Brevet FR2135491A1 — publié le 19721222

La présente invention concerne les ensembles de support de broches à rotation rapide, et notamment les ensembles de support de broches à rotation rapide non soumises aux sollicitations radiales du dispositif de commande de la broche. On connaît bien des ensembles de support des broches non soumises aux sollicitations radiales du dispositif de commande dont l'élément mené est monté sur l'extrémité d'entrée de la broche, laquelle porte un outil d'usinage sur son extrémité de sortie. Dans les ensembles de support de broches connus, les paliers sont rigides dans la direction radiale, et assurent le maintien dé l'outil dans cette direction et par conséquent la rotation sans à-coups, tant aux vitesses de travail qu'aux régimes transitoires : mise de la broche à la vitesse de travail et ralentissement à l'arrêt. Dans les constructions mécaniques modernes, on a tendance à augmenter les vitesses de rotation de l'outil d'usinage, tout en conservant l'encombrement de la broche et de son ensemble de support. Toutefois, dans les broches à ensemble de support connu, quand la vitesse de rotation est augmentée et atteint des valeurs critiques, des surcharges vibratoires importantes apparaissent et l'amplitude des oscillations de la broche s'accrot. L'augmentation des vitesses jusqu'à la valeur critique et au-dessus provoque la destruction rapide de l'ensemble de support et même, quelquefois la rupture de la broche.En outre, aux vitesses situées dans la plage des valeurs critique et supérieures,l'accroissement de l'amplitude des oscillations de la broche perturbe la régularité de la rotation de l'outil, ce qui provoque l'abaissement de la précision et affecte l'état de surface des pièces usinées. Il s'agissait par conséquent de créer un ensemble de support de broche à rotation rapide, dont les paliers seraient conçus de manière à conserver le même encombrement de la broche tout an diminuant les surcharges vibratoires lors du passage de la vitesse de rotation par la valeur critique, et en assurant la rotation sans à-coups de l'outil aux vitesses de rotation supérieures à la valeur critique. La solution consiste en un ensemble de support de broche à rotation rapide, dans lequel, suivant l'invention, le palier le plus proche du dispositif de commande de la broche est orientable autour d'un axe de pivotement perpendiculaire à l'axe de la broche, tandis que loutre palier est élastique dans la direction radiale et sa raideur est calculée pour assurer une force de rétablissement supérieure de plus d'un ordre à l'effort radial de l'outil et permettre le pivotement de la broche par rapport à un axe perpendiculaire à l'axe de la broche et passant par le centre dudit palier orientable. Une telle réalisation de l'ensemble de support de la broche permet le passage de la vitesse de rotation par sa valeur critique dans des conditions vibratoires réduites, et assure le maintien de l'outil de travail dans la direction radiale quand il est soumis aux efforts d'usinage de la surface à usiner aux vitesses de rotation de travail. Il est avantageux de réaliser le palier élastique sous forme d'un palier dont la bague extérieure comporte deux rangées concentriques de rainures, les rainures de l'une desdites rangées étant décalées par rapport aux rainures de l'autre rangée de la moitié de l'angle au centre correspondant à la somme de la longueur d'une rainure et de la longueur d'un espace entre deux rainures successives, et la longueur des rainures et la distance entre elles étant choisies de manière que la raideur de la partie médiane de la bague extérieure, délimitée par lesdites rangées de rainures, soit inférieure d'au moins un ordre à la raideur de la partie extérieure et de la partie intérieure. Un tel palier élastique présente une grande surface de contact avec l'alésage du corps de l'ensemble de support de la broche et assure une distribution plus uniforme des efforts de déformation élastique comparativement aux paliers élastiques connus comportant un nombre défini d'éléments en contact avec l'alésage du corps dudit ensemble de support. Ces particularités du palier élastique de l'ensemble de support faisant l'objet de l'invention assurent une grande uniformité du champ d'élasticité et un faible encombrement de l'ensemble de support. Grâce à l'invention proposée il devient possible d'accroître la vitesse de rotation de la broche, par exemple celle d'une rectifieuse jusqu'à 15000-2000Q tr/mn, tout en maintenant la durée de service de l'ensemble de support, ainsi que la précision et l'état de surface obtenus de la pièce usinée par l'outil. Dans ce qui suit est décrit un exemple non limitatif de réalisation de la présente invention, illustré par des dessins qui représentent - la figure 1, une broche de rectifieuse à grande vitesse, montée dans un ensemble de support suivant l'invention (coupe longitudinale) - la figure 2 , une vue en coupe suivant II-II de la figure 1 (à échelle agrandie ; le corps de l'ensemble de support n'est pas montré). La broche 1 (figure 1) d'une rectifieuse à grande vitesse est montée dans deux paliers a et li placés dans un corps 2, et est entraînée par la poulie 3 d'une transmission à courroie, montée sur son extrémité d'entrée. La poulie 3 est emmanchée sur l'extrémité conique de la broche 1 et fixée par un écrou de serrage 4. La poulie 3 est creuse et disposée autour du palier b, de telle façon que l'effort de tension de la courroie passe par le centre de ce palier. Cela permet d'éviter que la broche subisse les sollicitations radiales du dispositif de commande de la broche. Sur l'extrémfté da sortie de la broche 1 est monté l'outil de travail (meule) 5 sr ar une ris Suivant i' iventi , le palier r de la broche, autour duquel se trouve la poulie 3 de la transmission à courroie, est articulé e étant réalisé scus firme å'ml roulement à billes 7 permettant le pivotement, jusqu'à 150, de la broche 1 autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de la broche. La bague extérieure du roulement 7 est retenue par un écrou d'arret 8 qui la serre contre un épa~1lement du corps 2. La bague intérieure du roulement 7 est serree entre un épaulement de la broche 1 et une douille d'écartement 9, à l'aide d'un écrou d'arrêt 10. Suivant l'iolvention, le palier a de l'ensemble de support de la broche 1, est élastique et comprend une bague intérieure 1 1 des billes de roulement 12 et une bague extérieure 13. La bague extérieure 13 comporte deux rangées concentriques de raires 14 (figure 2). Les ruinures de l'une desdites rangées sont décalées par apport aux rainures de loutre rangée de la moitié de l'telle au centreOtcorrespondawt à la somme de la longueur d'une rainure et de 1E longueur d'un espace entre deux rainures successives.La partie médiane de la bague 13, située entre les rangées de rainures 14, a une épaisseur qui est plus de 10 fois inférieure à l'épaisseur des parties extérieure et intérieure de la bague 13. La longueur des rainures est choisie suffisrmment grande pour-que la rigidité de la partie médiane soit inférieure d'un ordre à la rigidité des parties extérieure et intérieure de cette bague. La raideur totale de la bague élastique, déterminée par son épaisseur, par la longueur des rainures et par sa largeur, est plus de 100 fois supérieure aux sollicitations radiales exercées par la meule 5. D'après la condition depassage de la vitesse par une valeur critique, la raideur C doit avoir la valeur déterminée par la formule connue dans laquelle #cr est le vitesse de rotation critique fixée à une valeur de 20 ou 30 % inférieure à la vitesse de travail requise A, le moment d'inertie des pièces tournantes par rapport à l'axe de rotation de la broche B, le moment d'inertie des pièces tournantes par rapport à l'axe de pivotement du palier articulé la distance entre les paliers. Le palier comportant la bague extérieure 13 et représente sur la figure 2, permet de réaliser un encombrement minimal pour des charges radiales élevées, une rotation sans àcoups et une distribution uniforme du champ d'élasticité. Le graissage des roulements des perliers s'effectue au moyen d'un brouillard d'huile obtenu en admettant de l'huile dans le corps 2 à travers un raccord 15 vissé dans ce corps. L'enceinte du corps est fermée par un séparateur d'huile 16. La broche de rectifieuse à grande vitesse, représentée sur la figure 1 et décrite plus haut, fonctionne dans une plage de vitesses comprise entre la première et la seconde vitesse de rotation critique. Quand là vitesse de rotation de la broché passe par la valeur critique, les efforts radiaux qui apparaissent provoquent une déformation du palier élastique a-et le pivotement de la broche autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de la broche et passant par le centre du palier orientable b, ce qui exclut l'apparition de sollicitations dynamiques importantes entre les paliers et la broche. Grace au fait que la force de rétablissement du champ d'élasticité du palier est supérieure à l'effort radial de l'outil, on obtient le positionnement nécessaire de l'outil par rapport à la surface à usiner dans la zone des vitesses de travail. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents teclmiques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. - Un ensemble de support de broche à rotation rapide, protégée des sollicitations radiales du dispositif de commande de ladite broche, l'élément dudit dispositif de commande étant monté sur l'extrémité d'entrée de la broche et transmettant la rotation à un outil d'usinage fixé sur l'extrémité de sortie de la broche, ledit ensemble de support comprenant deux paliers situés entre ie dispositif de commande de la broche et l'outil, caractérisé en ce que celui desdits paliers qui est le pl proche dudit dispositif de commande est orientable autour d'un. axe de pivotementperpendiculaire à l'axe de la broche, tandis que l'autre palier est élastique dans la direction radiale et sa raideur est calculée de manière à assurer une force de rétablissement supérieure de plus d'un ordre à l'effort radial de l'outil d'usinage, et à permettre le pivotement de la broche par rapport à un axe perpendiculaire à l'axe de la broche et passant par le centre dudit palier orientable. 2. - Un ensemble porteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la bague extérieure dudit palier élastique comporte deux rangées concentriques de rainures identiques, les rainures de l'une desdites rangées étant décalées par rapport à celles de l'autre rainure de la moitié de l'argile au centre correspondant à la somme de la longueur d'une rainure et de la longueur d'un espace entre deux rainures successives, la longueur des rainures et la distance entre elles étant choisies de manière que la raideur de ia partie médiane de ladite bague extérieure, délimitée par lesdites rangées de rainures, soit inférieure d'au moins un ordre à la raideur de la partie extérieure et de la partie intérieure de ladite bague.