Brevet FR2349384A1 — publié le 19771125

l'invention se rapporte à 11 usinage des pièces par coupe et, plus concrètement, aux procédés d'usinage des surfaces curvilignes des pièces par un outil de coupe tournant et aux machines pour la mise en oeuvre de ces procédés. L'invention peut être utilisée, avec le plus grand succès, pour l'usinage des surfaces des pales amovibles d'hélices. On sait, d'après la littérature technique, que les surfaces curvilignes concaves sont travaillées, d'une manière plus précise et productive, par une fraise en bout en observant les conditions exposées ci-après. 1. la fraise est montée, à n'importe quel point de coupe, sous un anale par rapport à la surface à usiner, de sorte que le point de contact de son arase tranchante avec la surface à usiner et l'axe de la broche soient disposés dans le plan passant par le vecteur d'avance et par la normale à la surface au point considéré. 2. L'axe de la broche prend des positions angulaires diverses, chosies en fonction de la courbure de la surface Pour la réalisation de ces conditions, il est nécessaire de faire appel à une machine dans laquelle l'outil de coupe tournant peut réaliser cinq déplacements indépendants, dont trois rectilignes et perpendiculaires entre eux et deux rotatifs autour de deux axes. les vitesses de rotation autour des deux axes doivent être liées avec la modification de la courbure par une loi aussi proche Gue possible d'une loi linéaire. Dans ce cas, l'usinage se fait continuellement suivant des régimes technologiques optimaux. On contact actuellement un procédé d'usinage des surfaces curvilignes des pièces par un outil de coupe tournant, prévoyant des déplacements relatifs de la pièce et de l'outil le long des-trois axes d'un système de coordonnées rectangulaire, et la rotation relative autour de deux axes perpendiculaires entre eux, se trouvant dans les plans de coordonnées, ce qui permet à l'outil d'occuper, à chaque point de coupe, des positions angulaires diverses par rapport à la surface à usiner, choisies en fonction de la courbure de la surface. On connais, en plus, une machine pour l'usinage des surfaces curvilignes (cf., par exemple, le brevet de la RFA n0 1552393, cl. B23 b, 3/10). Dans cette machine, la table servant à fixer les pièces à usiner et la tête portant la broche de l'outil tournant sont montées avec possibilité de déplacement relatif le long des trois axes d'un système de coordonnées rectangulaire et avec possibilité de rotation relative autour de deux axes perpendiculaires entre eux, se trouvant dans les plans de coordonnées. la construction de cette machine permet d'exécuter la rotation simultanée de la broche autour de deux axes perpendiculaires entre eux, dont le premier est parallèle à l'un des plans de coordonnées de la machine et se déplace en mouvement rectiligne, alors que l'autre axe tourne autour du premier axe et est en m#me temps l'axe de rotation de la broche. Cet autre axe se trouve dans l'un des plans de coordonnées de la machine. Du fait de la combinaison des deux rotations, l'axe de rotation propre de la broche décrit des surfaces coniques imaginaires avec différents angles de conicité. On s'est proposé de mettre au point un procédé et une machine pour l'usinage des surfaces curvilignes, qui assureraient l'application d'une technologie d'usinage optimale, ce qui permettrait d'obtenir une grande précision des surfaces usinées avec un haut rendement de la machine. Ce problème est résolu du fait que dans le procédé d'usinage des surfaces curvilignes des pièces par un outil de coupe tournant, prévoyant des déplacements relatifs de la pièce et de l'outil le long des trois axes d'un système de coordonnées rectangulaire et une rotation relative autour de deux axes perpendiculaires entre eux, se trouvant dans les plans de coordonnées, ce qui permet à l'outil de prendre, à chaque point de coupe, des positions angulaires diverses par rapport à la surface à usiner, choisies en fonction de la courbure de la surface, suivant l'invention l'outil est monté, par rapport à l'un des axes de rotation, sous un angle constant, et lors de la rotation de l'outil autour de cet axe son propre axe de rotation décrit, au cours de a coupe, une surface conique à angle de conicité ocn#ta:ft. l'invention est caractérisée en outre par le fait que l'outil disposé. sous ledit angle constant par rapport à l'un des axes ce rotation est susceptible de tourner conjointement avec cet axe autour de l'autre axe de rotation. il est rationnel de Qrnsposer cet autre axe de rotation parallèlement à la direction de déplacement de la pièce à usiner. Avec une telle cor nuaison des mouvements, le changement des vitesses de rotation autour de deux axes perpendiculaires er-tre eux est lié avec la modification de la courbure de la surface à usiner par une loi propre d'une loi linéaire. Cela permet d'utiliser une fraise en bout pour l'usinage des surfaces curvilignes concaves. Cette fraise peut être inclinée, à chaque point de coupe, par rapport à la normale à a surface sous un angle optimal préétabli, choisi en fonction de la courbure de la surface, et le point de contact de l'arête tranchante de la fraise et son axe se trouvent dans le plan passant par la normale la la surface et par le vecteur d'avance. En plus, ce procédé permet d'usiner les bords curvilignes par exemple ceux des pales, également avec une fraise à queue, avec conservation d'une position angulaire préétablie de la fraise par rapport au bord sur n'importe quel secteur d'usinage. Le procédé proposé est mis en oeuvre à l'aide d'une macLine dans laquelle la table destinée à la fixation de la pice à usiner et la tette portant la broche porte-outil sont montées avec possibilité de déplacements relatifs le long des trois axes d'un système de coordonnées rectangulaire et avec possibilité de rotation relative autour de deux axes perpendiculaires entre eux, se trouvant darus les plans de coordonnées ladite machins étant caractérisée, suivant l'invention, en ce que la te te portant la broche avec l'outil tournant est fixée à l'extrémité d'un arbre creux, sous un angle constant par rapport à sor axe coïncidant avec l'un des deux axes de rotation perpendiculaires entre eux, ledit arbre étant monté dans un corps pivotant autour de l'autre axe de rotation, disposé parallèlement à la direction de déplacement de la table avec la pièce à usiner, et portant la commande de la broche de l'outil tournant, arbre de transmission de laquelle traverse ledit arbre creux. Cette combinaison des mouvements permet de placer les deux axes de rotation dans le même corps, d'utiliser une téte de ccnstrùction simple à commandes rigides individuelles de rotation autour de chacun de deux axes, et-d'assurer également un positionnement aisé de la pièce au cours de l'usinage de sa surface. De la sorte, le procédé et la machine proposés pour 11 usinage des surfaces curvilignes des pièces par un outil de coupe tournant permettent : i) de réaliser un fraisage tridimensionnel aussi rationnel que possible des surfaces curvilignes au moyen d'une fraise en bout standard; 2) d'assurer, dans une large gamme de dimensions de pièces à usiner, un fraisage continu en maintenant la fraise par rapport à la surface dans une position angulaire optimale 3) de créer une machine universelle d'une conception simpleX avec des commandes rigides séparées de rotation autour de chacun des deux axes ;; 4) de placer les mécanismes de pivotement et de rotation de la broche en dehors de la tête, et créer ainsi la possibilité d'obtenir une commande rigide de la broche, avec de petites dimensions de la tête et avec une large plage de modification de la courbure de la surface à usiner ; 5) de réaliser sur une base unique des machines unifiées, dotées de trois déplacements le long des axes de coordonnées rectangulaires, avec conservation de la plupart des ensembles communs. On donne ci-apr s la description d'un exemple concret mais ronlimitatif de réalisation du procédé et de la machine u1'ant l'inventions, avec références aux dessins annexés qui - la figure 1, une vue schématique dwensemblede la machine pour la réalisation du procédé proposé, suivant l'invention - Jn ut une vuc schématique illustrant la disposition de l'outil dans le plan passant par la normale de la surface à usiner et par le vecteur d'avance ; - la figure 3, la disposition de l'outil par rapport à la surface à usiner, dans le système de coordonnées rectangulaires;; - les figures 4a, b, c, des vues schématiques illustrant la disposition de la surface conique imaginaire décrite par l'axe de l'outil pendant la rotation autour de l'un des axes de rotation, dans les différentes zones de sa rotation autour du deuxie axe ; - la figure 5, une vue en coupe longitudinale du corps de la machine, portant la tête de broche avec l'outil tournant ; - la figure 6, la position initiale de l'outil tournant avant le début du travail. le procédé d'usinage -des surfaces curvilignes des pièces, par exemple des pales amovilbes des hélices, au moyen d'un outil tournant, consiste en ce qu'on imprime à la pièce 1 (figure 1) et à l'outil de coupe tournant, par exemple à la fraise en bout 2, des déplacements relatifs le long de trois axes X, Y, Z d'un système de coordonnées rectangulaires, et une rotation relative autour de deux axes perpendiculaires entre eux 0-0 et 0i O1, se trouvant dans des pl'tns de coordonnées. Pour la réalisation de ces déplacements relatifs et pour les rotations de la pièce i et de la fraise 2, on peut comoeunlquer des combinaisons diverses de mouvements ; par exemple, à la pièce 1 on peut imprimer un mouvement le long de n'importe lequel des axes X, Y, Z (non représenté) du système de coordonnées rectangulaire, avec rotation simultanée par rapport à l'un quelconque des axes 0-0 ou 1- 1 ; dans ce cas on peut déplacer l'outil de coupe (fraise 2) le long de deux quelconques des-axes X, Y, Z et le faire tourner par rapport à l'un des axes 0-0 ou O1-O1~ l'invention sera mieux comprise gracie à la description de l'exemple suivant de réalisation du procédé proposé, dans lequel la pièce 1 (figure i) se déplace le long de l'axe X du système de coordonnées rectangulaire, et 1' outil de coupe 2 se meut le long des axes Y et Z et tourne par rapport à l'axe 0-0 se trouvant dans le plan de coordonnées YOZ, et à l'axe O# se trouvant dans le plan de coordonnées YOY. l'axe 0i - O1 est parallèle à la direction de déplacement de la pièce 1, c'est-àdire à l'axe X.Tous les mouvements, c'est-à-dire le mouvement de la pièce et les quatre mouvements de la fraise, sont exécutés simultanément et à des vitesses préétablies. Au cours de l'usinage de la surface curviligne de la pièce 1, on dispose la fraise en bout 2 sous un certain angle (figures 2 et 3) par rapport au plan tangent imaginaire M-M à n'importe quel point F sur la surface à usiner de la pièce 1. le point F de contact de l'arête tranchante de la fraise 2 avec la surface à usiner, l'axe de rotation 02 - 02 de la fraise et le vecteur S de son avance sont disposés dans un meome plan, comme montré sur la figure 2. On choisit pour l'angle tune valeur optimale, de manière à satisfaire à la condition d'inscription de la frise au cours de l'usinage, par exemple, de surfaces concaves. Pour l'usinage de surfaces convexes, l'angle 8-peut être réduit à zéro, c'est-àdire crue le plan frontal de la fraise peut être mis en coïncidence avec le plan tangent MEl. En plus, lors de l'usinage des surfaces curvilignes de la pièce 1, on dispose la fraise en bout 2 sous un angle constant 9 par rapport à l'axe 0 - O. Pendant la rotation de la fraise en bout 2 autour de l'axe 0-0, son propre axe de rotation 2- se déplace, au cours de l'usinage, suivant une surface conique imaginaire A (figure 4b), avec un angle de cône constant 2 9 , dont le sommet B se trouve sur l'axe 0-0, comme montré sur les figures 4a, b, c. On fait tourner la fraise en bout 2, incliné sous l'angle constant t par rapport à l'axe 0-0, conjointement avec cet axe 0-0 autour d'un autre axe Oi-0i (figures 4a, c). Pendant la rotation, la surface conique imaginaire A occupe les positions montrées sur les figures 4a et 4c, l'axe 2- 2 de rotation de la fraise 2 restant dans le plan NS et occupant dans l'espace n'importe ruelle position angulaire par rapport à la normale N (figures 2 et 3) au point F de contact de la surface de la pièce avec la fraise. le procédé proposé est mis en oeuvre sur une fraiseuse dont le schéma général est montré en figure 1. Sur les guidages 3 de cette machine est montée une table 4 qui se déplace le long de l'axe X du système de coordonnées rectangulaire. La pièce à usiner 1 à surface curviligne est fixée sur la table 4 d'une manière connue en soi. Sur le portique de la machine, dans les guidages5 d'une traverse fixe 6, disposés parallèlement à l'axe Y, est monté un chariot en croisillon 7 portant un coulisseau 8 mobile dans le plan vertical (déplacer#nt le long de l'axe Z). la construction de ces nièces n t est pas décrite en détails, du fait qu'elles sont largement connues. A la partie inférieure du coulisseau 8 est fixé un goujon 9 (figure 5) sur lequel est monté un corps 11, sur des paliers 10. L'axe du goujon 9 coïncide avec l'axe de rotation 01-0,, qui est disposé parallèlement aux guidages 3 (figure 1), c'est-à-dire à la direction de deplacen.ent de la table 4. Dans le corps il (figure 5) est monté un arbre creux 12 dont l'axe géométrique coïncide avec l'axe de rotation 0-0. Sur l'extrémité 13 de l'arbre creux 12 est fixée une tête 14 portant une broche 15 avec 11 outil tournant (fraise en bout 2), la tête 14 étant fixée de façon que l'axe 02 - 02 de la broche 15 soit incliné par rapport à l'axe 0-0 de l'arbre creux 12 sous un angle constant la broche 15 est montée sur des paliers 16 et mise en rotation par la commande ta placée sur le corps 11, par l'intermédiaire des engrenages coniques 17, de l'arbre de transmission 18 traversant l'arbre creux t2, et d'engrenages cylindriques. L'arbre creux 12 est monté sur des paliers 20 du corps Il et sa rotation autour de l'axe 0-0 se réalise à l'aide des engrenages 21 et 22 à partir d'une commande 23. le corps il est mis en rotation par l'intermédiaire des engrenages 24 et 25 à partir d'une commande 26. L'engrenage 24 en prise est fixé sur le corps 11. En tant que commandes 19, 22 et 26, on peut utiliser toutes les commandes connues employées dans les machines analogues. La #c3ition initiale de la fraise en bot 2 est montrée elt figure 6. Le montage de la fraise au point désiré et dans la position angulaire voulue par rapport à la surface à usiner se fait de la marnière exposée ci-après. 4. On fait tourner la broche 15 autour de l'axe 0-0 (figure 4b) suivant la surface conique imaginaire A jusqu'à la position angulaire requise par rapport à l'axe X. 2. On fait tourner le corps li, conjointement avec la broche 15 tournée, autour de l'axe 1- 1 de sorte que la broche 15 prenne une position angulaire prédéterminée par rapport aux axes Y et Z. 3) On fait déplacer la table 4 (figure 1), le chariot en croisillon 7 et le coulisseau 8 le long des axes X, Y et Z jusqu'à la mise en coïncidence de l'arête tranchante de la fraise 2 avec le point considéré de la surface de la pièce 1. Tous les déplacements mentionnés sont exécutés simultanément. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés quel titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, sicelles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICAIONS 1. Procédé d'usinage de surfaces curvilignes de pièces au moyen d'un outil tournant, du type prévoyant des déplacements relatifs de 12 pièce et de l'outil le long de trois axes d'un système de coordonnées rectangulaire et une rotation relative autour de deux axes mutuellement perpendiculaires se trouvant dans des plans de coordonnes, ce qui permet à l'outil d'occuper à chaque point de coupe différentes positions angulaires par rapport à la surface à usiner, ces positions étant choisies en fonction de la courbure de la surface à usiner, caractérisé en ce mouton dispose l'outil tournant sous un angle constant par rapport à l'un desdits axes de rotation, et que lors de la rotation de outil autour de cet axe son propre axe de rotation décrit, au cours de l'usinage, une surface conique à angle de conicité constant. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce rue l'outil disposé sous ledit angle constant par rapport à l'un des axes de rotation est susceptible de tourner conjointement avec cet axe autour de l'autre axe de rotation. 3. Procédé conforme à l'une Zes revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit autre axe de rotation est disposé parallèlement à la direction de déplacement de la pièce à usiner, 4. Machine pour la mise-en oeuvre du procédé conforme à l'une des revendications 1 à 3, du type dont la table pour la fixation de la pièce à usiner et la t#te portant la broche de l'outil de coupe sont montées avec possibilité de déplacement relatif le long des trois axes d'un système de coordonnées rectangulaire et avec possibilité de rotation relative autour de deux axes mutuellement perpendiculaires se trouvant dans des plans de coordonnées, caractérisée en ce que la tête portant la broche de l'outil tournant est fixée à l'extrémité d'un arbre creux, sous un angle constant par rapport à son axe cofncidant avec l'un desdits deux axes de rotation mutuellement perpendiculaires, ledit arbre creux étant monté dans un corps susceptible de tourner autour de l'autre axe de rotation, disposé parallèlement à la direction de déplacement de la table portant la pièce à usiner, et portant la commande de la broche de l'outil tournant, dont l'arbre de transmission traverse l'arbre creux.