Brevet FR2135080A1 — publié le 19721215

La présente invention a pour objet un dispositif d'entraînement outil permettant un usinage et notamment un copiage amélioré. Dans les opérations d'usinages classiques, telles que te chariotage le tronçonnage, le contournage; le copiage, et autres, 1' avance de l'outil dans la pièce a usiner est généralement effectuée a vitesse constante ou modulée selon une loi quelconque au cours d'une passe donnée De tels procédés classiques présentent un certain nombre d'inconvénients Un de ces inconvénients résulte du fait que effort de coupe relativement élevé mis en jeu entraîne un important dégagement de chaleur localisé dans la partie active de l'outil par suite du frottement permanent de l'outil contre le métal. Il en résulte une consommation d'énergie importante, ce qui grève d'autant le cout opérationnel final. De plus, la localisation de la chaleur dans la partie la plus mince de l'outil conduit une élévation importante de la température dans cette partie active et diminue sa résistance de façon tres importante. Un antre inconvénient découle du fait que les copeaux de métal résultant de telles opérations d'usinage ne peuvent pas etre spontanément détachés de la piè ce a usiner Pour obtenir leu. séparation de la pièce en cours d'usinage, il est nécessaire, soit de donner n l'outil une forme spéciale, soit de lui adjoill- dre un dispositif dît brise-copeaux, ce qui entraîne notamment d'une part une augmet'tation de l'effort de coupe, par suite de l'enroulement du copeau sur luimême et d'autre part une usure rapide de l'outil. On constate en effet que le copeau rient généralenent frotter en permanence sur la partie de l'outil située au voisinage de la pointe, et contribue à empêcher l'évacuation de chaleur de la partie active de ltoutl vers Un autre inconvensent 4Ecoul du fait que le copeau formé dans de telles opérations empêche l'arrivée du liquide de refroidissement sur la partie active de l'outil, en particulier lorsque. des copeaux de grande épaisseur sont engendrés. Une utilisation aussi déplorable des outils dans les machines-outils a attire l'attention des cherct#eurs qui se sont efforcés d'améliorer les conditions de travail desdits outils. En particulier, on a proposé d'effectuer le détachement des copeaux de la pièce a usiner en mettant en oeuvre des méthodes cinématiques consistant essentiellement à interrompre par des moyens mécaniques l'avance de l'outil 2. des moments prédéterminés, la valeur du rapport entre la fréquence des interruptions d'avance et la vitesse de rotation de la perce étant égale a un nombre fraction naire tel que 0,5 - 1,5-2,5 , . . Dans de tels dispositifs l'entraînement de l'outil est assuré au moyen ce-cames munies de gorges coopérant avec des organes de transmission de mouve-cnt à rouleaux. Mais, on a constaté que dans de telles réalisations, le mouvement de l'outil peut présenter d'appréciables irrégularités par suite du manque de souplesse de tels ensembles mécaniques, et que, par ailleurs, il est nécessaire d'adapter soigneusement le profil des cames å la nuance du métal à usiner.En outre, l'inertie et les frottements des organes mécaniques constitutifs entraînent une fiabilité médiocre et nécessitent des réglages fréquents et relativement délicats. Un autre inconvénient des opérations classiques exposées ci-dessus résulte du fait que les copeaux engendrés par de tels procédés présentent un volume relativement important ainsi que des formes tres irrêgulieres. Il s'ensuit que de tels copeaux ne sont pas toujours entraînés par le liquide d'arrosage et que leur accumulation nécessite de procéder à l'arrêt de la machine-outil ou du- centre d'usinage dans le but d'assurer leur évacuation. Un autre inconvénient résulte du fait que dans de tels processus, la-vitesse de coupe est limitée par l'échauffement de l'outil, ce qui entraîne des temps d'usinage plus longs, et en conséquence des prix de revient élevés. En ce qui concerne le cas particulier du copiage, les dispositifs couramment utilisés ne permettent pas d'obtenir dans la plupart des cas une précision suffisante dans la reproduction du modèle, de tels dispositifs comportant un nombre élevé d'organes mécaniques tels que des glissières présentant des jeux apprécia bleus, De plus au cours d'une passe donnée, la quantité de matière enlevée sur la pièce est relativement importante, ce qui se traduit par un effort de coupe élevé et une notable "fatigue" de l'outil. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients rappelés cidessus, et elle a pour objet un dispositif d'entraînement d'outil permettant un usinage amélioré et notamment le copiage, ledit dispositif permettant d'une part d'obtenir des copeaux de longueur prédéterminée spontanément détachables de la piece et aisément éliminables par le liquide d'arrosage, et d'autre part de réaliser un gain appréciable de puissance ainsi qu'une usure minimale des outils d'usinage mis en oe#uvre, tout en assurant une grande rapidité opérationnelle. L'invention a donc pour objet un dispositif d'entraînement d'outil permettant un usinage amélioré et notamment le copiage, dans lequel la pièce à usiner est entrainée en rotation autour d'un axe tandis que outil est animé de deux mouvements dont l'avance varie en fonction du temps pour constituer des cycles sensiblement identiques entre eux et comportant deux phases distinctes, une phase de pénétration de l'outil dans la pièce et une phase de retrait, caractérisé par le fait que dans chaque cycle les rapports entre les amplitudes de pénétration et de retrait, ainsi qu'entre les durées desdites phases sont prédéterminés en fonction de la nuance du métal à usiner. Un tel dispositif d'usinage présenta un certain nombre d'avantages. Un premier avantage résulte du fait que l'avance alternée de l'outil conduit à un échauffement cyclique de sa partie active comportant en particulier une pé riode d'avance nulle au cours de laquelle la quantité de chaleur accumulée sur la partie active de l'outil au cours de l'avance a le temps de se propager en partie par rayonnement et en partie par convection au contact du liquide de refroidissement, abaissant ainsi la température maximale de cette partie de l'outil. Il en résulte de la sorte une usure moindre de la pointe de l'outil. Un deuxième avantage résulte du fait que l'avance alternée de l'outil conduit a un effort de coupe réduit ce qui limite les pertes calorifiques résultant du frottement entre outil et le métal constituant la piece a usiner. Il en découle un appréciable gain d'énergie, ce qui entraîne une notable diminution du prix de revient opérationnel. Un autre avantage découle du fait que les copeaux de métal engendrés se détachent spontanément de la pièce lors de la phase de retrait de l'outil. Un tel dispositif d'usinage permet de se libérer de toute sujétion entraînée par l'utilisation soit d'outils de formes spéciales, soit d'outils munis de dispositifs brise-copeaux, dont le prix est notablement plus élevé que les outils ordinairement utilisés. Le détachement spontané du copeau conduit a un autre avantage du fait que, dans un tel dispositif, le copeau ne vient plus frotter sur une partie de l'outil localisée à proximité de la partie active, mais au contraire, son point de contact avec l'outil balaye une importante surface de ce dernier, éloignée en général de la pointe, ce qui entraîne une usure bien moindre. La possibilité de refroidir efficacement et de lubrifier au moyen du liquide d'arrosage la pointe dudit outil diminue également son usure. Il s'ensuit que la "durée de vie" des outils d'usinage est notablement augmentée ce qui contribue a nouveau à diminuer le coût opérationnel. Un autre avantage découle du fait que les copeaux engendrés par un tel dispositif présentent un volume réduit, ainsi que des formes spirales très régulières et des longueurs pouvant etre prédéterminées. Il en résulte qu'après leur brisure, lesdits copeaux sont très facilement entraînés par le liquide d'arrosage dans le bac de récupération, et ceci permet d'éviter de procéder à L'arrêt de la machineoutil en vue d'assurer leur évacuation. Un autre avantage résulte du fait qu'un tel dispositif permet d'augmenter notablement la vitesse de coupe sans risque notable de bris de l1outil,#ce qui conduit à un temps d'usinage en définitive moins élevé, et en conséquence è un prix de revient modique. Un autre avantage du dispositif de l'invention découle du fait que pour une vitesse d'avance donnée, il est possible d'obtenir un état de surface amélioré vis-è-vis des dispositifs d'usinage classiques, ce qui se traduit à nouveau par une diminution du temps opératoire, Dans le cas particulier du copiage, le dispositif objet de l'invention per met de reproduire avec une très grande précision le profil du modèle mis en oeur vre, le nombre des organes mécaniques tels que des glissières et en conséquence les jeux étant réduits vis- vis des dispositifs classiques. De plus, la quantité de matière enlevée sur la pièce au cours d'une passe de outil est relativement faible, ce qui se traduit par un effort de coupe minimal. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit donnée a titre d'exemple purement illustratif mais nullement limitatif, en référence aux dessins et schémas annexés dans lesquels : - la figure 1 représente le cycle d'entraînement de l'outil mis en oeuvre dans le dispositif selon l'invention. Les figures 2 et 3 représentent un premier mode de réalisation du dispositif hydraulique d'entrainement de l'outil selon l'invention. Les figures 4 et 5 représentent un deuxième mode de réalisation du dispositif hydraulique d'entraînement de outil selon l'invention. On a représenté sur le diagramme de la figure 1 le cycle dtentrainemellt de l'outil savoir l'avance L en fonction du temps t. On voit sur ladite figure I que l'avance croit en premier lieu depuis une valeur nulle jusqu'à une valeur L1 correspondant au temps tl (portion de courbe OA) puis décroit jusqu a une valeur L2 correspondant au temps t2 (portion de courbe AB) pour ensuite croitre à nouveau jusqu'à une valeur L3 correspondant au temps t3 (portion de courbe BAt) puis de croitre jusqu a une valeur 14 correspondant au temps t4 (portion de courbe AB') et ainsi de suite. On réalise de la sorte dans le temps une série de cycles OABX BA'B' sensiblement identiques entre eux, l'avance réelle étant au cours de chacun d'eux égale a 12. En conséquence, dans la phase OA l'outil pénètre dans la pièce puis au point A se dégage pour revenir en arrière Jusqu'au point B, -puis revient vers la pièce et y pénètre jusqu'au point A' et ainsi de suite. Bien entendu les rapports entre les amplitudes et les durées des phases de pénétration et de retrait de l'outil de la pièce à usiner savoir Li et U2 sont prédéterminées en fonction de la nuance 12 du métal constituant la pièce a usiner. Selon la figure 2 un premier mode de réalisation du dispositif hydraulique d'entrainement du traînard ou du chariot sur lequel est disposé l'outil comporte essentiellement un vérin 1 a deux compartiments 2 et 3 dont le piston 4 est lié audit trainard ou audit chariot (non représenté). Les compartiments 2 et 3 du verin 1 sont alimentés en huile par i 'intermé- diaire des canalisations 5 et 6 respectivement, débouchant d'une valve directionnelle d'inversion 7 commandée par un électroaimant 8 Ladite valve est à son tour alimentée par deux canalisations 9 et 10, aboutissant respectivement aux électro- vannes 11 et 12 sensiblement identiques entre elles et commandées par un généra- teur de tension carrée (non représenté). L'electro-vanne 11 est reliée d'une part une source d'huile sous pression matérialisée par la flèche P et d'autre part à une bâchef# et ce par l'intermédiaire des canalisations 14 et 15 respectivement, la canalisation 15 étant munie par ailleurs d'un dispositif étrangleur 16. En ce qui concerne ltélectrovanne 12, elle se trouve reliée d'une part a la bâche 13 au moyen de la canalisation 17 comportant un régulateur de débit 18 et d'autre part a la première électrovanne 11 au moyen de la canalisation 19. Par ailleurs, les canalisations 9 et 14 sont shuntées par une électrovanne 20 et ce par l'intermédiaire de la conduite 21, tandis que les canalisations 10 et 17 sont shuntées par une électrovanne 22 par l'intermédiaire de la canalisation 23. Enfin, une dernière électrovanne 24 met en communication la canalisation 23 et la bâche 13 au moyen de la tubulure 25. Le dispositif hydraulique susdécrit fonctionne de la façon suivante Les diverses électrovannes étant supposées occuper les positions représentées sur la figure, on voit que l'huile en provenance de la source P emprunte successivement les canalisations 14, 9 et 5 pour aboutir dans le compartiment 2 du vérin 1 repoussant le piston 4 lié au chariot ou au traînard porte-outil vers le bas, tandis que lthuile renfermée dans le compartiment 3 dudit vérin est refoulée dans les canalisations 6, 10 et 17 successivement et se déverse dans la bâche 13 en passant par le régulateur de débit 18. On a ainsi réalisé la portion de courbe OA de la figure 1 correspondant a la pénétration de l'outil dans la pièce à usiner. Le générateur de tension carrée (non #représenté) inverse alors la position des électrovannes 11 et 12.L'huile en provenance de la source P emprunte alors successivement les canalisations 14, 19, 10 et 6 pour aboutir dans le compartiment 3 du vérin I repoussant le piston 4 vers le haut, tandis que l'huile renfermée dans le compartiment 2 dudit vérin est refoulée dans les canalisations 5, 9 et 15, successivement, et se déverse dans la bâche 13 en passant par ltetran- gleur 16. On a alors réalisé la portion de courbe AB de la figure I correspondant au retrait de outil de la pièce. Le générateur de tension carrée inverse à nouveau la position des électrovannes 11 et 12, et ainsi de suite. Par ailleurs, les électrovannes 20 et 22 susmentionnées ont pour objet d'assurer un plus grand afflux d'huile vers les compartiments 2 et 3 du vérin 1, notamment dans le cas où une vitesse d'avance rapide doit être réalisée. Dans ce but, il suffit simplement d'ouvrir lesdites vannes en les repoussant vers la gauche. En ce qui concerne l'électrovanne 24, un tel organe a pour but de permettre de ramener rapidement l'outil en arrière lorsqu'une passe d'usinage a été effectuée, son rôle principal étant de court-circuiter le régulateur de débit 18. il suffit dans ce but de la manoeuvrer vers la gauche, 1 'huile s'écoulant alors directement dans la bâche 13 par l'intermédiaire de la canalisation 25. Quant à la valve directionnelle d'inversion 7, elle a pour but d'inverser l'alimentation des compartiments 2 et 3 du vérin 1 dans le cas où l'on désire effectuer les cycles d'usinage dans un sens inverse. il faut noter en outre que les amplitudes et les durées d'avance Li et L2 (figure 1) sont réglées d'une part au moyen d'un potentiomêtre (non représenté) modifiant les dimensions des cotés du signal carré de commande des électrovannes il et 12, et d'autre part au moyen de l'étrangleur 16 qui limite la vitesse de recul de l'outil et en conséquence les coups de bélier, le régulateur 18 permettant de régler la vitesse de ladite avance. La figure 3 représente un dispositif hydraulique de conception analogue au dispositif susdécrit, mais pouvant communiquer a l'outil des fréquences différentes. A cet effet, on associe aux canalisations 14 et 17 respectivement des couples supplémentaires d'électrovannes (11', 12')-, (11", 12") en plus du couple (11, 12). chacun de ces couples étant commandé par un générateur de tension carrée délivrant une fréquence donnée. De tels couples sont reliés entre eux par les canalisations 19' et 19" et communiquent chacun avec la bâche 13 par les canalisations 15', 15" comportant les étrangleurs 16', et 16" respectivement. Le fonctionnement d'un tel ensemble est analogue à celui du dispositif décrit figure 2 et ne sera en conséquence pas repris dans le détail. On a représenté, figure 4, un deuxième mode de réalisation du dispositif hydraulique d'entraînement du chariot ou du traînard sur lequel est disposé l'outil. Comme précédemment, ledit chariot ou ledit traînard est lié au piston 4 du vérin 1 à deux compartiments 2 et 3 alimentés en huile par l'intermédiaire des canalisations 5 et 6 respectivement débouchant d'une valve directionnelle dtinver- sion 7 commandée par l'électrovanne 8. Ladite valve 7 est alimentée à son tour d'une part au moyen d'une canalisation 30 pouvant être mise en communication avec une source d'huile sous pression p et d'autre part au moyen d'une canalisation 31 reliée à une source d'huile sous pression p', la pression p' étant sensiblement inférieure a la pression p.Ladite canalisation 30 aboutit à une électrovanne 32 commandée par un générateur de tension carrée (non représenté), une telle électrovanne étant reliée par ailleurs à la source d'huile sous pression p par l'intermédiaire de la canalisation 33 ainsi qu a la bâche 34 au moyen de la canalisation 35, à travers l'étrangleur 38. Par ailleurs, l'électrovanne 32 est sbuntée par l'électrovanne 36 disposée sur la canalisation 37. Un tel dispositif hydraulique fonctionne de la façon suivante : Les électrovannes étant supposées occuper les positions indiquées sur la figure, l'huile sous pression p emprunte successivement les canalisations 33, 30 et 5 et aboutit dans le compartiment 2 du vérin 1 repoussant le piston 4 vers le bas à l'encontre de la pression d'huile p' régnant dans le compartiment 3 ; l'huile contenue dans le compartiment 3 est donc refoulée dans la canalisa tion 31. On a réalisé ainsi la portion de courbe 0A de la figure 1.Le générateur de tension carrée (non représenté) inverse alors la position de l'électrovanne 32 repoussant cette dernière vers la gauche de telle sorte que la canalisation 33 se trouve obturée ; à cet instant, l'huile sous pression p' aboutit dans le compartiment 3 du vérin i repoussant le piston vers le haut, tandis que l'huile contenue dans le compartiment 2 est refoulée successivement dans les canalisations 5, 30 et 35 pour se déverser dans la bâche 34 à travers l'étrangleur 38. On a réalisé ainsi la portion de courbe AB de la figure 1. Le générateur de tension inverse à nouveau la position de ltelectrovanne 32 et ainsi de suite. En ce qui concerne l'électrovanne, 36, son rôle est identique à celui rempli par les électrovannes 20 et 22 décrites figure 2. Dans un tel mode de réalisation, l'amplitude ainsi que la durée des phases de pénétration et de retrait de l'outil de la pièce sont réglées en agissant sur la pression d'huile p' et sur l'étrangleur 38 d'une part et sur la durée du si gnal carré de commandé de l'électrovanne 32 d'autre part. La figure 5 représente un dispositif hydraulique de conception analogue au dispositif précédent mais pouvant communiquer à l'outil des cycles de fréquences différentes entre elles. A cet effet, on associe à la canalisation 33 des électrovannes supplémentaires 32', 32", chacune d'entre elles étant commandée par un générateur délivrant une tension carrée de fréquence donnée. Par ailleurs, des canalisations 351 et 35" relient lesdites électrovannes à la bâche 34 par l'intermédiaire d'étrangleurs 38.' et 3 & . Les dispositifs hydrauliques qui viennent d'entre décrits sont directement liés au chariot ou au traînard comportant l'outil d'usinage, notamment en ce qui concerne le chariotage, le tronçonnage ou le contournage. Dans le cas particulier du copiage, l'outil sera disposé sur un chariot mobile sur un traînard, de tels organes étant actionnés séparément par un des dispositifs hydrauliques précédemment décrits qui leur communiquent en conséquence à chacun d'eux le mouvement décrit figure 1. Avantageusement, des valves sont interposées entre le chariot et le traînard, de telle sorte que l'outil suive rigoureusement le profil du modèle de copiage il faut noter par ailleurs que la dimension des copeaux peut être rigoureusement prédéterminée. il suffit dans ce but de régler la fréquence des cycles d'entraînement de l'outil pour un tour de la piece a usiner, la dimension des copeaux étant inversement proportionnelle à ladite fréquence. Bien que le dispositif qui vient d'être décrit paraisse le plus avantageux, pour la mise en oeuvre de l'invention dans une situation technique particulière, on comprendra que certaines modifications peuvent lui être apportées sans sortir du cadre de celle-ci, certains de ses éléments pouvant être remplacés par d'autres susceptibles d'y assurer la même fonction technique. REVENDICATIONS 1/- Dispositif d'entraînement d'outil permettant un usinage amélioré et notamment le copiage, dans lequel la pièce à usiner est entraînée en rotation autour d'un axe tandis que l'outil est animé de deux mouvements dont l'avance varie en fonction du temps pour constituer des cycles sensiblement identiques entre eux et comportant deux phases distinctes, une phase de pénétration de l'outil dans la pièce et une phase de retrait, caractérisé par le fait que dans chaque cycle, les rapports entre les amplitudes de#pénétration et de retrait ainsi qu'entre les durées desdites phases sont prédéterminés en fonction de la nuance du métal à usiner. 21- Dispositif selon la revendication 1, mis en oeuvre dans le copiage, caractérisé par le fait que l'un desdits mouvements fait avec l'axe de la pièce à usiner un angle constant tandis que l'autre mouvement fait avec ledit axe un angle variable. 3/- Dispositif selon la revendication 1, mis en oeuvre dans le chariotage, le tronçonnage ou le contournage, caractérisé par le fait que lesdits mouvements font tous deux un angle constant avec l'axe de la pièce à usiner. 4/- Dispositif hydraulique selon l'une des revendications I à 3, comprenant essentiellement un vérin hydraulique à double effet d'entraînement du chariot ou du traînard lié à l'outil, dont le piston définit deux compartiments étanches et indépendants l'un par rapport à l'autre, une pluralité de couples d'électrovannes, chacun pouvant indifféremment acheminer un fluide sous pression vers l'un ou l'autre des compartiments dudit vérin, tandis que le fluide contenu dans le compartiment non alimenté du vérin est évacué vers une bâche, et ce, par l'intermédiaire de dispositifs étrangleurs, un organe de commande de chacun desdits couples d'électrovannes constitué par un générateur délivrant un signal carré, dispositif caractérisé par le fait que l'amplitude ainsi que la durée de la phase de pénétration et de la phase de retrait de outil sont préétablies d'une part par le réglage desdits dispositifs étrangleurs et d'autre part par le réglage de la durée dudit signal carré. 5/ - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits couples d'électrovannes sont shuntés par un couple d'électrovannes d'appoint pouvant d'une part acheminer une quantité d'huile supplémentaire vers l'un ou l'autre des compartiments du vérin et d'autre part refouler la même quantité d'huile vers la bache en amont des dispositifs étrangleurs. 6/ - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit couple d'électrovannes d'appoint est associé a une électrovanne pouvant acheminer l'huile vers la bâche en aval des dispositif étrangleurs. 7/ - Dispositif hydraulique selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant essentiellement, un vérin hydraulique à double effet d'entraînement du chariot ou du traînard lié à l'outil dont le piston définit deux compartiments étanches et indépendants l'un par rapport à l'autre, rme pluralité d'élecerovannes, chacune pouvant indifféremment acheminer un fluide sous une première pression vers l'un des compartiments dudit vérin ou évacuer le fluide dudit compartiment vers une bâche, l'autre compartiment du vérin étant alimenté en permanence par un fluide sous une deuxième pression inférieure à ladite première pression, un organe de commande de chacune desdites électrovannes constitué par un générateur délivrant un signal carré, dispositif caractérisé par le fait que l'amplitude ainsi que la durée de la phase de pénétration et de la phase de retrait de l'outil sont préétablies par réglage d'une part de la différence entre lesdites pressions d'huile et d'autre part de la durée dudit signal carré. 8/ - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que lesdites électrovannes sont shuntées par une électrovanne d'appoint pouvant acheminer vers l'un des compartiments du vérin une quantité d'huile supplémentaire sous ladite première pression. 9/ - Dispositif selon l'une des revendications 4 à 8 caractérisé par le fait que lesdites électrovannes d'acheminement du fluide sous pression sont alimentées par des signaux de fréquences différentes entre elles. 10/ - Dispositif selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisé par le fait que ledit vérin est alimenté par l'intermédiaire d'une valve directionnelle d'inversion de l'alimentation des compartiments du vérin. 11/ - Machine-outil comportant un dispositif d'entraînement d'outil conforme à l'une des revendications 1 à 10.