Brevet FR2228177A1 — publié le 19741129

La présente invention concerne un dispositif amortisseur de vibrations transversales pour le coulant portant la broche d'usinage d'une machine-outil. Certaines machines-outils, telles qu'un tour vertical, une fraiseuse, une perceuse radiale, un centre d'usinage, etc. comportent dans le chariot terminal un fourreau tubulaire vertical monté coulissant et muni de paliers supportant coaxialement la broche tournante équipée d'un nez porte-outil. L'outil en travaillant engendre des vibrations transversales nuisibles à la qualité et à la précision de l'usinage-obtenu. La présente invention a pour but d'amortir ces vibrations en vue d'améliorer l'usinage. Conformément à l'inventiôn, dans l'espace compris entre le fourreau et la broche sont logées, avec jeu relativement à ces derniers, une masse tubulaire principale et une platine annulaire, la masse pesant sur la platine et étant liée transversalement à celle-ci, de façon que les vibrations se transmettent intégralement de l'une à l'autre; de la même manière, une semelle annulaire entourant la broche avec jeu est liée transversalement au fourreau, de façon que les vibrations se transmettent intégralement de l'un à l'autre; la masse principale est alors solidaire d'un tube possédant une raideur appropriée, entourant la broche, s'étendant dans le fourreau et prenant appui sur l'extrémité de ce dernier qui est opposée au nez porte-outil, tandis qu'un film de fluide visqueux d'épaisseur prédéterminée est interposé entre la platine et la semelle, pour transmettre l'excitation vibratoire en provenance de l'outil à la masse vibrante et pour participer à l'amortissement. Par ailleurs, le système vibrant antagoniste constitué par la masse principale, son tube fléchissant et la platine peut également comporter des masses tubulaires additionnelles superposées sur ladite masse principale. Suivant une forme de réalisation préférentielle permettant l'adaptation de l'amortissement aux conditions d'usinage, l'épaisseur du film de fluide visqueux est réglable, l'espace dans lequel ce film est formé étant branché en permanence sur une source de fluide sous pression; selon un mode d'exécution particulièrement avantageux, le niveau de la platine étant fixé par appui du tube porte-masse sur le fourreau, celui de la semelle est déterminé par des coins interposés entre celle-ci et une pièce d'appui supportant le nez de broche, chaque coin étant déplaçable radialement sur au-moins une face conique au moyen d'un système à vis monté dans le fourreau. En outre, pour faciliter l'usinage et le montage du système vibrant antagoniste, la masse principale peut étre appuyée contre la platine par l'intermédiaire d'une portée sphérique et d'un chemin circulaire de billes. Divers autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, sur le dessin annexé dont la figure unique est une coupe axiale du coulant dans la partie extrême où le dispositif amortisseur est mis en oeuvre; cette coupe est arrachée afin que l'illustration des moyens soit suffisamment claire dans le format qui est imposé; il est cependant important de se rendre compte que le coulant est plus long et qu'en conséquence le tube solidaire de la masse principale est lui-mme plus long et le nombre des masses additionnelles plus élevé. Le coulant comporte un fourreau tubulaire 1 à axe vertical dont les moyens de guidage et d'entraînement en translation relat' - vement à la tête d'usinage, qui est généralement le chariot terminal, ne sont pas représentés. Ainsi que cela est bien connu, un manchon tubulaire 2 supportant un groupe d'entraenement en rotation 3 est emporté et fixé dans l'extrémité supérieure du fourreau 1. Un accouplement coulissant 4 solidaire de la broche d'usinage 5 est enfilé sur l'arbre cannelé de sortie 6 du groupe. L'accouplement est supporté par un palier 7, tel qu'un coussinet, engagé dans un alésage du manchon, immobilisé en rotation par une clavette 8 et appliqué contre une butée 9 (un circlip par exemple) au moyen d'un ressort 10 prenant appui sur une autre butée 11 du même type. Ainsi que cela est toujours bien connu, l'extrémité inférieure de la broche 5 est rendue solidaire, par tout moyen approprié, d'un nez porte-outil 12 entouré par un plateau 13 pour le réglage géométrique de l'outil; ce plateau est emboîté et fixé dans l'extrémité inférieure du fourreau 1 et muni d'une butée tournante 14 supportant le nez 12 et, par conséquent, la broche 5. Le dispositif amortisseur selon l'invention est logé dans le fourreau 1 et autour de la broche 5. Il comporte une masse principale 15 très dense, par exemple en un alliage metallique à base de plomb. Cette masse 15 est tubulaire et du jeu est prévu entre e11e-mme, d'une part, le fourreau 1 et la broche 5, d'autre part. Son extrémité inférieure 16 constitue une portée sphérique appliquée, par l'intermédiaire d'un chemin circulaire de billes 17, contre une cuvette de même forme ménagée dans une platine annulaire 18. Celle-ci est située avec jeu dans le fourreau 1 et autour de la broche 5.Son niveau est parfaitement défini car elle est soumise, de la manière indiquée ci-après, à une pression verticale dirigée vers le haut et, en outre, la masse principale 15 est rendue solidaire, par l'intermédiaire d'un tube 19, d'une couronne supérieure 20 prenant appui par simple contact sur le manchon fixe 2. Le tube 19 entoure la broche 5 avec un jeu suffisant pour permettre son fléchissement vibratoire. D'ailleurs, étant donné que ce tube possède une certaine raideur dans le domaine élastique, il constitue,avec la masse 15, des masses tubulaires auxiliaires 21 superposées à celle-ci et la platine 18, un système vibratoire antagoniste s'opposant au système vibratoire excité par l'outil et comprenant notamment, comme éléments élastiques, le fourreau 1, la broche 5 et,comme masses, ces derniers ainsi que l'outil et les organes solidaires de ce fourreau.Le tube 19 est fixé, par tous moyens appropriésels que des filetages 22 et 23, à la masse principale 15 et à la couronne 20. La platine 18 repose, par l'intermédiaire d'un film de fluide visqueux 24, sur une semelle annulaire 25 montée sans jeu dans le fourreau 1 pour en recevoir les vibrations excitatrices. Cette semelle présente une face conique 26 coopérant avec au moins deux coins 27 répartis de façon équiangle et appliqués contre une pièce d'appui 28; celle-ci ayant une forme de révolution est ajustée dans le fourreau 1 et placée en butée contre le plateau 13. Les coins 27 sont déplaçables radialement afin de régler l'épaisseur du film de fluide visqueux 24. Dans l'exemple représenté, chaque coin coopère avec une vis 29 montée tournante mais immobilisée en translation dans une douille filetée 30 rapportée dans le fourreau 1. Dans ces conditions, en agissant sur les vis 29, on modifie la position des coins et,ainsi,la distance de la semelle 25 relativement à la platine 18 supposée appliquée contre la masse 15. Bien entendu, on peut obtenir un réglage différentiel beaucoup plus fin en intervenant à la fois sur les vis et leurs douilles 30. L'espace dans lequel le film de fluide visqueux 24 doit être formé est délimité, entre la semelle 25 et la platine 18, par des joints annulaires 31. Etant donné notamment que l'épaisseur du film est réglable, cet espace est en permanence branché sur une source de fluide sous pression. Dans l'exemple représenté, un conduit 32 débouchant dans ledit espace 24 est ménagé dans la platine 18 et branché, par l'intermédiaire d'une buse flottante 33, sur une tubulure 34 du fourreau 1, raccordée à la source. Il est bien évident que ce montage flottant permet d'assurer le branchement sans perturber le déroulement du phénomène d'amortissement des vibrations, mais il est important,cependant, que la buse 33 et la tubulure 34 soient situées sensiblement en regard. A cet effet, la position de la platine 18 est définie, avec un jeu tolérant lesdites vibrations, au moyen d'un goujon 35 monté dans le fourreau et engagé dans une rainure 36 de ladite platine. Bien entendu, le remplissage de l'espace 24 peut etre également obtenu en reliant la tubulure 34 à un conduit ménagé, non plus dans la platine, mais dans la semelle 25. Le dispositif de l'invention fonctionne de la façon suivante. Le système primaire 1, 5, 13, 25, 27 et 28 aurait tendance à vibrer sous l'excitation engendrée par l'outil. Mais le système antagoniste 15, 18, 19 et 21 est excité transversalement, par l'intermédiaire du film de fluide visqueux 24, par l'outil et, par conséquent, vibre transversalement.L'ensemble de ces deux systèmes constitue un amortisseur dynamique de vibrations; si l'on règle la fréquence propre du système antagoniste, en intervenant -sur l'importance des masses 15, 21 et sur la raideur du tube 19, pour qu elle corresponde à la fréquence propre du système primaire,c'estAWdhede ceLedu m lant, on peut espérer que les masses 15 et 21 bougeront, mais que le coulant restera immobile; il en résulte que la qualité et la précision de l'usinage seront améliorées. De plus, le film de fluide visqueux 24 transmettant l'exci- tation du système primaire au système antagoniste permet, par amortissement visqueux, de réduire l'amplitude vibratoire. Ainsi, en réglant l'épaisseur de ce film, on peut obtenir un réglage de la transmission et de l'amortissement en fonction des conditions d'excitation, c'est-à-dire d'usinage L'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation représentée et décrite en détail dans ce qui précède car diverses modifications peuvent y etre apportées sans sortir de.son cadre. Le dispositif, objet de l'invention, est applicable à l'amortissement des vibrations transversales d'un coulant mobile verticalement et portant la broche d'usinage d'une machine-util. REVENDICATIONS 1. Dispositif amortisseur de vibrations transversales pour le coulant portant la broche d'usinage d'une machine-outil, comportant un fourreau tubulaire vertical monté coulissant dans le chariot et muni de paliers supportant coaxialement la broche tournante et le nez porte-outil, caractérisé - en ce que dans l'espace compris entre le fourreau et la broche sont logées, avec jeu relativement a ces derniers, une masse tubulaire principale et une platine annulaire, la masse pesant sur la platine et étant liée transversalement à celle-ci de façon que les vibrations se transmettent intégralement de l'une à l'autre, - en ce qu'une semelle annulaire entourant la broche avec jeu est liée transversalement au fourreau de façon que les vibrations se transmettent intégralement de l'un å l'autre, - en ce que la masse principale est solidaire d'un tube possédant une raideur appropriée, entourant la broche, s'étendant dans le fourreau et prenant appui sur l'extrémité de ce dernier qui est opposée au nez porte-outil, - et en ce qu'un film de fluide visqueux d'épaisseur prédéterminée est interposé entre la platine et la semelle, pour transmettre l'excitation vibratoire en provenance de l'outil å La masse vibrante et pour participer à l'amortissement. 2. Dispositif amortisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système vibrant antagoniste constitué par la masse principale, son tube fléchissant et la platine, comporte également des masses tubulaires additionnelles superposées sur ladite masse principale. 3. Dispositif amortisseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'épaisseur du film de fluide visqueux est réglable, l'espace dans lequel ce film est formé étant branché en permanence sur une source de fluide sous pression. 4. Dispositif amortisseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que, le niveau de la platine étant fixé par appui du tube porte-masse sur le fourreau, celui de la semelle est déterminé par des coins interposés entre celle-ci et une pièce d'appui supportant le nezde broche, chaque coin étant déplaçable radialement sur au moins une face conique au moyen d'un système à vis monté dans le fourreau. 5. Dispositif amortisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la masse principale est appuyée contre la platine par l'intermédiaire d'une portée sphérique et d'un chemin circulaire de billes.