Brevet FR2452357A1 — publié le 19801024

L'invention se rapporte à un procédé pour itayance continue et automatique d'au moins une mâchoire de lunette pour le maintien d'une pièce à usiner, par exemple d'un arbre ou d'nn vilebrequin, dans son axe lors du meulage de ladite pièce. tinvention concerne en particulier un procédé dans lequel une pièce à usiner, disposée librement entre deux pointes de centrage, est sollicitée à l'opposé de la flèche prise sous l'effet de son propre poids, de la pression de contact respectivement de l'effort radial da l'outil, par eremple d'une meule, de même que des efforts radiaux et tangentiels supplé- mentaires cocasionnés par $l'usinage. L'invention concerne aussi un dispositif pour la luise en oeuvre de ce procédé. On sait que la flèche prise lors du meulage de pièces cylindriques, en particulier d'arbres ou de vile@requins, présente des inconvénients. Ceux-ci résultent d'une' part du poids propre de la pièce disposée entre les pointas, auquel s'ajoutent la pression radiale de la meule et l'effort tangentiel provoqué par la rotation de la meule. En autre, un arbre de faible diamètre ou une pièce flexible peut flamber sous la pression axiale des pointes de centrage.Tous ces efforts concourent à désaxer la pièce è usiner. Ce désa- @age n'est pas ou est peu visible, mais métrologiquement on peut prouver l'existence d'une flexion et, par suite, d'un désaxage de la pièce. Ceci influence considérablement le moulage drune pièce, dont le diamètre réel doit souvent Autre retouché a wi micron (micromètre) près, ou qui doit @tre rendue aussi cylindrique que possible ou montrer un faux-rond radial réduit, et rend la pièce usinée impropre à une utilisation ultérieure.On remédie an dé@axage provoqué par les différents facteurs évoqués ci-dessus, désasage appelé flexion par la suite, au moyen de lunettes. Ces lunettes sont disposées manuellement à des endroits appropriés de la pièce a usiner. Ceci exige une expénende et un doigté considérables et ne peut titre exécuté que @ar une main d'oeuvre qualifiée. Mais cette façon de procéder est limitée d'une part par l'importance de la pièce à usiner, d'autre part par ltétroi- tesse des tolérances exigées qui se situent dans le domaine du micron.Il est connu d'utiliser des lunettes-suiveuses commandées automatiquement par des impulsions envoyées à un acteur pas-à-pas, lunettes permettant de maintenir l'alignement entre pointes de pièces importantes ou de pièces à usiner avec haute précision. Dans ce cas, on approche une mâchoire inférieure et une mâchoire supérieure de la pièce à usiner et on les applique pour soutenir la pièce et compenser sa flexions Ensuite les mâchoires suivent en continu la pièce à usiner en fonction de ltabrasion de la pièce et au troyen dtun moteur pas pas commandé par des capteurs de 1.Bure. A cet effet ces capteurs reposent également sur la surface de la pièce à usiner et ransforment la diminution de diamètre résultant du meulage de la pièce, par exemple dtun arbre, en impulsions qui amènent le moteur pas-à-pas à appliquer en continu les mâchoire contre la pièce en cours d'usinage. L'a- Tance du support de meule avec la meule est préprogrammée en plusieurs étapes et s'effectue en continu Jusqu l'obtention du diamètre de la pièce. Un tel dispositif satisfait à la précision demandée actuellement lors du meulage ou de la rectification des pièces. Cependant il a d'une part l'in- convient d'exiger la mise en oeuvre de matériels coûteux, d'autre part celui de ne pas permettre ltusinage de tous les arbre en particulier des vilebrequins, ou d'arbres de petites dimensions avec des portées étroites, car la mise en place d'une part des mâchoire des lunettes, d'autre part des p@lpeurs indispenssables est souvent impossible. En outre, de tels dispositifs sont montés à demeure sur une rectifieuse. En conséquence, ce. dispositifs ne sont utilisables que pour des arbres d'un certain diamètre à usiner sur la même machine. Le but de l'invention est de rendre possible l'avance des mâchoire des lunette, dont l'une au Moins est commandée automatiquement au moyen d'un moteur pas-à-pas, contre une pièce à usiner, tout en mesurant en continu la diminution du diamètre de la pièce jusqu'au diamètre désiré à l'aide d'un dispositif de mesure de déplacement, avance qui, entre autres avantages essentiels par rapport aux dispositifs connus, puisse être utilisée pour usiner des arbres et/ou des portées de très petites dimensions. En outre, l'invention a pour but de permettre l'équipement ultérieur de rectifieuses équipées d'une commande électrique ou électronique appropriée.Comme la lunette conforme à ltinvention est une lunette pluridimensionnelle , la rectifieuse peut être utilisée sans autre pour la rectification de pièces ayant des diamètres compris entre 5 et 70 mm. Conformément à I1 invention, le procédé pour l'avance continua et automatique d'au moins une mâchoire de lunette pour maintenir une pièce à usiner, par exemple un arbre ou un vilebrequin, dans son axe lors de la rectification par meulage de sa surface, opération au cours de laquelle la pièce suspendue librement entre deux supports, par exemple entre deux pointes de centrage, est sollicité par son propre poids, par la pression radiale de la meule ainsi que par les efforts radiaux et tangentiels complémentaires occasionnés par l'usinage de la pièce, est remarquable. en ce qu'au moins une mâchoire de lunette est avancée vers la pièce à usiner, en ce que juste avant leapplication de la mâchoire sur la surface de la pièce à usiner un moteur pas-à-pas associé à la mâchoire est commuté sur une avance lente au moyen d'un palpeur disposé dans la sone d'application de la mâchoire, en ce qu'ensuite le moteur pas-à-pas approche les mâchoires de la lunette norx dement à l'axe médian de la pièce à usiner åusqutà une distance fixée d'avance, et en ce que la pièce est meulée par enlèvement de matière au moyen d'un outil disposé diamétralement à l'opposé i'une mâ- choire de lunette et doté d'un mouvement de translation diamétralement opposé à celui de ladite mâchoire et normal à l'axe médian de la pièce à usiner au moyen d'un autre moteur pas-à-pas, cependant que, dès que la mâ- choire de lunette palpe le mEme diamètre que la meule respectivement un diamètre corrigé par un dispositif de mesure de déplacement de la mâchoire, la vitesse T2 d'avance de la machoire est commutée en une vitesse synchrone telle qu'à partir de la commutationS la mâchoire et le support de meule avec la meule disposée diamétralement à l'opposé de la machoire se rappro chenu l'un de l'autre en synchronisme jusqu'à l'atteinte d'un diamètre prédéterminé, et qu'à l'atteinte de ce diamètre les avances de la meule et de la mâchoire de la lunette ainsi que le support de meule s'éloignent l'un de l'autre. Selon une autre variante d'exécution, on associe à la fois à la mâchoire supérieure de msme qui la mâchoire inférieure de la lunette un donneur d'impulsions, un ordinateur électronique et un dispositif de mesure de déplacement pour commander le moteur pas-à-pas équipant chaque mâchoire. Ceci permet d'avancer indépendamment chaque mâchoire vers la pièce à usiner par l'envoi d'impulsions puis- de l'en éloigner. Le dispositif pour mettre en oeuvre le procédé conforme à l'invention com, porte au moins une mâchoire de lunette, un support- équipé d'une meule et disposé diamétralement à l'oppose de la mâchoires et un premier moteur pas à-pas;;;opérant l'approche et l'éloignement de la mâchoire par rapport à la pièce à usiner, de mme qu'un second moteur pas-à-pas opérant l'approche et l'éloignement du support de meule par rapport à la pièce àuiiner. Ce dispositif est remarquable en ce qu'il comporte une mâchoire de lunette supérieure et une mâchoire de lunette inférieure fonotionnellement associée à la mâchoire supérieure, un capteur de mesure disposé dans la mâchoire supérieure dans la région définie par la ligne diamétrale s'étendant de la mâchoire supérieure à l'outil servant à lusinage, ainsi qutun générateur d'impulsions et un ordinateur faisant suite à ce capteur, l'ordinateur étant doté de deux systèmes de mesure de déplacement pour comparer au diamètre désiré de la pièce préalablement mis en mémoire le diamètre instantané, de façon å commander au moyen des moteurs pasà-pas l'avance d'une part du ou des mâchoires de lunette, d'autre part du support de meule et finalement d'arrêter ces avances lorsque le diamètre désiré est atteint. D'antres caractéristiques et avantage de l'invention sont montrées à l'aide du dessin qui en illustre un exemple d'exécution. Sur ce dessin - la figure 1 représente les efforts agissant sur une pièce en cours d'uainage sur une rectifieuse à meule schématiquement esquissée, - la figure 2 représente un arbre suspendu entre les deux points d'une rectifieuse à meule, - la figure 3 montre une partie dune lunette avec une mâchoire et un palpeur, vue en coupe dans la région avant de la mâchoire respectivement dans la région d'application à la pièce à usiner, - la figure 4 mon les différents éléments de commmation électronique commandés par le pal peur, de même que les disposifs d'entraînement et - la figure 5 représente un schém@ pour l'ajustement correcteur du support de pointe. Un palpeur I est relit à un générateur dtimpulsions 2 qui commande un mo- teur pas-à-pas 3 pour déplacer des mâchoires de lunette reliées l'une à l'autre, à savoir une mâchoire supérieure 4 et une mâchoire inférieure 5. lorsque la mâchoire 4 portant le palpeur l est déplacée en direction d'une pièce à usiner, par exemple un arbre 6, l'entrée en contact du palpeur 1 avec la pièce déclenche une impulsion qui mom@@ate le moteur pas-à-pas de la mâchoire d'une vitesse d'approche élevée Vi à une vitesse faible T2 ensuite une impulsion présélectionnée dans un compteur d'impulsions 7 commande l'avance de la mâchoire de lunette correspondant à un effort antagoniste évalué empiriquement en fonction de la flexion D de l'arbre b usiner 6. Ainsi l'arbre 6 est tout d'abord aligné statiquement sur l'axe X Puis un support de meule 8 avec une meule 9 est approché de la pièce à usiner au moyen d'un second moteur pas-à-pas I. Pendant l'opération de rectification d'une part le premier moteur pas-à-pas 3, autre part le second moteur pas-a-pas 10 font avancer d'une part les mâchoire 4,5 et d'autre part la meule 9 les uns contre l'antre. Ces déplacements sont comzan- dés automatiquement par les deux moteurs pas-à-pas3 et 10 au moyen de deux dispositifs de mesure de déplacement WES 1 et lES 2, le dispositif lES 1 étant associé à la mâchoire et le dispositif WES 2 au support de meule. Ces déplacements s'effectuent sous comparaison permanente du diamètre dé- siré de la pièce 6 ais en mémoire dans une unité électronique, avec le dis mètre momentané de la pièce. Il en résulte que la position de la mâchoire d'une part et celle du support de meule d'autre part sont directement fonctions de l'épaisseur de matière déjà enlevée à arbre ou à la pièce à usiner 6. Il convient de remarquer à ce propos que pour compenser la flexion de la pièce à usiner il est possible de tenir compte non seulement de tous les facteurs générateurs de flexion énumérés plus hautS mais il est encore possible de prendre en considération, en outre, l'influence de la tetpza, ture et des fluides de refroidissement et d'autres facteurs thermiques perturbateurs, dans la mesura où ces facteurs peuvent faire l'objet dtun état pour certaines catégories de pièces à usiner, sous forme de facteurs générateurs de flexion supplémentaires program@ables dans un présélecteur pour corriger érentuellement à titre complémentaire la position des mâchoire res par rapport à la pièce à usiner. Le dispositif comprend coite éléments essentiels en plus des mâchoire à plages multiples 4, 5 - c'est-à-dire telles qu'elles peuvent Autre ri- glées à différents diamètres d'un arbre - un entrafnement à moteur pas-àpas II, un dispositif digital de mesure de déplacement, de même @u'un palpeur 1 pour l'approche rapide de la mâchoire en direction de la pièce à usiner et un ajustage 12 du dispositif de mesure de déplacement des mâchoires par rapport au diamètre désiré de la pièce usiner lors du retrait de la mâchoire, et finalement un dispositif indicateur 13 de l'usure des mâchoires 4, 5 et, le cas échéant, de celle d'un palpeur de mesure. Il convient de souligner que les deux mâchoires 4, 5 reliées ltune à l'autre ne comportent qu'un palpeur qui, de préférence, est dispose sur la mâchoire supérieure 4, qui est mis en mouvement commun par l'un des moteurs pas-à-pas 3. Chaque mâchoire 4 et 5 peut entre équipée d'un moteur pas-à-pas, de façon à approcher et à éloigner séparément chaque mâchoire de la pièce à usiner. Dans ce cas, il convient d'équiper, en outre, chaque mâchoire des dispositifs électroniques correspondants et d'un présélecteur. Après déclenchement du signal "mise en mute" les mâchoires 4 5 seappro- chent avec une vitesse V1 (programmée ferme) de la pièce à usiner 6. Le palpeur l touche la pièce 6. Le palpeur 1 peut être forme par une tige coulissant sous l'effet d'un ressort dans la mâchoire, ou bien par un palpeur de proximité monté sur la mâchoire. Dans le cas de l'utilisation d'une tige coulissante la mâchoire se trouve encore à une distance de, par exemple, 1,3 mm de la pièce à usiner.Après une nouvelle avance de 0,2 mm des mâchoires, dans lesquelles s:tefface la tige palpeuse, le moteur pas-à-pas reçoit un premier ordre de réduire sa vitesse de la vitesse maximale Vi à une vitesse réduite V2 , plus grande ou plus petite que celle du portemeule 8. La valeur de la vitesse V2 par rapport à celle du portemeule dé- pend de l'avance ou du retard de la position du porte-meule par rapport au diamètre de la pièce à usiner. Les mâchoires 4, 5 stappliquent alors sur la surface de la pièce à usiner et font fléchir la pièce; à usiner de la quantitS programmée, évaluée empiriquement, en direction de la meule9. Le système de mesure de déplacement WES 1 de la mâchoire enregistre une mesure de la position que vient de prendre la mâchoire par rapport à. la pièce à usiner. Il en est de même pour le porte-meule. Si, par exemples la meule est en avance sur la mâchoire de lunette, la mâchoire rattrape la meule, ce qui a lieu grâce à la comparaison permanente des deux systèmes lES T et WES 2 et la meule respectivement la mâchoire se trouvent sur le mssme rayon ou la mâchoire se trouve sur un rayon corrigé. Â partir de ce moment la mâchoire et leporte-=eule s'approchent avec la même vitesse de la pièce à usiner.Lorsqu'on modifie la vitesse d'approche de la meule, celle des mâchoires se modifie en consequence. On obtient une contre-flexion donnée au moyen d'une correction positive de la position d'appui de la mâ- choire par rapport à la valeur théorique idéale. La figure 1 montre les efforts les plus importants auxquels est soumise une pièce en cours de rectification. Ces efforts sont à neutraliser par des efforts dirigés; à l'opposé. Ces efforts composants se traduisent par une résultante R qui agit sur l'arbre 6 et provoque la flexion D de celuici (figure 2) et par suite, son désaxage par rapport à l'axe x - X. Pour compenser ce désaxage par rapport à la position idéale les deux mâchoires exercent une contre-pression. La mâchoire supérieure, 4 est équipée du palpeur 1, une tige dans l'exemple décrit. Cette tige est disposée de façon coulissable sous l'effet dun ressort, dans un logement approprié de la mâchoire 4, par exemple dans un manchon 14. L'extrémité libre 15 de la tige émerge du manchon de la mâchoire 4.Dans l'exemple décrit, on utilise habituellement pour opérer la contre-flexion de l'arbre deux mâchoires 4, 5. La mâchoire supérieure 4 est asservie à la mâchoire inférieure 5 de telle façon que lors de ltapproche de la lunette la mâchoire superieu4 et la mâchoire inférieure 5 sl.appliquent simultanément contre 1 arbre 6 pour s'opposer à la flexion de celui-ci, Les mShoires 4 et 5 sont fixées de façon amovible à l'aide de vis 16 à l'élément 17 de la lunette. En outre, la mâchoire 4 peut aussi entre déplacée isolément par rapport à la mâchoire 5. La figure 2 montre aussi schématiquement une rectifieuse dans laquelle l'arbre 6 est suspendu entre deux pointes à centrer 18. Les efforts qui sont exercés sur l'arbre 6 et provoquent la flexion D sont le poids E de l'arbre, la pression de la meule et l2ffort tangentiel T grovocpré par ha rotation de la meule. Il convient de remarquer que dès que les pointes à centrer changent de position, la position de l'axe X - X de la pièce à usiner change aussi. Il en résulte que les ajustements des mâchoires et de la pièce à rectifier sont également modifiés, de sorte que la pièce pourrait devenir conique. Pour éviter cette conicité, il entre dans le cadre de ltinvention de proposer un dispositif de compensation de défaut de cylindricité agissant sur le support de pointe. Ce dispositif est commandé par un système de mesure de déplacement doté d'un moteur. Lorsque la lunette est mise en service avec un support de pointe à correction automatique de défaut de cylindri citez la correction de la lunette par rapport à la correction du support de pointe se fait selon la loi (figure 5) Une propriété essentielle du dispositif est l'ajustement du système de mesure de déplacement de la lunette. Cet. ajustement s'effectue sur la pièce terminée de la * on suivante.Lorsque la rectification de la pince est termimée, le sognal "Arrêt" est déclenché et le porte-meule ainsi que la lunette retournent à meurs positions initiales Le début du recul de la lunette avec ses mâchoires déclenche la mesure de déplaceisent et la pièce fléchie revient à a position initiales Jusqu'à ce moment la pièce usinée suit les mâchoires ff, 5, de sorte que la tige du palpeur demeure immobile dans le manchon 14. Le système de co u wnde surveille la tige da palpeur, dès le début du recul de la lunette.Des que la pièce est revenue dans sôn état initial, le ressort fait émerger la tige du palpeur du chon. Le début du mouvem ent de la tige du palpeur provoque immédiatement la modification d'une grandeur électrique, de sorte qu'un déplacement de la tige du palpeur de l'ordre du I micron provoque l'ajustement de la lunette sur le diamètre de la pièce terminée. Comme le diamètre de la pièce terminée est mis en mémoire dans l'ordinateur, celui-ci peut Autre interro gé. An moyen de cet ajustement de la lunette, qui est habituellement exé outé à l'aide d'une pièce-étalon, on peut éviter les sources d'erreur ou atteindre les valeurs désirées suivantes. 1. flexion de la pièce à usiner sous l'effet de la lunette en direction de la meule; 2. flexion de la pièce à usiner sous l'effet de la meule en direction de l'opérateur; 3. Usure des mâchoires 4 et 5; 4. Elimination des influences thermiques sur la position de la mâchoire 4 par rapport aux pointes. 3. Elimination de l'erreur résiduelle de positionnement de la pièce provenant de la dernière correction de défaut de cylindricité, par rapport à la mâchoire 4 (l'erreur de positionnement de la pièce doit être plus petite que la précontrainte de la pièce, notamment lorsqu'en cas de petites er- reurs de correction du support de pointe, la lunette n'est pas corrigée en fonction de la loi ASi, énoncée plus haut, mais lors du recul de la mâchoire 4 en fonction du diamètre de la pièce terminée; 6. Usure de la tige palpau se de la mâchoire 4; 7. Xodification de la précontrai nte affichée de la pièce à usiner, par eremple par des déplacements i' éléments de la rectifieuse d'origine thar- mique, par une correction de défaut de cylindricité opérée sur le support de pointe, pour corriger une dérive s'étendant aux usinages de plusieurs pièces. Des corrections de l'ordre de 1 à 2 microns pour une pièce nen- traînent pas d'inconvénient pour la lune tte et peuvent être compensées à la fin de l'opération de meulage REVENDICATIONS 1. Procédé pour l'avance continue et automatique dtau moins une mâchoire de lunette pour le maintien dans son axe d'une pièce, par exemple d'un arbre ou d'un vilebrequin, lors du moulage de la surface de la pièce, la pièce sus- pendue librement entre deux supports, par exemple des pointes de centrage, étant soumise à une flexion en raison de son poids, de la pression de la meule et des efforts radieux et transversaux engendrés-- par le meulage, caractérisé en ce que au moins une mâchoire de lunette est avancée vers la pièce à usiner et peu avant l'application de la mâchoire sur la surface de la pièce, un moteur pas-à-pas associé à la mâchoire est commuté sur une vites;;se d'avance lente au moyen d'un palpeur disposé dans la zone dtapplica- tion de la mâchoire, ensuite les mâchoires de lunette sont approchées par le moteur pas-à-pas noxalement à l'axe de la pièce à usiner jusqu' une distance fixée d'avance, et la pièce est meulée par enlèvement de matière au moyen dtun outil disposé diamétralement à l'opposé d'une mâchoire de lunette et doté au moyen d'un autre moteur pas-à-pas dtun mouvement de translation diamétralement opposé à celui de la mâchoire et normal à l'axe médian de la pièce à usines, cependant que, -dès que la mâchoire de- lunette palpe le même diamètre que la meule respectivement un diamètre corrigé par un dispositif de mesure de déplacement de la mâchoire, la vitesse 2 E2 dtavance de la mâchoi- re est commutée en une vitesse synchrone telle qu'à partir de la commutation, la mâchoire et le support de meule avec la meule disposée diamétralement à - l'opposé de la mâchoire se rapprochent l'un de l'autre en synchronisme jus- qu'à l'atteinte d'un diamètre prédéterminé, et qu'à l'atteinte de ce diamètre, les avances de la meule et de la mâchoire de lunette sont arrêtées et la mâchoire de la lunette ainsi que le support de meule s'éloignent ltun de l'autre. 2. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que la pièce à usiner est soumise à une force compensatrice de la flexion quelle subit au cours du meulage, au moyen dtune mâchoire supérieure et d'une mâchoire in férieure, chaque mâchoire étant équipée d'un palpeur, d'un générateur dl impulsions et d'un ordinateur ainsi que d'un moteur pas-à-pas et itun système de mesure de déplacenent. 3 Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'ajus- tement du système de mesure de déplacement de la lunette sur la pièce terminée au diamètre désiré sa'opère de façon qu'une tige palpeuse (i) dispo srae dans une mâchoire de lunette repose sous l'effet de la pression d'un ressort sur la pièce fléchie vers le haut et en direction de la meule, reste en contact avec la pièce usinée jusqu'à suppression de la flexion imposée par la mâchoire, puis quitte le contact de la pièce usinée au cours du recul de la lunette, de sorte que la tige palpeuse libérée éer- g. de la mâchoire sous l'effet de son ressort, cependant qu'au début de son déplacement la tige palpause déclenche une grandeur électrique qui est mise en mesure sous forme de diamètre désiré et peut hêtre rappelée. 4. Dispositif pour me.ttre en oeuvre le procédé selon l'une des revendi cations l à 3 et comportant au moins une mâchoire de lunettes un support équipe d'une meule et disposé diamétralement à l'opposé de la mâchoire, et un premier moteur pas-à-pas opérant l'approche et l'éloignement de la mâchoire supérieure par rapport à la pièce à usiner, de même gutun second moteur pas-à-pais opérant l'approche et l'éloignement du support de meule par rapport à la pièce à usiner, caractérisé en ce qu'il composte une mâchoire supérieure (4) et une mâchoire inférieure (5) fonttionnellement associée à la mâchoire supérieure (4), un palpeur (i) disposé dans la mâchoire supérieure dans la région définie par la ligne diamétrale sten- dans de la mâchoire supérieure à l'outil servant à l'usinage, ainsi qu'un générateur d'impulsion 2 et un ordinateur faisant suite à ce capteur, l'ordinateur étant doté de deux systèmes de mesure de déplacement pour comparer au diamètre désiré de la pièce préalablement mis en mémoire le diamètre. instantané, de façon à commander d'une part l'avance de la ou des mâchoires (4,5) d'autre part l'avance du support de meule au moyen des moteurs pas-à-pas (3, respectivement 10), et à arrêter ces avances lorsque le diamètre désiré est atteint. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le support de pointe est équipé d'un dispositif de compensation de défaut de sylin- dricité, qui comporte un système de mesure de déplacement et un dispositif de commande. 6. Dispositif selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que au meins une des mâchoires (4,5) est isolément réglable respectiv ement compensable. 7. Dispositif selon les revendication. 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un système de surveillance avec indication de l'usure des mâ- choires et de la tige palpeuse.