Brevet FR2309299A1 — publié le 19761126

L'invention concerne les machines à brocher, c'est-à-dire des machines d'usinage ar enlèvement de copeaux dans lesquelles l'outil ou broche est porté par un coulisseau mobile sur un bâti sur lequel on fixe la pièce à usiner nes machines mettent en oeuvre une technique sans cesse en évolution. Les usine aui fabriouent des pièces en série, notamment dans l'industrie automobile, ont de plus en plu3 recours à cette technique d'usinage dont les principaux avantages sont :une grande précision d'exécution, une bonne finition, c'est-à-dire un bon état de surface, et une cadence de production élevée.Bien que les bra- ches soient spéciales pour chaque pièce à usiner et, par conséquent, d'un prix tres élevé, le prix de revient de l'usinage par brochage se révèle très rentable dès ou'il s'applique à la grande série Les broches et les montages d'usinage sont tous les jours plus modernes, plus complexes et plus précis. Les machines à brocher suivent difficilement cette évolution. Des essais ont montré que l'état de surface des pièces usinées varie avec la vitesse de coupe; au-delà d'environ 25m/mn, on a constaté que l'état de surface est aussi bon qu'à faible vitesse, surtout pour une profondeur de passe importante .Or, les machines à brocher actuelles sont conçues pour travailler à des vitesses de coupe qui ne dépassent guère 2Om/mn, c'est-à-dire dans une mauvaise plage de vitesse Le mouvement du coulisseau porte-outil de ces machines est souvent commandé par un vérin hydraulique. Cette solution est bien adaptée à des vitesses de coulisseau faibles, mais aux alentours et au-delà de 25m/mn, les problèmes de rigidité de l'axe, de débit de la centrale hydraulique, de pertes de charge, d'échauffement de l'huile, de coups de bélier, etc..., deviennent pratiauement insolubies dans l'état actuel de la technique On a essayé aussi d'entrainer des machines à brocher au moyen d'un moteur électrique à courant continu, mais cette solution pré sente aussi des inconvénients.En effet, étant donné aue ce moteur assure les accélérations, ralentissements, arrêts et inversions de sens du coulisseau, il doit être commandé par un variateur de vitesse puissant et fiable qui est, par conséquent d'un prix relativement élevé. La masse de l'ensemble mobile constitué par le cou lisseau, la broche, le rotor du moteur et les éléments de la tran mission interposée entre le rotor et le coulisseau, est importante, surtout dans les machines de grandes dimensions, de sorte que les accélérations, positives ou négatives, que l'on doit imprimer au coulisseau se traduisent par des appels de courant importants et par des échauffements du moteur nuisibles à sa bonne conservation. Ces inconvénients prennent d'autant plus d'importance que l'on cherche à travailler à des vitesses de coupe plus élevées qui ac croissent les variations d'énergie cinétique de l'ensemble mobile. De plus, si, sur des machines horizontales, on a seulement à tenir compte des accélérations de l'ensemble mobile, on doit, sur les machines verticales, vaincre auasi l'accélération de la pesanteur lors de la remontée du coulisseau Le but de l'invention est de perfectionner les machines à brocher en vue de réduire les inconvénients précités des machines connues Â cet effet, suivant l'invention, la machine comporte un dispositif d'accumulation d'une partie, au moins, de l'énergie ciné tique emmagasinée pendant la course du coulisseau, dans lten emble constitué par ledit coulisseau, le rotor du moteur électrique et la transmission précitée, ainsi que des moyens de transfert de ladite énergie du coulisseau au dispositif d'accumulation et vice versa Grâce à cette combinaison de moyens, au moins en ce qui concerne la course de travail, le moteur électrique n'a plus à assurer le ralentissement de tout l'ensemble mobile dans la dernière partie de sa course puisque l'énergie cinétique qui y était emma gainée passe dans le dispositif d'accumulation, et de plus, b il est considérablement aidé pour imprimer au coulisseau sa course de retour dont le début est assuré par l'énergie restituée par le dis positif d'accumulation Cette amélioration du fonctionnement de la machine permet d'u tiliser, pour l'entrainement du coulisseau, un moteur asynchrone branché directement sur le réseau de distribution électrique, les ralentissements et les accélérations sont ainsi assurés par l'éner- gie fournie par le dispositif d'accumulation, sans que le moteur soit alimenté, ce qui supprime les appels importants de courant habituels au démarrage et à l'inversion de sens ; le moteur travaille à sa puissance nominale sans avoir à la dépasser temporairement ce qui élimine les problèmes d'échauffement du moteur ; de plus, le rapport du couple à l'inertie du rotor du moteur est plus favorable dans le cas d'un moteur asynchrone que dans celui d'un moteur à courant continu; ainsi, à puissance égale, son énergie cinétique est plus faible, ce qui en facilite les conditions de fonctionnement L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples, quelques modes de réalisation d'une machine perfectionnée suivant l'invention Sur ces dessins La Fig. 1 est une vue schématique de profil de l'ensemble d'un premier mode de réalisation d'une machine i brocher verticale suivant 1' invention La Fig. 2 est, L plus petite échelle, une vue schématique arrière correspondante La Fig. 3 montre une variante de la Fig. 2, et La Fig. 4 repré1sente schématiquement un autre mode de réalisa- tion d'un dispositif d'aecumulation d'énergie associé à une machine du genre de celle de la Fit; 1. La machine à brocher verticale représentée schématiquement sur la Fig. 1 comporte un coulisseau 1 qui porte des outils ou broches 2 et qui peut se déplacer d'un mouvement de va-et-vient dans des glissières verticales 3 solidaires d'un bUti 4. La pièce à usiner 7 est serrée dans un montage d'usinage 8 fixé sur une table rétractable 9 dont les mouvements sont assurés, par exemple, par un vérin à fluide sous pression 12 Les mouvements du coulisseau sont assurés à partir d'un moteur électrique asynchrone 15 (Fig. 2) par l'intermédiaire d'une transmission qui comporte un réducteur de vitesse 16 et un pignon denté 17 en prise avec une crémaillère 18 solidaire du coulisseau 1. Les dentures du pignon et de la crémaillère sont, de préférence, à chevron pour éviter toute composante latérale sur le coulisseau La transmission est munie d'un frein, par exemple un frein à disque représenté schématiquement en 21 et dont le disque 22 est solidaire de l'arbre 35 du moteur asynchrone 15 L'énergie cinétique ernnagasinée dans le coulisseau, le rotor du moteur et la transmission qui les relie est absorbée, en fin de course de travail, par un dispositif d'accumulation d'énergie 25 qui, dans le mode de réalisation de la Fig. 1, est constitué par un ressort hélicoïdal de compression 26 à axe vertical dont une extrémité repose sur le socle du bssti 4 et dont l'extrémité supérieure se trouve sur la fin du trajet de l'extrémité inférieure du coulisseau 1.Dans l'exemple, le ressort 26 est précontraint et, à cet effet, une plaaue 27 qui repose sur ledit ressort supporte un étrier 28 traversé librement par une tige verticale 29 dont l'extrémité inférieure est ancrée dans le socle du bâti et l'extrémité supérieuze présente une tête qui limite l'allongement du ressort 26 à la valeur correspondant à la pré-tension désirée Le fonctionnement de la machine est le suivant Le coulisseau étant à sa position haute représentée sur la Fig. 1 et une pièce à usiner 7 étant en place dans le montage d'usinage 8 fixé sur la table 9, on desserre le frein à disque 21 (Fig. 2 ), ce qui permet à l'Xccélération de la pesanteur de s1ex- ercer librement sur le coulisseau et, par conséquent, d'amorcer sa descente.Lorsque le coulisseau a atteint une vitesse appréciable, on alimente le moteur électrique 15 pour le faire tourner dans le sens correspondant, ce oui entretient la course de descente du coulisseau freinée par l'engagement des broches 2 dans la pièce à usiner 7. Lorsque le coulisseau est sur le point d'atteindre la fin de sa course de descente, on coupe le courant d'alimentation du moteur électrique, 11 extrémité inférieure du coulisseau 1 entre en contact avec la plaque supérieure 27 du dispositif d'accumulation d'énergie 25 et assure, par conséquent, la compression du ressort 26 jusqu'au moment où toute l'énergie cinétique emmagasinée dans l'ensemble mobile constitué par le moteur électrique 15, le coulisseau 1 et la transmission qui les relie est passée dans le ressort 26. Au moment ou le coulisseau s'arrête, on serre le frein 21.Simultanément, la table porte-pibce 9 est soumise à l'action du vérin de rétraction 12 de façon à ce que la pièce usinée 7 ne frotte pas contre les broches 2. Ensuite, l'énergie accumulée dans ce ressort repasse dans le coulisseau 1 et amorce son mouvement de remontée, on alimente alors de nouveau le moteur électrique 15 pour le faire tourner dans le sens inverse afin d'amener le coulisseau 1 à l'extrémité supérieure de sa course ascendante de retour. Pendant cette course ascendante de retour, la pièce usinée est éjectée et une nouvelle pièce vient se fixer dans le montage d'usinage 8. On coupe l'alimentation du moteur un peu avant que le coulisseau atteigne la fin de sa course dont le ralentissement est assuré par l'accélération de la pesanteur.Au moment où le coulisseau starrête, on serre le frein 21. Simultanément, la table porte-pièce est sou- mise à l'action du vérin de rétraction 12 de façon à ce que la pièce à usiner 7 soit en position d'usinage . Le cycle est alors terminé Etant donné que le ralentissement et l'accélération du coulisseau, dans la partie basse de sa course, sont assurés par le dispositif d'accuuulation d'énergie 25 et, dans la partie haute de sa course, par la pesanteur, et que le moteur électrique n'est pas alimenté pendant les périodes correspondantes, il ne subit aucune fatigue anormale et travaille seulement à sa puissance nominale, sous des écarts de vitesse relativement faibles Le frein à disque 21 est particulièrement bien adapté à la fonction qui lui est dévolue, grâce à sa simplicité, sa robustesse, sa grande résistance à éohanffemsnt et sa faible inertie. Dans un cycle normal, il bloque la transmission dès que le coulisseau atteint une vitesse nulle en fin de course .En cas d'arrAt d'ur- gence, ce frein peut arrêter le coulisseau dans une position quelconque Sur la Fig. 3, on a représenté une variante du mode de réalisation de la Fig. 2 dont elle se différencie par le fait que le réducteur de vitesse 16A comporte un arbre d'entrée 35 d'accouplement au moteur électrique asynchrone 15 qui tourne toujours dans le même sens et deux arbres de sortie 36,37 tournant en sens inverse et accouplés, par deux embrayages 38,39, à deux arbres 42,43 sur lesquels sont fixés deux pignons dentés 44,45 simultanément en prise avec une roue dentée commune 46 fixée sur l'arbre 47 qui porte le pignon denté 17 en prise avec la crémaillère 18 solidaire du coulisseau.Le frein à disque 21 coopère, par exemple, avec l'arbre 42 Selon qu'on désire entrainer le coulisseau vers le haut ou vers le bas, on met en prise l'un ou l'autre des deux embrayages 38 ou 39. Cette mise en prise est effectuée après lancement du coulisseau, soit sous l'action du dispositif d'accumulation d'énergie 25, soit sous l'effet de l'accélération de la pesanteur, de sorte que la mise en prise de ces embrayages peut se faire à un moment où la vitesse relative de leurs éléments menant et mené est pratiquement nulle, de sorte que l'usure de leurs garnitures est insignifiante Sur la Fig. 4 , on a représenté une variante du dispositif à ressort d'accuiulation d'énergie de la Fig. 1.Elle est constituée par un accumulateur hydro-pneumatique 52, de préférence oléo-pneu- matique, avec une chambre supérieure 53 remplie d'une phase gazause et une chambre inférieure 54 remplie d'une phase liquide, en l'oc- curence de l'huile, reliée à un vérin de transfert d'énergie 55 dont le cylindre 56 est supporté par le bssti 4 de la machine, tandis que son piston 57 est solidaire d'un poussoir 58 situé sur la fin de la course descendante de l'extrémité inférieure du coulisseau 1.Le circuit de liaison entre l'accumulateur oléo-pneumatique 52 et le vérin 55 comporte un clapet anti-retour 61 shunts par une valve de préférence une électro-valve 62, de contrôle du passage du liquide de l'accumulateur vers le vérin Le fonctionnement de ce dispositif d'accumulation est le sui- vant Dans la dernière partie de sa course descendante, le coulisseau 1 repousse le piston 57 du vérin 55 et fait passer une partie de l'huile contenue dans ce vérin par le clapet anti-retour 61 et la refoule dans l'accumulateur 52 dont il augmente la pression l1électro-valve 62 est fermée pendant cette période, comme repré- senté sur la Fig. 4 . Afin de commander le retour du coulisseau, l'électro-valve 62 est mise en position d'ouverture sous le con table d'un système électrique de tout type classique approprié (non représenté) , de sorte qu'une partie du liquide sous forte pression contenu dans l'accumul & eur 52 passe à travers cette électro-valve et pénètre dans le vérin 55 dont elle soulève le piston 57 qui transmet au coulisseau 1 l'énergie qu'il reçoit ainsi de l'accumulateur. le fonctionnement est le m8me que dans les modes de réalisation décrits plus haut, en ce qui concerne le moteur électrique asynchrone Les exemples décrits et représentés ccncernent une machine à brocher verticale, mais le principe de l'invention est applicable également à des machines à brocher horizontales, et dans ce cas, avantageusement à chacune des deux extrémités de la course du cou lisseau On pourrait aussi appliquer le principe de l'invention à la fin de la course de retour du coulisseau dans une machine à brocher verticale, si l'on désirait mettre en oeuvre des accélérations supérieures à celles de la pesanteur Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ; on peut y apporter des modifications, suivant les applications envisagées, sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention Revendications 1.- Machine à brocher dans laquelle l'outil est porté par un coulisseau entrains d'un mouvement de va-et-vient dans des glissières d'un bssti à partir d'un moteur électrique par une transmission appropriée, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif (25) d'accumulation d'une partie, au moins, de l'énergie cinétique emmagasinée, pendant la course du coulisseau (1), dans l'ensemble constitué par ledit coulisseau, le rotor du moteur électrique (15) et la transmission précitée (35,16,17,18), ainsi que des moyens (27,61,62) de transfert de ladite énergie du coulisseau au dispositif d'accumulation et vice versa. 2.- Machine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'accumulation d'énergie (25) est constitué par un élément déformable élastiquement (26) fixé au btti (4) de la machine et dont une partie, qui constitue les moyens de transfert d'énergie précités, se trouve sur la fin du trajet de l'extrémité correspondante du coulisseau 3.- Machine suivant la revendication 2, caractérisée en ce que l'élément déformable élastiquement est constitué par un ou plusieurs ressorts (26) 4.- Machine suivant la revendication 2, caractérisée en ce que l'élément déformable élastiquevent (26) est muni de moyens de prétension (29) 5,- Machine suivant les revendications 3 et 4 considérées ensemble, caractérisée en ce que les moyens de pré-tension (29) sont constitués par une butée de limitation du mouvement du ressort (26) vers sa position à l'état libre . 6.- Machine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'accumulation est constitué par un accumulateur hydro-pneumatique (52) relié à un vérin de transfert d'énergie (55) porté par le bati (4) de la machine et dont l'organe mobile (57) est solidaire d'un élément (58) qui se trouve sur la fin de la cous se de l'extrémité correspondante du coulisseau (1) 7.- Machine suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le vérin (55) est relié à l'accumulateur hydro-pnelamatique (52) par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour (61) shunté par une valve (62) de contrôle de passage de liquide de l'accumulateur vers vérin 8.- Machine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le moteur électrique est un moteur asynchrone (15) 9.- Machine suivant la revendication 1 ,caractérisée en ce aue la transmission (35,16,17,18) qui relie le moteur (15) au cou lisseau (1) est munie d'un frein (21) 10.- Machine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la transmission qui relie le moteur au coulisseau comporte deux arbres (42,43) tournant en sens inverse et reliés au coulisseau (1) par deux channes cinématiques (36,42 et 37,43) munies chacune d'un embrayage (38,39)