Brevet FR2241366A1 — publié le 19750321

la présente invention concerne les machines-outils travaillant le métal par enlèvement, et a plus particulièrement pour objet une machine-outil automatique à broches multiples pour l'usinage de pièces en forme de corps de révolution. L'invention peut être largement utilisée, en particulier, pour l'usinage de pièces telles que des bagues, des douilles, des brides, etc, en différents matériaux métalliques et non métalliques, qui doivent satisfaire à des conditions sévères en ce qui concerne la précision de leurs dimensions et de leur forme, ainsi que l'état des surfaces usinées. On a déjà proposé une machine automatique à broches multiples pour l'usinage de pièces-en forme de corps de révolution, dans laquelle les outils à butées radiales sont montés dans des blocs à outils disposés d'une façon fixe sur un bâti, en étant disposés avec un pas angulaire uniforme autour d'un rotor comportant une commande pour son avance circulaire et portant des broches porte-pièces disposées avec un pas angulaire uniforme et mises en rotation, à la vitesse de coupe, par une commande de mouvement principal. Dans cette machine automatique connue, les blocs à outils sont disposés sur le bati avec un pas angulaire égal au pas angulaire de disposition des broches sur le rotor. Une telle solution constructive s'explique par le fait que toutes les broches sont amenées aux outils simultanément. De cette façon, l'usinage de toutes les pièces s'amorce simultanément. lors de l'amorçage simultané de la coupe sur toutes les pièces, lesefforts de coupe engendrés et-la puissance qui est alors consommée augmentent pour atteindre le maximum simultanément sur toutes les broches. La charge à laquelle est soumise la machine automatique augmente alors de plusieurs fois. Cela est à l'origine de 1 'instabilité dynamique du système "outil-broche-rotor", affectant la qualité de l'usinage des pièces. L'accroissement multiple de la charge provoque l'accroissement de la puissance nécessaire du moteur d'entraînement, et de la puissance installée du moteur électrique de commande du mouvement principal. Après la charge maximale, lors du pivotement consécutif du rotor, la charge devient nulle, tandis que la puissance consommée est alors réduite jusqu'à la puissance à vide. En présence d'une importante puissance installée du moteur électrique (conditionnée par la charge totale) tous les mécanismes de commande du mouvement principal doivent être calculés d'après les conditions d'accroissement multiple de la puissance du moteur électrique. Le coefficient d'utilisation de la puissance du moteur électrique choisi sera donc très faible pendant le fonctionnement de la machine automatique. Il en résulte un accroissement injustifié des dimensions de la machine automatique et de son coût. Lors de la rupture de l'un des outils à butée radiale rigide, la surépaisseur de la pièce à usiner reste en place. Cette surépaisseur restante est enlevée par l'outil consécutif du bloc. la charge s'exerçant sur cet outil est alors doublée, car il doit alors enlever sa propre surépaisseur de la pièce ainsi que la surépaisseur laissée par l'outil défectueux précédent. L'enlèvement de la double surépaisseur a pour effet de doubler la charge s'exerçant sur l'outil, et ce dernier peut se briser en provoquant évidemment la rupture de tous les outils consécutifs du bloc. Chaque remplacement d'un outil cassé nécessite un arrêt de la machine automatique, et son rendement s'en ressent En outre, dans la machine-outil automatique connue, aucune position spéciale n'est prévue pour l'arrêt du rotor et des broches sans avarie. L'arrêt de la machine automatique (pour une cause quelconque) provoque la rupture des outils qui, à ce moment, attaquent le métal. Tout cela affecte non seulement la qualité des pièces à usiner,par suite de la réduction de la stabilité dynamique du système "o'itil-broche-rotor", mais aussi le rendement de la machine automatique. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus. A cette fin, l'invention vise une machine automatique à broches multiples pour l'usinage de pièces en forme de corps de révolution, dont la disposition réciproque relative des blocs outils sur le bâti et des broches dans le rotor favoriseraient une stabilité dynamique élevée du système "outil-broche-rotor" tout en assurant une qualité élevée de l'usinage des pièces en présence d'une réduction considérable, en comparaíson des machines automatiques- connues de m8me type, de la puissance du moteur électrique de commande du mouvement principal, ce qui assurerait à la machine automatique un rendement élevé, Ce problème est résolu grâce à une machine automatique à broches multiples pour l'usinage-de.pièces en forme-de corps de révolution, dans-laquelle, suivant l'invention, les blocs à outils sont disposés -sur le bâti avec un pas angulaire qui diffère de celui des broches disposées- sur le rotor, d'une valeur multiple de celle de angle d'attaque d'un outil pendant l'usinage, rapportée au nombre de blocs d'outils. Grâce à une telle disposition relative des blocs à outils sur le bâti et des broches sur le rotor, pendant la rotation du rotor les pièces entrent successivement en contact avec les outils des blocs, ce qui assure une stabilité dynamique élevée de tout le système "outil-broche-rotor"et une qualité élevée de l'usinage des pièces. En outre, l'attaque consécutive des pièces par les outils des blocs assure une mise en charge uniforme du moteur .électrique de commande du mouvement principal, ce qui est à l'origine d'une réduction de la puissance consommée par la machine automatique et du relèvement du coefficient d'utilisation de la puissance du moteur électrique, assurant un rendement élevé. Il est particulièrement avantageux que chaque outil des blocs fixés sur le ti soit doublé par un outil à butée radiale décalé-par rapport à l'outil principal dans le sens radial par rapport au rotor, d'une valeur égale à l'usure admissible de l'outil principal, la butée radiale de chaque outil étant constituée par une came profilée actionnée de force et comportant des secteurs pour le réglage préliminaire et définitif de l'outil dans le sens radial mentionné. Grfice à une telle solution constructive, on évite l'application d'une double charge à l'outil, ce qui assure la mise en charge uniforme du moteur électrique de commande du mouvement principal. En outre, les supports radiaux de ce type permettent de procéder au remplacement des outils sans arrêter le rotor, étant donné que les secteurs de réglage fin de ces butées permettent d'opérer une pénétration progressive de l'outil dans la pièce à usiner au cours-de la rotation du rotor, en conservant alors une stabilité dynamique élevée de tout le système "outil-broche-rotor". Dans les blocs à outils, le dernier outil d'un bloc dans le sens de rotation du rotor et le premier outil du bloc consécutif peuvent être avantageusement décalés d'un angle prwr au double de la valeur de l'angle d'attaque entre un outil et la pièce au cours de l'usinage. Par suite de cette disposition des outils mentionnés, la machine automatique comporte des positions auxquelles il sera possible d'arrêter le rotor et les broches sans contact entre les pièces à usiner et les outils, à la suite de quoi on supprime toute possibilité de détérioration des outils au moment du déclenchement de la machine automatique, ce qui est favorable à la stabilité dynamique du système "outil-broche-rotor". Dans l'exposé qui suit, la présente invention est expliquée par la description d'un exemple de réalisation concret mais non limitatif, illustré-par les dessins annexés, qui représentent : - la figure 1, une vue schématique de la machine automatique à broches multiples conforme à l'invention, sur laquelle l'usinage des pièces s'effectue suivant deux voies (vue en coupe longitudinale) - la figure 2, une vue en coupe suivant Il-Il de la figure I -- la figure 3, la partie III du bloc à outils de la figure 2 conforme à l'invention (à plus grande échelle). On propose une machine automatique à broches multiples pour l'usinage de pièces en forme de corps de révolution, dans laquelle les outils t (figures t et 2) à butées radiales 2 (figure 3) sont montés dans des blocs à outils 3 fixés sur le bâti 4 (figure t) et disposés avec un pas angulaire uniforme (figure 2) autour du rotor 5. Le rotor 5 portant les broches 6 des pièces 7, disposées avec un pas angulaire uniforme , comporte une commande pour son avance circulaire. Les broches 6 sont mises en rotation, à la vitesse de coupe, à partir de la commande du mouvement principal à laquelle est cinématiquement reliée la commande pour l'avance circulaire du rotor 5. Conformément à l'invention, les blocs outils 5 sont disposés sur le bati 4 avec un pas angulaire qui diffère du pas angulaire p de disposition des broches 6 des pièces 7 dans le rotor 5 d'une valeur multiple de l'angle d'attaque d'un outil t par rapport à la pièce 7 au cours de ltopération d'usinage, rapporté à un nombre K (K--Ki+K2+...) de blocs à outils 3. L'angle d'attaque g de l'outil par rapport à la pièce au cours de l'usinage est constitué par l'angle de pivotement du rotor 5 portant les broches 6 des pièces 7 lorsqu'on enlève la surépaisseur de la pièce à l'aide de cet outil. Conformément à l'invention, chaque outil t monté dans les blocs à outils 3 comporte un outil de doublage 8 (figure 3) avec sa butée radiale 2 qui est décalée par rapport à l'outil principal t dans le sens radial, par rapport au rotor 5, d'une va ] eur " " correspondant à l'usure admissible de l'outil principal, la butée radiale 2 dn chaque outil 1 et 8 étant alors constituée par une came profilée pivotant d'une façon forcée et comportant des secteurs "b" et "c" respectivement, prévus pour le réglage préliminaire et fin de l'outil dans la direction radiale mentionne suivant la flèche 'tua". Conformément à l'invention, dans les blocs à outils 32 le dernier outil t dans le sens de rotation du rotor 5 (ou l'outil de doublage 8 si ce dernier est prévu) d'un bloc K1, ainsi que le premier outil It du bloc consécutif K, sont décalés d'un angle t supérieur à la double valeur de l'angle d'attaque & el'undes outils par rapport à la pièce 7 au-cours de l'usinage. La commande du mouvement principal comporte un moteur électrique 9 (figure t), dont l'arbre est rigidement accouplé à l'arbre d'entrée 10 de la boîte de vitesses 11. L'arbre de sortie 12 de la boite de vitesses Il portant l'engrenage 13 attaquant en permanence l'engrenage central 14, librement monté sur l'arbre 15 du rotor 5 dans le bâti 4, retransmet le mouvement de rotation, à la vitesse de coupe, aux broches 6 des pièces par l'intermédiaire des engrenages 16 fixés sur les broches considérées et attaquant en permanence l'engrenage central 14. La commande d'avance circulaire- du rotor 5 s'opère à partir d'un autre arbre de sortie 17 de la boîte de vitesses il par l'intermédiaire de la transmission à pignons coniques t8 et de la transmission à vis sans fin, dont la roue tangente 19 est rigidement accouplée au rotor 5. Les autres organes de la machine automatique, à savoir : l'opérateur automatique (dispositif pour le chargement et l'évacuation automatique des pièces), le mécanisme d'évacuation des copeaux, les systèmes de refroidissement, de graissage, et les autres mécanismes, ne sont pas considérés dans la présente description et ne sont pas représentés sur les dessins afin de mieux mettre en évidence l'idée essentielle de l'invention. La machine automatique multibroche proposée fonctionne de la façon suivante. Dans l'exemple concret considéré, la machine automatique à broches multiples usine les pièces suivant deux voies, étant donné que la machine comporte deux positions 20 (figure 2) de chargement et de déchargement, disposées diamétralement et dans lesquelles s'opère le chargement ou le déchargement simultané des deux pièces. Entre les positions de chargement et déchargement 20 considérées, sur le bâti sont placés deux jeux complets de blocs à outils procédant chacun à l'usinage complet des pièces lors du pivotement du rotor de 1800. Les blocs à outils 3 (dans chaque jeu complet) sont placés sur le -bâti 4 avec un pas angulaire uniforme ck supérieur à l'angle ss de disposition des broches 6 dans le rotor 5, d'une valeur multiple de l'angle & x , où est l'angle d'attaque de l'outil par rapport à la pièce au cours de l'usinage, tandis que K est le nombre de blocs à outils dans le jeu complet de chaque voie. Cette valeur / X de la différence des angles c et ss permet d'assurer le décalage au début de la coupe de chaque pièce Une fois que les blocs à outils ont été disposés, par rapport aux broches 6 du rotor 5, de la façon indiquée plus haut, on les fixe sur le bâti 4 et on enclenche le moteur électrique 9.Le moteur 9 met en rotation l'arbre d'entrée 10 de la boite de vitesses tt, tandis que son arbre de sortie 12, par l'intermédiaire de l'engrenage 13, de l'engrenage central 14 et de l'engrenage 16, communique son mouveMent de aux broches 6 dans.le-sens '1n"-à la vitesse de coupe. Simultanément, l'autre arbre de sortie 17 de la bote de vitesses 11 communique au rotor 5, par l'intermédiaire de la transmission à pignons coniques t8 et de la transmission à vis sans fin avec roue tangente t9, un mouvement de rotation dans le sens "s" à sa vitesse-d'avance circulaire. Au cours de la rotation du rotor 5 à la position 20i la pièce à usiner 7 (figure 2) est fixée,- par un moyen connu quelconque, sur la broche 6 (figure 1). Quand le rotor 5 continue à tourner la pièce 7 se rapproche de outil 1 (figure 2) du bloc de coupe 3 (K1), et à ce moment s'amorce l'usinage.Lors du passage de la pièce à proximité des outils du premier bloc à outils h , à la position 2Q la deuxième pièce à usiner est placée surla broche suivante, décalée de la broche précédente d'un angle S Lors de l'amenée de la deuxième pièce à l'outil 1 du premier bloc à outils Kt, la première pièce n'a pas encore atteint le premier outil du deuxième bloc à outils K2 du fait que l'angle diffère de l'angle Gl d'une valeur multiple de la valeur #/K. Cette particularité du fonctionnement de la machine automatique est caractéristique pour toutes les broches consécutives des pièces mises en contact avée les outils consécutivement.Il en résulte que pendant la rotation du rotor les pièces entrent en contact avec les outils à tour de rôle. Grtce à l'attaque consécutive-des pièces par les outils, l'effort de coupe total agissant dans le système woutil-broche-rotor" ne comporte pas des éearts senssibles en ce qui concerne les efforts de coupe engendrés pendant l'usinage de la pièce par un outil. Cela favorise une augmentation considérable de la stabilité dynamique de l'ensemble de la machine ainsi qu'une amélioration de la qualité d'usinage des pièces, c'est-à-dire l'amélioration de la précision de leurs dimensions et de leur forme, ainsi que de l'état des surfaces usinées. La puissance consommée par la commande du mouvement principal estalors notablement réduite en comparaison des machines automatiques connues de même type, et elle est très proche de la puissance consommée au cours de l'usinage par un seul outil. Pour-obtenir une stabilité dynamique élevée du système "outil-broche-rotor" et par conséquent une haute qualité d'usinage des pièces, il est également important d'assurer un effort de coupe invariable, ce qui est obtenu en doublant chaque outil dans les blocs de coupe. Lors de l'usure (ou de la rupture) de l'outil principal, ctest l'outil de doublage qui entre en action. Cela assure une méme valeur de la-puissance consommée du moteur électrique de commande du mouvement principal en présence d'un rendement élevé de la machine automatique. Pour le réglage de l'outil (principal et de doublage), c'est-à-dire pour son positionnement dans le sens radial par rapport au rotor suivant la dimension prescrite, la came profilée de la butée radiale 2- (figure 3) est décalée de façon que ses secteurs de réglage préliminaires "b" et de réglage fin "c" agissent consécutivement sur l'outil. Grâce à ce fait, les outils, sous l'action du secteur "b" de réglage préliminaire des butées radiales exécutées conformément à l'invention, sont rapidement amenés à la pièce à usiner mais sans contacter cette dernière. Lorsque les butées continuent à pivoter sous l'action du secteur "c" de réglage fin, l'outil est lentement amené jusqu'à sa position de coupe, ce qui permet de le positionner sans arrêter la machine, en conservant alors une stabilité dynamique élevée de l'ensemble du système "outl-broche-rotor". Ainsi, la machine automatique fonctionne d'une façon continue. Cependant, comme on l'a déjà mentionné plus haut, la machine automatique comporte des positions résultant du fait que dans les blocs à outils 3, le dernier outil t dans le sens de rotation du rotor 5 fou 8, s'il est-prévu unoutil de doublage) d'un bloc Kt et le premier outil I1 du bloc consécutif KS, sont disposés l'un par rapport à l'autre sous un angle t supérieur à la double valeur de l'angle d'attaque or d'un outil par rapport à la pièce au cours de l'opération d'usinage. Le cas échéant, quand il faut arrêter la machine automatique, le rotor s'arrête dans une position où ses broches occupent les positions mentionnées, et les pièces à usiner ne contactent pas les outils, ce qui permet d'éviter leur rupture et de prévenir le dérangement de la stabilité dynamique du système "outil-broche-rotor". T'arrêt de la machine dans ces positions s'opère par exemple à l'aide du montage électrique de la machine automatique, qui ntest pas représenté sur les dessins étant donné que cela ne fait pas l'objet de la présente invention. La machine automatique à broches multiples exécutée conformément à l'invention peut être utilisée avec suc--cès, grâce à sa stabilité dynamique élevée, pour l'usinage de pièces en forme de corps de révolution, telles que les barques, douilles, brides, etc., en différents matériaux, qui doivent répondre à des exigences rigoureuses en ce qui concerne la précision de leurs côtes et de leur forme, ainsi que l'état des surfaces usinées. La machine automatique à broches multiples proposée allie un rendement élevé à une excellente qualité d'usinage, elle est économique et fiable en service et son exploitation est simple. 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 techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICAUIONS 1. Machine-outil automatique à broches multiples pour l'usinage de pièces en forme de corps de révolution, du type dans lequel les outils de coupe, associés à des butées radiales respectives, sont montés dans des blocs outils fixés sur un bâti et disposés avec un pas angulaire constant autour d'un rotor comportant une commande pour son avance circulaire et portant des broches auxquelles sont fixées les pièces à usiner et qui sont disposées avec un pas angulaire constant, lesdites broches étant mises en rotation, à la vitesse de coupe, par une commande de mouvement principal, caractérisé en ce que les blocs à outils sont disposés sur le bâti avec un pas angulaire qui diffère de celui ss des boches disposées sur le rotor, la valeur de cette différence étant un multiple de la valeur # de l'angle d'attaque d'un outil par rapport à la pièce en cours d'usinage, rapportée. au nombre E de blocs outils, à la suite de quoi les pièces a' usiner sont attaquées à tour de roule par les outils pendant la rotation du rotor 2. Machine-outil automatique suivant la revendication t, caractérisée en ce que dans les blocs å outils, chaque outil est doublé d'un autre outil comportant sa propre butée radiale et décalé par rapport à l'outil principal dans une direction radiale du rotor, la valeur dudit décalage correspondant à la valeur admissible de l'usure de l'outil principal, et en ce que la butée radiale de chaque outil est constituée par une came profilée à rotation forcée, comportant des zones de réglage préliminaire et des zones de réglage fin de. l'outil dans ladite direction radiale. 3. Machine-outil automatique suivant la revendication 2, caractérisée en ce que dans les blocs à outils, le dernier outil de l'un des blocs dans le sens de rotation du rotor et le premier outil du bloc suivant sont décalés diun angle supérieur à la double valeur-de l'angle d'attaque entre un outil et la pièce pendant l'usinage.