Brevet FR2394353A1 — publié le 19790112

La présente invention concerne la construction des machinesoutils. Elle a plus précisément pour objet une machine-outil destinée aux opérations d'alésage de précision. L'invention peut être appliquée avec le maximum de succès dans les machines-outils destinées à l'usinage de finition de pièces de haute précision, qui exigent soit le respect rigoureux des distances entre les axes des alésages à usiner, soit celui des distances séparant lesdits axes des surfaces de référence des pièces à usiner. L'invention peut aussi être utilisée dans les machinesoutils, les machines ou les appareils qui exigent un maintien rigoureux de la position dans l'espace des axes des broches tournantes pendant toute la période comprise entre le moment de la mise en rotation et celui de l'échauffement complet des sous-ensembles à broches en cours de fonctionnement. Dans les réalisations connues, les têtes porte-broche sont immobilisées sur leurs embases, et leur positionnement précis est assuré par des chevilles introduites à force dans le corps de la tête porte-broche et serrées de part et d'autre par des vis de réglage qui se déplacent dans des taraudages taillés dans des plaques qui sont bloquées et fixées sur l'embase au moyen de chevilles sans jeu. Un tel blocage permet de positionner rigidement l'ensemble à broche relativement à son embase, tout en permettant un ajustement précis de l'axe de la broche suivant une direction parallèle au plan de fixation de l'ensemble, de manière que les dilatations thermiques du corps n'entrainent pas le décalage de l'axe ~ broche par rapport à son embase . Dans tous les modèles de machines connus , les chevilles de fixation sont disposées dans un plan passant par l'axe de la broche, qui, en général, est en même temps l'axe de symétrie du corps dudit ensemble. Cette particularité des constructions connues, tout en étant avantageuse pour un ensemble à broche disposé suivant l'axe de symétrie de l'embase, devient un inconvénient quand il s'agit d'un ensemble à broche quelconque dont l'axe est décalé par rapport à l'axe de symétrie de l'embase. Cet inconvénient consiste en ce qui suit. En régie générale, chaque ensemble à broche s'échauffe en cours de fonctionnement ce qui entraîne des dilatations thermiques des éléments du corps non seulement de l'ensemble proprement dit, mais aussi de son embase, à laquelle la chaleur de 11 ensemble à broche est transmise par conduction. Compte tenu de la dissipation de la chaleur, la température de l'ensemble à broche est toujours supérieure à celle de l'embase, si celle-ci n'a pas d'autres sources d'échauffement. Etant donné la différence entre les températures de l'ensemble et de l'embase à laquelle ledit ensemble est fixé, il apparalt dans le joint entre l'ensemble et son embase un décalage relatif dû -à la différence des valeurs des dilatations thermiques. En présence de chevilles de- fixation disposées dans un plan passant par l'axe de la broche, les décalages thermiques dans ledit joint ne modifient pas la position de l'axe de la broche par rapport à l'embase suivant une direction parallèle au plan de fixation. La position de l'axe de la broche dans l'espace reste elle-aussi invariable si cet axe coïncide avec l'axe de symétrie de l'embase. Si,par contre, l'ensemble est décalé de l'axe de symétrie de l'embase, ce qui est le cas typique pour toutes les machines outils multi-broches, la dilatation thermique de embase entrain le décalage dgs ltespace de axe de la broche suivant la direction de la dilatation éventuelle de l'axe, notamment suivant une direction parallèle au plan de joint entre l'ensemble à broche et l'embase. On connaît déjà une machine-outil destinée aux opérations d'alésage de précision avec compensation de ses déformations thermiques. La machine-outil comporte un bâti et une table destinée au blocage des pièces à usiner et qui se déplace sur le bâti au cours des opérations d'alésage. Sur le bâti sont fixés un ou deux ponts ou embases, dont chacun porte au moins une tête porte-broche avec la broche associée. te corps de la tête porte-broche est fixé sur le côté du pont qui est orienté vers la table. te corps est fixé de telle sorte que l'axe de la broche soit décalé relativement à l'axe de symétrie du pont. te corps de la tête porte-broche est positionné relativement au côté du pont auquel il est fixé par deux chevilles de contrôle (de référence) engagées à force dans le corps de la tête portebroche. il est bien connu que les axes des chevilles de contrôle sont disposés dans un plan passant par l'axe de la broche perpendiculairement au plan de fixation de la tête porte-broche sur le pont. La conception de cette machine-outil permet de compenser les déformations thermiques se produisant sous l'effet de la dilatation du corps de la tête porte-broche, ainsi que sous l'effet de la dilatation du pont uniquement dans une direction perpendiculaire au plan de fixation dela tête sur le pont. Toutefois, dans le cas de la disposition universellement adoptée des axes des chevilles de contrôle, c'est-à-dire leur disposition dans un plan passant par l'axe de la broche (bien que la dilatation du corps de la tête porte-broche suivant une direction parallèle à celle du plan de fixation ne provoque pas de décalages de l'axe de la broche suivant cette même directions le déplacement dans l'espace de l'axe de la tête porte-broche , dû à la dilatation thermique du pont parallèlement au plan de fixation, est d'autant plus important que ledit axe est plus éloigné de l'axe de symétrie du pont. Quand deux têtes porte-broche sont montées de part et d'autre de l'axe de symétrie du pont, la distance entre les axes des broches augmente au fur et à mesure de l'échauffement en cours de fonctionnement et compromet la précision d'usinage. te but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients précités. On s'est donc proposé de créer une machine-outil pour opérations d'alésage de précision , dans laquelle la disposition des axes de chevilles de contrôle relativement aux axes des broches et aux axes de symétrie des ponts serait telle qu'elle permettrait de compenser les déplacements thermiques des axes de broches suivant une direction parallèle au plan de fixatin de la tête porte-broche sur le pont, ce qui, à son tour, améliorerait la précision d'usinage. Ce problème est résolu du fait que la machine-outil pour opérations d'alésage de précision avec compensation de ses déformations thermiques , du type comprenant un bâti, une table destinée à la fixation (blocage) des pièces à usiner et qui se déplace sur ledit bâti au cours des opérations d'alésage, et un ou deux ponts fixés audit bâti et portant chacun g moins une tête portant une broche et dont le corps est fixé sur la face du pont qui est orientée vers la table, de façon-que ltaxe de la broche soit décalé relativement à l'axe de symétrie du pont, ledit corps étant fixé relativement à ladite face du pont au moyen de chevilles introduites à force dans le corps de la tête porte-broche, est caractérisée, suivant l'invention en ce que lesdites chevilles sont disposées dans ledit corps de manière que le plan passant par leurs axes soit décalé p rapptt àunplan parallèle passant par l'axe de la broche, du côté opposé à l'axe de symétrie du pont. Une telle disposition des chevilles de contrôle assure une compensation mutuelle de la dilatation du corps de la tête porte-broche et du pont suivant une direction parallèle au plan de fixation de la tête, par soustraction de la dilatation thermique du corps de la tête porte-broche fixé dissymétriquement, qui déplace l'axe de la broche vers l'axe de symétrie du pont, de la dilatation thermique du pont qui déplace l'axe de la broche dans le sens opposé. Il est particulièrement avantageux de faire en sorte que la distance entre le plan passant par l'axe de la broche et le plan passant par l'axe de symétrie du pont, et la distance entre le plan passant par les axes des chevilles et le plan passant par l'axe de la broche, soient reliées par la relation suivante:: a étant la distance entre le plan passant par les axes des chevilles et le plan passant par l'axe de la broche; b, la distance entre le plan passant par l'axe de la broche et le plan passant par l'axe de symétrie du pont; t1 S la température d'échauffement maximale en cours de fonctionnement du corps de la tête porte-broche à une vitesse de rotation constante de la broche; t2, la température d'échauffement maximale du pont à cette même vitesse de rotation de la broche; k1, le coefficient de dilatation thermique du matériau du corps de la tête porte-broche; k2, le coefficient de dilatation thermique du matériau du pont. Si la relation proposée est réalisée, on obtient une compensation réciproque complète de la dilatation du corps de la tête porte-broche et du pont suivant une direction parallèle au plan de fixation des têtes, ce qui assure la précision du maintien de la position dans l'espace des axes de broches des têtes d'alésage. Si dans la machine connue la précision de maintien de la position de l'axe de la broche aléseuse dans l'espace est obtenue à 3 microns près, depuis le moment de la mise en rotation jusqu'à celui de l'échauffement complet du corps de la tête porte-broche en service, le dispositif suivant l'invention permet de réduire le décalage thermique de l'axe de la broche jusqu'à 2 microns, en assurant une amélioration sensible de la précision d'usinage des pièces importantes de machines et d'instruments. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description, qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels: -la figure 1 représente une vue d'ensemble d'une machineoutil pour opérations d'alésage de précision suivant l'invention, dans laquelle une tête porte-broche est décalée par rapport à l'axe de symétrie du pont, tandis que les axes des chevilles sont décalés par rapport au plan passant par l'axe de la broche (la seconde cheville , qui n est pas représentée sur le dessin, se trouve du côté opposé de la tête);; -la figure 2 représente une vue d'ensemble d'une machine pour opérations d'alésage de précision, dans laquelle deux broches sont installées de part et d'autre de l'axe de symétrie du pont et les distances entre les axes des chevilles, les axes des têtes et l'axe de symétrie du pont sont reliées entre elles, suivant l'invention, par une relation qui permet de compenser complètement les dilatations thermiques dans une direction parallèle au plan de fixation des têtes sur le pont. La machine suivant l'invention , destinée aux opérations d'alésage de précision (figure 1), comporte un bâti 1, une table de travail 2 pour la fixation (blocage) des pièces à usiner, qui se déplace sur le bâti 1 au cours des opérations d'alésage, et deux ponts 3 rapportés sur le bâti 1. Chaque pont 3 porte une tête porte-broche 4 avec une broche 5. La fixation du corps 6 de la tête porte-broche 4 sur la face 7 du pont 3 orientée vers la table de travail 2 est réalisée de telle manière que l'axe A-A de la broche 5 soit décalé relativement à l'axe de symétrie B-S du pont 3. En outre, le. corps 6 de la tête porte-broche 4 est fixé au moyen de deux chevilles 8 qui servent à contrôler la position de la tête porte-broche 4 relativement au pont 3.La deuxième cheville 8 (non représentée sur la figure i) se trouve du côté opposé de la tête 4 correspondante. Suivant l'invention, les chevilles 8 sont disposées dans corps 6 de la tête porte-broche 4 de manière que le plan passant par leurs axes C-C soit décalé relativement à un plan qui lui est parallèle et qui passe par 1' axe A-A de la broche 5 et du côté opposé à 11 axe de symétrie B-E du pont 3. te décalage de l'axe C-C relativement à l'axe A-A provoque, lors de 11 échauffement du corps 6 de la tête porte-broche 4, un décalage thermique de l'axe A-A de la broche 5 suivant une direction parallèle au plan de fixation de la tête 4 sur le pont 3, vers l'axe de symétrie 3-E du pont 3, de sorte que ledit décalage thermique vient en diminution du décalage thermique de sens opposé de l'axe de:la tête porte-broche, dû à sa dilatation par suite de l'échauffement du pont 3. Dans les cas représentés sur les figures 1 et 2, les chevilles 8 sont séparées chacune de l'axe de la broche correspondante par une distance qui est définie par la relation: a étant la distance entre le plan passant par l'axe de la cheville et le plan passant par l'axe de la broche correspondante; b, la distance entre le plan passant par l'axe de la broche et le plan passant par l'axe de symétrie du pont; t1, la température d'échauffement relative maximale en service du corps de la tête porte-broche à une vitesse de rotation constante de la broche; t2, la température d'échauffement relative maximale en service du pont à cette même vitesse de rotation de la broche; kl, le coefficient de dilatation thermique du matériau du corps de la tête porte-broche;; k2, le coefficient de dilatation thermique du matériau du pont. Lorsque cette relation est réalisée, les décalages thermiques respectifs mutuellement opposés des axes des têtes portebroche, provoqués par l'échauffement desdites têtes et par l'échauffement du pont, se compensent complètement. tes chevilles de fixation 8 sont engagées à force dans le corps 6, à une distance " a " du plan passant par l'axe A-A de la broche 5, du côté opposé , par rapport à cet axe A-A, à celui où est situé l'axe de symétrie B-B du pont 3. Si l'on dispose la tête porte-broche 4 sur le pont 3 de manière que la distance entre l'axe A-A de la broche 5 et l'axe de symétrie B-B du pont 3 soit égale: à " b ", et si l'on connaît le rapport de la température d'échauffement t1 de la tête porte-broche 4 et la température d'échauffement t2 du pont 3, on détermine la valeur de " a " d'après la formule: Dans ce cas , le déplacement, dû: à la dilatation thermique du pont 3, de l'axe A-A de la broche 5 suivant une direction parallèle au plan de fixation du corps 6 sur le pont 3, ainsi que le déplacement de ce même axe du fait du décalage du corps 6 dans le sens opposé, dû à la différence entre l'échauffement du corps 6 et celui du pont 3, seront égaux en valeur absolue et de sens contraires. Il est prévu que le corps 6 et le pont 3 soient fabriqués en un matériau identique, notamment en fonte, et qu'ils aient un même coefficient de dilatation thermique, la température d'échauffement t2 du-pont 3 étant notoirement inférieure à la température d'échauffement t1 du corps 6 de la tête porte-broche 4 à l'intérieur de laquelle les paliers tournants de la broche 5 constituent une source d'effets thermiques. Si le corps 6 et le pont 3 sont construits en matériaux différents, on introduit dans la formule une correction appropriée du rapport des coefficients de dilatation thermique desdits matériaux, et la formule prend la forme indiquée plus haut, c'est-à-dire kl et k2 correspondant aux coefficients précités. Ainsi , compte tenu de l'égalité et des sens mutuellement opposés des deux composantes du déplacement thermique de l'axe de la broche suivant une direction parallèle au plan de fixation, la compensation de ce genre de déformation thermique s'effectue automatiquement. L'invention permet de compenser la déformation thermique du pont, qui provoque, pour les axes de la tête porte-broche disposée à une certaine distance de l'axe de symétrie du pont, un déplacement suivant une direction parallèle au plan de fixation de la tête porte-broche sur le pont. 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 constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mise en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. RE#END i C AT i ON S 1. Machine-outil pour opérations d'alésage de précision du type comportant des moyens de compensation de ses déformations thermiques et comprenant un bati, une table de travail sur laquelle sont fixées les pièces à usiner et qui se déplaça sur le bâti au cours des opérations d'alésage, et un ou deux ponts fixés sur ledit bâti et portant chacun au moins une tête portant une broche et dont le corps est fixé sur la face du pont qui est orientée vers la table de travail de manière que l'axe de la broche soit décalé relativement à l'axe de symétrie du pont, ledit corps étant fixé relativement à ladite face du pont au moyen de chevilles introduites à force dans le corps de la tête porte-broche, caractérisée en ce que les chevilles 8 sont disposées de telle manière dans le corps 6, que le plan passant par leurs axes C-C soit décalé, par rapport à un plan qui lui est parallèle et qui passe par l'axe A-A de la broche 5, du côté opposé à celui où se trouve l'axe de symétrie B-B du pont 3. 2 Machine-outil suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la distance " a " entre le plan passant par l'axe de la broche et le plan passant par l'axe de symétrie du pont, et la distance entre le plan passant par les axes des chevilles et le plan passant par l'axe de la broche, sont reliées entre elles' suivant la relation: : a étant la distance entre le plan passant par les axes des chevilles et le plan passant par l'axe de la broche; b, la distance entre le plan passant par l'axe de la broche et le plan passant par l'axe de symétrie du pont; t1 la température d'échauffement maximale en cours de fonctionnement du corps de la tête porte-broche à une vitesse de rotation constante de la broche; t2, la température d'échauffement maximale en cours de fonctionnement du pont à cette même vitesse de rotation de la broche; k2, le coefficient de dilatation thermique du matériau du corps de la tête porte-broche; k1, le coefficient de dilatation thermique du matériau du pont.