Brevet FR2448957A1 — publié le 19800912

La présente invention se rapporte à la construction des machinesoutils et a notamment pour objet une machine à tailler les engrenages équipée d'un système de commande numérique. La machine conforme à la présente invention peut être utilisée avec succès pour le taillage d'engrenages droits et hélicoidaux, de roues tangentes, de roues à denture bombée et conique, ainsi que des roues dentées non rondes. On connaît une machine à tailler les engrenages comportant un système de commande numérique destiné au réglage sans lyre des commandes de rotation de la broche porte-pièce et de la broche porte-fraise et au déplacement rectiligne de la broche porte-fraise montée dans un chariot pouvant tourner autour de son propre axe. Dans cette machine-outil connue, le système de commande numérique est un système à retour d'asservissement et est doté de capteurs de haute précision de déplacement rectiligne de la broche porte-fraise et d'un système d'asservissement spécial de commande de rotation de la broche porte-pièce et de la broche porte-fraise, qui est équipé de capteurs de position de la broche porte-pièce et de la broche porte-fraise. La vitesse de rotation de la broche porte-pièce, reliée par un couple diviseur à vis sans fin à sa commande de rotation, dépend de la vitesse de rotation de la broche porte-fraise, du nombre de dents à tailler et de la vitesse de déplacement rectiligne de la broche porte-fraise, en cas de taillage de roues tangentes et d'engrenages hélicoidaux. Le réglage du système électronique de la commande d'asservissement (ou servo-commande) s'effectue par changement de la fréquence des signaux de synchronisation qui sont fournis par les capteurs de position et dont le rapport peut être sélectionné à l'aide de commutateurs situés sur le pupitre de la machine. A l'aide du système de commande numérique on assure le positionnement du chariot recevant la broche porte-fraise. Les spécialistes travaillant dans le domaine considéré savent qu'on entend par "positionnement" la mise automatique des ensembles de la machine dans la position initiale. La rotation du chariot porte-fraise autour de son propre axe steffectue à la main (exemple: machine modèle PA 300 NC de la firme Pfauter de la RFA). La machine connue qui vient d'être décrite présente les inconvénients suivants: - possibilités insuffisantes de la machine en ce qui concerne les régimes de coupe rapide, en cas de changement du nombre de dents et de la forme des engrenages à tailler, qui dépendent de la caractéristique des commandes de la broche porte-pièce et de la broche porte-fraise; - précision insuffisante des engrenages taillés; - exigences sévères auxquelles doivent satisfaire la rigidité et la précision de fabrication des commandes de rotation de la broche porte-pièce et de la broche porte-fraise. La machine connue nécessite en outre beaucoup de temps pour le changement du réglage, lors de la rotation du chariot porte-fraise autour de son axe, du remplacement et du montage de la fraise. On s'est donc proposé de mettre au point une machine à tailler les engrenages équipée d'un système de commande numérique, dont la broche porte-pièce et la broche porte-outil seraient reliées entre elles de façon à assurer le taillage d'engrenages de différentes formes et à divers nombres de dents avec une précision suffisamment élevee, et qui permettrait d'automatiser la rotation du chariot porte outil autour de son propre axe. Ce problème est résolu à l'aide d'une machine à tailler les engrenages, du type comportant un système de commande numérique pour le réglage sans lyre des commandes de rotation de la broche porte-pièce et de la broche porte-outil et de déplacement rectiligne de la broche porte-outil, celle-ci étant montée dans un chariot pouvant tourner autour de son propre axe, ladite machine étant, selon l'invention, caractérisée en ce que la broche porte-outil et la broche porte-pièce sont reliées entre elles par une chaîne cinématique dans laquelle est intercalé un dispositif à commande indépendante pour le changement de la vitesse de rotation de la broche porte-pièce, cette commande étant elle-meme commandée par le système de commande numérique, et qu'à ce dernier est fonctionnellement relié le chariot porte-outil pour sa rotation autour de son propre axe. Une telle réalisation de la machine p-ermet de réduire le temps de réglage de la machine à tailler les engrenages et d'augmenter la précision de taillage d'engrenages de différentes formes. I1 est avantageux aussi que le dispositif de changement de la vitesse de rotation de la broche porte-pièce soit réalisé sous forme d'un mécanisme planétaire et que sa commande indépendante précitée soit commandée de telle façon par le système de commande numérique que sa vitesse de rotation soit coordonnée avec la vitesse de rotation de la broche porte-outil et avec la vitesse de déplacement rectiligne de la broche porte-outil. Une telle réalisation du dispositif de changement de la vitesse de rotation de la broche porte-pièce est assez simple et commode en exploitation, et le fait que la commande indépendante précitée soit commandée par le système de commande numérique permet d'augmenter la précision de taillage des engrenages et la productivité. Pour la comparaison de la précision de taillage sur la machine proposée et sur la machine connue, déterminée par la coordination des commandes de rotation de la broche porte-pièce et de la broche porte-outil, on considère la relation: 8= d.e.i. X c.d. gm dans laquelle: o est la grandeur linéaire d'inadaptation de la rotation de la broche porte-pièce et de la broche porte-outil en microns, sur le diamètre de division de la pièce avec Zm # D, où D est le diamètre maximal de taillage sur la machine proposée; LS est l'angle d'inadaptation de la commande indépendante par rapport à la commande de la broche porte-outil (en parties de circonférence); id.e.i. est le rapport de transmission du dispositif avec commande indépendante; A est la grandeur constante de la chaîne cinématique; ; Z est le- nombre de dents pour lequel est réglée la chaîne cinématique; o ic.d. est le rapport de transmission du couple diviseur à vis sans fin; Z est le nombre de dents de la roue à tailler; m est le module de la roue à tailler. Pour la machine connue, 81 est la grandeur linéaire d'inadaptation de la rotation de la broche porte-pièce et de la broche porte-outil en microns, sur le diamètre de division de la pièce, pour un angle #1 d'inadaptation de la commande de rotation de la pièce par rapport à la commande de rotation de l'outil, parties de circonférence 360.60.60.@.m #1 = #1.ic.d1 # 412 ic.d1 - rapport de transmission du couple diviseur de la machine connue pour des valeurs #1 et # égales. Les angles d'inadaptation des commandes #1 et # sont déterminés par la relation: @@@.@@.@@ @@@.@@.@@.@@ #1.ic.d1 # = #.id.e.i # @/Z0 # ic.d. 412 412 Z o c.d@ @ @ # = #1 # # # ic.d. id.e.i A A la vitesse de rotation limitée des commandes de la broche porte-pièce et de la broche porte-outil, égale à 1000 trima sur la machine connue, ic.d. = 1/35 la diminution de ic.d1 réduit les possibilités technologiques de la machine. I Pour la présente invention id.e.i. = 1/6; ic.d. #A = 1/3 Z est déterminé par le choix de la zone de coupe selon le nombre de o dents à tailler. Sur la machine on peut exécuter quelques zones Z0. Par exemple Z = 20-40-60-80.Avec cela, l'angle d'inadaptation admissible de o la machine proposée, pour une meme précision de taillage, est déterminé comme suit: # = #1. 6.3.z0 # Zp . #1 35 2 c'est-à-dire la grandeur d'inadaptation des commandes de la broche porte- pièce, de la broche porte-outil et de la commande indépendante de la présente invention peut etre de loin supérieure à celle sur la machine connue, pour une même précision de coordination de la rotation de la broche porte-pièce et de la broche porte-outil. La machine proposée permet le taillage de roues non rondes en utilisant la liaison entre la commande de rotation de la broche porte-outil, le dispositif à commande indépendante et la comnande de déplacement radial du chariot porte-outil (c'est-à-dire avec changement de l'entraxe entre la pièce et l'outil). Le changement de vitesse de la commande indépendante de la pièce par rapport à la vitesse de l'outil, lors du taillage de roues non rondes, s'effectue par introduction d'un programme de coordination des commandes à partir de la bande perforée ou de la mémoire du système. De plus, l'invention proposée assure la possibilité de corriger des erreurs constantes dans la chaîne cinématique, en introduisant dans le programme de coordination des commandes des grandeurs correspondant aux erreurs constantes de la chaîne cinématique. Pour la rotation du chariot porte-outil autour de son propre axe, il est rationnel d'intercaler dans la chaîne cinématique un mécanisme exécuté sous forme d'une transmission par engrenages, sur l'un des arbres de laquelle est monté un manchon d'embrayage, et sur l'autre, un capteur de retour d'asservissement du système de commande numérique, pour la lecture de l'angle de rotation. L'emploi d'un tel mécanisme pour la rotation du chariot porte-outil permet de réduire le temps de réglage de la machine. Le capteur de retour d'asservissement du système de commande numérique assure une lecture plus simple de 11 angle de rotation du chariot porte-fraise. La machine exécutée conformément à la présente invention assure une précision plus élevée du taillage des engrenages, quels que soient leur profil et leur nombre de dents. En outre, la machine proposée a une grande capacité de production, les réglages sont relativement simples et les possibilités technologiques plus larges. La construction de la machine proposée est simple et fiable. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec références au dessin unique annexé représentant la chaîne cinématique de la machine conforme à l'invention. La machine à tailler les engrenages, équipée d'un système de commande numérique, comporte une broche porte-pièce 1, une broche porte-outil 2 recevant par exemple une fraise-mère 3, et un chariot 4 portant la broche porte-fraise 2. La broche porte-pièce 1 et la broche porte-fraise 2 sont actionnées par une commande commune de rotation 5. Ladite commande se compose d'un moteur électrique pas à pas 6 et d'une servo-commande hydraulique 7. La machine possède aussi des commandes 8, 9, 10 pour les déplacements rectilignes de la broche porte-fraise 2 montée dans le chariot 4. La commande 8 sert au déplacement radial du chariot porte-fraise 4, c'est-à-dire son déplacement dans le sens d'une augmentation ou d'une diminution de ltentraxe entre la broche porte-pièce 1 et la broche porte-fraise 2. La commande 8 se compose d'un moteur électrique pas à pas 11 à servo-commande hydraulique 12, relié à une transmission a vis sans fin 13 et à un couple vis 14-écrou 15, dont l'écrou 15 est rigidement solidaire du chariot porte-fraise 4 et se déplace sur la vis 14. La commande 9 est destinée au déplacement longitudinal du chariot porte-fraise 4, c'est-à-dire à son déplacement le long de l'axe de la broche porte-pièce 1. Elle se compose d'un moteur électrique pas à pas 16 à servo-commande hydraulique 17, relié à une transmission à vis sans fin 18 et à un couple vis 19-écrou 20, dont la vis 19 est fixée rigidement au chariot porte-fraise 4. Il est aussi possible d'utiliser d'autres genres appropriés de commandes, sans sortir du cadre de l'invention. La commande 10 est destinée à déplacer le chariot porte-fraise 4 tangentiellement, c'est-à-dire le long de l'axe de la broche porte-fraise 2. Elle se compose d'un moteur électrique pas à pas 21 à servo-commande hydraulique 22, relié à une transmission à vis sans fin 23 et à un couple vis 24-écrou 25 dont la vis 24 est fixée rigidement dans un coulisseau placé dans le chariot porte-outil 4. Le système de commande numérique de la machine à tailler les engrenages est constitué de dispositifs normalement employés dans les systèmes de commande numérique à liaisons ou boucles ouvertes, et sert au réglage sans lyre des commandes 5, 8, 9, 10 de manière à positionner de la façon voulue le chariot porte-fraise 4, c'est-à-dire à le mettre dans la position initiale nécessaire. La broche porte-fraise 2 et la broche porte-pièce 1 sont reliées entre elles par une chaîne cinématique constituée par un couple d'engrenages cylindriques 26, 28, l'engrenage 26 étant calé sur l'arbre 27 de la commande 5 et étant en prise avec l'engrenage 28 calé sur la broche porte-fraise 2. Sur l'arbre 27 est calé aussi un engrenage conique 29 en prise avec un engrenage conique 30 emmanché sur l'une des extrémités d'un arbre 31 sur l'autre extrémité duquel est rigidement fixé un engrenage conique 32 en prise avec un engrenage conique 33 calé sur un arbre 34. Sur l'arbre 34 est fixé rigidement un engrenage conique 35, en prise avec un engrenage conique 36 calé sur l'une des extrémités d'un arbre 37, sur l'autre extrémité duquel, pourvue d'un joint à cannelures 38, est fixé un engrenage cylindrique 39 se trouvant en prise avec un engrenage cylindrique 40 calé sur l'une des extrémités d'un arbre 41. Sur l'autre extrémité de l'arbre 41 est fixée une vis sans fin 42 en prise avec une roue tangente 43 rigidement solidaire de la broche porte-pièce 1. Dans la chaîne cinématique qui vient d'être décrite est intercalé en outre, suivant la présente invention, un dispositif 44 à commande indépendante 45 pour la modification de la vitesse de rotation de la broche porte-pièce 1, cette commande étant elle-même commandée par le système de commande numérique. Le dispositif 44 pour la modification de la vitesse de rotation de la broche porte-pièce 1 se présente sous forme d'un mécanisme planétaire 44a d'un type approprié connu en soi. Le mécanisme planétaire 44a se trouve dans un corps 46 et est solidaire de l'arbre 37 qui traverse le corps 46 et est relié à l'engrenage 39 à l'aide du joint à cannelures 38. Sur le corps 46 est fixée rigidement une roue tangente 47 en prise avec une vis sans fin 48 montée sur l'arbre 49 de la commande indépendante 45 composée d'un moteur électrique pas à pas 50 et d'une servo-commande hydraulique 51. La commande indépendante 45 est elle-même commandée par le système de commande numérique de telle manière que sa vitesse de rotation soit coordonnée avec la vitesse de rotation de la broche porte-fraise 2 et avec la vitesse de déplacement rectiligne de la broche porte-fraise 2. Grâce à la commande numérique de la machine, par le système de commande programmée numérique, on peut tailler les engrenages ci-après: - engrenages droits; dans ce cas, avec le système de commande numérique est coordonné le fonctionnement de la commande 5 de rotation de la broche porte-pièce I et de la broche porte-fraise 2, ainsi que de la commande indépendante 45; les commandes 8 et 9 fonctionnent alors à la vitesse calculée; - engrenages hélicoidaux, avec avance le long de l'axe de la pièce; à l'aide du système de commande numérique est coordonné le fonctionnement de la commande 5 de rotation de la broche porte-pièce 1 et de la broche porte-fraise 2, de la commande indépendante 45 et de la commande 9 de déplacement rectiligne le long de l'axe de la pièce; la commande 8 fonctionne à la vitesse calculée; - engrenages hélicoidaux, avec déplacement diagonal résultant de la combinaison de deux déplacements: déplacement rectiligne le long de l'axe de la broche porte-pièce 1 et déplacement rectiligne le long de l'axe de la broche porte-fraise 2; à l'aide du système de commande numérique est coordonné le fonctionnement de la commande 5 de rotation de la broche porte-pièce 1 et de la broche porte-fraise 2, de la commande autonome 45 et des commandes 9, 10 d'avance le long de l'axe de l'ébauche (pièce à travailler) et le long de la broche porte-fraise 2; la commande 8 fonctionne alors à la vitesse calculée; - roues tangentes et vis sans fin; à l'aide du système de commande numérique fonctionnent en coordination la commande 5 de rotation de la broche porte-pièce 1 et de la broche porte-fraise 2, la commande indépendante 45 et la commande 10 de déplacement le long de la broche porte-fraise 2; la commande 8 fonctionne alors à la vitesse calculée; - roues non rondes; le système de commande numérique assure la coordination du fonctionnement de la commande 5 de rotation de la broche porte-pièce 1 et de la broche porte-fraise 2, de la commande- indépendante 45, de la commande 8 d'avance radiale, de la commande 10 de déplacement le long de l'axe de la broche porte-fraise 2 (en cas d'usinage par fraises courtes), la commande 9 d'avance le long de l'axe de la pièce fonctionne alors à la vitesse calculée; - engrenages droits et hélicordaux à dentsde forme bombée et conique; outre la coordination des commandes 5, 9, le système de commande numérique assure la liaison coordonnée de la commande 8 d'avances radiales avec la commande 5 de rotation de la broche porte-pièce 1 et de la broche porte-fraise 2, de la commande indépendante 45 et de la commande 9 de déplacement le long de l'axe de la pièce; - d'après les programmes de la bande perforée ou de la mémoire du système de commande numérique, sur la machine on peut tailler les trains d'engrenages, avec de différents: nombres de dents, en deux passes et plus, avec changement des régimes de coupe. Suivant l'invention, le chariot porte-fraise 4 possède un mécanisme 52 pour la rotation du chariot 4 autour de son axe. Le mécanisme de rotation 52 est réalisé sous forme d'une transmission par engrenages, constituée par des engrenages cylindriques 53, 54, engrenés entre eux, l'engrenage 53 étant monté librement sur l'arbre 31 et étant rigidement lié au chariot porte-fraise 4. L'engrenage 54 est calé sur un arbre 55 sur lequel est fixé un capteur 56 de retour d'asservissement destiné à la lecture de l'angle de-rotation. Ce capteur peut être de n'importe quelle construction connue pouvant remplir cette fonction. Sur une partie cannelée de l'arbre 31 est montée une partie 57 d'un manchon d'embrayage à dents, entrant en prise avec des dents d'embrayage correspondantes prévues sur l'engrenage cylindrique 53. En position d'embrayage de l'élément de manchon 57 il se produit une rotation du chariot porte-fraise 4 autour de son propre axe, d'un angle déterminé par le système de commande numérique. La machine à tailler les engrenages, exécutée suivant la présente invention, fonctionne de la manière décrite ci-après. Lors du fonctionnement du moteur électrique pas à pas 6 et de la servo-commande hydraulique 7, le mouvenent est transmis par l'intermédiaire des engrenages cylindriques 26, 28 à la broche porte-fraise 2, et par l'intermédiaire des engrenages coniques 29, 30, 32, 33, 35, 36, du dispositif 44 et des engrenages cylindriques 39, 40, à l'arbre 41, la vis sans fin 42, la roue tangente 43 et la broche porte-pièce 1. Pour la modification de la vitesse de rotation de la broche porte-pièce 1 et pour sa coordination avec les vitesses des commandes 5, 8, 9, 10, en cas de réglage sans lyre, la broche porte-pièce 1 est entrainee en mouvement à partir du moteur électrique pas à pas 50 et de la servocommande hydraulique 51, par l'intermédiaire de la vis sans fin 48, de la roue tangente 47, du mécanisme planétaire 44a du dispositif 44, des engrenages 39, 40, de l'arbre 41, de la vis sans fin 42 et de la roue tangente 43. La rotation du chariot porte-outil 4 autour de son propre axe s'effectue à partir du moteur électrique pas à pas 6 et de la servocommande hydraulique 7, par l'intermédiaire des engrenages coniques 29, 30 et du manchon à dents 57 en prise avec les dents d'embrayage de l'engrenage 53 solidaire du chariot porte-outil 4. La lecture de l'angle se fait par le capteur 56 monté sur l'arbre 55 de l'engrenage 54, au moyen du système de commande numérique. Le mouvement radial de la broche porte-outil 2 montée dans le chariot 4 s'effectue à partir du moteur électrique pas à pas 11 et de la servo-commande hydraulique 12, par l'intermédiaire de la transmission à vis sans fin 13 et du couple vis 14-écrou 15, dont l'écrou 15, rigidement solidaire du chariot porte-fraise 4, se déplace le long de la vis 14. Le mouvement de la broche porte-fraise 2, située dans le chariot 4, le long de l'axe de la broche porte-pièce 1 est assuré par le moteur électrique pas à pas 16 et la servo-commande hydraulique 17, par l'intermédiaire de la transmission à vis sans fin 18 et du couple vis 19-écrou 20 dont la vis 19 est rigidement liée au chariot porte-fraise 4. Le mouvement tangentiel de la broche porte-fraise 2 est assuré par le moteur électrique pas à pas 21 et-la servo-commande hydraulique 22, par l'intermédiaire de la transmission à vis sans fin 23 et du couple vis 24-écrou 25, dont la vis 24 est fixée rigidement dans le coulisseau du chariot porte-fraise 4. Le système de commande numérique assure le fonctionnement coordonné des commandes 5, 8, 9, 10, 45, ce qui permet de tailler les dents avec une grande précision. Un modèle de la machine à tailler les engrenages conforme à la présente invention a subi des essais, dont les résultats ont confirmé l'augmentation du rendement en même temps que la réduction notable du temps de réglage de la machine, ainsi que l'élargissement de ses possibilités technologiques avec une haute précision de fabrication. Bien entendu, l'invention n' est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu a 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. Machine à- tailler les engrenages, du type comportant un système de commande numérique pour le réglage sans lyre des commandes de rotation de la broche porte-pièce et de la broche porte-outil et de déplacement rectiligne de la broche porte-outil, celle-ci étant montée dans un chariot pouvant tourner autour de son propre axe, caractérisée en ce que la broche porte-outil et la broche porte-pièce sont reliées entre elles par une chaîne cinématique dans laquelle est intercalé un dispositif à commande indépendante pour la modification de la vitesse de rotation de la broche porte-pièce, cette commande indépendante étant elle-même commandée par le système de commande numérique, et qu'à ce dernier est fonctionnellement relié le chariot porte-outil pour sa rotation autour de son propre axe. 2. Machine à tailler les engrenages conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif pour la modification de la vitesse de rotation de la broche porte-pièce se présente sous forme d'un mécanisme planétaire et que sa commande indépendante précitée est reliée de telle façon audit système de commande numérique que sa vitesse de rotation soit coordonnée avec la vitesse de rotation de la broche porte-outil et avec la vitesse de déplacement rectiligne de la broche porte-outil. 3. Machine à tailler les engrenages conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que, pour la rotation précitée du chariot porte-outil autour de son propre axe, est prévu un mécanisme intercalé dans la chaîne cinématique précitée et se présentant sous forme d'une transmission par engrenages, sur l'un des arbres de laquelle est monté un manchon d'embrayage, et sur un autre arbre, un capteur de retour d'asservissement du système de commande numérique, pour la lecture de l'angle de rotation.