centrage pénètrent dans les logements du disque 44 et dans.P extrémité 80 de l'arbre 74-. Ainsi qu'on l'a expliqué plus haut, l'arbre 40 avance jusqu'à ce qu'il heurte une butée, puis l'arbre 42 serre énergiquement. la pièce dans sa position 30 axiale correcte. Une fois que la pièce a ainsi été amenée à l'emplacement voulu, on fait débuter manuellement l'opération de roulage, puis on la fait continuer automatiquement. Lorsque l'ouvrier appuie sur le bouton de mise en marche, un écran métallique 118 en deux par-35 ties remonte automatiquement et couvre l'avant de la machine. L'ouvrier met ensuite en marche le moteur 36 qui entraîne l'outil 38, lequel est en contact avec la pièce. Selon la pratique classique, on arrose cette dernière avec un liquide refroidissant pendant toute l'opération. Puis on actionne le vérin 21 qui fait 71 00686 —8»"* 2076053 monter le châssis 100 et les disques 84 à 90, lesquels agissent sur les disques 44 et 46 en faisant monter les arbres 40 et 42, leur châssis 49 ainsi que l'arbre court 74- portant la pièce W, ce qui applique celle-ci contre l'outil. Ce mouvement de montée s'ar-3 rête automatiquement, l'outil et la pièce tournent encore pendant l'intervalle de temps approprié, puis le vérin 21 est actionné et fait redescendre tous les éléments mentionnés. Le moteur 36 est arrêté et l'écran 118 redescend. On peut alors écarter les arbres 40 et 42 afin de pouvoir retirer la pièce terminée après 10 avoir manoeuvré le mécanisme à genouillère 118. Grâce au circuit en fourche de transmission des poussées des disques 84 à 90 à la pièce W, par les disques 44 et 46 et l'arbre 74, les arbres 40 et 42 et les éléments qui leur sont associés ne subissent pas d'effort radial appréciable. La pièce tourne donc - 15 en pratique absolument concentriquement à son axe. De plus, par le fait que les surfaces périphériques 114 et 116 des disques 44 et 46, respectivement, sont immédiatement adjacentes aux flancs de la pièce, les moments de flexion sont ramenés au minimum, si bien que les déformations de l'ensemble approchent de leur mini-20 mum théorique. Pour donner à cet ensemble une plus grande rigidité et pour diminuer le nombre d'éléments qui doivent être usinés avec des tolérances très serrées, on peut fabriquer en une pièce les deux disques 84 et 88 et leur arbre 92, et les deux disques 86 et 90 et leurs arbres 02 et 94. 25 II va de soi que la présente invention n'a été décrite ci- dessus qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif,et que l'on pourra y apporter toutes modifications sans sortir de son cadre. 71 00686 -9- 2076053 REVENDICATIONS 1. Machine de formage par roulage d'une pièce, notamment d'une roue dentée, pendant que cette dernière tourne sur un premier axe qui passe par son alésage, par compression de cette piè- 5 ce contre un outil qui tourne sur un second axe parallèle au premier, caractérisée par le fait que, pendant le formage, la compres sion appliquée à la pièce est absorbée par des éléments de support se composant de premiers éléments (44, 46) qui tournent sur le pre mier axe à côté de cette pièce (¥), et qui coopèrent avec des se-10 conds éléments (84, 86, 88, 90) disposés hors du plan défini par les premier et second axes. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les premiers et seconds éléments sont disposés de part et d'autre de la pièce. 15 Machine selon l'une des revendications 1 et 2, caractéri sée par un arbre (74) de transmission de la poussée, qui est disposé dans l'axe des premiers éléments (44, 46) et qui peut être amené axialement à une position de service dans laquelle il passe dans l'alésage (76) de la pièce (W), ses deux parties qui sont 20 extérieures et adjacentes à cette dernière étant en contact avec les premiers éléments (44, 46), de façon à leur transmettre la poussée. 4. Machine selon la revendication 5, caractérisée par le fait qu'elle comprend deux porte-pièce primaire et secondaire dis-25 posés sur un même axe, comportant chacun l'un des deux premiers éléments (44, 46), qui sont des disques rotatifs disposés de part et d'autre de l'emplacement de la pièce (W), de manière à transmettre les poussées de l'arbre (74) au bâti (20) de la machine par l'intermédiaire des seconds éléments (84, 86, 88, 90). 30 5» Machine selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les seconds éléments de soutien sont deux paires de disques (84, 86 et 88, 90), les deux disques de chaque paire étant en contact périphérique, pendant le formage, avec l'un des disques (44, 46) des premiers éléments, chacune de ces paires de disques 35 étant montée sur le bâti de la machine et tournant sur un axe parallèle au plan défini par les premier et second axes, l'un des deux disques (84, 88) de chaque paire étant disposé d'un côté de ce plan, et l'autre disque (86, 90) de chaque paire étant de l'autre côté dudit plan. 71 00686 -10- 2076053 6. Machine selon l'une quelconque des revendications 3 à 5"» caractérisée par le fait que les porte-pièce primaire et secondaire peuvent être déplacés axialement de manière à faire pénétrer l'arbre (74-) du porte-pièce primaire dans l'alésage (76) de 5 la pièce et de l'en retirer, le porte-pièce secondaire comportant un logement (78) destiné à recevoir l'extrémité de cet arbre (74-). 7. Machine selon l'une quelconque des revendications 4- à 6, caractérisée par le fait que chaque paire des disques (84, 86 et 88, 90) qui'constituent les seconds éléments de soutien peut être 10 poussée contre l'un des premiers éléments. 8. Machine selon l'aine quelconque des revendications 4- à 7» caractérisée par le fait que l'ensemble des deux paires de disques (84-, 86, .et 88, 90) qui constituent les seconds éléments de soutien peut être déplacé perpendiculairement au premier axe, en- 15 tre une position de travail dans laquelle l'outil (38) est en contact avec la pièce (W), et une position de chargement.