Brevet FR2241365A1 — publié le 19750321

La présente invention concerne les machines-outils pour le travail des métaux, et a plus particulièrement pour objet une machine automatique à broches multiples pour l'usinage de pièces en forme de corps de révolution. L'invention peut etre utilisée sur une large échelle pour l'usinage de pièces telles que, en particulier, des bagues, des douilles, des brides, etc; dont la précision de dimensions, de forme et d'état de surface doivent répondre à des exigences rigoureuses. En même temps, l'invention permet d'augmenter le rendement de trois à quatre fois en comparaison des machines automatiques de meme usage et à moteur de même puissance. On connaît des machines automatiques horizontales et verticales à broches multiples, destinées à l'usinage de pièces en forme de corps de révolution et dotées d'un tambour à broches avec des mécanismes de pivotement périodique et de positionnement, de chariots portant les outils de coupe et d'arbres de distribution à cames et mécanismes de commande du cycle technologique de la machine automatique. La présence de mécanismes à action périodique affecte la rigidité du système "outil-chariot-broche-tambour", la précision et l'état de la surface usinée ; les charges dynamiques provoquent une usure rapide des nombreux mécanismes, en réduisant le rendement et la fiabilité des machines automatiques en service. On connaît des machines automatiques à broches multiples pour l'usinage de pièces en forme de corps de révolution, dans lesquelles l'outil de coupe, réalisé sous forme de blocs d'outils coupants est monté fixe sur un bâti autour d'un rotor portant les broches porte-pièces mises en rotation à la vitesse de coupe par un engrenage central à partir d'une commande de translation principale, et comporte une commande de rotation assurant l'avance circulaire dudit rotor. Dans ces machines automatiques connues, l'avance circulaire du rotor portant les broches porte-pièces est assurée par sa propre commande, qui est indépendante de celle du mouvement principal de coupe. La chaîne cinématique et la construction des machines automatiques de ce type présentent de nombreux inconvénients. L'absence d'une liaison cinématique entre, d'une part, la commande faisant tourner le rotor pour son avance circulaire et, d'autre part, la commande du mouvement principal de coupe entraîne des variations du rapport du nombre de tours du rotor à celui des broches au cours de l'usinage des pièces. La variation du rapport des vitesses de rotation du rotor et de la broche (toutes les broches tournent à une même vitesse), et par conséquent -la variation de la valeur d'avance circulaire du rotor pour un tour de la broche, sont dues au-ralentissement de la rotation de la broche sous charge et à son accélération lors de sa rotation à vide. En présence d'une vitesse de rotation constante du rotor il se produit un accroissement brusque de son avance circulaire au moment du ralentissement de la vitesse de rotation de la broche, ce qui provoque un accroissement additionnel de l'effort de coupe ainsi qu'un ralentissement de la broche, pouvant entraîner la rupture de l'outil de coupe sous l'action des pressions spécifiques critiques engendrées sur ses arêtes de coupe. En présence de faibles efforts de coupe, l'outil peut ne pas se casser, mais le système "outil-broche-rotor" est dynamiquement instable. Dans ce cas, le rotor commence à osciller avec une fréquence proche de la fréquence de rotation des broches, et à la surface des pièces usinées apparaissent des traces due-s aux vibrations, ce qui affecte l'état de la surface usinée. Un autre inconvénient des machines automatiques connues mentionnées réside dans la présence de jeux dans la chaine cinématique d'avance circulaire du rotor. Pour les supprimer, il est indispensable d'intercaler dans la chaîne cinématique des transmissions spéciales sans jeux, constituant des chaînes cinématiques parallèles, ce qui complique considérablement la construction de la machine automatique, accroît l'usure de ses organes, nécessite des dépenses de puissance considérables. En outre, la fiabilité du système "outiI-broche-rotor" est réduite par la présence d'un grand nombre de mécanismes de transmission et de mécanismes analogues. Dans les machines automatiques connues mentionnées, l'engrenage central est monté sur des supports à 1' extérieur du bâti. Une telle disposition de l'engrenage central nécessite l'utilisation de paliers de grand diamètre disposés à une faible distance l'un de l'autre. Par suite du rapport considérable du diamètre de ces paliers à la distance qui les sépare, la précision de rotation des paliers est réduite. Il en résulte que l'engrenage central subit, aux vitesses élevées, des vibrations qui sont transmises à la machine automatique, à ses broches, et, en fin de compte, à la pièce å usiner, ce qui affecte la précision et la qualité de l'usinage. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus. Â cet effet, l'invention vise une machine automatique à broches multiples pour l'usinage de pièces en forme de corps de révolution, dans laquelle la commande de rotationsdu- rotor pour son avance circulaire assurerait une stabilité dynamique élevée du système "outil-broche-rotor", ce qui à son tour permettrait d'utiliser des régimes de coupe plus sévères et d'améliorer la précision et la qualité de l'usinage des pièces en comparaison des machines automatiques connues de type similaire. Ce problème est résolu grâce à une machine-outil automatique à broches multiples, dont l'outil de coupe, réalisé sous forme de blocs d'outils coupants, est fixé sur un bletti autour d'un rotor portant les broches porte-pièces, mises en rotation à la vitesse de coupe par un engrenage central à partir d'une commande de mouvement principal, et pourvu d'une commande assurant sa propre rotation pour son avance circulaire, ladite machine-outilétant caractéris suivant l'invention, en ce que ladite commande de rotation du rotor comporte une transmission à une seule vis sans fin et à autofreinage, dont la roue tangente est rigidement fixée audit rotor tandis que la vis sans fin est cinématiquement reliée à l'engrenage central de façon qu'indépendamment du sens de rotation du rotor, le contact entre les dents de la transmission à vis sans fin unique reste invariable. Grâce à une telle commande de rotation du rotor pour son avance circulaire, et grâce à sa liaison cinématique avec la commande du mouvement principal de coupe, on obtient une chaîne cinématique sans jeu pour l'avance circulaire du rotor, une avance circulaire stable de celui-ci pour un tour de la broche porte-pièce, et une stabilité dynamique élevée de la machine automatique, ce qui permet d'utiliser des régimes de coupe plus sévères et d'améliorer la précision ainsi que la qualité d'usinage de la pièce. Il est-préférable que le rotor et l'engrenage central soient montés sur un même arbre adapté pour tourner en commun avec le rotor, et que l'engrenage central soit monté librement sur ledit arbre et en prise permanente avec les engrenages des broches et l'engrenage menant de la commande de mouvement principal de coupe, ce dernier engrenage étant lui-même relié cinématiquement, par l'intermédiaire d'engrenages changeables, à la vis sans fin de commande de rotation du rotor pour son avance circulaire. Une telle disposition du rotor et de l'engrenage central permet d'augmenter la vitesse et la précision de la rotation des broches. La présente invention deviendra plus compréhensible à la lecture de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation de l'invention, illustré par les dessins annexés, qui représentent - la figure 1, une vue schématique d'une machine automatique à broches multiples conforme à l'invention (vue en coupe longitudinale)~; - la figure 2, une vue en coupe suivant Il-Il de la figure 1 - la figure 3, une vue éon coupe suivant III-III de la figure 1. La machine automatique à broches multiples pour l'usinage de pièces en forme de corps de revolution comporte un rotor 5 (figure 1-3) portant les broches 2 auxquelles sont fixées les pièces 3 (figures t et 3) et qui sont mises en rotation, à la vitesse de coupe, par l'intermédiaire d'un engrenage central 4 et de l'engrenage menant 5 de la commande du mouvement principal (de coupe) de -la boite de vitesses 6 (figures 1,2) à partir d'un moteur 7 (figure t). La bofte de vitesses 6 comprend -les engrenages cylindriques 8, 9, nô et les engrenages changeables Il et 12 de la commande du mouvement principal, les engrenages cylindriques 13, t4, 15, 16 (figure 1) et les engrenages changeables 17 et t8 de la commande de'avance circulaire du rotor 1. L'engrenage menant 5y l'engrenage changeable 12 de la commande du mouvement principal et l'engrenage t3 de la commande d'avance circulaire du rotor t sont rigidement fixés sur l'arbre to, L'outil de coupe 20, constitué par des blocs d'outils coupants, est disposé autour du rotor 1 et est monté fixe sur un bati 21. La commande faisant tourner le rotor pour son avance circulaire comporte une transmission conique 22, et, conformément à l'invention, une transmission à vis sans fin à atito-freinage dont la roue tangente 23 est solidaire du rotor t, tandis que la vis sans fin 24, montée sur des supports (non représentés) du b ti 21, est cinématiquement reliée à 11 engrenage central 4 de façon que, indépendamment du sens de rotation du rotor 1, le contact entre les dents de la transmission à vis sans fin unique reste'invariable. Oonformoment à l'invention, le rotor 1-et l'engrenage central t sont montés sur un même arbre 25 tournant en commun avec le rotor 1 sur les supports 26 et 27 du bati 21. L'engrenage central 4 (figures I,-3) est monté librement sur ledit arbre et en prise permanente avec les engrenages-28 des broches 2 et l'engrenage menant-S de commande du mouvement principal. L'engrenage menant 5 est cinématiquement relié à la vis sans fin 24 de la commande de rotation du rotor t pour son avance circulaire, par l'intermédiaire des engrenages changeables 17 et 18 (figures t, 2). Les autres organes nécessaires au fonctionnement de la machine automatique, tels que l'opérateur automatique (dispositif pour le chargement automatique des ébauches et la dépose des pièces), le mécanisme d'évacuation des copeaux, le système de refroidissement, de lubrification, etc, ne seront pas-décrits ici, afin de mieux mettre en évidence l'essentiel de l'invention. La machine automatique à broches multiples conforme à l'invention fonctionne de la façon suivante. Le mouvement de rotation du moteur 7 (figure 1) est transmis-, par l'intermédiaire des engrenages cylindriques 8, 9, 10 de la boîte de vitesses 6 et des engrenages changeables Il et 12 de la commande du mouvement principal (prévus pour permettre de modifier la vitesse de rotation des broches 9) à l'arbre 19 solidaire de l'engrenage menant 5. Le mouvement de rotation de l'engrenage menant 5 est transmis à l'engrenage central 4 qui, par l'intermédiaire de l'engrenage 28, fait tourner, à la vitesse de coupe, les broches 2 portant les pièces à usiner 3. Les pièces à usiner 3 (ébauches) sont fixées sur les broches 2 d'une manière appropriée quelconque et connue en soi. Le mouvement de l'arbre 19 portant l'engrenage 13 est transmis à la commande de rotation du rotor 1 (pour l'avance circulaire de celui-ci) par l'intermédiaire des engrenages cylindriques 14, 15i 16, des engrenages changeables t7, 18(servant à modifier la valeur de l'avance circulaire du rotor 1), de la transmission conique 22 et de la vis-sans fin 24. Là vis sans fin 24 impose la vitesse de rotation à la roue tangente 23 à laquelle elle est conjuguée, ainsi qu'au rotor 1 solidaire de la-roue 23. Pendant l'usinage, les broches 2 tournent toujours dans le même sens. Dans l'exemple considéré, le sens de rotation adopté est le sens horaire A. Le rotor peut tourner dans un sens quelconque. Si l'on suppose que le rotor t tourne dans le sens antihoraire (sens B), pendant la rotation des broches 2 dans le sens A l'engrenage central 4 tourne dans le sens antihoraire (sens Bj. Le couple de résistance à la rotation des broches 2, par suite du frottement dans leurs supports 29 et 30 (figure 1) disposés dans le rotor 1, provoque le pivotement du rotor t dans le sens B (figure 3). Plus cette résistance estélevée, plus important est le couple-moteur provoquant le pivotement du rotor 1. Le-cas extreme correspond à des broches 2 entièrement freinées. Le rotor t tend alors à tourner à la vitesse de l'engrenage central 4.dans le sens B. Pratiquement, les broches ne sont pas freinées et la vitesse propre de rotation du rotor est notablement inférieure à celle de l'engrenage central 4, mais elle est suffisamment élevée pour être en avance sur la rotation de la vis sans fin 24.C'est pourquoi la vis sans fin 24 constitue un organe de retenue imposant la-vitesse de rotation au rotor t. Le aveu latéral g entre les dents de la roue tangente 23 et de la vis sans fin 24 correspond au travail de la roue tangente 23 en tant qu'élément menant dans la transmission à vis sans fin Le contact entre les dents de-la roue tangente 23 et de la vis sans fin 24 conjuguées s'opère alors par l'intermédiaire des surfaces C. Lorsque la pièce 3 se trouve sur le bloc de'outils coupants 20 pendant la rotation du rotor 1, il se crée un effort de coupe Pz dont la réaction R sur le rotor t est dirigée dans le même sens que l'avance circulaire B du rotor 1. Etant donné que le sens de rotation du rotor 1 É3ous l'effet de la réaction Ez de l'effort de coupe coïncide avec sa direction principale (sans coupe), le contact entre les dents de la roue tangente 23 et de la vis sans fin 24 reste invariable suivant la surface C, tandis que le jeu - subsiste du côté opposé au sens de rotation du rotor X, ce qui élimine les chocs dans la transmission à vis sans fin sous l'action des efforts de coupe, tout en assurant une-stabilité dynamique élevée du système "outil - broche - rotor". Cela permet à son tour de relever la-vitesse de coupe de l'acier jusqu'à 300 m/mn. Les pièces usinées présentent alors des dimensions et des formes géométriques de haute précision (ovale, conicité jusqu'à 0,02 mm) et des aspérités de surface Ra = i,2-,5fl (Ra est l'écart arithmétique moyen du profil). La rotation du rotor t est également possible dans le sens A (dans le sens horaire). La vis sans fin 24 devient alors l'élément menant de la transmission à vis sans fin, tandis que le contact des dents de la roue tangente 23 et de la vis sans fin 24 reste invariable et a lieu par l'intermédiaire de la même surface C. il est alors possible d'utiliser ce facteur en présence de faibles surépaisseurs pour l'usinage de finition des pièces. L'action de l'effort de coupe Pz est, dans ce ouas, elle aussi invariable, et la réaction Rz est dirigée non pas vers le jeu # , mais vers la surface de contact entre les dents. De cette façon, pendant l'usinage des pièces, la stabilité dynamique du système woutil-broche-rotor" est assurée indépendamment -du sens de rotation du rotor pour son avance circulaire. L'agencement vertical représenté de la machine automatique n'écarte pas-la possibilité d'un agencement horizontal, en présence duquel la machine automatique fonctionne tout aussi bien. 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 particulierw elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques-des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises-en oeuvre dans le cadre des revendicationt qui suivent. REVE)TCAT IONS 1. Machine-outil automatique à broches multiples pour l'usinage de pièces en forme de corps de révolution, du type dans lequel l'outil de coupe-, constitué par des blocs d'outils coupants, est rigidement fixé sur un bâti autour d'un rotor portant des broches porte-pièces mises en rotation, à la vitesse de coupe, par un engrenage central à partir d'une commande de mouvement principal, ledit rotor comportant sa propre commande de rotation assurant son avance circulaire, caractérisee en ce que la commande- de rotation du rotor pour son avance circulaire comporte un mécanisme de transmission à une seule vzs sans fin et à auto-freinage, dont la roue tangente est rigi-dement solidaire du rotor et dont la vis sans fin est cînématiquement reliée à l'engrenage central de façonque les surfaces respectives de contact entre les dents de ladite roue tangente et de ladite vis sans fin restent les mêmes quel que soit le sens de rotation du rotor. ?.Machine automatigre suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le rotor et l'engrenage central sont montés sur un même arbre adapté pour tourner conjointement avec le rotor, tandis que ltengrenage central est monté librement sur ledit arbre et se trouve en prise-permanente avec les engrenages des broches et l'engrenage menant de la commande de mouvement de coupe principal, ce dernier étant cînématiquement relié, par l'intermédiaire d'engrenages changeables, à la vis sans fin de la commande faisant tourner le rotor pour son avance circulaire.