Brevet FR2395804A1 — publié le 19790126

L'invention se rapporte à la construction des machines outils et a notamment pour objet un procédé d'usinage par coupe des surfaces extérieures des corps de révolution, ainsi qu'une machine pour l'usinage de métaux par coupe pour la mise en oeuvre de ce procédé. Il est plus avantageux d'utiliser le procédé et la machine pour l'usinage de la surface extérieure des corps de révolution, selon la présente invention, dans l'industrie métallurgique, pour l'enlèvement de la couche défectueuse des surfaces des lingots réalisés en forme de corps de révolution (lingots cylindriques et coniques). L'enlèvement de la couche défectueuse peut être effectué soit à l'état froid, soit à l'état chaud des lingots. Il est possible d'utiliser le procédé et la machine proposés dans les usines de construction mecaniqtle pour l'usinage de corps de révolution. On connaît des procédés d'usinage de la surface extérieure des corps de révolution, qui consistent en ce que l'ébauche et l'outil coupant tournent autour de leurs suces disposés avec un décalage dans des plans perpendiculaires entre eux, et l'ébauche et l'outil coupant sont mis en mouvement de translation relatif pour ltenlèvement de la couche prescrite. On connait des machines pour la mise en oeuvre de ce procédé, comportant une poupée avant et une contre-poupée installées sur un bâti et destinées au montage de ltébauche à usiner. La poupée avant renferme une broche pour la rotation de l'ébauche. Sur le bâti, parallèlement à la ligne des pointes des poupées, on a prévu des guidages pour l'installation et le déplacement d'un chariot portant des outils coupants consis- tant en des fraises frontales ou en bout et montés avec possibilité de rotation. Les fraises sont disposées de part et d'autre de llebauche et sont montées sur le chariot de sorte que leurs axes de rotation soient décalés dans le plan vertical par rapport à la ligne des pointes, contre le sens de rotation de l'ébauche. Les axes de rotation des fraises et la ligne des pointes des poupées se situent dans des plans perpendiculaires entre eux.Au cours de l'usinage, l'ébauche est mise en rotation, tandis que les fraises sont entraînées en rotation et se déplacent conjointement avec le chariot sur les guidages du bâti, Pour la mise en oeuvre dudit procédé, on utilise des fraises frontales dont les arêtes tranchantes principales des dents sont disposées dans un même plan perpendiculaire à l'axe de rotation, alors que les arêtes tranchantes auxiliaires des dents se trouvent du côté périphérique de la fraise. Cependant, avec l'augmentation de la longueur de l'arête tranchante principale et du diamètre de la fraise, l'angle d'hélice suivant lequel s'effectue l'usInage s'accroit lui aussi, ce qui conduit à une augmentation de l'avance Sz sur l'arête tranchante auxiliaire, et quand sa valeur limite est atteinte, il se produit une rupture fragile de la partie coupante de l'outil. Donc, ce sont les arêtes tranchantes auxiliaisss des dents de la fraise ( l'absence de coupe libre san; sommet) qui empbehent l'augmentation du rendement de l'usinage par ce procédé. Par "coupe libre sans sommet" on entend le processus d'usinage dans lequel une seule arête tranchante rectiligne participe au processus de coupe. Tout en étant de conception relativement compliquée, les machines-outils prédécrites n'assurent pas une augmentation notable du rendement de l'usinage. Pour cette raison elles n'ont pas trouvé une large application dans l'indus- trie. A l'heure actuelle, l'usinage de la surfaceextérieure des pièces cylindriques et coniques, en particulier lten- lèvement de grandes surépaisseurs, y compris l'élimination de la couche défectueuse de la surface des lingots, s'effectuent sur des tours et sur des machines d'écrofltage des lingots. Le rendement des opérations d'écrottage reste toujours bas, ce qui nécessite un accroissement notable du nombre des tours dans les ateliers d'écroûtage des usines métallurgiques et des usines de constructions de machines, et par conséquent, une augmentation des aires de production nécessaires. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients indiqués. On s'est proposé pour cela de mettre au point un procédé d'usinage de la surface extérieure de corps de révolution, dans lequel serait effectuée une coupe sans sommet, c'est-à-dire une coupe libre, avec mise en contact de secteurs successifs de l'arête tranchante de 11 outil avec la surface à usiner de l'ébauche, ainsi#qu'une machine pour la mise en oeuvre de ce procédé de la manière la plus efficace. Ce problème est résolu du fait que le procédé d'usinage par coupe de la surface extérieure de corps de révolution, du type dans lequel on fait tourner l'ébauche et l'outil coupant autour de leurs axes disposés, avec un certain décalage, dans des plans perpendiculaires entre eux, et on effectue un déplacement relatif de l'ébauche et de l'outil coupant, est caractérisé, suivant l'invention, en ce que le déplacement relatif de la pièce brute ou ébauche et de l'outil coupant se fait,ai début de la passe, suivant une direction perpendiculaire à la surface à usiner de l'ébauche pour assurer la pénétration de l'outil jusqu'à la profondeur de coupe requise, et que la longueur de l'arête tranchante de l'outil est choisie de sorte qu'elle recouvre en largeur la surface de coupe de l'ébauche et qu'elle passe successivement, au cours de la rotation de l'outil coupant, la surface de coupe de l'ébauche, sur toute sa longueur. La machine-outil pour L'usinage de métaux par coupe, pour la mise en oeuvre du procédé, objet de l'invention, du type comportant un bâti sur lequel sont installées deux poupées destinées au montage de l'ébauche et dont l'une comporte une broche pour la rotation de l'ébauche en cours d'usinage, et un chariot monté sur les guidages du bâti et portant un outil coupant à lames disposées sur sa face frontale, monté sur ledit chariot avec possibilité de rotation autour. d'un axe disposé, avec un certain décalage par rapport à la ligne des pointes de poupées, dans un plan perpendiculaire au plan passant par la ligne des pointes de poupées, est caractérisée, suivant l'invention, en ce que les guidages pour le chariot sont disposés sur le bâti suivant une direction transversale à la ligne des pointes des poupées et parallèlement à l'axe de rotation de l'outil coupant, le diamètre de la face dudit outil étant quelque peu supérieur à la distance entre les pointes des. poupées au cours de la coupe, tandis que les lames sont fixées sur ladite face sensiblement radialement et ont une longueur d'arête tranchante quelque peu inférieure à celle du rayon de ladite face, ladite machine-outil étant en outre pourvue d'un mécanisme d'ablocage du chariot après la pénétration de l'outil coupant jusqu'à une profondeur de coupe prédéterminée. Une telle conception de la machine-outil d'usinage des métaux par coupe permet d'augmenter le rendement du dégrossissage des ébauches, grâce à l'accroissement de la longueur de l'ar4te tranchante de l'outil, ce qui permet d'augmenter la largeur de la couche coupée par chaque lame et d'accsoitre la tenue de l'outil coupant, grâce à la coupe libre et à la mise en contact de secteurs successifs de l'arête tranchante avec la surface à usiner. Il est avantageux de relier rigidement entre elles les poupées destinées au montage de la pièce brute, à l'aide d'une poutre disposée au-dessus d'elles. Dans la machine-outil proposée d'usinage des métaux par coupe, les composantes principales des efforts de coupe sont orientées le long de la ligne des pointes des poupées et sont supportées par l'une des poupées. En outre, cette poupée est soumise à l'effort de serrage dealtébauche par la pointe de l'autre poupée au cours de l'usinage, ce qui provoque la déformation et la diminution de la rigidite du -ne de la machine-outil. La réunion des poupées à l'aide de la poutre augmente la rigidité de la machine-outil et prévient les déformations de flexion de la machine-outil. Il n#t pas moins avantageux de placer les poupées, destinées au montage de la pièce brute, sur un plateau installe sur le bâti avec possibilité de rotations Cette disposition des poupées est nécessaire dans le cas où la machine est utilisée pour l'usinage de la surface des pièces coniques (lingots), car la surface à usiner doit être, dans ce cas, perpendiculaire à l'axe de rotation de l'outil coupant. Il est aussi avantageux que le mécanisme de blocage du chariot comporte un élément de serrage coopérant avec le chariot et avec le bati, et un vérin de commande dont l'élément mobile est relié cinématiquement audit élément de serrage, pour assurer son ouverture ou sa fermeture# Cette conception du mécanisme blocage du chariot est la plus simple et la plus fiable au cours de l'e##lo#- tation de la machine. Le procédé proposé d'usinage de la surface des corps de révolution permet d'augmenter de 10 ou 15 fois le ren dement de l'usinage primaire (dégrossissage) des ébauches à l'état chauffé, en comparaison du tournage des ébauches à froid, utilisé largement de nos jours dans l'industrie. La machine-outil proposée d'usinage par coupe pour la mise en oeuvre du procédé, objet de l'invention, perset tout en étant de construction relativement peu compliquée, de réduire le temps machine de l'usinage en moyenne de 10 à 15 fois en comparaison des tours employés actuellement pour le dégrossissage. Ceci permet à son tour de diminuer le parc de machines-outils et de réduire par conséquent les aires de production nécessaires à la mise en place des machines. On donne ci-après la description d'un exemple concret mais non limitatif de réalisation de la présente invention, avec références aux dessins annexés qui représentent - la figure 1, une vue schématique de face, illustrant la disposition de l'ébauche et de l'outil coupant; - la figure 2, une vue de dessus de ltensemble représenté à la figure 1; - la figure 3, une vue latérale du même ensemble; - la figure 4, une vue schématique illustrant la mise en contact de secteurs sucessifs de 11 arête tranchante avec la surface à usiner de 11 ébauche; - la figure 5, une vue latérale de la machine-outil pour l'usinage de métaux,par coupe conforme à l'invention;; - la figure 6, une vue suivant la flèche A de la figure 5; - la figure 7, une vue de dessus de la machine outil de la figure 5; - la figure es une vue en coupe du mécanisme de blocage du chariot; la figure 9, une mue schématique illustrant la position d'une ébauche conique par rapport à l'outil coupant (vue de face); - la figure 10, une vue de dessus de 11 ensemble de la figure 9; - la figure 11, une vue latérale de l'ensemble de la figure c, - la figure 12; une vue en coupe suivant XII-XII de la figure 7. Le procédé usinage, par coupe, de la surface ex térieure des corps de révolution consiste en ce qui suit l'ébauche 1 (figure 1) et l'outil coupant 2 sont mis en rotation autour de leurs axes respectifs 3 et 4 (figures 2, 3) et en déplacement relatif de l'ébauche 1 et de l'cutil coupant 2 pour l'enlèvement d'une couche déterminée. Les axes 3 et 4 sont disposés dans des plans respectifs perpendiculaires entre eux et sontdécalés l'un par rapport à l'autre d'une valeur H. Le déplacement relatif de valeur égale à la profondeur de coupe de l'ébauche 1 et de l'outil coupant 2 s'effectue, au début de la passe, suivant une direction perpendiculaire à la surface à usiner de l'ébauche 1. La longueur 1 (figure 1) de l'arête tranchante de l'outil coupant 2 est choisie de manière qu'elle recouvre, suivant sa largeur "B", la surface de coupe de l'ébauche 1. Lors de la rotation de l'outil coupant 2, l'arête tranchante passe par ses secteurs successifs sur toute la longueur L (figure 4), comme montré par les positions I, Il, III, IV, V de l'arête tranchante par rapport à la surface de coupe de l'ébauche 1. L'essentiel du procédé apparaîtra d'une manière plus détaillée à la lecture de la description suivante de la machine-outil d'usinage de métaux par coupe mettant en oeuvre ledit procédé. La machine-outil proposée comporte un bâti 5 (figure 5), sur lequel sont installées des poupées 6 (figure 6) et 7 pour le montage de l'ébauche 1. Dans la poupée 6 est placée une broche 8 pour la rotation de l'ébauche 1 (au cours de la coupe) autour de l'axe géométrique 3. Le bâti 5 est pourvu de guidages 9 (figures 5 et 7) pour un chariot 10 portant l'outil coupant 2 pourvu d'au moins une lame il disposée sur sa face. L'outil coupant 2 est monté de manière à pouvoir tourner autour de l'axe géométrique 4. L'axe 4 est disposé, avec un décalage "H" (figure 5) par rapport à la ligne des pointes 12 des poupées 6 (figure 6) et 7, c'est-à-dire par rapport à l'axe 3, dans un plan perpendiculaire au plan passant par l'axe 3. L'axe 4 est perpendiculaire à la surface à usiner de l'ébauche 1. Comme il ressort de la figure 7, dans le cas où l'ébauche est de forme cylindrique, les guidages 9 et 1 axe 4 sont perpendiculaires à la ligne des pointes 12 des poupées, c'est-à-dire à l'axe 3. Pour la rotation de l'outil coupant 2, on a prévu une broche 13 reliée par une boite de vitesse 14 à un moteur électrique 15. La broche 8 est reliée cinématique- ment à un moteur électrique 16. Les lames Il sont fixées sur la surface de l'outil coupant 2 sensiblement radialement et ont une longueur "1"- d1 arête tranchante (figure 1) quelque peu inférieure à celle du rayon "R" (figure 4) de la face de l'outil, de sorte qu'elle recouvre, sur une largeur agn, la surface de coupe de la pièce brute 1. Le diamètre de la face de l'outil coupant 2 est quelque peu supérieur à la distance entre les pointes 12 (figure 6) des poupées 6, 7 quand lesdites pointes sont en position de coupe, ctest-à-dire quand l'ébauche 1 est serrée entre elles. Le diamètre (2R) (figure 4) de la face de l'outil coupant 2 correspond au diamètre de la circonférence passant par les points périphériques les plus éloignés du centre de l'outil, des arêtes tranchantes des lames Il (figure 65. Une telle longueur des aretes tranchantes de la lame Il et un tel décalage de l'axe 4 par rapport à l'axe 3 permettent de mettre successivement en contact chaque secteur de chaque arête tranchante de la lame Il avec la surface de coupe de l'ébauche 1. Le chariot 10 (figure 5) est pourvu d'un mécanisme d'avance pour la pénétration de l'outil coupant 2 jusqu'à la profondeur de coupe requise. Le mécanisme d'avance comprend un couple vis sans fin-crémaillère 17 lié cinématiquement par une boite d'avance 18 aux moteurs 19 et 20. Le moteur 19 sert au déplacement du chariot au cours de la pénétration, ctest-à-dire à la réalisation de sa course de travail, tandis que le moteur 20 assure sa course à vide accélérée. Le fait que la longueur B figure 4) de l'arête tranchante soitqiiquepeu inférieure au rayon R de la face de l'outil coupant 2, et que le diamètre de l'outil coupant 2 soit quelque peu supérieur à la distance entre les pointes 12 (figure 6) des poupées 6 et 7 lorsque les pointes 12 se trouvent en position de coupe, c'est-à-dire lorsque l'ébauche 1 est serrée entre elles, et le fait que l'axe 4 soit décalé par rapport à l'axe 3, font que les composantes principales des efforts de coupe sont orientées le long de la ligne des pointes 12 des poupées 6 et 7 et sont appli quéesà la poupée 6.D'autre part, la poupée 6 est soumise à l'effort de serrage de l'ébauche 1 par la pointe de la poupée 7 au cours de l'usinage, ce qui peut provoquer une déformation et une diminution de la rigidité du système de la machine-outil. C'est pourquoi les poupées 6 et 7 sont reliées par une poutre 21 disposée au-dessus d'elles, ce qui permet d'obtenir un système "bouclé" rigide: bâti 5- poupée - poutre 21- poupée 7-bâti 5. Pour le blocage du chariot 10 (figure 5) par rapport au bâti 5 après la pénétration à la profondeur de coupe, il y a sur le bâti un mécanisme de blocage 22. Le mécanisme de blocage 22 comprend un élément de serrage 23 (figure 8) coopérant avec le chariot 10 et le bâti 5, et un vérin de commande 24 dont l'élément mobile (tige) 25 est relié cinématiquement à l'élément de serrage 23 pour assurer son ouverture ou sa fermeture. Pour l'usinage d'ébauches 26 (figures 9, 10, 11) de forme conique sur la machine proposée, les poupées 6 (figure 6) et 7 sont installées sur un plateau 27 (figure 7) monté sur des guidages 28 (figure 12) du bâti 5. Le plateau 27 est monté de manière à pouvoir tourner autour de l'axe 29 d'un angle cl (figures 9, 10) égal à celui du cône de l'ébauche 26, pour permettre deorien- ter la surface à usiner de l'ébauche 25 perpendiculairement à l'axe 4 de l'outil coupant 1. On lit l'angle de rotation du plateau sur une réglette en équerre 30 (figure 12) fixée sur le bâti 5. La machine-outil pour lfusinage des métaux par coupe fonctionne de la manière exposée ci-après. A l'aide d'un dispositif de chargement-déchargement 31 ( figures 5, 7) exécuté sous forme d'un manipulateur, l'ébauche cylindrique 1 est avancée sur la machine de manière que l'axe de l'ébauche 1 vienne coïncider avec la ligne des pointes 12 des poupées 6 et 7, c'est-à-dire avec l'axe 3. Ensuite, à l'aide du fourreau dela poupée 7, l'ébauche 1 est serrée et centrée entre les pointes 12, le dispositif de chargement 31 est reculé, l'ébauche 1 est mise en rotation par le moteur 16 par l'intermédiaire de la broche 8 montée dans la poupée 6, tandis que l'outil coupant 2 est mis en mouvement de rotation par l'intermé diaire de la broche 13 et de la botte de vitesses 14 à partir du moteur 15. Ensuite, à l'aide du couple de vis sans fin-crémaillère 17, de la botte d'avances 18 et des moteurs 19, 20, on effectue l'approche rapide et puis l'avance de travail du chariot 10, pour la pénétration de l'outil coupant 2 à la profondeur de coupe requise. Une fois que l'outil 2 a pénétré jusqutà la profondeur de coupe requise, on arrête l'avance de travail du chariot 10 et on met en action le vérin de commande 24 du mécanisme de blocage 22, en mettant ainsi en action les éléments de serrage 23 par l'intermédiaire de la tige 25, ce qui assure le blocage du chariot 10 par rapport au bâti 5. L'usinage se poursuit par rotation de la pièce brute 1 et de l'outil coupant 2 l'une par rapport à vautre. Pendant la rotation de l'outil coupant 2, les différents secteurs de chaque arête tranchante participent à la coupe. Ainsi, par exemple, dans la position I (figure 4), la partie active de l'arête tranchante nabn est le secteur "bel} dans la position Il la partie active de l'arête tranchante "abu est le secteur "de", dans la position III, c'est le secteur 1,fa". De la sorte, au fur et à mesure de la rotation de 11 arête tranchante "ab" de la position I à la position III, la partie active de l'arête tranchante "ab" se déplace du point "b" au point "a". D'une manière analogue, lors de la rotation ultérieure de l'arête tranchante "ab" de la position III aux positions IV et V, sa partie active se déplace du point na" au point flbw. Une fois terminé l'usinage de l'ébauche 1 on ouvre à l'aide du vérin de commande 24, les éléments de serrage 23 du mécanisme de blocage 22, on effectue le recul rapide du chariot 10, on arrbte les broches 8 et 13 de rotation de l'ébauche 1 et de l'outil coupant 2, on approche le dispositif de chargement-déchargement 31, on fait reculer la pointe de la poupée 7, et on transfère l'ébauche 1 à l'aide du dispositif 31 sur un dispositif de transport (non représenté). Ensuite, le cycle se répète. Pour l'usinage, sur la machine proposée, d'ébauches 26 (figures 9, 10, 11) de forme conique, on tourne le plateau 27 autour de l1axe 29 d'un angle tZ égal à l'angle de conicité de l'ébauche 26 (en lisant ledit angle sur la réglette 30) de sorte que la surface à usiner soit perpendiculaire à l'axe 4 de I'outil coupant 2. L'usinage des ébauches coniques s'effectue d'une manière analogue à l'usinage des pièces cylindriques, décrit ci-dessus. Un modèle expérimental de la machine proposée a subi des essais. L'outil coupant comportait une seule lame. Des ébauches en aciers alliés, de dimensions L = 650 à 700 mm et d = 165 mm ont été usinées à l'état chaud pendant 3 à 5 minutes. La durée de l'usinage de telles ébauches sur un modèle industriel de ladite machine, équipé d'un outil coupant armé de 6 à 8 lames, serait de 1 à 1,2 minutes. Le temps d'usinage de ces ébauches à l'état froid sur le tour utilisé actuellement est de 20 à 24 minutes. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituants des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si cellesci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. - Procédé d'usinage de la surface extérieure de corps de révolution, du type dans lequel on fait tourner l'ébauche à usiner et I'outil de coupe autour de leurs axes respectifs disposés, avec un certain décalage entre eux, dans des plans respectifs mutuellement perpendiculaires, et on effectue un déplacement relatif de l'ébauche et de outil de coupe, caractérisé en ce que le déplacement relatif de l'ébauche et de l'outil de coupe s'effectue, au début de la passe, suivant une direction perpendiculaire à la surface à usiner de l'ébauche, pour effectuer la pénétration de l'outil dans l'ébauche jusqu'à la profondeur de coupe requise, la longueur de l'arête tranchante de l'outil de coupe était choisie de sorte qu'elle recouvre, en largeur, la surface de coupe de l'ébauc#e et qu'au cours de la rotation de l'outil coupant, elle passe successivement sur la surface de coupe de l'ébauche suivant toute sa longueur. 2. - Machine-outiS pour usinage de étaux par coupe, powxr la Bise en oeuvre du procédé conforme à la revendication 1, du type comportant un bâti sur lequel sont installés deux poupées recevant entre elles l'ébauche à usiner et dont ltune est munie d'une broche pour la rotation de l'ébauche, et un chariot monté sur des guidages prévus sur ledit bâti et portant un outil de coupe com portant sur sa face au moins une lame et monté mobile en rotation sur ledit chariot autour d'un axe disposé, avec un certain décalage par rapport à la ligne reliant les pointes des poupées, dans un plan perpendiculaire au plan passant par la ligne des pointes des poupées, caractérisée en ce que les guidages suivant lesquels se déplace le chariot sont disposés sur le bâti de la machine transversalement à la ligne des pointes des poupées et parallèlement à l'axe de rotation de l'outil de coupe, en ce que le diamètre de la face dudit outil est quelque peu supérieur à la distance entre les pointes des poupées au cours de la la lame dudit outil étant fixée sur ladite face sensiblement radialement et son arête tranchante ayant une longueur quelque peu inférieure à celle du rayon de ladite face, et en ce qu'il est prévu un mécanisme de blocage du chariot, destiné à bloquer ce dernier après la pénétration de l'outil de coupe à la profondeur de coupe requise. 3. - Machine-outil conforme à la revendication 2, caractérisée en ce que les poupées pour le montage de l'ébauche sont reliées rigidement entre elles à l'aide d'une poutre située au-dessus d'elles. 4. - Machine-outil conforme à l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que le mécanisme de blocage du chariot comporte un élément de serrage coopérant avec ledit chariot et avec le bâti précité, et un vérin de commande dont l'élément mobile est lié cinématiquement audit élément de serrage pour assurer son ouverture ou sa fermeture. 5. - Nachine-outil conforme à l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les poupées destinées an montage de l'ébauche à usiner sont installées sur un plateau monté sur ledit bâti avec possibilité de rotation. 6. - Ebauches ou produits à usiner analogues, caractérisés en ce qu'ils sont usinés conformément au procédé faisant l'objet de la revendication 1.