Brevet FR2428492A1 — publié le 19800111

L'invention concerne l'usinage de lamages obliques, en particulier des lamages pour l'exécution de soudure au raccordement des tubes de piquages d'instrumentation ou de mécanismes de barres de contrôle dans les calottes sphériques de fond et de couvercle des cuves de réacteur nucléaire. En effet, lorsqu'un tube se raccorde perpendiculairement a une paroi, plane ou sphérique, l'exécution de tels lamages ne présente aucune difficulté, en utilisant par exemple une aléseuse équipée d'une fraise appropriée et exécutant de ce fait un lamage de révolution. Au contraire lorsque l'axe du tube se présente obliquement par rapport a cette paroi, la forme exigée pour le lainage est plus complexe puisqu'il doit entourer le tube en s'inclinant dans le sens de cette paroi tout en ménageant une section de soudure a peu près constante autour du tube. Or, il n'existe actuellement aucune machine susceptible de réaliser automatiquement et rapidement cette opération en respectant lSs conditions précédentes. Le but de l'invention est de réaliser un dispositif se montant directement sur l'aléseuse qui réalise déjà les trous dans le centre des lainages, et qui permette d'effectuer les divers lamages désirés ainsi que le réglage facile des divers paramètres correspondants a chaque lamage. L'invention consiste, sur une aléseuse classique, de préférence a commande numérique, comportant un plateau portebpiece et une tête d'alésage avec ses commandes de déplacement dans les trois dimensions, a remplacer la tête d'alésage par le dispositif de lamage selon l'invention, lequel comporte un arbre principal monté sur des paliers et susceptible de tourner et de coulisser a la fois dans ses paliers disposés selon l'axe du trou et du lamage, avec un arbre latéral parallèle au précédent et entrains par une réduction appropriée a partir d'un moteur, de préférence a vitesse variable, cet arbre comportant d'une part un pignon long engrenant pour toutes les positions de l'arbre principal avec un engrenage porté par cet arbre principal, et également un pignon conique engrenant avec un plateau conique qui tourillonne autour dtun axe transversal perpendiculaire a l'axe de l'arbre principal, ledit plateau comportant un maneton excentré dont on peut régler le rayon d'excentration par une commande manuelle a vis ainsi que le calage angulaire à l'aide d'un embrayage manuel, ledit maneton comportant un galet qui est pris dans une gorge de révolution portée par l'arbre principal pour assurer le déplacement axial de cet arbre dans le double sens de guidage, le rapport de réduction entre le pignon conique et le plateau conique étant rigôureu sement égal au rapport de réduction entre le pignon long et l'engrenage de l'arbre principal, cet arbre principal se terminant par un plateau extérieur sur lequel peut se déplacer radialement un coulisseau comportant, dans une direction oblique correspondant a l'angle d'entrée du chanfrein, une glissière sur laquelle peut être déplacée et calée manuellement une tête d'usinage entra#née à la vitesse de coupe par un moteur d'usinage et comportant un mandrin dans lequel est monté une fraise cylindro-sphérique, le coulissement radial dudit coulisseau sur le plateau extérieur étant commandé par un ensemble vis-écrou à partir à la fois d'une commande manuelle et, par l'intermédiaire d'un couple conique, d'un arbre central passant dans l'axe de l'arbre principal qui est creux, cet arbre central étant réuni par l'intermédiaire d'un clavetage coulissant et d'un embrayage commandé a distance à un arbre fixe, D'autres particularités de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation. pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé, sur lequel la fig. 1 est une vue extérieure du dispositif; la fig. 2 est un schéma fonctionnel de ce dispositif, La pièce a usiner 1 est placée sur le plateau d'une aléseuse à commande numérique non représenté dont la console ou le portique 2 comporte habituellement une tête d'alésage portée par l'intermédiaire de mécanismes de déplacement relatif de cette tète par rapport au plateau dans les trois dimensions. Conformément a l'invention, cette tête d'alésage est enlevée, tout en conservant naturellement ses moyens de déplacement, et remplacée par le dispositif selon l'invention désigné par 3, Ce dernier comporte une fraise 4 de forme cylindrique terminée par un bout demi-sphérique du diamètre approprié a la courbure de fond du lamage 5 a réaliser. D'autre part, cette fraise est portée par un mandrin 6 d'une broche d'usinage montée dans une tête 7 comportant son moteur d'usinage 8 avec une transmission appropriée entre le moteur et la tête, par exemple par poulie et courroie, pour assurer l'entraînement de la fraise 4 à la vitesse de coupe appropriée. L'ensemble de la tête d'usinage 7 et de son moteur 8 peut coulisser le long de la glissière oblique 9 d'un coulisseau 10, cette glissière étant disposée obliquement par rapport à l'axe de l'ensemble 3 selon l'angle désiré pour le chanfrein d'entrée du lamage 5, qui est généralement de 153. En outre, ce coulisseau 10 peut lui-même coulisser radialement sur un plateau extérieur 11. Le coulissement de la tête 7 sur sa glissière 9 est actionné par une commande manuelle 12, visible sur la fig. 1, et bloqué par des manettes de blocage 13, tandis que le coulissement du coulisseau 10 sur le plateau 11 est commandé par un ensemble à vis 14 et écrou 15, cette vis 14 étant elle-même commandée par une transmission appropriée, à la fois par une commande manuelle extérieure 16, visible également sur la fig. 1, et, par l'intermédiaire d'un couple conique 17-18, à partir d'un arbre central 19 disposé dans l'axe creux d'un arbre principal 20 qui supporte à son extrémité le plateau extérieur 11, et qui est lui-même porté dans des paliers 21 pour pouvoir à la fois tourner autour de son axe et se déplacer en translation dans le sens de ce même axe. L'entraînement en rotation de l'arbre principal 20 est assuré par un engrenage 22, solidaire de-l'extrémité opposée de cet arbre 20 et engrenant avec un pignon long 23 d'une longueur suffisante pour que cet entraînement ait lieu en permanence pour toutes les positions axiales de l'arbre principal 20. Ce pignon long 23 est porté par un arbre latéral 24 qui reçoit le mouvement d'un moteur de déplacement 25, par l'intermédiaire d'un train d'engrenage réducteur 26 et d'une transmission à roue et vis tangente 27. Le mouvement de translation axial de l'arbre principal 20 est assuré par une gorge 28 portée par cet arbre et dans laquelle roule un galet 29 assurant le guidage dans les deux sens et porté par un maneton 30, lui-même porté par un plateau conique 31, tourillonnant autour d'un axe transversal 32, par l'intermédiaire d'un bras de manivelle réglable en longueur constitué d'une vis 33, d'axe perpendiculaire à l'axe transversal 32, d'un écrou 34 et d'un dispositif de blocage non représenté, et par l'intermédiaire également d'un embrayage 35 à commande manuelle permettant d'assurer le blocage en rotation du bras de manivelle précédent autour de l'axe 32, ou sa libération. Par ailleurs, le plateau conique 31 est entraîné par un pignon conique 36 calé en bout de l'arbre latéral 24 portant déjà le pignon long 23. Il est essentiel que le rapport de réduction entre les engrenages 36 et 31 d'une part et entre les engrenages 23 et 22 d'autre part soit exactement le même pour que le plateau 31 tourne exactement en synchronisme avec le plateau extérieur 11. De cette manière, le moteur de déplacement 25 produit a la fois le mouvement de rotation du plateau et le mouvement de plongée axiale alternative, de telle sorte que le centre de l'extrémité sphérique de la fraise 4 se déplace à la fois d'un mouvement de rotation autour de l'axe 3a de l'arbre 20 et d'un mouvement de translation sinusoïdal d'une amplitude réglable par la vis 33, c'est-à-dire en définitive dans un mouvement elliptique oblique. Par ailleurs, il suffit d'immobiliser l'arbre central 19 pour assurer un cheminement radial du coulisseau de l'intérieur vers l'extérieur et par suite réaliser un mouvement en spirale gauche elliptique et oblique, Pour cela l'arbre central 19 est raccordé par un clavetage coulissant 37 et un embrayage électromagnétique 38 à un arbre fixe 39 solidaire du bâti du dispositif 3. Un contact de fin de course non représenté est disposé en position ajustable sur le plateau extérieur 11 pour être actionné par le coulisseau 10 lorsque la distance du centre 4a du bout sphérique de la fraise 4 arrive à une distance de l'axe 3a de l'arbre principal 20 qui correspond à la valeur souhaitée pour le lamage. D'autre part ce contact de fin de course commande a distance le débrayage de l'embrayage 38 pour transformer la trajectoire spirale gauche elliptique en une trajectoire elliptique plane oblique terminant la omise au rond" du lamage. Naturellement, un ensemble de bagues 40 porté par l'arbre fixe 39 et de balais 41 solidaires en rotation de l'arbre 20 mais non en translation assure l'alimentation électrique, a la fois du moteur 8 et du contact de fin de course, par l'intermédiaire d'un dispositif de liaison en translation, constitué par exemple par un câble souple non représenté reliant les balais 41 a l'arbre 20. Quand à l'alimentation de l'embrayage 38 elle ne pose pas de problème puisque l'arbre 39 est fixe et que cet embrayage 38 fait par suite fonction de frein. Pour exécuter un lamage 5 dans une calotte sphérique 1, on commence par régler la machine. Pour cela, le dispositif étant arrêté et amené dans l'axe du trou autour duquel on désire réaliser un lamage, on débloque manuellement l'embrayage 35, on place le bras de manivelle 33 dans une position permettant d'amener le maneton 30 au point mort haut, et on règle l'excentration du maneton 30 par action manuelle sur la vis 33 pour régler la course de plongée, qui est double de cette excentration, et qui est déterminé par le calcul en fonction du diamètre du lamage et l'inclinaison locale de la paroi.On fait ensuite tourner le plateau extérieur 11 par l'intermédiaire du moteur 25 pour amener la fraise au point mort haut de ce lamage, c 'est-à-dire de telle manière que l'axe de la fraise vienne se placer dans le plan contenant l'axe de la calotte sphérique, non représenté, et l'axe 3a du trou, c 'est-à-dire de l'ensemble 3 en choisissant naturellement celle des positions qui est la plus éloignée de l'axe de la calotte. On bloque alors l'embrayage 35 ainsi que la vis 33 qui n'auront plus à être réglées par la suite pendant tout l'usinage du lamage en question.On règle ensuite la position du contact de fin de course non représenté en fonction du diamètre désiré pour le lamage et on règle par des commandes manuelles 16 et 16a la position radiale et axiale de la fraise pour l'amener au contact de la matière ou au bord du trou situé au voisinage du point haut. Il suffit alors de mettre en route le moteur d'usinage 8 puis le moteur de déplacement 25 pour réaliser automatiquement le mouvement de rotation de l'arbre principal, le mouvement alternatif axial de cet arbre et le déplacement radial du coulisseau vers l'extérieur, mouvements dont la combinaison constitue le déplacement en spirale gauche oblique elliptique indiqué plus haut, et se terminant par le mouvement elliptique pur de la mise au rond lorsque le contact de fin de course entre en fonctionnement. Après une première passe d'usinage il suffit de ramener manuellement la fraise au bord du trou à l'aide de la commande manuelle 16, puis de produire par la commande manuelle 12 la pénétration de la fraise 4 d'une quantité correspondant à la profondeur de passe voulue et de recommencer une nouvelle passe par le même procédé sans rien changer aux autres réglages, et ceci jusqu'à ce qu'on ait obtenu la profondeur voulue pour le lamage. La vitesse d'avance de la fraise pendant une révolution autour de l'axe du trou n'est pas constante. En effet, cette vitesse résulte de la composition de deux mouvements : la rotation du plateau 11 autour de son axe 19, et le déplacement parallèle a l'axe. La vitesse de rotation du plateau 11 est constante, mais la distance radiale de la fraise à l'axe allant en augmentant au çours de la passe d'usinage, la vitesse d'avance de la fraise va en croissant proportionnellement au rayon.D'autre part, le mouvement parallèle à l'axe du plateau, donné par le mécanisme du plateau 31 et de la manivelle 33, a une loi sinusoldale, et il est donc plus rapide au milieu de sa course qu' au voisinage des points morts haut et bas, Pour éviter les imperfections d'usinage provenant de la variation de l'avance de la fraise, on perfectionne le dispositif en utilisant pour le moteur de déplacement 25 un moteur à courant continu à vitesse variable et en prévoyant en outre un organe de régulation 42, représenté sur la fig. 2, qui a pour fonction de mesurer la charge du moteur d'usinage 8 et d'agir sur la vitesse du moteur de déplacement 25 de manière à augmenter la vitesse du moteur 25 lorsque cette charge devient insuffisante et inversement. Ce perfectionnement permet de réduire le temps total d'usinage en économisant une grande partie des temps de fonctionnement à vide ou a faible charge. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'usinage de lamages obliques autour de trous destiné à être monté à la place de la tête d'usinage d'une machine-outil à commande numérique assurant les déplacements principaux du dispositif par rapport à la pièce, caractérisé par le fait qu'il comporte une tête d'usinage entraînée par un moteur et comportant un mandrin pour une fraise cylindro-sphérique, cette tête étant réglable manuellement dans une glissière oblique portée par un coulisseau, susceptible de coulisser lui même radialement par rapport à un plateau extérieur, ce dernier étant porté à l'extrémité d'un arbre principal monté dans des paliers pour un mouvement de rotation continue autour de son axe et de translation alternative sinusoîdale le long de ce même axe, lequel est amené, par lesdits déplacements principaux, dans l'axe du trou autour duquel on veut exécuter le lamage. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le mouvement de rotation de cet arbre principal étant assuré par un engrenage solidaire de cet arbre et engrenant avec un pignon long porté par un arbre latéral et entraîné par l'intermédiaire d'un réducteur approprié à partir d'un moteur de déplacement. 3. Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le mouvement axial alternatif est assuré par un plateau tourillonnant autour d'un axe transversal entraîné en synchronisme avec l'arbre principal à partir du même arbre latéral, ledit plateau comportant un maneton dont l'excentration et le calage angulaire sont réglables manuellement, ledit maneton comportant un galet qui s'engage dans une gorge portée par l'arbre principal en vue d'un double guidage axial. 4. Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le déplacement radial dudit coulisseau de l'intérieur vers l'extérieur est en outre assuré par une commande à vis et écrou actionnable d'une part par une commande manuelle et d'autre part par un couple conique à partir d'un arbre central disposé dans l'axe de l'arbre principal et réuni à un arbre fixe par l'intermédiaire d'un clavetage coulissant et d'un embrayage commandé, dont le débrayage est commandé à distance par un contact de fin de course porté de manière ajustable par le plateau extérieur et actionné par ledit coulisseau. 5. Dispositif selon une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que le moteur de déplacement est a vitesse variable et asservi par un dispositif d'asservissement en fonction de la charge du moteur d'usinage de manière à maintenir cette charge à peu près constante en augmentant la vitesse du moteur de déplacement lorsque cette charge diminue, et inversement. 6. Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite glissière oblique du coulisseau est parallèle a l'axe de la fraise et fait un angle de 15Q avec l'axe de l'arbre principal.