Brevet FR2060293A1 — publié le 19710618

La présente invention concerne les- dispositifs pour le positionnement et la rotation de pièces, avec surface de référence intérieure ou extérieure de révolution et face de référence plane, de préférence lors de leur usinage mécanique en l'air. La présente invention peut être par exemple utilisée pour la rectification sans pointes des pièces telles que bagues et disques; l'invention est particulièrement indiquée pour l'usinage des bagues de rqulements de haute et de très haute précision. Actuellement, lors -de la rectification sans- pointes de telles pièces, on utilise différents accessoires pour le positionnement et la rotation. Parmi. ceux-ci on notera des dispositifs où la pièce est positionnée sur un support axial plan fixe et sur des supports radiaux combinés dont l'un est fixe, tandis que les deux autres tournent et sont constitués par des disques de friction. la pièce est en tramée et appliquée aux supports fixe axial et radial par les disques de friction. la précision de l'usinage lorsqu'on utilise de ces-accessoires de positionnement est limitée par suite du faux-rond et du voilage des disques de friction, ainsi que de l'usure irrégulière des disques de friction suivant le diamètre. Les inconvénients mentionnés ci-dessus limitent le domaine d'application des#accessoies connus pour ltusinage des bagues de roulement de haute et de très haute précision. On utilise également sur une grande échelle d'autres dispositifs caractérisés par le fait que la pièce est positionnée sur deux supports radiaux fixes et sur une butée axiale tournante assurant simultanément 1' entrainement de la pièce. Dans ces dispositifs, la pièce peut être appliquée sur la butée axiale à l'aide d'un mandrin magnétique, de galets de serrage et d'autres moyens. Parallèlement aux avantages de ce schéma de positionnement, il faudra noter un inconvénient notable: le battement de la butée axiale tournante est retransmis à la pièce à usiner ce qui réduit la précision d'usinage de celle-ci. C'est pourquo#i, lors d'un tel positionnement, la broche de la poupée porte-pièce, à laquelle est fixée la butée axiale tournante, devra être montée sur des roulements de précision. Au cours de la rectification de gorges sur les bagues des butées, avec une tolérance du défaut de parallélisme de la gorge par rapport à la face de référence, comprise dans une marge de 0,001 mm, le faux-rond de la broche ne doit pas dépasser 0,0005mm. Une telle précision est obtenue par parachèvement manuel de 1' épaulement d'appui de la broche et du palier axial de la poupée portant la pièce, c'est-à-dire en réalisant une opération particulièrement coûteuse et difficile. Pendant le processus d'expl.oita- tion, le palier axial de la broche est en outre sujet à l'usure, et la précision d'usinage en est affectée. De cette façon, les procédés connus indiqués pour le positionnement et la rotation des pièces n'assurent pas un usinage stable de la pièce avec une précision élevée. Conformément aux motifs indiqués, dans la présente invention, on se propose de mettre au point un dispositif pour le positionnement et la rotation de pièces en forme de bague ou de disque, qui assure une précision d'usinage de la pièce plus élevée en comparaison avec les procédés connus, et qui conviendrait aussi bien à l'usinage de-s surfaces de révolution~ extérieures et intérieures, ainsi que des faces en bout de-la pièce. Dans la présente invention on se propose également de mettre au point un dispositif de conception simple, à haute fiabilité et stable en service. Pour atteindre les objectifs proposés, et dans d'autres buts, on s'est proposé de modifier dans le dispositif pour le positionnement et la rotation des pièces les moyens de soutien de la pièce au moment de l'usinage, ainsi que de co-opération entre la pièce et la commande. Pour atteindre l'objectif proposé, dans le dispositif conforme à la présente invention, les éléments d'appui sont réalisés sous forme d'une combinaison de deux supports radicaux fixes éloignés l'un de l'autre pour le maintien de la surface de rotation de la pièce, et par au moins- un support axial fixe déterminant la position de la face de la pièce, l'entraîneur étant alors monté avec possibilité d'auto-positionnement suivant la face de la pièce, et les éléments de force étant aménagés pour l'application de la face de la pièce sur le support axial avec un effort inférieur à l'effort appliquant l'entraineur sur la pièce. Le dispositif peut comporter un support axial fixe soutenant la pièce en face de sa zone de contact avec l'outil d'usinage, tandis que l'entraineur est déplaçable linéairement en translation pour- son auto-établissement le long de l'axe de rotation de la pièce. Le dispositif peut également comporter trois supports axiaux maintenant la pièce en des points non disposés sur une même droite Les supports axiaux peuvent contacter la zone extérieure de la surface de référence de la pièce ou être réalisés sur une tige porteuse fixe disposée le long de l'axe de rotation de l'entraineur. I1 est rationnel de ménager les supports axiaux et les supports radiaux sur la tige porteuse commune. Conformément à l'invention, afin d'assurer différents efforts de coopération réciproque entre la pièce et le support axial avec entraîneur, les éléments de force comportent un mandrin magnétique avec entraineur magnétique prévu pour l'auto-positionnement suivant la face de la pièce. L'entraîneur magnétique peut comporter deux faces planes parallèles dont lune, qui est orientée vers la partie du mandrin magnétique coopérant avec l'entraîneur, présente une superficie supérieure à la superficie de l'autre face qui est orientée vers la pièce, ce qui assure la différence des efforts d'application dont il était question ci-des#sus. Le dispositif peut également être caractérisé par le fait que les éléments de force en combinaison avec le mandrin magnétique9 assurant la coopération magnétique réciproque de l'entraîneur et de la pièce, comportent des éléments souples appliquant la pièce sur le support axial les éléments souples sont par exemple réalisés sous forme de un diaphragme circulaire souple accouplant l'entraîneur à la com mande. Les perfectionnementa en question permettent d'éliminer les erreurs d'usinage de la pièce qui pourraient découler d'un pos-1- tionnement incorrect-, des erreurs du circuit d'entraînement et-du battement des supports Dans l'exposé qui suit, 1# invention est expliquée par des exemples d'exécution et par les dessins annexés, -sur lesquels: : les Fig. 1 et 2 représentent schématiquement une rectifieuse sur laquelle peut être utilisé le- dispositif proposé pour le positionnement et la rotation; la Fig 3 est une vue en coupe axiale du dispositif pour le positionnement et la. rotation; la Figo-4 est-u#e vue en bout de ce dispositif; la Fig-.5#représen.te la version du dispositif avec un seul support axial situe face à l'outil d'usinage; la Fig.6 représente le dispositif avec trois supports axiaux disposés à l'extérieur de l'entraîneur; la Fig.7 représente le dispositif avec diaphragme souple;; la Fig.8 représente un détail à grande échelle du dispositif de la Fig. 7; la Fig.9 représente une version du dispositif pour le positionnement et la rectification interne. Le dispositif pour le positionnement et la rotation des pièces peut être utilisé sur les rectifieuses comportant un banc 1 (Fig. I et 2), une poupée porteuse 2 avec commande 3 de rotation entraînant la pièce 4, et une poupée p#orte-meule 5 avec commande entraînant l'outil (le disque à meuler) 7. La commande 3 pour 1' entraînement de la pièce est constituée par le moteur électrique 8, la courroie de transmission 9 et la broche 10. la commande 6 faisant tourner la meule comporte un moteur électrique 11, une courroie de transmission 12 et une broche 13. Le dispositif pour le positionnement et la rotation de la pièce comporte deux supports radiaux fixes 14 (Fig.3 et 4), dont le profil de la partie utile correspond au profil de la surface cylindrique de référence 15 de la pièce 4, et des supports axiaux fixes 16 dont le nombre, dans la version donnée du dispositif, est de préférence choisi égal à trois. Les supports axiaux 16 sont disposés suivant un cercle dont le centre se trouve sur l'axe de rotation de la pièce 4; leurs surfaces de travail se trouvent dans un même plan, perpendiculaire à l'axe de rotation de la pièce, et positionnent pendant le processus d'usinage la face de référence 17 de la pièce 4. La largeur des supports axiaux 16 dans le sens radial est inférieure à la largeur de la face de référence 17 de la pièce.C'est pourquoi ceux-ci entrent en coopération seulement avec une partie de la face de référence 17. L'autre partie de celle-ci coopère avec la face en bout de l'entraîneur 18 de la commande 3 de rotation de la pièce. Les deux parties de la face de référence 17 dont il était question sont constituées par des zones circulaires concentriques. L'entraîneur 18 est réalisé de façon à se positionner automatiquement et librement suivant la face de référence 17 de la pièce 4. Le dispositif doit être doté d' éléments de force pour l'application de la face de référence 17 de la pièce 4 sur les supports axiaux 16 et l'entraîneur 18 (non représentés sur les dessins). Pour l'application de la surface cylindrique de référence 15 de la pièce 4 sur les supports radiaux 14, on peut, par exemple utiliser un aimant permanent 19. L'outil 7 est disposé à proximité de -la pièce. La pièce 4 est montée sur des supports radiaux fixes 14 de telle façon que sa face de référence 17 s'applique sur la face de l'entraîneur 18. La pièce est appliquée par sa face de référence 17 surales supports axiaux 16 à l'aide des éléments de force, et la face de l'entraîneur 18 est appliquée à la pièce avec un effort qui est supérieur à celui avec lequel la pièce adhère aux supports axiaux 16. La pièce-est appliquée sur les supports'radiaux 14 grâce à sa disposition excentrique par rapport à l'axe de la commande, ou d'autre façon, par exemple, à l'aide de l'nimbant 19. l'a -pièce est mise en rotation gerce à l'effort de friction engendré entre la face de référence 17 de la pièce 4 et la face de l'entraîneur 18 tournant autour de l'axe. On décrira ci-dessous avec plus de détails certaines modifications concrètes de l'invention proposée. la version du dispositif représenté sur la Fig.5 est conçue pour l'usinage de la surface en bout de la pièce par exemple pour l'usinage des gorges sur les bagues des butées. Dans cette version d'exécution du dispositif, la pièce 4 est positionnée d'après sa surface extérieure 15 sur deux supports radiaux fixes 20, et par la surface de référence en bout 17 sur l'un des supports axiaux fixes 21 qui est fixé à l'extrémité d'une tige massive 22 montée sur le bâti de la machine. L'usinage de la face en bout 23-de la-pièce 4. est réalisé dans lu zone en regard du support axial 21. la commande entraînant la pièce comporte une broche creuse 25 montée dars la poupée 24 et à l'extrémité de laquelle est calée la poulie 26 qui retransmet à la broche le couple moteur, et dont l'extrémité avant porte la partie mobile 27 du mandrin magnétique qui est rendu solidaire de l'entraîneur magnétique 29 par les vis 28. Le couple moteur de la broche 25 est retransmis à la partie mobile 27 du mandrin magnétique par l'intermédiaire d'éléments admettant les déplacements axiaux de la partie mobile 27 par rapport à la broche 25, par exemple par l'intermédiaire de la clavette longitudinale 30. L'entraîneur 29 et la partie mobile 27 du mandrin magnétique sont constitués par deux éléments annulaires séparés par une cale amagnétique. la partie fixe du mandrin magnétique, conçue sous forme d'un manchon électro-ma#.nétique 31 rigidement reliée à la poupée 24, est séparée de la partie mobile 27 par un entrefer. L'application de la pièce 4 sur les supports radiaux 20 est assurée par le décalage de l'axe de la pièce 4 vers les supports en question par rapport à l'axe de rotation de l'entraîneur 29. l'es éléments. de force pour l'application de la pièce 4 sur le support axial 21 sont réalisés sous forme de ressorts de compression 32 disposés parallèlement à l'axe de la broche 25, entre la partie mobile 27 du mandrin magnétique et la bague 33 fixée sur la broche 25. L'effet des ressorts 32 est réglé par la vis 34 qui se visse dans la partie mobile 27 du mandrin magnétique et dont l'épaulemènt s'applique sur la broche 25. Dans sa position initiale, lorsque le mandrin est débrayé, le support axial 21 est dégagé au-delà de la face de l'entraîneur 29 sur une distance de 0,08 à 0,12 mm (cette cote est réglée à l'aide de la vis 34). la pièce 4 est montée sur les supports radiaux 20 de telle façon, que sa face 17 s'applique sur le support axial 21. Il subsiste alors un jeu entre la face 17 de la pièce 4 et la face de l'entraîneur 29. l'ors de l'embrayage du manchon 31, les lignes magnétiques de force, traversant la partie mobile 27 du mandrin magnétique et 1' entraîneur 29, se referment sur la pièce 4. Sous l'action de la force d'attraction magnétique, la partie mobile 27 se déplace en commun avec l'entraîneur 29 dans le sens axial du côté de la pièce 4 en surmontant la résistance des ressorts 32 jusqu'au moment -où la face de l'entraîneur 29 s'applique sur la face 17 de la pièce 4. l"effort appliquant la pièce 4 sur le support axial 21 est alors égal à la sollicitation des ressorts 32 et doit être considérablement inférieur aux forces de coopération magnétique mutuelle, grâce auxquelles la pièce 4 est appliquée sur l'entraîneur 29. Au cours de la rotation de ln broche 25, le couple moteur est retransmis par l'intermédiaire de la clavette 30 à la partie mobile 27 du mandrin magnétique avec entraîneur 29 et ensuite à la pièce 4. la distance entre le support axial rigide 21 et l'outil d' usinage 7 ne dépend pas du battement axial de la broche 25 ainsi que du battement du mandrin magnétique, ce qui évite les défauts de psrallelisme entre la surface à usiner 23 et la face de référence 17. Le battement de l'entraîneur 29 est compensé par le mouvement d'oscillation de la partie mobile 27 du mandrin magnétique sous l'action du ressort 32 et du support axial 21. Le battement axial de la broche 25 ne peut arracher la pièce 4 du support axial 21 Car la broche ne comporte pas de liaison rigide avec l'entraîneur 29 dans le sens axial. Le dispositif peut être utilisé pour l'usinage des surfaces en bout et internes de la pièce. Dans ce cas il est prévu trois supports axiaux 35 (Fig.6) dont l'un est établi en regard de ltou- til au cours de l'usinage de la face en bout de la pièce 4. En comparaison à la version de la Fig. 3, les supports axiaux fixes 35 coopèrent avec la partie extérieure (zone) de la surface de référence en bout de la pièce 4, et l'entraîneur 36 avec sa partie interne. C'est pourquoi la broche 37 peut être pleine et non creuse comme c'est le cas dans le dispositif de la Fig.5. L'entraîneur 36 est accouplé à la partie mobile du mandrin magnétique par une articulation. L'articulation est constituée par une bille 38 comprise en tre ltentralneur 36 et la cuvette 39 qui est rendue solidaire de la partie mobile 40 du mandrin magnétique par les vis 41. Dans cette version du dispositif, la vis de réglage 42 se trouve dans la cuvette 39 et s'applique (lorsque le mandrin magnétique est débrayé) sur la face de la broche 37. Par suite du fait que l'entraîneur 36 peut tourner autour de la bille 38, on assure l'auto-positionr.ement de l'entraîneur suivant la fage de référence 17 de la pièce 4-dont la position est déterminée, dans une marge de même signe, par les trois supports axiaux 35 et les deux supports radiaux 43. la version du dispositif représenté sur les Fig. 7 et 8 est conçue pour l'usinage de la face ou de la surface extérieure de la pièce avec positionnement suivant l'alésage. la douille 44, portant les deux supports radiaux 45, et la cuvette 46 portant les trois supports axiaux 47, sont fixées sur la tige 48 qui est re#liée, de la même façon que dans le dispositif de la Fig.3, au bâti de la machine. Dans cette version du dispositif, le rôle de la broche est réalisé par la partie mobile 49 du mandrin magnétique, montée sur les roulements 10 par l'intermédiaire de la douille 51 en matériau amagnétique calée sur la tige 48. La partie mobile 49 du mandrin magnétique est mise en rotation par la courroie 52 du moteur électrique. Dans cette version du dispositif, le mandrin magnétique est utilisé pour l'application de la pièce 4 non seulement sur l'entraîneur 58, mais aussi sur les supports radiaux 45 et axiaux 47. Cela est obtenu par le fait, que la partie + 1 du flux magnétique 0 engendré lors de l'embrayage du manchon 54 passe par la pièce 4 et se referme sur la cuvette 46 avec supports axiaux 47 en produisant un effort appliquant la pièce aux supports axiaux, tandis que l'autre partie 2 2du flux magnétique + se referme sur la douille 44 aux supports radiaux 45. Grâce à cette partie p 2 du flux, la pièce 4 est appliquée sur les supports radiaux 45.L'entraîneur 53 est appliqué sur la pièce par l'effort que développe la somme du flux magnétique = 1 + 2 Afin que l'effort d'application de l'entraîneur 53 sur la pièce 4-ne soit pas réduit par l'attraction de l'entraîneur vers la partie 49 par l'intermédiaire de l'entrefer, il est indispensable que la superficie de la surface 55 soit environ de 10 à 15 fois supérieure à la superficie de la face avant 56 de ltentrai- neur 53. Dans la construction proposée, un fait important est matérialisé par le rapport correct de la superficie de la face de lten- traîneur 53 d'un côté, et la somme des superficies des surfaces 55 et 56 de l'autre. Les calculs et les essais pratiques ont démontré que cette somme doit être environ trois fois supérieure à la superficie de la face avant de l'entraîneur 53. L'entraîneur 53 dispose d'une possibilité d'auto-établissement suivant la face de la pièce 4, car il est relié à la partie mobile 4c du mandrin magnétique d'une façon souple, par exemple à l'aide du diaphragme souple 57 qui admet un décalage axial limité de l'entraîneur 53, ainsi que son inclinaison angulaire par suite de la rotation par rapport aux axes passant par l'axe de rotation de ltentraîneur 53. La version du dispositif représenté sur la Fig. 9 est surtout prévue pour la rectification interne des pièces, en particulier pour l'usinage de la gorge de la bague extérieure des roulements à billes avec positionnement sur les supports radiaux suivant la surface extérieure 58. En comparaison avec la version représentée sur la Fig. 5, ce dispositif, en plus de son application particulière, se distingue également par le fait que la pièce -à usiner 59 est ici positionnée sur les supports axiaux -60 par la partie extéîeure -de la face 61 de même que dans le dispositif de la Fig.4. la partie mobile 62 du mandrin magnétique, qui de. même que le dispositif des Fig. 7 et 8 remplit le rôle de broche, est montée sur les paliers 63 dans la poupée portant la pièce, et.elle est mise en rotation par la courroie 64 à l'aide de la poulie. 65 calée à son extrémité arrière. La rotation de la part#ie mobile~62 du mandrin ma#gnétique es#t retransmise à l'entraîneur 66 par l'intermédiaire de deux diaphragmes 67 assurant l'auto-positionnement de l'entraîneur 66 suivant la face de. la pièce 59. Bien que les versions du--dispositif proposé représentëes sur les dessins annexés représentent la pièce à usiner sous forme d'une bague de roulement, le dispositif peut être aussi utilisé pour l'usinage de haute précision d'autres pièces comport#ant une face de référence plane et une surface de référence de révolution. Be choix d'une version concrète du dispositif proposé sera déterminé avant tout par la forme de la pièce à usiner et par la nature des opérations. Il faut alors prendre en considération qu' en plus des versions représentées sur le dessin, le dispositif proposé peut etre réalisé en d'autres modifications compor+ant par exemple d'autres combinaisons des éléments essentiels représentés sur les dessins du dispositif. On peut également utiliser d'autres modèles de mandrins magnétiques, éléments de force, etc.. sans pour cela sortir des limites de l'invention. EVENDICATIONS 1 - Dispositif pour le positionnement et la rotation de pièces avec face de référence plane et surfaces de référence de révolution, de préférence au cours de son usinage, comportant une commande avec entraîneur, des éléments d'appui et des éléments de force appliquant la pièce sur les éléments d'appui et sur l'entraîneur, caractérisé en ce que les éléments d'appui sont constitués par une combinaison de deux supports radiaux fixes éloignés l'un de l'autre afin de soutenir la surface de révolution de la pièce, et par au moins un support axial fixe déterminant la position de la face de la pièce, l'entraîneur étant monté avec possibilité d'auto-positionnement suivant la face de la pièce, et les éléments de force sont prévus pour l'application de la face de la pièce sur le support axial avec un effort inférieur à celui qui applique l'entraîneur sur la pièce. 2 ; Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un support axial fixe soutenant la pièce en face de sa zone de contact avec l'outil d'usinage et l'entraîneur se déplace linéairement pour son autopositionnement le long de l'axe de rotation de la pièce. 3 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois supports axiaux pour soutenir la pièce en des points n'étant pas disposés sur une même droite. 4 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les supports axiaux sont prévus pour être en contact avec la zone extérieure de la face plane de référence de la pièce. 5 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractersé en ce que les supports axiaux sont montés sur un mandrin fixe passant le long de l'axe de rotation de l'entraîneur. 6 - Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les supports axiaux et radiaux sont conçus sur une même tige porteuse. 7 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6. caractérisé en ce que les éléments de force qui assurent différentes sollicitations de coopération entré la pièce, le support axial et l'entraîneur comportent un mandrin magnétique avec entraîneur magnétique prévu pour l'auto-positionnement suivant la face de la pièce. 8 - Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'entraîneur magnétique comporte deux faces planes parallèles dont l'une, orientée vers la partie du mandrin magnétique qui coopère avec l'entraîneur a une surface sensiblement supérieure à celle de l'autre face orientée vers la pièce, ce qui assure la différence des efforts d'application dont il était question. 9 - Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les éléments de force en combinaison avec le mandrin magnétique, assurant l'action magnétique réciproque de l'entraîneur et de la pièce, comportent des éléments souples assurant l'application mécanique de la pièce sur le support axial. 10 - Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments souples sont réalisés sous formes d'un diaphragme circulaire souple reliant l'entraîneur à la commande.