Brevet FR2401730A1 — publié le 19790330

- La présente invention concerne les procédés -d'usinage de trous par coupe et par déformation plastique superficielle, et a notamment pour objet un procédé d'usinage de trous au moyen d'outils sphériques comportant des éléments d'usinage sur leur surface sphérique. L'invention peut être utiliséeavec yn succès maximal pour la réalisation de trous profonds (-Or > 10) et pour usinage de trous avec une précision correspondant aux classes 2 et 3. Elle peut être utilisée en outre pour l'usinage de tous genres de trous débouchants, y compris les trous taillés (à pans). On connais des procédés d'usinage de trous au moyen d'outils sphériques comportant des éléments d'usinage sur leur surface sphérique, procédés dans lesquels l'outil et la pièce reçoivent un mouvement principal et un mouvement d'avance axiale. Ainsi, on connaît un procédé de mandrinage de trous dans lequel l'outil sous forme d'une sphère lisse reçoit un mouvement principal dirigé suivant l'axe du trou et coincidant avec le mouvement d'avance axiale. On connaît aussi un procédé d'usinage de trous par alésage à l'aide d'un outil sphérique pourvu de lames sur sa surface sphérique. Dans ce procédé, le mouvement principal est obtenu par rotation de l'outil autour de son axe géométrique coïncidant avec l'axe du trou, tandis que le mouvement d'avance s'effectue le long de cet axe. Dans tous ces procédés, l'usinage du trou est toujours réalisé par les mêmes secteurs actifs, de faible longueur, des éléments d'usinage de l'outil, c'est-à-dire que ces secteurs ne sont pas remplacés l'un par l'autre, car les mouvements réalisés pendant l'usinage n'assurent pas les déplacements des secteurs actifs par rapport à la zone de formation du trou. En conséquence, une partie seulement de la surface des éléments d'usinage de l'outil sphérique participe à l'usinage, les secteurs actifs desdits éléments s'échauffent fortement et s'usent rapidement, d'où la mise hors d'usage rapide de l'outil, s'accompagnant d'une diminution du rendement d'usinage et de la qualité des trous usinés Le but de l'invention vise à éliminer les inconvénients mentionnés. On s'est donc proposé de mettre au point un procédé d'usinage de trous au moyen-d'un outil sphérique, qui permettrait d'améliorer les conditions de coupe, d'augmenter la résistance de l'outil et d'élargir ses possibilités technologiques, et ce, en imprimant à l'outil sphérique un mouvement supplémentaire. Ce problème est résolu grâce à un procédé d'usinage de trous à l'aide d'un outil sphérique portant sur sa surface sphérique des éléments d'usinage, du type dans lequel on communique à l'outil et à la pièce à usiner des mouvements relatifs consistant en un mouvement principal d'usinage et un mouvement d'avance, ledit procédé étant caractérisé, suivant l'invention, en ce que ledit mouvement principal s'effectue avec oscillation de l'outil sphérique par rapport au trou à usiner. Du fait que le mouvement principal d'usinage s'effectue avec oscillation de l'outil sphérique par rapport au trou à usiner, le procédé proposé assure un remplacement continuel des s#ecteurs actifs des éléments d'usinage de l'outil dans les limites d'une ceinture sphérique à angle au centre égal à l'angle au centre 2#d'oscillation de l'outil. En même temps, en comparaison de l'outil connu, la résistance de l'outil augmente d'au moins autant de fois qu'il y a de secteurs actifs sur la longueur de chaque élément d'usinage dans les limites de ladite ceinture sphérique.En plus, chacun desdits secteurs des éléments d'usinage de l'outil, dans les conditions décrites de remplacement desdits secteurs, n'effectue l'usinage du trou que pendant un court laps de temps (quelques fractions de la seconde) et n'a pas le temps de s'échauffer excessivement, ce qui améliore les conditions d'usinage, augmente davantage la résistance de l'outil et la qualité de la surface usinée. L'accroissement multiple de la résistance de l'outil aboutit à son tour à une augmentation de la précision d'usinage, grâce à la diminution de l'usure dimensionnelle de l'outil, et permet aussi d'augmenter le rendement d'usinage. Un effet important, bien qu'inattendu, du procédé proposé de coupe avec un outil à lames est la fragmentation cinématique des copeaux au cours de la coupe, et ce, grâce à la modification périodique, en valeur et en signe, de l'angle d'inclinaison de la lame par rapport au vecteur de la vitesse d'usinage pendant chaque période d'oscillation de l'outil. Cet effet est surtout important pour l'usinage de trous profonds, lorsque les copeaux doivent être évacués de la zone de coupe d'une manière forcée. Il est plus rationnel d'assurer l'oscillation de l'outil par rotation relative de l'outil et de l'ébauche autour de leurs axes géométriques respectifs formant entre eux un angle d4. Une telle solution permet d'assurer le plus simplement possible les mouvements nécessaires à la mise en oeuvre du procédé proposé, sans introduction de mouvements absolus supplémentaires en comparaison de l'outil connu, et de réaliser le procédé sur l'équipement universel disponible, ce qui est très important. L'oscillation de l'outil peut être obtenue à l'aide d'une commande individuelle. Une telle solution est la plus rationnelle en cas d'emploi d'un outil sphérique à lames et de rotation de celui-ci à une vitesse angulaire Eie choisie dans les limites suivantes : où AJ est la vitesse angulaire de rotation de l'ébauche; & gt;l'angle entre l'axe de-rotation de l'outil et l'axe géométrique du trou; AJ~,la vltesse -angulaire de rotation de l'outil. Dans ce cas, toutes les lames de l'outil travaillent en régime de coupe pendant chacune de ses révolutions ce qui permet d'augmenter la profondeur de coupe et la vitesse d'usinage. Il est tout à fait avantageux que le mouvement rotatif soit imprimé à l'outil par son interaction avec la pièce à usiner. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire d'utiliser une commande individuelle supplémentaire pour l'oscillation de l'outil, et la réalisation du procédé se trouve simplifiée. En cas d'emploi d'un outil sphérique à lames, chacune des lames exécute la coupe pendant le premier demi-tour de l'outil et parachève la surface du trou de l'ébauche au cours de son deuxième demi-tour, ce qui contribue à élever la qualité d'usinage. Afin d'assurer un rendement d'usinage maximal, il est avantageux d'orienter l'outil sphérique, par rapport à l'ébauche, de telle sorte que son axe de rotation et l'axe géométrique du trou à usiner de l'ébauche se coupent au centre de la sphère. On assure de cette manière la participation simultanée à l'usinage de tous les éléments d'usinage de l'outil, la charge étant répartie régulièrement suivant le périmètre du trou, ce qui augmente la précision de son usinage. Pour la demi-finition par coupe, l'outil sphérique à lames peut être orienté, par rapport à l'ébauche, de telle sorte que son axe de rotation se croise avec l'axe géométrique du trou à réaliser. Dans ce cas, on peut effectuer la coupe à une profondeur relativement grande dans le cas où le mouvement rotatif de l'outil résulte de son interaction avec le trou à usiner de l'ébauche, ce qui simplifie davantage l'usinage. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée par la description détaillée d'exemples de réalisation concrets mais non limitatifs, avec références aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 montre schématiquement une vue d'ensemble de l'outil sphérique conforme à l'invention, animé d'un mouvement d'oscillation par rapport au trou à usiner dans l'ébauche (vue en coupe transversale); - la figure 2 est une vue analogue d'un outil sphérique conforme à l'invention, animé d'un mouvement rotatif; - la figure 3 représente schématiquement la disposition relative de l'ébauche et de ltoutil,dans le cas où, suivant l'invention, l'axe de l'outil sphérique se croise avec l'axe du trou à réaliser dans l'ébauche (vue en coupe transversale). On propose un procédé d'usinage de trous par coupe et par déformation plastique superficielle à l'aide d'un outil sphérique 1 (figure 1) portant sursa surface sphérique 2 des éléments d'usinage exécutés soit sous forme de lames 3, soit sous forme d'éléments déformants, par exemple de saillies arrondies 4. On fixe l'outil 1, par un procédé connu quelconque, sur le plateau, la broche, la poupée mobile ou dans le support (non représentés) d'une machine-outil sur la broche, le support ou la table de laquelle est montée l'ébauche à usiner 5. A partir de la commande (non représentée) de la machine-outil, on imprime à l'ébauche 5 et/ou à l'outil 1 un mouvement principal V et un mouvement d'avance S. Le mouvement principal est réalisé, par exemple, par rotation autour de l'axe L-L du trou 6 à usiner dans l'ébauche 5. Le mouvement d'avance S s'effectue le long de l'axe L-L.On met l'outil 1 en contact avec la surface du trou 6 et on effectue l'usinage tout en faisant osciller l'outil 1 par rapport à la surface du trou à usiner 6, par exemple autour du centre P de la surface sphérique 2, dans les limites d'un angle au centre 2 oC et dans les sens indiqués par les flèches A. Grâce à ce mouvement d'oscillation de l'outil 1 dans les limitesttun angle au centre 2 de, les secteurs de longueur "t" des éléments d'usinage, qui, à chaque instant, se trouvent en contact avec les parois du trou à usiner 6 de l'ébauche 5, se remplacent continuellement dans les limites de la surface d'une ceinture sphérique imaginaire BCDE. Dans ces conditions, la résistance de l'outil 1, en comparaison de l'outil connu, augmente au moins d'autant de fois qu'il y a de secteurs actifs de longueur Xwe le long de chaque élément-d'usinage (lame 3 ou élément déformant 4), dans les limites de la ceinture sphérique BCDE. Le remplacement continuel des secteurs actifs des éléments d'usinage de l'outil 1 entraîne aussi une diminution notable de la température dans la zone d'usinage (par exemple cette diminution, dans le cas d'un usinage par coupe, est approximativement de 200 à 3000C), étant donné la courte durée de leur contact avec le trou à usiner 6 et leur refroidissement subséquent. Tout ceci favorise 11 élévation du rendement, de la précision et de la qualité d'usinage. Le mouvement d'oscillation de l'outil 1 peut être utilisé aussi bien pour l'us nage de tout le périmètre du trou 6 que pour L'usinage d'une partie de celui-ci, en fonction des vitesses choisies du mouvement principal V et du mouvement d'oscillation ainsi que de la disposition des éléments d'usinage sur l'outil sphérique 1, ce qui élargit les possibilités technologiques du procédé. En plus, l'oscillation de l'outil I au cours de la coupe assure une fragmentation cinématique des copeaux par suite de la modification périodique, en valeur et en signe, de l'angle d'inclinaison des lames 3 par rapport au vecteur de la vitesse d'usinage. La variante préférée de réalisation du mouvement d'oscillation de l'outil sphérique 1 par rapport à la eurface du trou 6 de l'ébauche 5 peut consister à communiquer une rotation relative à l'outil 1 et à l'ébauche 5 autour de leurs axes géométriques 0-0 et L-L, respectivement, formant entre eux un angle aigu 8 E qui travaillent, tandis qu'après la rotation de l'outil sphérique 1 de 1800 autour de l'axe 0-0, ce sont les secteurs adjacents aux points C et D qui travailleront, et ainsi de suite.De la sorte, lors de la rotation de l'outil 1, il se produit un remplacement continuel des secteurs effectuant l'usinage dans les limites de la surface de la ceinture sphérique imaginaire BCDE, grâce à leur mouvement d'oscillation par rapport à la surface du trou 6 dans les limites d'un angle 2oC, L'usinage se fait d'une manière analogue lorsqu'on met l'outil sphérique I en contact avec la surface du trou à usiner 6 et que l'on imprime à l'axe 0-0 de l'outil un mouvement circulaire par rapport à l'axe L-L du trou, l'axe 0-0 de l'outil décrivant alors une surface conique. Cette solution est la manière la plus simple d'assurer les mouvements pour la-mise en oeuvre du procédé de l'invention, car elle ne nécessite aucun mouvement absolu supplémentaire. Un autre avantage important est qu'elle donne la possibilité de réaliser le procédé sur un équipement universel existant. Dans certains cas, par exemple en cas d'usinage par coupe de trous peu profonds, l'outil 1 peut être animé d'un mouvement d'oscillation à partir d'une commande individuelle. Dans ce cas, toutes les lames 3 de l'outil sphérique 1, pendant chaque rotation de l'outil, travaillent en régime de coupe, ce qui permet d'augmenter la profondeur de coupe et la vitesse d'usinage. On choisit alors la vitesse de rotation angulaire##de l'outil de façon à supprimer la possibilité de "prise" des lames 3 de l'outil 1 dans le trou. On trouve cette vitesse à l'aide de la formule où est la vitesse angulaire de rotation de l'ébauche 5; & l'angle entre l'axe 0-0 de rotation de l'outil 1 et l'axe géométrique L-L du trou 6 de l'ébauche 5. Selon la variante la plus simple de réalisation de l'invention, on monte l'ébauche 5 d'une manière immobile sur la machine-outil de sorte que l'axe L-L du trou à usiner 6 forme un angle aigu cps #avec la broche de la machine. On fixe l'outil sphérique 1 sur la broche entrainée en rotation à partir de la commande de la machine. On introduit l'outil 1 dans le trou 6, on lui imprime un mouvement d'avance S et on effectue l'usinage avec un mouvement d'oscillation de ses lames 3 par rapport à la surface du trou è usiner 6. On peut utiliser le plus souvent une variante de réalisation selon laquelle le mouvement rotatif de l'outil 1 autour de l'axe géométrique 0-0 lui est imprimé par son interaction avec la surface du trou à usiner 6 de l'ébauche 5. Dans ce cas, on fixe l'outil 1 sur le plateau, la broche, dans la poupée mobile ou le support de la machine, de manière qu'elle puisse tourner librement sur des paliers d'appui. Pendant le travail, on met l'outil 1 en contact avec la surface du trou 6 de l'ébauche 5 qu'on fait tourner autour de son axe géométrique L-L à partir de la commande de la machine. Sous l'action des forces engendre#s au cours de l'usinage, l'outil I est mis en rotation autour de son axe géométrique 0-0 incliné sous un angle aigu par rapport à l'axe L-L. Une rotation analogue autour de l'axe 0-0 est communiquée à l'outil 1 si l'on maintient l'ébauche 5 immobile et qu'on imprime à outil 1 ul mouvement rotatif autour de l'axe L-L à partir de la commande de la machine. En cas de rotation de l'outil 1 par interaction de celui-ci avec l'ébauche à usiner 5, il n'est plus nécessaire de faire appel à une commande individuelle supplémentaire pour assurer l'oscillation de l'outil et la mise en oeuvre du procédé s'en trouve simplifiée. De plus, l'outil 1 se met automatiquement en régime de frottement minimal entre ses éléments d'usinage et la surface du trou à usiner 6, ce qui améliore les conditions d'usinage et, en cas d'utilisation d'un outil sphérique à lames, permet en outre de créer les conditions nécessaires pour que chaque lame 3, au cours du premier demi-tour de l'outil dans le trou6, réalise la coupe, et pendant son deuxième demi-tour, le parachèvement (lissage) de la surface du trou 6 de l'ébauche 5, ce qui améliore la qualité de l'usinage. On obtient un rendement d'usinage maximal en disposant l'outil 1 par rapport à l'ébauche 5 de sorte que l'axe de rotation 0-0 et l'axe géométrique L-L du trou à usiner 6 se coupent au centre P de la surface sphérique 2. De cette façon, le trou 6 est usiné simultanément suivant tout son périmètre, avec la participation, à chaque moment, de tous les éléments d'usinage de l'outil 1 et avec une répartition régulière de la charge entre eux, ce qui contribue à élever la précision d'usinage. Pour l'usinage de semi-finition par coupe, on dispose l'outil à lames 1 par rapport à l'ébauche de sorte que son axe de rotation 0-0 se croise avec l'axe géométrique L-L du trou à usiner 6 à une distance "e" l'un de l'autre. Dans ce cas, on peut augmenter la profondeur de coupe si le mouvement rotatif de l'outil 1 autour de son axe 0-0 résulte de son interaction avec la surface du trou à usiner 6 de l'ébauèhe 5, ce qui facilite l'usinage. Dans ce cas, le rendement maximal est assuré en choisissant pour la distance "e" de croisement des axes 0-0 et L-L une valeur commensurable avec celle de la surépaisseur d'usinage, afin de faire participer simultanément à l'usinage un nombre maximal de lames 3 de l'outil. 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 celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé d'usinage de trous à l'aide d'un outil sphérique comportant sur sa surface sphérique des éléments d'usinage, du type dans lequel on imprime à l'outil sphérique et à l'ébauche à usiner des mouvements relatifs consistant en un mouvement principal d'usinage et un mouvement d'avance axial, caractérisé en ce que le mouvement principal d'usinage s'effectue avec oscillation de l'outil sphérique par rapport au trou à usiner dans l'ébauche. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'oscillation de l'outil sphérique est obtenue par rotation relative de l'outil et de l'ébauche autour de leurs axes géométriques respectifs disposés sous un angle aigu l'un par rapport à l'autre. 3. Procédé conforme à l'une 'des revendications 1 å Z, caractérisé en ce que l'oscillation de l'outil sphérique est réalisée par une commande individuelle. 4. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 3y caractérisé en ce que le mouvement rotatif est imprimé à l'outil sphérique sous l'action du trou à usiner de l'ébauche entraînée en rotation par une commande individuelle. 5. Procédé conforme à l'une dés revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'outil sphérique est disposé par rapport à l'ébauche, de telle façon que son axe de rotation et l'axe géométrique du trou à usiner dans l'ébauche se coupent au centre de la sphère formée par l'outil. 6. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'outil sphérique est disposé, par rapport à l'ébauche, de telle façon que son axe de rotation se croise avec l'axe géométrique du trou à usiner de l'ébauche. 7. Les ébauches, pièces ou produits caractérisés en ce qu'ils sont usinés conformément au procédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 à 6.