Brevet FR2138204A1 — publié le 19730105

L'invention concerne un procédé pour l'usinage par enlèvement de matière à l'outil ou par meulage, de toute la surface extérieure de sphères et la machine automatique conçue pour mettre en oeuvre ce procédé. L'usinage partiel de surfaces extérieures sphériques peut être exécuté sur un tour, au moyen d'un outil à arête de coupe simple monté sur un chariot à déplacement circulaire ou encore au moyen d'un outil ou d'une meule de forme. Dans les deux cas, l'usinage de la totalité de la surface extérieure d'une sphère, nécessite deux opérations au moins, avec des repositionnements délicats de la pièce par rapliort aux portions de sphère précédei- ment engendrés. L'automatisation d'une telle succession d'opérations pose.des problèmes difficiles de transfert des pièces d'une machine à l'autre et de repositionnement avant chaque opération. D'autre part, la correction d'une surface courbe engendrée par un outil ou une meule de forme est fonction, non seulement de la précision de la machine utilisée, mais encore de la précision de la forme obtenue sur l'outil et du degré d'usure qu'il présente, et les effets de cette usure sont difficiles à compenser. L'usinage de sphères extérieures complètes peut être obtenu par meulage au moyen d'une machine de type sans centre équipée d'une meule de contrôle taillée hélicosdalement suivant un profil approprié. ais, ce procédé ne peut etre utilisé que pour des pièces de dimensions relativement modestes : les dimensions de la meule de contrôle et la meule de coupe étant nécessiîrement très supériellres à celles de la pièce à obtenir, on est limité par la dimension maximale des meules tcchmologiquement réalisables. De plus, ce procédé ne peut être utilisé qu'en partant d'ébauches quasi sphériques. A la base de l'invention se trouve le problème de réaliser l'usinage de la surface extérieure complète de sphères, d'une manière facilement automatisable, sans limitation technologique de la dimension des pièces en partant d'ébauches de toutes formes : parallélipipèdes, cylindres, cylindres chanfreinés, quasi sphères, et avec un outil de forme simple dont l'usure soit facile à compenser. Ce problème est résolu, suivant l'invention, en disposant sur un même bâti, suivant deux axes concourants perpendiculaires (ou à peu près perpendiculaires) respectivenellt, deux systèmes de positionnement, de maintien et d'entraînement de la pièce, et suivant un troisième axe, concourant avec les deux premiers et perpenuiculaire à chacun d'eux, un outil à une ou plusieurs arêtes de coupe, ou encore une meule, de forme telle que sa rotation autour de cet axe engendre une surface conique creuse à directrice circulaire, et à génératrice rectiligne ou non, qui par déplacement le long de cet axe puisse être amenée à tangenter la sphère à obtenir. Le principe de l'invention est illustré par les figures 1, 2, 3 et 4. La figure 1 représente en perspective suivant deux axes concourants perpendiculaires, les deux systèmes de positionnement, de maintien et d'entraînement de la pièce, respectivement la-lb1#2a-2b, et suivant un troisième axe, concourant avec les deux premiers et perpendiculaire â '\ chacun d'eux, une meule 3 et l'alimentateur 4 en ébauches 5. La figure 2 représente en perspective l'ébauche 5 positionnée pour subir le premier stade de l'usinage. La figure 3 représente en perspective l'ébauche ayant subi le premier stade de l'usinage 6 et positionnée pour subir le deuxième. La figure 4 représente en prespective la sphère terminée libérée 7. Dans le cas de figures qui a été choisi, l'ébauche 5 est constituée par un cylindre, mais elle pourrait avoir toute autre forme telle que parallélipipède, quasi-sphères, etc. De même, la meule 3 mentionnée peut être remplacée par tout outil de coupe de forme convenable. L'ébauche 5 amenée par l'alimentateur 4 est positionnée et maintenue par un dispositif convenable dans le premier système d'entratneient la-lb (figure 2), elle est mise en rotation autour de l'axe de ce système. La meule 3 en rotation autour de son axe est alors déplacée suivant cet axe vers le point de concours des trois axes jusqu'à ce que la surface conique creuse qu'elle engendre soit tangente à la sphère à obtenir, puis le premier stade de l'usinage étant ainsi terminé, elle est remontée sur son axe. On arrête la rotation du premier système d'entraînement la-lb et le second système d'entraînement 2a-2b est appliqué à la surface sphérique précédemment obtenue de l'ébauche. Ce système 2a-2b la positionne et la maintient par un dispositif convenable. L'ébauche est alors libérée par le système la-lb et mise en rotation par le système 2a-2b (figure 3). La meule 3 en rotation autour de son axe est à nouveau déplacée suivant son axe vers le point de concours des trois axes jusqu'à ce que la surface conique creuse qu'elle engendre soit tangente à la sphère à obtenir, puis le deuxième stade de l'usinage étant ainsi terminé, elle est remontée sur son axe. La sphère finalement a obtenir est alors libérée (figure 4) et remplacée par une nouvelle ébauche, et le cycle peut recommencer. La meule ou l'outil utilisé est dimensionné de manière à ce que le plus grand cercle de contact de la surface conique creuse qu'il engendre avec la sphère à obtenir soit vu du point de concours des trois axes suivant un angle solide supérieur à YUO. Ainsi, les deux surfaces sphériques concentriques et de meine diamètre successivement engendrées se recouvrent et toute la surface extérieure de la sphère est ainsi usinée. Les avantages obtenus par le procédé selon l'invention sont principalement les suivants 1) la forme de l'ébauche peut être quelconque à condition qu'elle soit capable de la sphère à obtenir et que le dispositif de préhension du premier système de positionnement puisse être adapté pour la recevoir. 2) la dimension de l'outil (ou de la meule) étant de grandeur comparable à celle de la sphère à obtenir, les limitations technologiques de la dimension des sphères à obtenir sont considérablement reculées par rapport aux procédés utilisés jusqu'à présent. 3) la surface sphérique est obtenue par l'intersection de la pièce et de la surface conique engendrée par l'outil (ou la meule). beul, son diamètre est modifié par l'usure et cette usure peut être facilement compensée. 4) après mise en place de l'ébauche, ce qui ne demande pas une grande précision et peut être facilement réalisé d'une manière automatique par un dispositif de chargement approprié, le centre de la sphère n'est plus déplacé. Le procédé est donc ainsi facilement automatisable. La figure 5 montre un exemple de réalisation de machine automatique mettant en oeuvre ce procédé. Dans le cas représenté, on a choisi de montrer l'usinage de sphères à partir d'ébauches cylindriques, mais il est bien entendu que sa conception générale reste valable pour tout autre type d'ébauche. La machine est construite sur un bâti 8 convenablement nervuré dont la face supérieure forme une table 9 qui porte quatre ensembles de maintien et d'entratnement la-lb, Za-2b, formant deux systèmes d'axes coplanaires et perpendiculaires. Pour la compréhension du dessin, ltensemhle le plus proche de l'observateur à été démonté. Chaque ensemble se compose d'une poupée 10 dans les alésages de laquelle le corps cylindrique il d'une broche montée sur roulements à billes peut coulisser axialement, la rotation de ce corps étant empêchée par une pièce de guidage 12. Chaque broche est entraînée en rotation par un moteur 13 au moyen d'un pignon non visible calé sur l'arbre du moteur, et d'une roue dentée 14 calée sur la broche. La largeur de la roue 14 est telle que dans les positions axiales extrêmes de la broche qu'elle commande, elle n'est pas désengrènée du pignon. Chaque broche est déplacée axialement par un vérin à air comprimé 15 à laquelle elle est liée par une butée à bille double 16. Dans chaque système d'ensembles co-axiaux, l'un des deux ensembles, dont le vérin est alimenté en haute pression, a sa position avancée déterminée par une butée micrométrique 17, alors que le second ensemble, dont le vérin est alimenté à une pression inférieure, avance jusqu'au serrage de la pièce. Chaque broche est munie d'un embout de serrage 18, les broches du système de ~première opération qui viennent serrer sur les extrémités planes des ébauches cylindriques portent des embouts plans, striés pour assurer le maximum d'adhérence, les broches du système de deuxième opération, qui viennent serrer sur la portion de sphère usinée en première opération portent des embouts terminés par des calottes sphériques creuses, rectifiées au diamètre des sphères à obtenir. bur la table 9 est monté un bâti auxiliaire qui porte un ensemble de rectification, formé d'une poupée 19 dans laquelle le corps d'une broche de rectification à grande vitesse 20 peut coulisser axialement en étant arrêté en rotation par une pièce de guidage 21. La broche de rectification 20 porte à son extrémité inférieure une meule annulaire 22. Elle est mise en rotation par un moteur non visible, par l'intermédiaire d'une poulie 23 calée sur l'arbre du moteur, d'une courroie 24 et d'une poulie 25 calée sur la broche. La poulie 25 est cylindrique et de longueur telle que les déplacements axiaux de la broche n'amènent pas d'obliquité de la courroie 24, centrée par le bombement de la poulie 23. La broche de rectification 20 est actionnée axialement par un vérin hydrauliciue 26. Son avance extrême est contrôlée par une butée micrométrique 27. La commande des mouvements du vérin hydraulique 26 est telle qu'elle peut produire une approche rapide de la meule, une avance lente réglable de travail et un retour rapide en position dégagée. Sous la table 9 est fixé un système d'alimentation, composé d'une goulotte d'amenée 28 dans laquelle les pièces sont placées par un dispo sitif ####imentation vibrant non représenté ou de tout autre dispositif d'alimentation convenable, d'un vé de centrage 29 dans lequel une pièce vient se placer par gravité et d'un système d'élévation du vé 30 guidé dans un fourreau 31 et actionné par un vérin pneumatique 32. La position haute du vé 2 Une goulotte dlévacuation 34 conduit la pièce terminée à l'extérieur de la machine quand elle est libérée par le système de deuxième opération. Le fond de la goulotte 34 est formé par une trappe 35 basculant au cours de la montée du vé 29 autour d'un axe 36 pour permettre le passage de ce vé 29 et de l'ébauche qu'il transporte. Tous les mouvements de la machine sont contrôlés par des capteurs de position dont font partie les butées micrométriques 17, 27, 33. Une armoire électronique intègre les informations issue de ces capteurs, et élabore les ordres nécessaires au fonctionnement séquentiel de la machine. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour l'usinage de sphères complètes caractérisé par le fait que l'on dispose sur un même bâti, suivant deux axes concourants perpendiculaires (ou à peu près perpendiculaires) respectivement deux systèmes de positionnement, de maintien et d'entratnement de la pièce, et suivant un troisième axe, concourant avec les deux premiers et perpendiculaire à chacun d'eux, un outil à une ou plusieurs arêtes de coupe, ou encore une meule, de forme telle que sa rotation autour de cet axe engendre une surface conique creuse à directrice circulaire et à génératrice rec- tiligne ou non, qui par déplacement le long de cet axe est amenée à tangenter la sphère à obtenir. 2 - Machine automatique utilisant le procédé revendiqué dans la revendication l caractérisé par le fait que le bâti a sa face supérieure formant une table portant quatre ensembles de maintien et d'entraînement répartis en deux systèmes d'axes coplanaires et perpendiculaires ; chacun desdits ensembles étant composé d'une poupée dans les alésages de laquelle le corps cylindrique d'une broche montée sur roulements à billes pouvant coulisser axialement, la rotation du corps de ladite broche étant empêchée par une pièce de guidage ; chacune desdites broches étant entraînée en rotation par un moteur au moyen d'un pignon et d'une roue dentée de largeur convenable pour rester solidaire dudit pignon, et son déplacement axial étant assuré par un vérin à air comprimé qui lui est solidaire au moyen d'une butée à bille double ; dans chacun desdits systèmes d'ensembles co-axiaux l'un des deux ensembles dont le vérin est alimenté en haute pression, ayant sa position avancée déterminée par une butée micrométrique et le deuxième ensemble dont le vérin est alimenté en pression inférieure, pouvant avancer jusqu'au serrage de la pièce à usiner ; chacune desdites broches étant munie d'un embout de serrage, plan et strié pour le système de première opération, à terminaison constituée d'une calotte sphérique creuse, rectifiée au diamètre de la sphère à obtenir, pour le système de deuxième opération ; ladite table portant quatre ensembles de maintien et d'entraînement étant dotée d'un bâti auxilaire portant un ensemble de rectification formé d'une poupée dans laquelle le corps d'une broche de rectification à grande vitesse peut coulisser axialement tout en étant arrêté en rotation par une pièce de guidage ; ladite broche de rectification portant à son extrémité inférieure une meule annulaire mise en rotation par un moteur par l'intermédiaire d'une poulie calée sur l'arbre dudit moteur, d'une courroie et d'une seconde poulie calée sur ladite broche de rectification, ladite seconde poulie étant cylindrique et de longueur convenable pour éviter toute obliquité de ladite courroie ; ladite broche de rectifi cation étant actionnée axialement par un vérin hydraulique dont l'avance extrême est contrôlée par une butée micrométrique ; ladite avance pouvant être soit lente, soit rapide, par rapport avec ladite meule, et reglable, permettant en outre un retour rapide en position dégagée de ladite broche de rectification ; un système d'alimentation étant fixé sous ladite table et composé d'une goulotte d'amenée dans laquelle les pièces à usiner sont placées par un dispositif d'alimentation, d'un vé de centrage et d'un système d'élévation du vé guidé par un fourreau et actionné par un vérin pneumatique ; la position haute dudit vé de centrage étant déterminée par une butée micrométrique permettant le centrage de l'ébauche dans l'axe dudit système de première opération ; une seconde goulotte destinée à l'évacuation des pièces à usiner sous ladite table ayant son fond formé par une trappe basculant au cours de la montée dudit vé de centrage autour d'un axe. 3 - tachine automatique utilisant le procédé revendiqué dans la revendication 1 et construite selon la revendication a, dont les mouvements sont contrôlés par des capteurs de position dont font parties lesdites butées micrométriques : a) du vérin de chaque système de maintien et d'entraînement alimenté en haute pression, b) du vérin hydraulique d'avance de la broche de rectification, c) de détermination de la position haute du vé de centrage lesdits capteurs de position transmettant les informations à une armoire électronique susceptible d'élaborer les ordres nécessaires au fonctionne rayent séquentiel de ladite machine automatique.