Brevet FR2406496A1 — publié le 19790518

La présente invention concerne les machines-outils d'usinage par coupe et a notamment pour objet une machineoutil finisseuse ou à roder à train épicyclordal et un procédé de finition de groupes de pièces sur une telle machineoutil. Les machines-outils de ce genre sont destinées à usiner avec des abrasifs libres les surfaces parallèles de pièces en matières dures et fragiles par exemple les lames de quartz piézo-électriques dont l'épaisseur peut aller jusqu1à 100 et qui sont dotées d'un mécanisme assurant la rectification cinématique des plateaux de finition (rodoirs) pendant l'usinage. On connatt des machines finisseuses à train épicy clordal, réalisées sous forme d'un plateau de finition inférieur et d'un plateau de finition supérieur entre lesquels sont placés des chassis portant les pièces à usiner et qui sont mis en mouvement par les roues centrale et extérieure du train épicycloldal, qui tournent sur des arbres verticaux montés coaxialement aux plateaux de finition (rodoirs) inférieur (qui est fixe) et supérieur (qui est mobile).Dans ces machines-outils les vitesses linéaires du centre du chassis sont approximativement égales et dirigées dans des sens opposés par rapport aux surfaces des plateaux de finition; ces machines-outils sont équipées d'un mécanisme mettant en rotation le plateau de finition supérieur, qui est entraîné en rotation à partir de l'un des éléments du mécanisme planétaire de la machine-outil (voir, par exemple, le certificat d'auteur soviétique NO 1492911). Les avantages de la construction de la machine-outil comme décrite ci-dessus consistent en ce qu'elle présente une base fixe (plateau de finition inférieur) et un chassis qui est déchargé des sollicitations, car les forces de frottement de la lame suivant la surface des plateaux de finition agissent sous un angle obtus et offrent la possibilité de déplacer les pièces à usiner suivant des trajectoires en spirale. En même temps, ces machines-outils présentent un certain nombre d'inconvénients dont les plus importants sont les suivants. Les lames à usiner ne peuvent se déplacer sur les surfaces des rodoirs que suivant des trajectoires "circulaires", ce qui aboutit à une usure accrue des dents, en raison du grand nombre de lames à usiner dans le chassis et de la grande vitesse linéaire de déplacement des dents du châssis par rapport aux dents des roues centrale et extérieure du train épicyclo#dal. Les dimensions du châssis sont égales à celles de la roue centrale, donc il est impossible de réaliser une machine-outil pourvue de rodoirs étroits et de châssis de plus faible encombrement, ce qui est particulièrement important en cas d'usinage de lames minces. On sait que plus les dimensions du chassies sont petites, plus le nombre de lames à usiner que peut recevoir le chassies est réduit et plus la force totale (constituée par les forces de frottement de chacune des lames) agissant sur le châssis est faible. Quand les dimensions du chassies et de la roue centrale du train épicycloIdal sont égales, la diminution des dimensions du chassis entrasse une diminution des dimensions des plateaux de finition, une diminution du nombre de lames usinées simultanément et par conséquent une diminution du rendement. S'il n'est pas impératif de respecter l'égalité des dimensions du châssis etdelaroue centrale, il est possible de réaliser la machine-outil en prévision de chassies de plus petite dimension mais en plus grand nombre. Ainsi, pour les m8mes dimensions extérieures des plateaux de finition, le nombre de lames pouvant etre usinées simultanément reste invariable du fait que la machine-outil est pourvue d'un plus grand nombre de chassis de moindres dimensions. Les machines-outils connues, par exemple la machineoutil AL-2 de la firme pester Volters" (RFA), offrent la possibilité d'effectuer la rectification cinématique par inversion simultanée de la marche des plateaux de finition supérieur et inférieur. Cependant, les machines-outils de ce type ne peuvent pas usiner les lames minces avec une grande précision, car les deux plateaux de finition sont mobiles en rotation. L'inversion du sens de rotation du plateau de finition supérieur, le plateau inférieur étant immobile, ne permet pas d'obtenir les résultats voulus, car dans ce cas les châssis ne sont pas déchargés des sollicitations et, par conséquent, on ne peut pas obtenir l'épaisseur minimale. Le but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients mentionnés des machines-outils finisseuses à train épicyclordal connues, et de créer un procédé de finition perfectionné et une machine finisseuse permettant d'usiner avec une précision élevée des lames d'épaisseur minimale, par exemple de 60 à 80vlC. On s'est donc proposé de modifier de telle façon la channe cinématique transmettant la rotation au plateau de finition et au séparateur, que, d'une part la charge exercée par les pièces sur le séparateur pendant l'usinage soit sensiblement diminuée, et que, d'autre part, les traJec- toires relatives des pièces se déplaçant sur les rodoirs soient de nature à assurer une usure régulière de toute la surface utile des rodoirs. Ce problème est résolu grace à un procédé de finition d'un groupe de pièces dans les séparateurs d'une machine-outil à train épicy6D!dal pour la finition de surfaces planes, dans laquelle les pièces à usiner sont placées entre un plateau de finition tournant et un plateau de finition fixe, ledit procédé étant caractérisé, suivant l'invention, en ce qu'on imprime au plateau de finition tournant une vitesse de rotation angulaire qui dépasse de deux fois à peu près celle des centres des séparateurs autour de l'axe de rotation du plateau de finition, ce qui permet de décharger les séparateurs de l'action des pièces en cours d'usinage. Il est aussi proposé une machine-outil à train épicycloTdal pour la finition des surfaces planes permettant de mettre en oeuvre le procédé de l'invention, du type comprenant un plateau de finition fixe et un plateau de finition tournant entre lesquels sont placées les pièces à usiner logées dans des séparateurs constituant en mime temps les satellites du train épicycloldal mis en mouvement à partir des roues solaires d'entratnement, l'une centrale et l'autre extérieure, caractérisée, suivant l'invention, en ce que, entre la roue solaire centrale et le plateau de finition tournant mentionnés, est intercalée une chatnetdentée différentielle créant un rapport d'engrenage, entre ces deux éléments, égal approximativement à 1:2. Une telle solution technique permet de supprimer l'action des pièces sur le séparateur grace aux orientations différentes des forces de frottement sur les faces opposées de la lame en cours d'usinage, apparaissant entre les pièces et les surfaces de travail des rodoirs. Suivant l'une des variantes de réalisation de la présente invention, la machine de finition de surfaces planes proposée est caractérisée par le fait que la chäfne dentée différentielle assurant la combinaison précitée des vitesse angulaires comprend un croisillon accouplé rigidement à la roue dentée centrale et sur lequel sont montées folles des roues reliées entre elles et engrenant avec une paire d'autres roues qui sont coaxiales à la roue centrale et dont l'une est fixe tandis que l'autre est reliée au plateau de finition tournant par l'intermédiaire d'un entratneur de commande. Une telle réalisation permet d'appliquer de la façon la plus efficace le principe de l'élimination de l'action des pièces usinées sur le séparateur, tel que défini plus haut lors de la description du premier mode de réalisation de la machine conforme à l'invention. Cette solution technique permet de ne pas utiliser une commande indépendante pour le rodoir supérieur, et ce, grace à l'intro- duction, dans le mécanisme différentiel, de moyens assurant la commande du plateau supérieur directement à partir de l'arbre central. Enfin, conformément à une autre variante de réalisation de la présente invention, la machine finisseuse est caractérisée en ce que dans la channe cinématique de la commande de la roue centrale du train épicycloTdal de finition est inséré en plus un mécanisme différentiel commandant la direction de l'usure des surfaces utiles des plateaux de finition et comprenant un moteur électrique réversible, un réducteur, une roue intermédiaire, deux roues solaires, un porte-satellite et des satellites. Unet#I2esdix#Lon ted:rqpe pemeCd'exclure l'action des pièces à usiner sur le séparateur, comme prévu dans la première variante de réalisation de l'invention. En outre, cette solution technique permet, en variant les régimes cinématiques, de réaliser une rectification cinématique des rodoirs pendant l'usinage des pièces. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation non limitatifs illustrés par les dessins annexés qui représentent : - la figure 1 (a, b, c), une suite de vues schématiques illustrant l'usinage de pièces sur une machine de finition de surfaces planes suivant l'invention; - la figure 2, un mode de réalisation de l'invention, dans lequel le plateau de finition supérieur est directement entraîné à partir de l'arbre central; - la figure 3 un second mode de réalisation de la machine finisseuse, prévoyant une commande différentielle du plateau de finition supérieur. Les machines-outils finisseuses à train épicycloT- dal connues sont réalisées sous forme d'un rodoir supérieur et d'un rodoir inférieur entre lesquels se trouvent des séparateurs qui sont mis en mouvement à partir d'une roue solaire centrale et d'une roue solaire extérieure tournant sur des arbres verticaux coaxiaux. Les lames à usiner sont placées dans les logements de séparateurs et sont serrées contre les surfaces planes des rodoirs. Les variantes existantes des machines de finition de surfaces planes ont un rendement élevé et permettent d'usiner avec une grande précision les surfaces parallèles et planes de pièces en différents matériaux. Par contre, ces machines-outils n'offrent que des possibilités limitées lorsqu'on doit usiner des lames de faible épaisseur, et pour obtenir une haute précision de finition des pièces à usiner il faut déposer les rodoirs et rectifier leurs surfaces utiles usées. En outre, les charges importantes appliquées au séparateur aux points de contact avec les pièces usinées et aux endroits de contact des dents avec les roues solaires aboutissent à une usure rapide des séparateurs et des couronnes dentées des roues solaires. Il est évident que l'épaisseur minimale admissible des lames dont les surfaces planes doivent etre usinées simulténement des deux cOtés dépend, dans une grande mesure, de la solidité des séparateurs. Le séparateur sert à abriter et à maintenir les pièces à usiner. Il est soumis de la part des roues solaires à des forces agissant aux points d'engrènement, ainsi qu'aux efforts résultant de la résistance utile des rodoirs supérieur et inférieur et agissant sur le séparateur par l'intermédiaire des pièces usinées. La pratique de la finition de lames ayant une épaisseur supérieure à 0,5 mm offre une large gamme de matériaux pour la fabrication des séparateurs. Cependant, l'usinage de lames dont l'épaisseur est inférieure à 0,5 mm avec l'utilisation des mêmes matériaux, nécessite une réduction de la charge à laquelle est soumis le chassis. Dans la pratique, cela est réalisé en choisissant le régime cinématique du mécanisme d'exécution de la machine finisseuse de manière que la somme des forces (# P ) au cours de l'usinage soit réduite à un minimum et qu'elle reste suffisamment stable au cours du cycle. Lorsque les lames sont usinées sur une machine finisseuse à rodoirs immobiles, les sens des forces de résistance (P14 et P24) cotncident, car le centre de la lame suit une m8me trajectoire sur les surfaces des deux rodoirs. La figure 1 montre a) les sens des vitesses relatives et des forces de résistance quand les lames sont usinées entre des rodoirs 1 et 2 immobiles; b) les sens des mimes grandeurs que ci-dessus quand les lames sont usinées entre des rodoirs 3 et 4 tournant en sens contraires; c) les sens des mimes grandeurs que ci-dessus, quand les lames sont usinées entre un rodoir inférieur 5 et immobile, un rodoir supérieur 6 tournant. La première méthode d'usinage des lames 7 (figure la) assure une haute précision des lames usinées,ce qui est du à la base d'appui fixe constituéepar le rodoir inférieur 2. Mais dans cette méthode le séparateur 8 subit une charge maximale du fait que les forces de résistance utile sont dirigées dans un meme sens ( P=P14+P24). En cas d'usinage de lames sur une machine finisseuse dont les rodoirs 3 et 4 tournent en sens contraires (figure 1b), les forces de résistance P14 et P24 sont de sens opposés. La charge exercée sur le séparateur est faible et égale à la différence des forces de résistance#P=P14-P24. Une telle méthode assure la finition de lames 7 d'une faible épaisseur, mais l'absence de base d'appui fixe rend difficile l'usinage des lames avec une haute précision. En cas-d'usinage de lames sur une machine finisseuse ayant un rodoir inférieur 6 immobile (figure 1 c) et un rodoir supérieur 5 tournant, il faut que soit respectée une condition supplémentaire : les vitesses de déplacement de la pièce à usiner 7 par rapport aux rodoirs supérieur 5 et inférieur 6 doivent Autre à peu près égales en valeur. Cela est nécessaire pour que la vitesse d'enlèvement de la surépaisseur soit la meme sur les faces mutuellement opposées de la lame. Ainsi, la machine-outil dans laquelle le rodoir inférieur 6 est immobile et le centre du séparateur 10 se déplace à une vitesse angulaire EJ 3, et le rodoir supérieur, à une vitesse angulaire ç 1=2 @ 3, permet d'usiner des lames de faible épaisseur grace à la réduction de la charge subie par les séparateurs, due à la force de résistance des lames en cours d'usinage, et d'obtenir une haute précision d'usinage grâce à la conservation dans cette méthode de la base d'appui fixe, constituée par le rodoir inférieur immobile 6. Une telle méthode d'usinage peut être mise en pratique si les paramètres cinématiques de la machine à train épicycloTdal de finition de surfaces planes sont choisis de manière à obtenir une égalité approximative des vitesses angulaires des roues solaires (W56)et si la condition #1 ##3 est considérée comme obligatoire. Dans ce cas, la vitesse angulaire du plateau de finition (rodoir) supérieur doit entre d'environ deux fois supérieure à la vitesse angulaire de la roue solaire. Une telle machine-outil assure le déplacement du centre des lames à usiner sur les surfaces utiles des rodoirs supérieur et inférieur suivant des trajectoires en spirale. Dans ce cas, l'angle entre les vecteurs des vitesses linéaires ou des forces de résistance offertes par les rodoirs supérieur et inférieur sera légèrement différent de 1800 en tout point de sa surface utile. Ainsi, suivant l'un de ses modes de réalisation la machine finisseuse comprend des plateaux de finition supérieur Il (figure 2) et inférieur 12 entre lesquels sont placés les châssis 13. Dans les logements des chflssis 13 sont disposées les lames à usiner 14. Les châssis 13 entrent en prise avec les dents des pignons central 15 et extérieur 16 d'un train épicyclo#dal. Le plateau de finition supérieur Il présente des butées 17 qui entrent en contact avec les doigts 18 d'un mécanisme doubleur. Ce dernier comprend une cuvette 19, un palier sphérique 22, un croisillon 21 fixé rigidement sur un arbre central 22, une roue d'appui 23, des satellites 24 et la roue extérieure 25 du mécanisme doubleur.Le plateau de finition supérieur Il est centré dans des galets d'appui 26. La machine-outil comprend aussi un moteur électrique 27, un réducteur 28 et un arbre intermédiaire 29. Le moteur électrique étant en marche, la rotation est transmise à l'arbre central 22 et le pignon extérieur 16 du train épicyclofdal par l'intermédiaire du réduteur 28 et de l'arbre intermédiaire 29. Sur l'arbre central 22 sont rigidement fixés la roue centrale 15 du mécanisme planétaire et le croisillon 21, qui tournent par conséquent à la même vitesse angulaire. Les satellites 24 montés dans la cuvette 19 tournent autour de la roue d'appui 23 et entraient en rotation la roue extérieure 25 du mécanisme doubleur, celleci tournant alors à une vitesse angulaire dépassant de deux fois la vitesse angulaire de la roue centrale 15 du train épicyclotdal. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, la machine finisseuse comprend des plateaux de finition supérieur 31 (figure 3) et inférieur 32, entre lesquels sont placés les chassis 33. Dans les logements des chassis 33 sont disposées les lames à usiner 34. Les châssis engrènent avec les dents des roues centrale 35 et extérieure 36 du train épicycloldal de finition. Le plateau de finition supérieur présente des butées 37 qui entrent en contact avec les doigts 38 du train épicycloTdal d'entratnement du plateau supérieur, qui comprend une cuvette 39, un palier sphérique 40, un croisillon 41 fixé rigidement sur l'arbre central 42, une roue d'appui 43, des satellites 44 et la roue extérieure 45 du mécanisme de doublement. Le plateau de finition supérieur est centré par des galets 46.En outre, on utilise un arbre de distribution 47 et un moteur électrique 48. La machine-outil comprend aussi un mécanisme de correction constitué par un moteur électrique réversible 49, un réducteur à vis sans fin 50 avec un couple dentté héli cotidal à autofreinage, des arbres intermédiaires 51 et 52, un porte-satellites 53 et une roue 54 à denture intérieure. Le schéma proposé prévoit trois régimes de fonctionnement de la machine-outil A - normal; B - correction de plateaux présentant une grande usure vers leur centre; C - correction de plateaux présentant une grande usure vers leur périphérie. Pendant le travail en régime A, le moteur 48 est en marche et le moteur de correction 49 est au repos. Le réducteur à vis sans fin 50 freine la roue 54 du train épicyclo#dal de correction. Le mouvement du moteur 48 est transmis aux roues centrale 35 et extérieure 36 du train épicyclo#dal de finition, par l'intermédiaire de l'arbre intermédiaire 52, du porte-satellites 53, de l'arbre central 42 et de l'arbre de distribution 47. Le plateau de finition supérieur 31 est mis en rotation au moyen du train épicycloT- dal d'entratnement comprenant les éléments 41, 44 et 39 et au moyen des butées 37. Avec le temps, le plateau de finition s'use vers son centre ou vers sa périphérie. Le moteur 49 commence alors à tourner dans un sens ou dans l'autre, ce qui assure une augmentation ou une diminution de la vitesse de rotation du pignon extérieur 36, un changement de la tra jectoire : alors commence la correction des plateaux de finition 31 et 32 pendant l'usinage des lames 34. Pour obtenir d'une manière stable une haute précision des lames à usiner sur la machine finisseuse en question, on a introduit, dans la channe cinématique de la machineoutil reliant les roues solaires centrale 35 et extérieure 36, un autre train épicycloTdal actionné à partir du réducteur à vis sans fin à couple hélicoldal à autofreinage et moteur électrique réversible indépendant, nécessaire pour la correction de la surface utile usée des rodoirs. La surface usée peut notre concave ou convexe. En règle générale, la machine-outil fonctionne avec le moteur électrique de correction débranché. Quelque temps après, à l'apparition d'une usure dirigée des rodoirs, le moteur électrique de correction se met en marche. Le sens de rotation de ce moteur dépend de la forme de l'usure (concave ou convexe) des rodoirs. Ce mécanisme permet de maintenir la planéité nécessaire des surfaces des plateaux de finition pendant un temps prolongé. Tout en assurant la décharge des chassies de l'action des lames usinées, un tel montage augmente la tenue des dents des châssis et des roues solaires, et ce, pour les deux raisons suivantes. En premier lieu, la diminution des forces de résistance provoque une diminution des forces agissant dans l'engrenage. En deuxième lieu, la vitesse relative de glissement des dents diminue lorsque 5 N= & . Les avantages précités de la machine-outil, c'est-à-dire : 1) décharge des chassies de l'action des lames à usiner; 2) augmentation de la durée de service des séparateurs et des dents de roues solaires; 3) stabilisation de la forme de la surface, soumise à usure, des plateaux de finition, peuvent Gtre réalisés dans la machineoutil indépendamment l'un de 11 autre, ce qui permet de réaliser des économies au cours de l'exploitation de la machine-outil, car toutes ces dispositions ont été mises au point théoriquement et contrOlées pratiquement. Mais c'est la réalisation de l'ensemble des solutions techniques conformes à l'invention qui permet d'obtenir une machine de finition de surfaces planes assurant la stabilité, la précision et le rendement indispensables à l'usinage de lames de faible épaisseur. Bien entendu, l'invention 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 cellesci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé de finition de groupes de pièces dans les séparateurs d'une machine-outil de finition de surfaces planes à train épicycloidal, dans laquelle les pièces à usiner sont placées entre un plateau de finition tournant et un plateau de finition fixe, caractérisé en ce que le plateau de finition tournant est entrainé à une vitesse de rotation angulaire qui dépasse de deux fois environ la vitesse de rotation angulaire des centres des séparateurs autour de l'axe de rotation du plateau de finition tournant, ce qui permet de décharger les séparateurs de l'action des pièces en cours d'usinage. 2. Machine-outil de finition de surfaces planes à train épicycloidal, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, du type comprenant un plateau de finition fixe et un plateau de finition tournant entre lesquels sont placées, dans des séparateurs, les pièces à usiner, lesdits séparateurs constituant en même temps les satellites du train épicycloidal qui est mis en mouvement par une roue solaire centrale et une roue solaire extérieure, caractérisée en ce qu'une channe dentée differenttelle assurant un rapport d'engrenage d'environ 1:2 entre ladiX roue centrale et ledit plateau de finition tournant est planes entre ladite roue centrale et ledit plateau de finition tournant. 3. Machine-outil de finitiOh de surfaces planes, selon la revendication 2, caractérisée en ce que la channe dentée différentielle assurant la combinaison précitée des vitesses angulaires comprend un croisillon couplé rigidement à la roue dentée centrale et sur lequel sont montées folles deux roues reliées entre elles et engrenant avec une autre paire de roues, montées coaxialement à ladite roue centrale et dont l'une est fixe tandis que l'autre est reliée par un entraîneur de commande au plateau de finition tournant. 4. Machine-outil de finition selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que dans la chaine cinématique d'entratnement de la roue centrale du mécanisme de finition planétaire est inséré en plus un mécanisme différentiel de commande du sens de l'usure des surfaces utiles des plateaux de finition, ce mécanisme comprenant un moteur électrique réversible, un réducteur, une roue intermédiaire, deux roues solaires, un porte-satellites et des satellites.