Brevet FR2370553A1 — publié le 19780609

La présente invention se rapporte aux machines-outils et a essentillement pour objet, un dispositif pour l'usinage par outils abrasifs. L'invention peut être appliquée au meulage des surfaces courbes des pièces à profil complexe et, en particulier, à l'usinage des surfaces profilées des aubes de turbines à vapeur ou à gaz et de compresseurs axiaux dans les constructions des turbines pour l'énergétique et les transports. La présente invention est avantageusement applicable au rodage ou "honing" de dégrossissage et de finition (sans respecter les cotes) des surfaces à profil complexe de grosses aubes lorsqu > on a recours aux appareils à copier. il est connu un dispositif de meulage de surfaces à profil complexe, comportant une embasse immobile et un corps relié à celle-ci et dont la commande assure le mouvement de va-etvient par rapport à l'embuasse fixe. Le corps est pourvu d'un logement où prend appui, au moyen d'une rotule, un broche de travail portant une meule et accouplée à une commande qui assure le mouvement rotatif périodique de la meule par rapport à l'axe de ladite broche. La broche porte-outil est dotée d'un mécanisme destiné à serrer la meule contre la surface à usiner et à assurer un contact permanent entre l'outil et la surface. L'inconvénient principal de ce disposirif consiste en son faible rendement, surtout en cas d'usinage de grandes surfaces continues, ce qui est dû a la vitesse résultante relativement faible du mouvement de travail de la meule par rapport à la surface à usiner, conditionnée, à son tour, par le fait que le mouvement rotatif de la meule a un caractère périodique. En outre, ce dispositif connu ne peut être utilisé que pour l'usinage de finition, vu la faible épaisseur du métal enlevé pendant une passe de la meule, à cause d'un effort de serrage insuffisant de l'outil contre la surface usinée. La présente invention a pour but de créer un dispositif de meulage à haut rendement qui se prête au rodage de dégrossissage aussi bien au rodage de finition des surfaces courbes à profil complexe et assure une épaisseur constante du métal enlevé, du fait de l'effor-t de coupe stable obtenu, à son tour, gracie à la stabilité de l'effort de serrage de la meule contre la surface à usiner qui est réglable et dirige normalement en n'importe quel point de la surface usinée. Pour résoudre ce problème, il est proposé un dispositif de meulage de surfaces courbes, comportant une embase et un corps relié à celle-ci et à une commande assurant son mouvement de va-et-vient par rapport à l'embasse, et pourvu d'un logement dans lequel prend appui, à l'aide d'une rotule, une broche porte-outil qui peut tourner et porte un outil abrasif serré contre la surface à usiner, ledit dispositif, étant caractérisé, selon l'invention, en ce que le corps est réalisé sous forme d'un cylindre creux qui est relié à l'embase à l'aide de suspensions articulées et abrite une douille intermédiaire pourvue d'une rotule sous forme d'une surface sphérique coaxiale à l'orifice de la douille intermédiaire et comprenant une face plate située dans un plan perpendiculaire à l'axe de ladite douille, et que dans ladite douille est montée ladite broche porte-outil reliée à rzne commande de mouvement rotatif à l'aide d'un arbre élastique et d'un arbre intermédiaire reliées entre eux par assemblage a cannelures ladite douille intermédiaire J etant sollicitée par un mécanisme de serrage pourvu d'un régu- 3auteur de l'effort de serrage, et réalisé sous forme d'un boîtier placé dans le cylindre creux et serré au moyen d'un ressort contre la face de la rotule par sa surface en bout munie d'un orifice central destiné à recevoir l'arbre élastique, ledit arbre intermediaire portant une come cloche rigidement fixée sur lui et se trouvant en contact avec un poussoir relié au cylindre creux. L'avantage du dispositif faisant l'objet de la présente invention réside en ce que la meule effectue un mouvement de travail réglable composé qui comprend un mouvement rotatif et, grâce à la liaison entre le cylindre creux et l'embase au moyen de suspensions articulées, un mouvement de va-et-vient suivant un arc par rapport à l'embase, ce dernier mouvement correspondant à la géométrie du secteur usiné de la surface courbe. L'assemblage à cannelures pour les arbres élastique et intermédiaire peut entre réalisé sous forme d'un manchon constitué par un demi-manchon femelle placé en bout d'arbre intermédiaire et un demi-manchon mâle solidaire de l'arbre élastique, les surfaces de contact des deux demi-manchons étant pourvues de coulisses longitudinales qui, quand elle coïncident forment des orifices où sont placées des billes. Une telle conception de l'assemblage à cannelures permet d'améliorer la transmission du mouvement de rotation de l'arbre intermédiaire à l'arbre élastique, grâce à la réduction du frottement due à l'utilisation des billes lors du mouvement simultané de va-et-vient du cylindre creux. Le poussoir de la commande de va-et-vient peut être réalisé sous forme d'un levier oscillant qui est monté sur un support fixé à l'embase et est relié au cylindre creux par l'intermédiaire d'une tringle d'amortissement. Une telle construction du poussoir, combinée avec la came cloche, assure un réglage aisé du disposirif aux régimes de coupe les plus favorables, c'est-à-dire qu'elle permet de choisir la fréquence, la vitesse et l'amplitude du mouvement de va-et-vient de 1-' outil abrasif. Le régulateur de l'effort de serrage de la meule contre la surface à usiner peut avoir la forme d'unevis montée dans un orifice taraudé ménagé dans le cylindre creux et dont la face en bout est en contact avec un ressort, cette vis comportant un trou central destiné à recevoir l'arbre élastique. Une telle construction du régulateur de l'effort de serrage permet un réglage simple et aisé de l'effort de serrage de la meule contre la surface à usiner. Dans l'un des modes de réalisation du dispositif de meulage, le régulateur de l'effort de serrage peut être exécuté sous forme d'un détendeur communiqant par l'intermédiaire d'un raccord avec le cylindre creux pour que le boitier puisse se déplacer à l'intérieur dudit cylindre. Ce mode de réalisation du dispositif permet d'élargir la gamme de réglage de effort de serrage de la meule contre la surface à usiner, dans le sens de l'augmantation dudit effort. Dans ce qui suit, l'invention va être expliquée plus en détail à l'aide d'exemples de réalisation non limitatif illustrétrés par dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente le dispositif de meulage de surfaces courbes selon l'invention, en coupe longitudinale; - la figure 2 montre un autre mode de réalisation du dispositif de meulage de surfaces courbes selon l'invention, en coupe longitudinale. Le dispositif de meulage des surfaces courbes par le procédé de rodage ou honing comporte une embase 1 (figure 1) solidaire de la poupée porte-broche 2 d'une fraiseuse à copier, par exemple, et un corps réalisé sous forme d'un cylindr#e creux 3 relié à l'embase I à l'aide de suspensions articulées 4 assurant la possibilité d'un mouvement de va-et-vient dudit cylindre creux suivant un arc de cercle par rapport à l'embase 1 le long de la surface d'une pièces à usiner 5, par exemple une aube de turbine à gaz ou à vapeur.Dans un logement 6 à orifice 7 prévu dans le cylindre creux 3 est montée, par l'entremise d'une douille intermédiaire 8, dans des paliers 9 placés dans l'orifice central de celle-ci, une broche porteoutil 10 pouvant tourner et sur l'extrémité saillante de la quelle est rigidement fixé un outil abrasif 11, par exemple une meule. La douille intermédiaire 8 est pourvue d'une surface sphérique coaxiale à l'orifice central de ladite douille et se présentant sous forme d'une rotule 12 faisant corps avec la douille intermédiaire 8 et présentant une face plate 13 disposée dans un plan perpendiculaire à l'axe de la douille intermédiaire 8. Dans le logement 6 se trouve aussi une cage à billes 14 assurant la réduction du frottement entre les surfaces du logement 6 et de la rotule 12.La broche porte-outil 10 est réliée à la broche 15 faisant partie de la fraiseuse à copier mentionnée plus haut et l'entraînant en un mouvement rotatif au moyen d'un arbre élastique 16 et d'un arbre intermédiaire 17, l'accouplement de la broche porte-outil 10 à l'arbre élastique 16 étant assuré par un écrou à poignées 18, tandis quwunhssemblage à cannelures 19 réunit l'arbre élastique 16 à une extrémité de l'arbre intermédiaire 17 dont l'autre extémité est encastrée dans la broche 15. Un mécanisme de serrage de l'outil abrasif Il contre la surface usinée de la pièces 5 comprend un boîtier 20 monté dans le cylindre creux 3 et ayant une face plate 21 en contact permanent avec la face plate 13 de la rotule 12 et pourvue d'un orifice central 22 destiné à recevoir l'arbre élastique 16.Le boîtier 20 est serré contre la face plate 13 de la rotule 12 à l'aide d'un ressort à boudin 23 logé à l'intérieur dudit bottier. Le cylindre creux 3 présente un orifice taraudé 24 où se trouve placée une vis 25 dont la face en bout 26 est en contact avec le ressort 23 et qui sert de régulateur de l'effort de serrage de l'outil abrasif 11. Le corps de la vis 25 est percé d'un trou axial 27 destiné à recevoir l'arbre élastique 16. La commande de va-et-vient du cylindre creux 3 comporte une came cloche 28 à trois saillies, dont deux saillies, notamment 29 et 30, sont mon' s sur le dessin. La came cloche est emmanchée d'un matière rigide sur l'arbre intermédiaire 17 et se trouve en contact. avec un poussoir réalisé sous forme d'un levier oscillant 31 calé sur un appui sous forme de tourillons 32 plavés à leur tour sur un support 33 fixé à l'embase 1. Les extrémités du levier oscillant 31 portent des rouleaux tournants 34 et 35 en contact direct avec la suface de contact de la came cloche 28 et assurant la réduction du frottement entre ladite surface et le levier oscillant 31. Ce dernier est articulé au cylindre creux 3 à l'aide d'une tringle d'amortissement 36 en "sandwic-" c'est-à-dire comportant plusieurs plaques en acier et en caoutchouc orientées transversalement par rapport à l'axe longitudinal de la tringle et serrées par des boulons qui assurent en même temps la fixation de ladite tringle au cylindre creux 3 et au levier oscillant 31. L'assemblage à cannelures 19 comprend un manchon constitué par un demi-manchon femelle 37 monté en bout de l'arbre intermédiaire 17 et d'un demi-manchon mâle 38 placé en bout de l'arbre élastique 16, du côté de l'arbre intermédiaire 17. La surface intérieure du demi #mancb. on 37 et la surface extérieure du demi-manchon 38, qui sont en contacte entre elles, comportent des coulisses longitudinales semi-circulaires uniformément espacées, chacune des coulisses du demi-manchon 37 étant en regard de celle du demi-manchon 38, en formant ainsi des orifices 39 où sont placées des billes 40. La figure 2 représente un autre mode de réalisation du dispositif de meulage, objet de l'invention, dans lequel le cylindre creux 3 est exécuté sous forme d'un verin pneumatique, le boîtier 20 monté dans le cylindre creux sur des joints d'étanchéité 41 faisant office depiston dudit cylindre pneumatique. Le boîtier 20 est alors serré contre la rotule 12 de la douille intermédiaire 8 grâce à l'effort d'un ressort à boudin 42 et à l'effort crée par le boîtier 20 en tant que piston du vérin pneumatique communiquant avec un système d'alimentation en air comprimé (non représenté) au moyen d'un raccord 43 et d'un détendeur 44, ce dernier servant de régulateur pneumatique de l'effort de serrage de l'outil abrasif Il contre la surface à usiner de la pièce 5. Les détendeurs de ce type sont bien connus et décrits en détail dans la litrature, ctest pourquoi le détendeur 44 n'est représenté sur le dessin que schémati quement. Le dispositif de meulage selon l'invention fonctionne de la manière suivante. Avant de procéder au travail il est nécessaire de régler le mécanisme de serrage de l'outil abrasif Il pour assurer l'effort de serrage voulu. A cet effet, l'outil abrasif Il est amené à l'aide de mécanismes appropriés de la fraiseuse mentionnée plus haut, et est serré élastiquement contre la surface à usiner de la pièce 5. L'effort de serrage de l'outil abrasif 11, dans le mode cie réalisation du dispositif illustré sur la figure 1, est réglé suivant les conditions d'usinage et le matériau à usiner en variant l'effort de compression du ressort à boudin 23 à l'aide de la vis 25. Le mouvement de rotation de la broche 15 de la fraiseuse est imprimé, par l'entremise de l'arbre Inteimédiaire 17, de l'assemblage à cannelures 19 et de l'arbre élastique 16, à la broche porte-outil 10 sur lequel est fixé l'outil abrasif 11. Durant la rotation de l'arbre intermédiaire 17 les saillies 29, 30 de la came cloche 28 du poussoir emmanchée sur cet arbre exercent tour à tour une pression sur les extrémités supérieure et Inférieure du levier oscillant 31. Le cylindre creux 3 se trouve alors animé, grce à sa liaisor au levier oscillant 31 par l'intermédiaire de la tringle d'aeos sement 36, d'un mouvement de va-et-vient par rapport N l'embase 1 et, grâce à l'accouplement du cylindre creux 3 à l el'tase 1 assuré par les suspensions articulées 4, ce mouvements s'effectue suivant un arc de cercle dont le rayon est déterminé par l'entraxe des suspensions articulées 4.La tringle d'amortissement 36 sert à atténuer les secousses brutales communiquées par le poussoir de la commande de va-et-vient au cylindre creux 3, en amortissant les efforts d'inertie ainsi engendrés. En conséquence, l'outil abrasif 11 effectue un mouvement de travail composé par rapport à la surface à usiner de la mièce 5, à savoir : un mouvement rotatif et simultanément un mouvement de va-et-vient suivant l'arc, ce qui correspond à la géométrie du secteur de la surface courbe à usiner. L'outil abrasif 11 est alors sollicité par effort de serrage stable dirigé normalement en n'importe quel point de la surface à usiner, ce qui est obtenu grâce à la rotule 12 prévue dans la construction du dispositif. Cet effort de serrage peut, si nécessaire, être réglé par rotation de la vis de réglage 25 dans l'orifice taraudé 24. Le fonctionnement de la variante du dispositif représentée sur la figure 2 ne diffère pas sensiblement du foncionnement du dispositif illustré dans l'exemple de réalisation principal montré su + a figure 1, sauf que l'effort de serrage initial de l'outil abrasif Il contre la surface à usiner de la pièce 5 est assuré par le ressort 42 et la valeur de l'effort de serrage est réglée à l'aide du détendeur 44. Il est possible d'appliquer à outil abrasif un effort de serrage plus grand, puisque le détendeur 44 permet d'amener au boîtier 20 et de régler dans les limites imposées n'importe quelle pression nécessaire. Ainsi, les conditions optimales d'usinage par l'outil abrasif Il durant le honingn des surfaces à profil complexe à l'aide du dispositif selon l'invention sont obtenues comme suit - vitesse circonférentielle du mouvement rotatif de l'outil abrasif Il : par le choix du nombre de tours de la broche 15 de la fraiseuse - paramètre du mouvement de va-et-vient de l'outil abrasif 11, notamment amplitude et vitesse : par le choix du profil de la came cloche 28, le nombre de courses de va-etvient de l'outil étant fonction du nombre de saillies de cette came, qui doit être impair -contact de l'outil abrasif Il avec la surface à usiner de la pièce 5 : par le mouvement de l'appareil à copier de la machine-outil - effort de coupe constant de l'outil abrasif 11 : par l'effort stable de serrage de l'outil au point de contact avec la surface à usiner, qui est assuré à son tour par le mécanisme de serrage. La vitesse de travail résultante du mouvement de l'outil abrasif Il par rapport à la surface à usiner de la pièce 5 est d'environ 1 mètre par seconde. L'épaisseur du métal enlevé à chaque passe de L'outil abrasif 11 peut être reglée suivant le matériau à usiner, le type d'abrasif, la vitesse de coupe et l'effort de serrage appliqué, dans les limites de 0,01 à 0,05 mm pour les travaux de finition et jusqutà 0,4 mm pour les régimes de "honing" de dégrossissage. Le dispositif selon l'invention permet - de diminuer notablement le volume du travail manuel lors de l'usinage des surfaces courbes de grosses aubes de turbines et de compresseurs axiaux, ainsi que de mécaniser et d'automatiser le precessus d'usinage et de réduire ainsi la main d'oeuvre et le temps nécessaire pour le meulage -d'effectuer l'usinage des surfaces à profil complexe en régimes de "honing" tant de dégrossissage que de finition, ce qui est assuré par la zossibilité de régler l'effort de serrage de l'outil abrasif contre la surface usinée; - d'usiner des surfaces à profil complexe aux deux régimes précités de "honing" à basse température, ce qui donne un effet considérable, surtout dans l'usinage de pièces en #alliages de titane susceptibles aux brûlures aux hautes températures de contact propres au processus de meulage ;; - de réduire l'influence du gauchissement, c'est-à-dire des déformations spontanées de la géométrie de la surface usinée, sur le degré d'aspérité de la surface des aubes finies, grace à une faible variation de l'effort de serrage de l'outil abrasif dans des limites de gondolage de l'ordre de 2-3 mm; - d'obtenir un réseau de traces croisées laissées par l'outil abrasif sur la surface usinée, ce qui est dû au mouvement de travail composé de l'outil abrasif et permet d'assurer une répartition uniforme des contraintes résiduelles sur la surface finie de la pièce tout en diminuant notablement le lustrage de la meule. Bien entendu,~ltinvention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à 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 de meulage de surfaces courbes , du type comportant une embase à laquelle est assemblé un corps relié à une commande de va-et-vient dudit corps par rapport à ladite embase , ledit corps comportant un logement d'appui dans lequel est montée, par l'intérmédiaire d'une rotule, une broche porte-outil mobile en rotation et portant un outil abrasif destiné à être serré contre la surface à usiner caractérisé en ce que ledit corps est réalisé sous forme d'un cylindre creux qui est relié à l'embase à l'aide de suspensions articulées et dans lequel est montée une douille intermédiaire pourvue d'une rotule comportant une surface sphérique coaxiale à orifice de la douille intermédiaire et une face plate disposée dans un plan perpendiculaire à l'axe de ladite douille , et que dans ladite douille est montée ladite broche porte-outil , qui est reliée à une commande de rotation à l'aide d'un arbre élastique et d'un arbre intermédiaire reliés entre eux par assemblage à cannelures, ladite douille intermédiaire étant poussée par un mécanisme de serrage pourvu d'un régulateur de l'effort de serrage et réalisé sous forme d'un bottier placé dans ledit cylindre creux et serré au moyen d'un ressort contre ladite face plate de ladite rotule par sa surface en bout pourvue d'un orifice central dans lequel est monté ledit arbre élastique ledit arbre intermédiaire portant une came cloche rigidement fixée sur lui et se trouvant en contact avec un poussoir relié audit cylindre creux 2.- Dispositif de meulage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit assemblage à cannelures est réalisé sous forme d'un manchon constitué par un demi-manchon femelle placé en bout dudit arbre intermédiaire et un demimanchon mâle solidaire dudit arbre élastique, les surfaces de contact des deux demi-manchons étant pourvues de coulisses longitudinales qui, lorsqu'elles coincident , forment des orifices dans lesquels sont placées des billes. 3.- Dispositif de meulage suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit poussoir est réalisé sous forme d'un levier oscillant monté sur un support fixé à l'embase précitée et relié audit cylindre creux par l'intermédiaire d'une tringle d'amortissement. 4.- Dispositif de meulage suivant l'une des revendications 1 ,2 et 3, caractérisé en ce que ledit régulateur de l'effort de serrage est réalisé sous forme d'une vis montée dans un orifice taraudé ménagé dans le cylindre creux et dont la face en bout est en contact avec un ressort cette vis comportant un trou central recevant ledit arbre élastique. 5.- Dispositif de meulage suivant l'une des revendications 1,2 et 3, caractérisé en ce que ledit régulateur de l'effort de serrage est réalisé sous forme d'un détendeur communiquant par l'intermédiaire d'un raccord avec ledit cylindre creux, pour assurer le déplacement dudit boitier à l'intérieur du cylindre creux.