Brevet FR2104698A1 — publié le 19720421

La présente invention a pour but de permettre l'usinage précis, dans une matière quelconque, d'un alésage en forme de portion de tore de section droite circulaire, elliptique ou analogue, ainsi que l'usinage d'une pièce mâle, par exemple un piston destins à coulisser avec un jeu réduit dans ledit alésage. La présente invention paraît devoir recevoir une application particulièrement intéressante en vue de la réalisation industrielle de vérins, servo-commandes ou amortisseurs, pneumatiques, hydrauliques ou oléopneumatiques, présentant la particularité d'être susceptibles d'un mouvement selon une trajectoire en forme d'arc de cercle. De tels vérins ou servo-mécanismes à mouvement circulaire conviennent chaque fois qu'il s'agit d'animer ou de régler des pièces ou organes dont le mouvement s'effectue par débattement angulaire limité autour d'une articulation. Ce sont là des situations qui se rencontrent fréquemment dans la commande d'organes de machines et plus particulièrement de gouvernes d'aérodynes et de navires, ainsi que dans la manoeuvre d'organes divers tels qu'aérofreins, la commande d'ouverture et de fermeture de portes, etc... La solution usuelle qui consiste à attaquer un guignol de commande au moyen d'un vérin ou d'un servo-mécanisme à mouvement rectiligne classique, présente l'inconvénient de nécessiter au moins deux articulations complémentaires en sus de l'articulation principale de l'organe commandé. Elle pose souvent des pro blèmes d'encombrement difficiles à résoudre et nécessite souvent le recours à des bielles intermédiaires pour la transmission des efforts. Bes servo-moteurs à mouvement circulaire, objets de la présente invention, présentent donc pour beaucoup d'applications des avantages notables sur les appareils classiques à mouvement rectiligne, mais leur généralisation exige de pouvoir en entreprendre une réalisation industrielle propre a leur conférer une forme géométrique très précise avec un état de surface compatible avec 1'd- tanchéité indispensable. La I)emanderesse a mis au point 8. cet effet des machinesoutils qui apportent une solution pratique, simple et commode à ces problèmes d'usinage, que ce soit pour la réalisation précise d'un alésage à paroi toroïdale ou pour celle d'un piston à surface externe toroïdales Dans un cas comme dans l'autre, la machineoutil objet de la présente invention comporte en combinaison - un support fixe matérialisant avec précision l'axe virtuel de révolution du tore à usiner, - une table mobile entraînée en rotation autour dudit axe, - une tette de travail munie d'un outil adéquat dont le plan de travail est ajusté relativement audit axe et éventuellement aligné rigoureusement sur celui-ci. Selon un mode de réalisation préféré d'une telle machineoutil, ledit axe de révolution du tore est matérialisé par des moyens de collimation de type optique, laser ou autre, ledit plan de travail de 1t outil étant ajusté en conjugaison avec lesdits moyens de colîlînation. En outre, avantageusement, ladite tette de travail est réglable en position angulaire autour d'un axe perpendiculaire audit plan de travail de l'outil. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. l'a figure 1 est une vue schématique en plan avec coupe partielle d'une machine-outil conforme à 11 invention et dont îa tête de travail est conçue pour l'usinage d'un alésage à paroi torique. La figure 2 est une vue analogue montrant une variante de tette de travail conçue pour l'usinage d'un piston à surface externe torique. La machine-outil représentée sur les dessins comprend es sentiellement 10/ Un support principal i qui est réalisé en un matériau à haute résistance et faible coefficient de dilatation thermique et peut être fixé sur la table d'une machine-outil classique, Ce support i qui soutient l'ensemble des mécanismes est équipé d'un axe creux 2. A 11 intérieur de cet axe creux est logée une source lumineuse 20 masquée dans la direction du plan de travail par un cache joint souple 21 réglable en position par vis micrométriques. Ce cache est traversé en sa partie centrale par un tube 21A de faible diamètre intérieur et tel que sa longueur soit au moins vingt fois son diamètre intérieur. On peut ainsi matérialiser avec précision l'axe de rotation O de l'ensemble au moyen du fin rayon lumineux issu du tube. En variante, la source lumineuse est remplacée par un petit générateur de rayon laser faible énergie que l'on trouve dans le commerce. Be générateur est alors lui-meme règlable en position de façon à faire coïncider le rayon laser avec l'axe virtuel de rotation du système. 20/ Une table mobile 3 sur laquelle est fixée la pièce à usiner 4 ou 4'. l'a table 3 tournant autour de l'axe 2 est entraînée en rotation par un moto-réducteur 5 avec variateur de vitesse et limiteur de couple, la liaison mécanique entre le moto-réducteur 5 et la table mobile 3 étant assurée par une vis-sans-fin 6 et une roue dentée 7. 30/ Une tette de travail 8 ou 8' qui comporte - un arbre moteur 9 solidaire d'un rotor de turbine 10, - un corps de cylindre moteur 11, - une flasque porte-roulements 12, - deux roulements 13, - une bague d'étanchéité 19, - un outil à aléser 14 auouel peut être substituée une meule à rectifier 15. L'ensemble des pièces 9 à 13 constitue un moteur hydraulique ou pneumatique pour l'entraînement de 11 outil 14 ou 15 et dont les canalisations d'alimentation et d'échappement sont figurées en 16 et 17 au centre de la tête de travail 8 ou 8'. Celle-ci comprend en outre un bloc de fixation qui supporte un moto-réducteur 18 avec variateur de vitesse et limiteur de couple, ainsi qu'un dispositif 18A de mise en mouvement planétaire de la tette 8 ou 8' autour d'un axe B-C perpendiculaire au plan de travail de l'outil 14 ou 15. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, la tête de travail 8 qui sert à aléser est en forme de secteur de couronne et l'arbre moteur 9 est solidaire du porte-outil 9A. Dans la variante de réalisation de la figure 2, la tête de travail 8' est modifiée en vue de l'usinage d'un piston torique plein. L'arbre moteur 9 traverse libreinent un écrou 22 pressant le joint 19 et est solidaire d'un pignon menant 9B en prise avec un pignon mené 23 monté sur trois roulements 24 que porte une bague fixe 25. Be porte-outil 26 reçoit un écrou de fixation 27. Si l'on veut obtenir une surface usinée rigoureusement torique à section droite circulaire, il faut que le plan de travail de l'outil 14 passe par l'axe de rotation O qui constitue l'axe de révolution du tore. A cet effet, on ajuste la tette de travail 8 ou 8' à l'aide d'un dispositif optique du type collimateur permettant d'aligner rigoureusement le plan de symétrie de l'outil avec le rayon lumineux ou laser issu du système 20-21-21A et matérialisant l'axe de rotation 0. out écart de cette position d'alignement rigoureux se traduit par l'obtention à l'usinage d'une surface toron dale de section droite elliptique, ce qui peut autre parfois dési rable. Pour effectuer une opération d'usinageS on procede de la façon suivante On fixe sur la table tournante 3 de la machine-outil la piece E usiner 4 ou 4' qui a été préalablement ebauchée par surfaçage cylindrique, par exemple sur deux tronçons, comme montré par les zones ombrées des figures 1 et 2. On met en rotation l'outil 14 par alimentation de la turbine 10 ; un dispositif de régulation permettant de contrôler la pression d'alimentation, le débit ainsi-que le sens de l'écoulement, assure un couple constant de l'outil et permet de régler à volonté la vitesse de coupe et la vitesse de rotation de la broche. Sloutil 14 étant en mouvement, on met en marche le motoréducteur 5 préalablement réglé au point de vue vitesse et couple maximum. Ces deux opérations étant faites, la pièce 4 ou 4' se présente devant l'outil 14 par rotation de la table 3, la tête de travail 8 ou 8' restant fixe, tandis que la pièce à usiner 4 ou 4' progresse par déplacement en rotation de la table 3 autour de l'axe O dans le sens de la flèche Pî On a représenté en traits pleins la pièce 4 ou 4' avant usinage et en traits mixtes vers la fin de l'opération a 1usinage. Pour l'usinage fin de rectification, l'outil 14 étant remplacé par la meule 15, la tête de travail 8 ou 8' est calée en po- sition angulaire autour de l'axe BC au moyen du moto-réducteur 18 et du mécanisme planétaire 18A et l'opération précédemment décrite est répétée. Bes pièces 4 et 41 ainsi usinées et rectifiées sont introduites l'une dans l'autre pour former respectivement le "cylindre" et le piston d'un vérin hydraulique ou pneumatique courbe ou autre appareil analogue destiné à etre monté entre deux parties susceptibles b'un débattement angulaire relatif 1 Cet appareil à piston à trajectoire incurvée présente des avantages notables sur les vérins classiques. à mouvement rectiligne : gain en poids et en encombrement par élimination des liaisons articulées, absence de risque de grippage propre aux systèmes articulés, lubrification inutile. R3VElBICATIONS 1. Un appareil à piston du genre vérin, servo-moteur, amortisseur ou autre dans lequel le piston coulisse dans un logement communément appelé "cylindre", caractérise en ce que ledit logement est non pas en forme géométrique de cylindre à axe rectiligne comme à l'accoutumée, mais présente une paroi usinée de coulissement du piston en forme de portion toroïdale de section droite circulaire, elliptique ou analogue, de sorte que ledit piston parcourt une trajectoire incurvée qui est le cas échéant un arc de cercle centré sur l'axe de révolution de ladite paroi tororaale, 2.Appareil selon la revendication 1, dans lequel ledit piston présente une surface externe usinée également en forme de portion toroidale de section droite correspondant à celle de ladite paroi et ayant le cas échéant un axe de révolution qui coïncide avec celui de ladite paroi. 3. L'application de l'appareil selon la revendication 1 ou 2 à la commande de gouvernes d'aérodynes et navires, d'aéro-freins, de volets, de portes ou autres organes susceptibles d'un débattement angulaire limité, par interposition à solidarisation respective dudit appareil entre l'organe à débattement angulaire et la structure fixe, sans nécessiter l'entremise d'un système articulé de liaison. 4. Une machine-outil pour l'usinage de la paroi toroidale du logement de l'appareil selon la revendication 1 ou de la surface externe torcidale du piston de l'appareil selon la revendication 2, comportant en combinaison - un support fixe matérialisant avec précision l'axe virtuel de révolution du tore à usiner, - une table mobile entraînée en rotation autour dudit axe, - une tête de travail munie d'un outil adéquat dont le plan de travail est ajusté relativement audit axe et éventuellement aligné rigoureusement sur celui-ci. 5. Machine-outil selon la revendication 4, dans laquelle ledit axe de révolution du tore est matérialisé par des moyens de collimation de type optique, laser ou autre, ledit plan de travail de l'outil étant ajusté en conjugaison avec lesdits moyens de collimation. 5 Machine-outil selon la revendication 4 ou 5, dans laquelle ladite table tournante est équipée de moyens propres à y fixer la pièce à usiner, tandis que ledit plan de travail de l'outil, une fois ajusté, reste fixe dans l'espace. 7. Machine-outil selon la revendication 4, 5 ou 6, dans laquelle ladite tore de travail est équipée-d'une turbine pour l'en- traînement en rotation de l'outil, ainsi que d'une canalisation d'alimentation et d'échappement du fluide moteur de ladite turbine. 8 Machine-outil selon l'une des revendications 4 à 7, dans laquelle ladite tête de travail est réglable en position angulaire autour d'un axe perpendiculaire audit plan de travail de l'outil.