Brevet FR2290270A1 — publié le 19760604

On sait que les tours a décolleter sont des machines souvent automatiques ayant une grande cadence de production et permettant d'usiner des pièces de petite dimension obtenues a partir d'une barre de métal. Dans ce type de machine, la barre a usiner est entrainée en rotation et, dans sa zone d'extrémité, elle subit l'action des différents outils permettant d'obtenir l'usina- ge que l'on désire, après quoi la zone usinée est tronçonnée pour séparer la pièce finie de la barre, la barre subissant alors un mouvement d'avance discontinu parallèle à son axe pour présenter une nouvelle zone a usiner au droit des outils de la machine.Avec un tel dispositif, on réalise habituellement des pièces comportant des gorges, des filetages ou des portées polygonales qui ont tous un axe commun cnnfondu avec l'axe de la barre que l'on travaille. Il se présente alors une difficulté lorsque l'on désire usiner avec des tours a décolleter des portées circulaires excentrées, c'est-à-dire des portées dont l'axe n'est pas confondu avec l'axe de la barre à usiner. Pour résoudre ce problème relatif à l'usinage des portées excentrées, on a déjà proposé de disposer sur le tour a décolleter un chariot porte-outil auquel on confère un mouvement de translation aller et retour, perpendiculaire a l'axe de la barre d usiner, ce mouvement étant commandé par une came excentrée qui tourne a la mtme vitesse que la barre à usiner et'qui comporte une excentration égale à celle de la portée excentrée que l'on désire réaliser. Dans cette réalisation de l'état de la technique, le chariot porteoutil est donc animé, dans son ensembIe, d'un mouvement aller et retour pour chaque tour de rotation de la barre à usiner, l'amplitude et la commande du mouvement étant telles que la portée usinée est une portée circulaire ayant l'excentration désirée par rapport à l'axe de la barre. Ce dispositif donne satisfaction lorsque la vitesse de rotation de la barre à usiner est relativement réduite, de l'ordre de 650 tours/minute par exemple, ce qui correspond aux vitesses habituellement utilisées sur les tours de décolletage pour la fabrication de pièces en acier. Par contre, si l'on désire faire fonctionner un tel tour à des vitesses notablement plus élevées, par exemple environ 2500 tours/minute, ce qui correspond aux vitesses habituelles pour l'usinage du laiton, on se trouve devant un problème considérable dd au fait que les mouvements d'aller et retour conférés au chariot porte-outil, qui doit réaliser la portée excentrée, sont trop rapides, générent des vibrations insupportables dans l'ensemble de la machine et conduisent d'une part à une réalisation défectueuse de l'usinage et d'autre part ~ une rupture du matériel.On a donc été limité jusqu 1 2. présent , pour la réalisation des portées excentrées sur les tours de décolletage, à l'utilisation de vitesses de rotation restreintes ce qui, étant donné que plusieurs opé rations simultanées sont en général effectuées sur la mame barre, correspond à une augmentation du temps total d'usinage de la pièce, le rapport des temps totaux d'usinage étant voisin de l'inverse du rapport des vitesses de rotation de barre, que l'on adopte. Il en résulte qu'avec les tours de décolletage de type connu, il n'est pas possible de réaliser économiquement des pièces qui, d'une part, comportent une portée circulaire excentrée et d'autre part, sont constituées d'un métal que l'on peut t--availîer à une grande vitesse de rotation de barre, tel que le laiton par exemple. La présente invention a pour but de décrire un procédé d'usinage permettant de réaliser, sur un tour de décolletage, avec de grandes vitesses de rotation de barre, des portées circulaires excentrées sans qu'il en résulte aucune détérioration de la machine, le procédé assurant une réalisation tout à fait satisfaisante de l'usinage de la portée excentrée. La présente invention a également pour but de décrire le dispositif, qui permet de mettre en oeuvre le procédé d'usinage en cause, ce dispositif pouvant entre adapté sans aucune difficulté sur les tours de décolletage de type clas sique. La présente invention a pour objet un nouveau procédé d'usinage rapide de pièces décolletées comportant au moins une portée circulaire ayant un axe excentré par rapport à l'axe de la barre, dont on extrait, par usinage, ladite pièce décolletée, ce procédé consistant à entrainer en rotation la barre dans la zone d'extrémité de laquelle on usine la pièce S obtenir et a approcher perpendiculairement à l'axe de ladite barre un outil de coupe, ledit procédé étant caractérisé par le fait que l'on utilise, comme outil de coupe, une fraise circulaire ayant, par rapport à son axe d'entrainement; une excentration égale à l'excentration que l'on désire obtenir sur la portée excentrée de la pièce ; que l'on entraine ladite fraise a une vitesse de rotation égale à celle de la barre, dans le méme sens que la rotation de la barre ; et que l'on approche progressivement la fraise en direction de l'axe de la barre jusqu'à ce que l'axe de rotation de la fraise se trouve a une distance de l'axe de la barre égale à la somme du rayon de la fraise et du rayon de la portée circulaire excentrée que l'on désire. Dans un mode préféré de mise en oeuvre du procédé d'usinage selon l'invention, on équilibre statiquement et/ou dynamiquement larraise excentrée, pour éviter toute génération de vibrations qui pourrait titre préjudiciable à la bonne qualité de l'usinage. La présente invention a également pour objet une machineoutil du type des tours a décolleter, permettant de mettre en oeuvre le procédé d'usinage ci-dessus défini, ladite machine coEpor- tant un dispositif d'entrainement d'une barre constitutive de la matière première d partir de laquelle on veut réaliser une pièce décolletée, ledit entrainement comportant d'une part une rotation continue de la barre autour de son axe et d'autre part, une translation discontinue parallèle a l'axe de la barre, pour amener la zone d'extrémité de la barre soumise à usinage, au droit des outils d'usinage, lorsqu'une pièce décolletée a fini de subir l'opération d'usinage, ladite machine comportant en outre au moins un chariot porte-outil susceptible d'avoir un mouvement d'avance transversal sensiblement perpendiculaire a l'axe de la barre, caractérisée par le fait qu'au moins un chariot porte-outil a avance transversale porte une fraise circulaire excentrée, ladite fraise étant entrainée en rotation à une vitesse égale a celle de la barre, dans le meme sens que la rotation de ladite barre. Dans un mode préféré de réalisation, la machine selon l'invention est un tour de décolletage, la fraise circulaire excentrée est entrainée en rotation a partir de l'organe d'entrainement de la barre d usiner par l'intermédiaire d'un ensemble d'engrenages et d'un joint homocinétique interposé entre la dernière roue d'engrenage et l'arbre d'entrainement de la fraise ; entre la fraise et le joint homocinétique d'entrainement, est disposée une botte de roulements,qui assure la liaison entre l'arbre de la fraise et le chariot à mouvement transversal qui porte ladite fraise ; la fraise constitue un disque circulaire comportant une pluralité de trous régulièrement répartis, lesdits trous permettant la mise en place de masselottes d'équilibrage ; le disque, que constitue la fraise, comporte d'une part, une zone de moyeu, où s'effectue la solidarisation avec l'arbre d'entrainement de la fraise, et d'autre -a*t, une couronne annulaire solidaire du moyeu, ladite couronne pouvant ou non constituer une pièce distincte du moyeu ; la fraise comporte ~: sa périphérie une pluralité de dents de coupe détalonnées ; le chariot à mouvement transversal sur lequel est montée la fraise a un mouvement d'avance transversale à commande automatique. Comme il a été indiqué dans la définition du procédé selon l'invention, une machine comportant une fraise ayant une excentration donnée par rapport à l'axe de son arbre d'entrainement, permet d'obtenir, sur la pièce usinée, une portée circulaire excentrée dont l'axe a, par rapport à l'axe de la barre usinée, une excentration égale à celle de la fraise utilisée.De plus, si lton appelle t la distance minimum qui existe à la fin de l'opération d'usinage entre l'a:'# de l'arbre d'entrainement de la fraise et l'axe de la barre usinée et si l'on appelle R le rayon de la fraise, le rayon r de la portée circulaire excentrée que l'on aura obtenue sur la pièce usinée, aura pour valeur : r =t-R. Si l'on part d'une barre initiale de sectionicirculaire, il est clair que le rayon de la barre initiale devra, pour que l'on puisse usiner une portée circulaire de rayon r et d'excentration e, titre supérieur ou au moins égal à la valeur (r + e).Si l'on part, pour réaliser l'usinage, d'une barre initiale de section polygonale, l'observation précédente est valable en faisant intervenir a la place du rayon de la section de la barre, le rayon du cercle inscrit dans le polygone de section de la barre. La machine selon l'invention permet d'usiner des portées circulaires excentrées avec de très grandes vitesses de rotation de barre ; en particulier, de telles portées excentrées pourront titre usinées dans des barres en laiton sans qu'il soit nécessaire de réduire les vitesses de rotation de barre habituellement utilisées sur les tours de décolletage pour le laiton, lesdites vitesses étant voisines de 2500 tours/minute. L'intérSt du dispositif selon l'invention est d'c'viter de faire subir au chariot porteoutil, qui oorrespond à l'usinage de la portée circulaire excentrée, un mouvement de va et vient à grande fréquence, générateur de vibrations et de contraintes amenant la rupture des organes. Dans le dispositif préféré selon l'invention, la fraise excentrée, étant équilibrée, ne produit aucune vibration gênante et permet d'obtenir un usinage rapide et de qualité très satisfaisante. La fraise circulaire recentrée utilisée peut titre réalisée, soit en une seule pièce, soit en deux pièces, l'une constituant le moyeu et l'autre une couronne annulaire de coupe. ta zone de coupe de la fraise est réalisée en acier de coupe, de type connu, tel qu'un acier rapide surcarburé par exemple. Il est clair que le dispositif selon llinvention, peut titre adapté sur un tour de décolletage de type classique, quelle que soit la construction de celui-ci ; il peut étre utilisé avec des machines automatiques ou semi-automatiques ; le mouvement transversal du chariot qui porte la fraise, peut être commandé par tout dispositif de type connu, comme par exemple un dispositif a came, la rotation de la came étant commandée par la programmation de la machine. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, un mode de mise en oeuvre représenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin : - les figures 1 à 4, représentent schématiquement, vues en bout, quatre positions successives de la fraise et de la portée circulaire excentrée, que ladite fraise a permis d'obtenir, lesdites positions se déduisant l'une de l'autre par une rotation de 900 de la fraise et de la pièce usinée ; - la figure 5 représente une vue schématique et partielle de la machine selon l'invention - la figure 6 représente, en plan, la fraise excentrée de la machine selon l'invention ; - la figure 7 représente, en coupe axiale, la fraise de la figure 6 ; - la figure 8 représente, en détail,' les dents de coupe de la fraise de la figure 6. En se référant au dessin, on voit que la figure 5 représente en plan, schématiquement et partiellement, un tour de décolletage dont le b ti 1 porte un support de barre 2, qui est traversé par une barre de laiton 3 de section circulaire. Ce tour de décolletage est de type classique et la barre 3 est entrainée en rotation d'un mouvement continu uniforme, par un dispositif non représenté. te tour 1 comporte un chariot porteoutil 4, dont la position est réglable parallèlement à l'axe de la barre 3, le chariot porte-outil 4 étant susceptible autre animé d'un mouvement transversal perpendiculaire l'axe 3a de la barre 3, comme représenté par la flèche F1.Le chariot 4 porte une botte de roulements 5 à l'intérieur de laquelle est disposé l'arbre d'entrainement 6 d'une fraise circulaire 7. L'axe 7a de la fraise 7, est distant d'une longueur e de l'axe 6a de l'arbre 6. t'arbre 6 est entrainé en rotation par un joint homocinétique comportant deux articulations d'extrémité 8 et 9, reliées par un manchon coulissant 10. te joint homocinétique est lié à l'axe 11 d'une roue d'engrenage 12 qui est en trainée en rotation par un ensemble de pignons dont seul le premier 13 a été représenté sur le dessin. t'ensemble d'engrenages, qui assure l'entrainement du pignon 12, est lié au système d'entrainement en rotation de la barre 3 de façon que la rotation de la barre 3, schématisée par la flèche F2, soit égale et de même sens que la rotation de la fraise 7 schématisée par la flèche F3. Sur la figure 5, on a supposé que l'on désirait usiner, dans la barre 3, une pièce comportant une zone cylindrique 1x, à l'extrémité de laquelle on désire une portée circulaire excentrée 15. L'état final de la portée circulaire excentrée 15, après usinage, est représenté en pointillés, alors que l'on a représenté en trait plein, l'état initial avant l'action d'usinage dfle S la fraise 7.Comme sur les tours à décolleter habituels, lorsque la pièce usinée 14-15 est terminée, on sépare ladite pièce de la barre 3 par un quelconque moyen de coupe et on fait avancer la barre 3 dans le support de barre 2, d'un mouvement de translation longitudinal discontinu selon la flèche F4, pour amener dans la zone d'usinage, une nouvelle portion de barre. Pour mieux comprendre l'action d'usinage de la fraise 7, il convient de se reporter au schéma des figures 1 à 4. Sur ce schéma, on a représenté, vu de face, d'une part la fraise 7 et d'autre-part, la portée circulaire excentrée 15 en fin d'usinage. Sur la figure 1, on a représenté une première position de la fraise 7 et de la portée excentrée 15. On a indiqué en traits mixtes, la position de la barre 3, clest-d-dire la bordure de la pièce au droit de la fraise 7, avant usinage. Les flèches indiquées sur la pièce et sur la fraise, représentent les sens de rotation. Pour une question de repérage, on a positionné sur la fraise 7, quatre points A, B, C, D et sur la portée excentrée 15, quatre points a, b, c, d. On a désigné par 15a, l'axe de la portée circulaire excentrée 15.On voit que l'excentration e c'e la fraise 7 se trouve reproduite pour la portée 15, c'est-à-dire que la distance e existant entre les axes 6a et 7a se retrouve entre les axes 3a et 15a. On voit également que la distance Qexistant en fin d'usinage entre les axes 6a et 3a est égale à la somme des rayons R et r respectivement de la fraise 7 et de la portée excentrée 15. Sur la figure 2, on voit que la fraise 7 et la portée excentrée 15 ont tourné de 900 autour de leurs axes de rotation respectifs 6a et 3a. Les deux cercles restent tangents au point d'usinage, qui se trouve toujours sur la ligne 7a, 15a. La figure 3 représente les -rnemes éléments après une nouvelle rotation de 900 la figure 4 représente les mimes éléments après une dernière rotation de 900 ; on voit que, dans tous les cas, les cercles représentant les bordures de la fraise 7 et de la portée excentrée 15, restent constamment tangents en un point situé sur la ligne 7a, 15a, ce point se déplaçant dans l'espace au cours de la rotation des organes. Lorsque l'on commence l'usinage, la zone où l'on doit tailler la portée circulaire excentrée 15, a pour bordure la surface extérieure de la barre 3; le chariot 4 est alors rapproché de l'axe 3a de la barre 3 dans un mouvement d'avance transversal, selon la flèche F1. Sur le dessin, on a supposé que le rayon p de la barre 3 était égal a la valeur (r + e), r étant le rayon de la portée circulaire excentrée que l'on désire et e l'excentration de ladite portée.Lorsque l'axe 6a de l'arbre 6 vient à une distance de l'axe 3a de la barre 3 qui est égal à (P + R + e), R étant le rayon de la fraise, on obtient un premier contact entre la fraise 7 et la barre 3, ce contact s'effectuant au moment où le point C de la fraise 7 est le plus rapproché de l'axe 3a de la barre 3. Si l'on poursuit alors le mouvement d'avance du chariot 4 en direction de l'axe 3a, on réalise l'usinage jusqu a ce que l'on arrive dans la position finale représentée sur les figures 1 à 4, position dans laquelle la distance k entre les axes 6a et 3a est devenue égale à (R + r).Pour chaque position du chariot 4, l'usinage s'effectue sur la barre 3 selon un arc de cercle centré en 15a et ayant un rayon égal a (L - R), L étant la distance existant entre les axes 6a et 3a en cours d'usinage. Sur les figures 6 et 7, on a représenté la réalisation de la fraise 7. On voit que ladite fraise est constituée d'un disque en acier rapide surcarburé, comportant un orifice central 16 qui permet le logement de 1 'extrémité de l'arbre 6. La bordure de la fraise 7, est constituée de dents 17, dont les arêtes de coupe 18 sont disposées sur un cylindre qui a son axe décalé de la distance e par rapport à l'axe de l'orifice 16. La fraise 7 cornporte 100 dents 17 identiques sur toute sa périphérie. La figure & montre que les dents 17 comportent une zone de détalonnage 19 en arrière de chaque arête de coupe 18. La fraise 7 comporte, entre sa zone de bordure et l'ori- fice 16, douze trous 20 régulièrement répartis tous les 300 autour de l'axe du logement 16. Ces trous sont filetés intérieurement et destinés à recevoir des vi#s 21 permettant de fixer sur la fraise des rondelles d'équilibrage 22. En utilisant des rondelles d'équilibrage de poids convenable, on peut ainsyassurer l'équilibrage statique et dynamique de la fraise 7, pour éviter que l'excentricité de la zone de coupe par rapport à l'axe 6a de l'arbre 6 ne crée un balourd générateur de vibrations. On a constaté qu'en adaptant le dispositif selon l'invention sur un tour de décolletage classique, on pouvait obtenir des portées circulaires excentrées en utilisant des -vitesses de rotation de barre de 2 500 tours/minute ou plus pour la fabrication de pièces en laiton. Il est bien entendu que le mode de réalisation ci-dessus décrit n'est aucunement limitatif et pourra donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'usinage rapide de pièces décolletées comportant au moins une portée circulaire ayant un axe excentré par rapport à l'axe de la barre, dont on extrait, par usinage, ladite pièce décolletée, ce procédé consistant à entraîner en rotation la barre dans la zone d'extrémité de laquelle on usine la pièce à obtenir et à approcher perpendiculairement à l'axe de ladite barre un outil de coupe, ledit procédé étant caractérisé par le fait que l'on utilise, comme outil de coupe, une fraise circulaire ayant, par rapport à son axe d'entrainement, une excentration égale à l'excentration que l'on désire obtenir sur la portée excentrée de la pièce ; que l'on entraîne ladite fraise à une vitesse de rotation égale à celle de la barre, dans 1 même sens que la rotation de la barre ; et que l'on approche progressivement la fraise en direction de l'axe de la barre Jusqu'à ce que l'axe de rotation de la fraise se trouve à une distance de l'axe de la barre égale à la somme du rayon de la fraise et du rayon de la portée circulaire excentrée que l'on désire. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on équilibre statiquement et/ou dynamiquement la fraise excentrée. 3 - Machine outil du type des tours à décolleter, comportant un dispositif dlentrainement d'une barre constitutive de la matière première à partir de laquelle on veut réaliser une pièce décolletée, ledit entrainement comportant d'une part une rotation continue de la barre autour de son axe et d'autre part, une translation continue parallèle à l'axe de la barre, pour amemer la zone d'extrémité de la barre soumise à usinage, au droit des outils d'usinage, lorsqu'une pièce décolletée à fini de subir l'opération d'usinage, ladite machine comportant en outre au moins un chariot porte-outil susceptible d'avoir un mouvement d'avance transversal sensiblement perpendiculaire à l'axe de la barre, caractérisée par le fait qu'au moins un chariot porte-outil à avance transversale porte une fraise circulaire excentrée, ladite fraise étant entrainée en rotation à une vitesse égale à celle de la barre, dans le même sens que la rotation de ladite barre. 4 - Machine selon la revendication 3, caractérisée par le fait que la fraise circulaire excentrée est entrainée en rotation à partir de l'organe d'entrainement de la barre à usiner par l'intermédiaire d'un ensemble d'engrenages et d'un joint homoeiné- tique interposé entre la dernière roue d'engrenage de l'ensemble d'engrenage et l'arbre d'entrainement de la fraise. 5 - Machine selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'entre la fraise et le joint homocinétique d'entrainement, est disposée une botte de roulements, qui assure la liaison entre l'arbre de la fraise et le chariot à mouvement transversal qui porte ladite fraise. 6 - Machine selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée par le fait que la fraise constitue un disque circulaire comportant une pluralité de trous régulièrement répartis, lesdits trous permettant la mise en place de masselottes d'équilibrage. 7 - Machine selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisée par le fait que le disque, que constitue la fraise, comporte d'une part, une zone de moyeu, où s'effectue la solidarisation avec l'arbre d'entrainement de la fraise, et d'autre part, une couronne annulaire solidaire du moyeu, ladite couronne pouvant ou non constituer une pièce distincte du moyeu. 8 - Machine selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisée par le fait que la fraise comporte à sa périphérie une pluralité de dents de coupe détalonnées. 9 - Machine selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisée par le fait que le chariot à mouvement transversal sur lequel est montée la fraise a un mouvement d'avance transversale à commande automatique. 10 - Machine selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisée par le fait que la fraise circulaire excentrée dont la zone de coupe est réalisée en acier de coupe tel qu'un acier rapide surearburé par exemple, et constitué soit en une seule pièce, soit en deux pièces assemblées dont l'une forme le moyeu et dont l'autre forme une couronne annulaire de coupe.