Brevet FR2380843A1 — publié le 19780915

La présente invention se rapporte d'une manière générale à la construction de machines-outils et a plus particulièrement pour objet un dispositif pour la finition à la meule de surfaces-de forme compliquée. Elle trouve son application la plus avantageuse dans la finition des surfaces de forme des aubes de turbines à vapeur et à gaz. On peut l'appliquer, par exemple, aux machines-outils de fraisage transversal périphérique pour l'usinage de finition (sans cote) des aubes de turbine usinées préalablement sur ces machines-outils. Un des problèmes principaux qu'on n'a pas encore réussi à résoudre dans la fabrication de grosses turbines à vapeur et d gaz est le problème de la finition mécanisée des surfaces de forme des aubes à profil variable. Dans la pratique mondiale, la plupart des aubes de grandes dimensions sont meulées sur des rectifieuses à commande manuelle Ce procédé est peut productif, nocif et, de plus, n'assure pas la stabilité reqai- -se des dimensions et de la qualité des surfaces usinées. Etant donné la haute température de contact engendrée au cours de la rectification, il se produit dans la couche superficielle des contraintes allant jusqu'à 40 kg/mm2, ainsi que des microfissures et des brûlures locales. On connatt un dispositif pour la finition à la meule des surfaces d'aubes de turbines, comprenant une meule fixée sur un levier et serrée par un ressort contre la surface à usiner. Cette meule est animée d'un mouvement de va-et-vient par rapport à la surface à usiner de l'aube en rotation autour de son propre axe. En outre, l'aube est susceptible de déplacements suivant deux directions mutuellement perpendiculaires, commandés à partir d'un reproducteur mécanique. Ce dispositif présente l'inconvénient qu'il ne peut usiner que la surface profilée extérieure de l'aube, et qu'il ne peut usiner la surface profilée intérieure car l'outil ne s'inscrit pas dans celle-ci. Il existe aussi un dispositif pour le traitement de surfaces non ssphssriques, qui comporte un bâti fixe portant un chariot animé d'un mouvement de va-et-vient le long de la génératrice de la pièce à usiner tournant autour de son propre axe. Un levier oscillant à deux bras est articulé sur le chariot, l'axe d'oscillation dudit levier étant parallèle à la direction du mouvement du chariot. Sur l'un des bras du levier est fixée une meule. Le mouvement de va-et-vient du chariot est assuré par un mécanisme d'entrainement qui comprend un arbre moteur tournant et un mécanisme à excentrique lié au chariot. Le chariot est soumis à l'action d'un ressort qui assure l'application de la meule sur la surface à usiner. Un tel dispositif ne convient, toutefois, que pour l'usinage des surfaces de pièces en forme de corps de révolution. Quand on l'utilise pour la finition d'autres surfaces de forme compliquée, il n'assure pas un effort constant de serrage de la meule contre la surface à usiner, car dans ce cas l'effort de serrage n'est pas dirigé normalement à la surface à usiner en tout point de contact entre la surface et la meule. Pour pallier les inconvénients énumérés ci-dessus, on s'est proposé de mettre au point un dispositif pour la fini -tion à la meule de surfaces de forme compliquée, qui assurerait un effort de serrage constant de la meule en tout point de la surface à usiner lors du mouvement de va-et-vient de la meule par rapport à la surface à usiner et de la rotation de la meule autour de son propre axe, ainsi que la possibilite d'un usinage circulaire -de pièces du genre aubes de turbines à vapeur et à gaz, notamment de leurs surfaces profilées extérieure et intérieure et de leurs arêtes de travail. Ce problème est résolu du fait que dans un dispositif pour la finition à la meule de surfaces de forme compliquée, du type comprenant un bàti fixe associé à un reproducteur mécanique ou mécanisme de copiage, un chariot animé d'un mouvement de va-et-vient dans ledit batl fixe, un dispositif d'entralnement assurant ledit mouvement de va-et-vient du chariot et un levier oscillant à deux bras monté sur ledit chariot et sur l'un des bras duquel est fixée une meule qui est appliquée sur la surface à usiner par un élément de serrage, suivant l'invention ledit levier à deux bras est monté sur un appui à rotule et ledit élément de serrage coopère avec la surface en bout du second bras dudit levier, l'axe dudit élément de serrage passant par le centre dudit appui à rotule du levier. L'avantage de la présente invention consiste en ce que, grace au fait que le levier portant la meule est monté sur un appui à rotule et que d'autre part le centre de ce dernier est aligné avec l'axe de l'élément de serrage, le levier à deux bras est un levier auto-ajustable, c'est-à-dire qu'en cas d'écart par rapport à l'état d'équilibre, il a tendance, sous l'action de l'élément de serrage, à retourner à l'état d'équilibre en créant ainsi un effort assurant le serrage de la meule contre la surface à usiner et dirigé normalement à celle-ci au point de leur contact.Cet effort de serrage sera constant en tous points de la surface de forme compliquée de la pièce usinée, aussi bien sur ses parties convexes et concaves que sur ses parties de transition, par exemple sur les surfaces profilées extérieure et intérieure de l'aube de turbine et sur ses arêtes, respectivement. Selon un mode d'exécution du dispositif de l'invention, celles des surfaces en bout de l'élément de serrage et dudit second bras du levier qui sont situées en vis-à-vis l'une de l'autre présentent chacune un évidement conique, et entre ces évidements est disposée une bille. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation non limitatif illustré par les dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale du dispositif pour la finition à la meule de surfaces de forme complexe, suivant l'invention; - la figure 2 montre la section suivant la ligne Il-Il de la figure 1. Le dispositif pour la finition à la meule de surfaces de forme compliquée comprend un bâti fixe 1 (figure 1) lié rigidement au reproducteur mécanique ou mécanisme de copiage 2 d'une machine-outil de fraisage transversal périphérique, par exemple, et un chariot 3 monté sur le bàti fixe 1 et pouvant se déplacer en va-et-vient par rapport à ce dernier le long de l'axe d'une pièce à usiner 4, par exemple d'une aube de turbine à vapeur ou à gaz. Sur un appui à rotule 5 composé d'une rotule 6 et d'une cage 7 et monté sur le chariot 3 est disposé un levier oscillant 8 à deux bras sur l'un desquels est fixée d'une façon immobile une meule 9.Le second bras du levier 8, dont la surface en bout présente un évidement conique, coopère avec un élément de serrage 10 monté sur le chariot 3 de sorte que son axe passe par le centre de l'appui à rotule 5 du levier 8. L'élément de serrage 10 est réalisé en forme d'une douille 11 dans laquelle est fixé un ressort 12, la surface en bout de la douille il disposée en regard du levier 8 présentant, elle-aussi, un évidement conique. Une bille 13 est placée entre les évidements coniques ménagés dans les surfaces de bout du second bras du levier 8 et de l'élément de serrage 10. Le mouvement de va-et-vient du chariot 3 le long de l'axe de la pièce à usiner 4 est assuré par un mécanisme d'entralne- ment comportant un élément d'accouplement 14 dont une extrémité est articulée au chariot 3, tandis que l'autre est articulée, par l'intermédiaire d'un palier 15, à un disque 16 emmanché sur un arbre moteur tournant 17. L'arbre 17 peut être mis en rotation par exemple par la broche de la machine-outil précitée (non représentée sur les dessins). Les extrémités de ltélément d'accouplement 14 sont disposées en dehors de l'axe de l'arbre moteur 17 de manière à permettre le mouvement de va-et-vient du chariot 3 pendant la rotation de l'arbre 17. Le palier 15 sert à faciliter la rotation de l'articulation de l'élément d'accouplement 14 associée au disque 16, dans le cas d'une course assez longue du chariot 3. ta rotule 6 de l'appui à rotule 5 du levier 8 porte un doigt cylindrique 18 fixé radialement à la rotule et perpendiculairement à l'axe du levier 8, et une roue à cliquet 19 présentant une rainure de clavetage. L'extrémité libre du doigt 18 est engagée dans la rainure de clavetage de la roue à cliquet 19 de manière que le doigt 18 puisse tourner par rapport à la cage 7 de l'appui 5 dans les limites du mouvement d'oscillation du levier 8. Au bâti fixe 1 est fixée une tringle 20 (figure 2) pouvant osciller suivant la direction du mouvement de va-et-vient du chariot 3. L'extrémité libre de la tringle 20 porte un cliquet 21 s'engrenant avec la roue à cliquet 19.La roue à cliquet 19, la tringle 20 et le cliquet 21 constituent le mécanisme de rotation de la meule 9 autour de son axe, en assurant ainsi l'uniformité de l'usure de sa surface travaillante. Le dispositif conforme à l'invention fonctionne de la manière suivante. Avant de procéder à l'usinage, la meule 9 est rapprochée de la surface à usiner 4 et serrée contre elle d'une façon élastique au moyen de l'élément de serrage 10. La rotation de l'arbre moteur 17 portant le disque 16 est transformée par l'élément d'accouplement 14 en un mouvement de va-etvient du chariot 3 avec le levier 8 et la meule 9 par rapport à la surface à usiner 4. En outre, le levier 8 tourne avec la meule 9 par rapport à l'appui à rotule 5 dans toutes les directions en fonction de la forme de la surface à usiner. L'élément de serrage 10, qui agit par l'intermédiaire de la bille 13 sur le second bras du levier 8, tend alors à ramener le levier 8 dans la position où son axe coïncide avec celui de l'élément de serrage 10, en assurant de la sorte l'effort de serrage de la meule 9 contre la surface à usiner 4. L'effort de serrage est constant en tous les points de la surface à usiner 4 et est dirigé normalement à la surface 4 au point de son contact avec la meule 9, quel que soit l'emplacement de ce point de contact sur la surface. Une telle constance de l'effort de serrage est due à ce que le centre de l'appui à rotule 5 du levier 8 se trouve sur l'axe de l'élément de serrage 10. Au cours de l'usinage, la pièce 4, par exemple l'aube de turbine à vapeur ou à gaz, est mise en mouvement par rapport à la meule 9 dans la direction du mouvement de va-etvient de celle-ci, et est en outre mise en rotation autour de son propre axe. Pendant chaque course aller et retour du chariot 3, la tringle 20 effectue une oscillation autour de son propre axe en déplaçant le cliquet 21 suivant une direction perpendiculaire à l'axe de la roue à cliquet 19. De cette dernière, la rotation est transmise par l'intermédiaire du doigt 18 et du levier 8 à la meule 9. Gracie à la constance de l'effort de serrage de la meule 9 contre la surface à usiner 4, on obtient une haute qualité de finition. Le dispositif conforme à l'invention permet d'usiner à des vitesses moins grandes que celles de la rectification, ce qui évite les brûlures et diminue les contraintes résiduelles dans la couche superficielle. Le dispositif proposé convient, par exemple, pour la finition des parties profilées des aubes de turbines à vapeur et à gaz fabriquées en acier inoxydable ou en alliages réfractaires, aussi bien que celles fabriquées en alliages de titane. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui nta été donné qu a titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la finition à la meule de surfaces de forme compliquée, du type comprenant un bâti fixe assemblé à un reproducteur mécanique ou mécanisme de copiage, un chariot animé d'un mouvement de va-et-vient dans le bâti fixe, un dispositif d'entratnement assurant ledit mouvement de va-etvient du chariot, et un levier oscillant à deux bras monté sur ledit chariot et sur l'un des bras duquel est fixée une meule serrée contre la surface à usiner par un élément de serrage, caractérisé en ce que ledit levier à deux bras est monté sur un appui à rotule et que ledit élément de serrage coopère avec la surface en bout de l'autre bras dudit levier, l'axe dudit élément de serrage passant par le centre dudit appui à rotule du levier. 2. Dispositif pour la finition à la meule de surfaces de forme compliquée, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que celles des surfaces en bout dudit élément de serrage et dudit autre bras du levier qui sont situées en face l'une de l'autre présentent chacune un évidement conique et qu'entre lesdits évidements est disposée une bille.