Brevet FR2218959A1 — publié le 19740920

La présente invention, due à la collaboration de Messieurs Matrice BORY et Henri PELTIER, a trait à un dispositif correcteur de dilatatiqn, par compensation thermique, et plus particulièrement destiné à compenser la dilatation longitudinale d'un ensemble composé d'une broche et de son fourreau, et provoquée par l'échauffement des paliers, la broche étant animée d'une très grande vitesse de rotation dans son fourreau. Cette compensation est imposée par la nécessité drobte nir une grande précision d'usinage constante dans le temps quel que soit l'échauffement de l'ensemble broche et fourreau. On connaît des dispositifs correcteurs de dilatation faisant appel à des capteurs de température judicieusement disposés, et commandant soit directement, soit par moyens électriques interposés, des ensembles mécaniques destinés à compenser les dilatations. Ces dispositifs sont généralement assez complexes et d'un prix de revient élevé. On connaît également des dispositifs tels que celui qui est décrit dans la demande de brevet français 69/12.443 au nom de la demanderesse, et utilisant les propriétés d'un organe de pres siovn en matériau synthétique dilatable. Cependant, ces dispositifs n'ont été utilisés jusqu 'à présent que pour des compensations limitées de dilatation localisée dans de petits ensembles, tels que porte-outils, et non pour compenser la dilatation d'éléments de l'importance d'un ensemble broche et fourreau. Le dispositif objet de la présente invention, est constitué d'au moins un élément en matériau synthétique à coefficient de dilatation élevé (environ 4 fois celui de l'acier) emprisonné, en contrainte, dans au moins un logement ménagé à cet effet dans la partie supérieure d'une plaque frontale solidaire du fourreau de la broche. Ces éléments se dilatent et se contractent donc directement sous l'action et en fonction de l'échauffement de lten- semble de la broche et de son fourreau.Ils transmettent leur action à des poussoirs qui, en fin de course d'approche de l'ensem- ble broche et fourreau et par réaction sur le dispositif limitant cette course, tendent à repousser la plaque frontale du fourreau, et par conséquent le nez de la broche, en fonction inverse de la dilatation de l'ensemble et d'une valeur constamment égale à cette dilatation. On réalise ainsi un dispositif simple et fiable, d'un encombrement réduit, d'un coût relativement modeste et permettant d'obtenir une précision d'usinage constante dans le temps quel que soit le degré d'échauffement de la broche et de son fourreau. D'autres particularités de l'invention apparaîtront également dans la description suivante d'un exemple de réalisation préféré d'un tel dispositif correcteur de dilatation, par compensation thermique, d'une broche d'usinage représentée au dessin annexé, dans lequel - La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une broche de machine équipée du dispositif selon l'invention ; - La figure 2 est une vue en coupe longitudinale du dispositif correcteur de dilatation par compensation thermique proprement dit. Sur la figure 1, la broche 1 est centrée en rotation à l'intérieur du fourreau 2 par l'intermédiaire de paliers radiaux à galets ou à billes et ses efforts axiaux sont supporté s par le palier 3 formé d'une double butée à billes. De par les efforts qu'ils subissent, ces paliers s'échauffent pendant le fonctionnement, ce qui provoque la dilatation simultanée de la broche 1 et du fourreau 2. La dilatation prenant naissance au niveau du palier 3 tend à s'exercer longitudinalement dans la broche 1 et le fourreau 2. La course d'approche de l'ensemble broche 1 - fourreau 2 est réalisée à l'aide d'un système pignon4- crémaillère 5, commandé par un élément hydraulique ou pneumatique non représenté sur cette figure, la crémaillère 5 étant réalisée sur la partie supérieure arrière du fourreau 2. La palier 3 venant en appui sur l'épaulement 6 du fourreau 2, cet épaulement 6 détermine un plan où la dilatation longitudinale de la broche 1 prend son origine. Les dilatations de la portion de la broche 1 située en avant de ce plan et de la portion correspondante du fourreau 2, orientées dans la même direction, s'additionnent. Il s'ensuit un allongement de ltensemAle broche 1 - fourreau 2 orienté dans le sens de la course d'approche de cet ensemble, accroissant celle-ci en fonction de ltéchauffement du palier 3 et nuisible à là précision de l'usinage dans le temps. Pour remédier à cet inconvénient, un moyen consiste à modifier cette course en fonction inverse de la dilatation et d'une valeur constamment proportionnelle à celle-ci. Un dispositif permet de régler manuellement la course de l'ensemble broche 1 - fourreau 2. Il est constitué d'une broche 7 filetée sa partie postérieure et comportant successivement a sa partie antérieure un carré d'entraînement 8, une embase graduée 9 formant vernier, un épaulement lisse 10 et une section filetée 11. L'épaulement 10 vient s'encastrer dans un alésage pratiqué à la partie supérieure d'une plaque frontale 12 solidaire du fourreau 2. L'embase 9 et une rondelle 13 retenue par un écrou freiné 114 vissé sur la section filetée il de la broche 7 emprisonnent la plaque frontale 12, immobilisant ainsi la broche 7 en translation par rapport à ladite plaque frontale, avec cependant un certain jeu longitudinal dont on verra l'utilité plus loin.La partie filetée située à l'arrière de la broche 7 reçoit un écrou 15 formant butée immobilisé en rotation -à l'aide d'un embrèvement pratiqué à sa partie inférieure, et grâce auquel il coulisse sur une glissière 16 solidaire du carter 17 de l'ensemble du mécanisme. Lorsque l'on agit sur le carré d'entraînement 8, la rotation de la broche 7 provoque le déplacement de l'écrou 15, un dispositif de sécurité constitué par une rondelle 18 arrêtée par un anneau d'arrêt 19 situé dans une gorge pratiquée à l'extrémité arrière de la broche 7 interdisant le désaccouplement accidentel de la broche 7 et de l'écrou-butée 15 en fin de débattement arrière de ce dernier.Le dispositif comporte encore une butée de fin de course 20 composée de plusieurs pièces solidaires entre elles, montée coulissante sur la broche 7 entre l'écrou freiné 14 et l'écrou-butée 15 et pourvue d'un faible débattement limité-par les faces 21a et 21b du carter 17. Un contacteur 22 actionné en fin de course aller et un contacteur 23 actionné en fin de course retour sont fixés sur le carter 17 au niveau du débattement de l'écrou-butée 15 et de la butée de fin de course 20. Le fonctionnement de ce mécanisme est le suivant Lors de la course aller de l'ensemble broche 1 - fourreau 2, la plaque frontale 12 entraîne la broche 7, laquelle entraîne à son tour l'écrou-butée 15 vers l'avant. Çe dernier, en fin de course aller, bloque, à l'aide de sa face antérieure 25, la butée de fin de course 20 en appui contre la face 21a du carter 17 et enclenche, par l'intermédiaire de sa rampe inclinée 24,le contacteur 22 autorisant les opérations d'usinage alors que la butée de fin de course 20 libère, grâce à sa rampe inclinée 26, le contacteur 23 dont on verra l'utilité plus loin. Lors de la course retour de l'ensemble broche 1 - fourreau 2 la plaque frontale 12 repousse la broche 7 qui entraîne l'écrou-butée 15 vers l'arrière, libérant ainsi le contacteur 22. En fin de course retour, l'écrou freiné 14 repousse la butée de fin de course 20 en appui sur la face 21b du carter 17, ce qui enclenche, par l'intermédiaire de la rampe inclinée 26 de la butée 20, le contacteur 23 autorisant le transfert des pièces à usiner. En agissant manuellement sur le carré d'entraînement 8, on modifie donc la course de l'ensemble broche 1 - fourreau 2 en accélérant ou en retardant le-blocage de la butée de fin de course 20 entre l'écrou-butée 15 et la face 21a du carter 17, donc la fin de- course aller de l'ensemble. Si ce dispositif est valable pour les réglages de mise au point à froid de la broche, il n'offre pas la précision necessaire en temps opportun pour corriger les effets dus à la dilatation et doit être secondé par un autre moyen en relation étroite avec cette dilatation. Ce dispositif est représenté sur la figure 2, où on retrouve le carré d'entraînement 8, l'embase graduée 9, l'épaule- ment 10 et la section filetée 11 de la broche 7 ainsi que la rondelle 13 et l'écrou freiné 14. Ainsi qu'il est dit précédemment, 1 t embase 9 de la broche 7 et la rondelle 13 emprisonnent la plaque frontale 12 avec un certain jeu longitudinal. La plaque frontale 12 comporte 8 alvéoles pratiqués circulairement autour de l'ålésa- ge dans lequel s'encastre l'épaulement 10 de la broche 7. Ces alvéoles sont destinés à recevoir, alternativement, deux mécanismes différents. Quatre de ces alvéoles sont obturés chacun par un bouchon fileté 30 vissé dans la partie postérieure de la plaque frontale 12, et contiennent un élément 31 en matériau synthétique à coefficient de dilatation élevé et un poussoir 32, empilés de telle sorte que l'élément dilatable 31 prenant appui sur la base du bouchon fileté 30 vienne exercer en se dilatant sous l'action de la chaleur provoquée par l'échauffement du palier 3, une pression sur le poussoir 32 telle que celui-ci tende à repousser vers l'avant l'embase 9 de la broche 7. Or, en fin de course d'approche de lten- semble broche 1 - fourreau 2, la broche 7 se trouve immobilisée en translation vers l'avant, sous la pression du vérin, par l'action combinée de l'écrou-butée 15 bloquant la butée de fin de course 20 en appui contre la face 21a du carter 17.La pression provoquée par la dilatation du corps dilatable 31 s'exerce donc, par réaction, sur le bouchon fileté 30 provoquant ainsi le déplacement vers l'arrière de la plaque frontale 12 dont il est solidaire, et par consé- quent de celui de l'ensemble broche 1 - fourreau 2. Le jeu longitudinal d'encastrement de la plaque frontale 12 entre l'embase 9 et la rondelle 13 autorise le déplacement de cette plaque frontale 12 sans venir en contact, donc sans blocage, avec la rondelle 13 solidaire de la broche 7 par l'écrou freiné 14. La course d'approche de l'ensemble broche 1 - fourreau 2 est donc réduite en fonction inverse de la dilatation de cet ensemble et d'une valeur constamment égale à cette dilatation, permettant de conserver une précision permanente de l'usinage. Les quatre autres alvéoles sont obturés chacun par un bouchon fileté 27 vissé dans la partie antérieure de la plaque frontale 12, et cnntiennent un ressort 28 travaillant à la compression et une pastille 29 formant poussoir empilés de telle sorte que le ressort 28 prenant appui sur la base du bouchon fileté 27 vienne exercer, lorsque l'élément dilatable 31 se contracte par suite du refroidissement de~ltensemble, une pression sur la pastille 29 telle que celle-ci tende à repousser vers l'arrière la rondelle 13 bloquée par l'écrou freiné 14 sur la section filetée Il de la broche 7. Or, en fin de course de retrait de l'ensemble broche 1 - fourreau 2, la broche 7 se trouve immobilisée en translation vers l'arrière, sous la pression du vérin, par l'action combinée de l'écrou freiné 14 bloquant la butée de fin de course 20 en appui contre la face 21b du carter 17. La pression provoquée par le ressort 28 s'exerce donc, par réaction, sur le bouchon fileté 27 provoquant ainsi le déplacement vers l'avant de la plaque frontale 12 dont il est solidaire, et par conséquent celui de lten- semble broche 1 - fourreau 2. Le jeu longitudinal d'encastrement de la plaque frontale 12 entre l'embase 9 et la rondelle 13 autorise, à nouveau, le déplacement de cette plaque frontale 12 sans venir en contact, donc sans blocage, avec l'embase 9 de la broche 7. La correction de la course d'approche et de retrait de l'ensemble broche 1 - fourreau 2, en fonction de l'échauffement de cet ensemblé, s'effectue donc dans les deux positions limites de cette course. Un autre avantage découle de l'utilisation de ce dispositif. Les ressorts 28 maintiennent constamment leur pression sur la rondelle 13 parl'intermédiaire des pastilles 29. Ces pastille jouent donc également un rôle de friction qui freine la rotation intempestive de la broche 7. On évite ainsi, une fois la course d'approche de l'ensemble broche 1 - fourreau 2 réglée par action sur le carré d'entra#nement 8, que celle-ci ne se dérègle par suite des vibrations diverses enregistrées par l'ensemble pendant les périodes de travail. Le dispositif, objet de la présente invention, s'applique aux broches munies de fourreau dont le mouvement d'approche et de retrait est commandé par un système hydraulique ou pneumatique#, et plus particulièrement aux broches entraînant des fraises à outils rapportés genre "tourteaux" et destinées au surfaçage de pièces mécaniques. REVENDICATIOlIS 1. Disp#ositif correcteur de dilatation, par compensation thermique, d'une broche d'usinage, constitué par des éléments en matériau synthétique à coefficient de dilatation élevé, caractérisé en ce qu'il est intégré à la broche dont l'échauffement en fonctionnement provoque la dilatation desdits éléments, et en ce qu'il modifie la course d'approche de la broche en avançant ou retardant l'action de la butée de fin de course par rapport au fourreau, en fonction inverse et d'une quantité égale à la dilatation longitudinale de la broche. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un élément dilatable est logé, en contrainte, dans au moins un logement ménagé dans la partie supérieure d'une plaque frontale solidaire du fourreau de broche. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de correction de la course d'approche et de retrait de la broche d'usinage est constitué d'une broche de réglage (7) immobilisée axialement en butée et venant en appui sur une plaque frontale (12) solidaire du fourreau de la broche, par l'intermédiaire d'éléments dilatables (31), des moyens élastiques (28) calés entre la plaque frontale (12) et la broche de commande (7) assurant leur maintien en contact contre les éléments dilatables (31). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la position d'une des butées de calage axial, la butée (15), de la broche de réglage (7) est réglable manuellement. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'appui en butée de la broche de réglage (7) est assuré par la pression d'un appui ou vérin de commande de la course de la broche d'usinage. 6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le calage et le freinage élastiques de la broche de réglage 7 sont réalisés par les ressorts 28 maintenant constamment leur pression sur la rondelle 13 par l'intermédiaire des pastilles 29 dont le rôle de friction freine la rotation intempestive de la broche 7.