Brevet FR2464773A1 — publié le 19810320

La présente invention, due à la collaboration de Messieurs André MONNIN, Daniel PORTHEAULT et Bernard ROBERT, se rapporte à un dispositif spécialement conçu pour le tournage de pièces flexibles en général, pouvant même comporter plusieurs parties coaxiales à usiner, comme c'est le cas des arbres à paliers multiples, arbres à cames, ou vilebrequins de moteur k lignes de paliers et de manetons multiples. Lorsqu'il s'agit usiner des pièces peu rigides, l'effort de coupe développé par outil sur la pièce fléchit celle-ci, en traMnantun déplacement de l'axe de la pièce par rapport à l'axe de tournage. Il s#ensuit, d'une part, des non-conformités géométriques et dimensionnelles de la pièce, et d'autre part, l'apparition de phénomènes vibratoires, dits de broutage, qui ont pour effet de détériorer à la fois la pièce et l'outil. Pour remédier à ces inconvénients, on a habituellement le choix entre deux solutions : a) diminuer l'effort de coupe, ce qui revient à abaisser les performances de la machine ; b) introduire, le plus près possible de la zone d'usinage, des appuis qui empochent la pièce de fléchir. Ces appuis, appelés "lunettes", nécessitent que la pièce comporte déjà des surfaces usinées avec une certaine précision0 Outre cette contrainte, le système amène d'autres inconvénients, tels que - augmentation de 11 encombrement autour de la zone à usiner - augmentation des difficultés de montage et de démontage de la pièce sur la machine - efficacité limitée dans le cas où l'on ne peut pas introduire ces appuis aussi près que l'on voudrait de la zone d'usinage ; etc. Les difficultés qui sont évoquées ci-dessus sont largement augmentées lorsque les pièces à usiner sont du type des vile brequins de moteurs à combustion interne. En effet, outre un manque de rigidité, ces pièces ont une configuration géométrique qui, par l'excentricité des lignes des paliers et des manetons, complique sensiblement le processus d'usinage de ces lignes, L'invention a pour objet un dispositif permettant de remédier avantageusement aux inconvénients précités, tout en apportant une amélioration des performances de tournage, notamment du point de vue capait8 de coupe, qualité d'usinage, réduction des temps morts de manutention, simultanéité de divers usinages, et qui est d'une adaptation facile à diverses configurations de tours, pouvant s'en trouver simplifiées ou homogénéisées pour des séries de travaux successifs du genre considéré, comme c'est le cas des vilebrequins présentant plusieurs lignes à usiner. Essentiellement, à cet effet, le dispositif de tournage selon l'invention de pièces flexibles maintenues et entratnées en rotation sur un tour suivant leur axe de tournage, comportant au moins un chariot porte-outil monté déplaçable sur le bâti de tour transversalement par rapport à l'axe de tournage, est caractérisé en ce qu'il est associé à l'outil un système de réaction comprenant deux galets de contre-appui supportés par le bâti et ayant une liaison cinématique avec le chariot porte-outil telle que le triangle formé par la pointe de l'outil et les points de tangence des galets avec le cercle de tournage qu'ils définissent avec l'outil varie de façon sensiblement homothétique par rapport au centre de ce cercle0 En particulier, ladite liaison cinématique peut être constituée pour chaque galet de contre-appui par un levier de support oscillant à axe d'articulation intermédiaire fixé sur le bati et parallèle à l'axe de tournage, chaque levier portant le galet à une de ses extrémités et ayant son autre extrémité reliée à articulation par une bielle audit chariot porte-outil, les articulations de cette bielle étant parallèles à l'axe de tournage, En outre, lesdites bielles peuvent être constituées chacune par un vérin hydraulique permettant d'actionner les galets à l'ouverture pour les phases de prise en charge et évacuation des pièces usinées, Avantageusement, dans le cas général de tournage d'ébauches, l'opération de tournage peut alors être prévue en deux phases successives d'écroutage et de finition-sur le même tour, gouvernées par l'alimentation desdits vérins hydrauliques, ainsi qu'on le verra plus loin0 On notera comme avantages plus particuliers du dispositif objet de l'invention, qu'avec ses galets de contre-appui disposés dans le même plan que l'outil, la pièce à usiner est empêchée de fléchir d'une façon plus efficace qu'avec une lunette. Les qualités géométriques du cercle de tournage ainsi défini ne dépendent pratiquement que de la rigidité du triangle défini par les trois points de contact considérés avec l'outil et les galets0 En outre, le fait que les contacts avec la pièce soient limités à trois autorise que la section initiale de la pièce soit géométriquement imparfaite, ce qui n'est pas le cas avec une lunette.En particulier, lorsque les défauts sont importants, on peut donner au dispositif selon l'invention, par l'intermédiaire desdits vérins hydrauliques, une "flexibilité" qui lui permet d'absorber les défauts de plus grande amplitude, sans qu'il y ait variation des efforts appliqués, jusqu a ce que ces défauts soient réduits à des valeurs acceptables, après quoi le dispositif peut être "rigi- difié" hydrauliqueinent pour obtenir une section de tournage aussi parfaite que possible. On peut ainsi obtenir, par ce procédé, une pièce "finie" en partant d'une pièce "brute", sans qu'il y ait besoin de reprises intermédiaires. Le dispositif selon l'invention étant d'un encombrement axial réduit peut Aetre aisément multiplié en fonction du nombre de portées à usiner pour usiner une ligne complète en une seule opération0 Le mouvement d'écartement des galets lié au mouvement de recul du porte-outil en fin d'usinage facilite automatiquement les opérations de chargement/déchargement des pièces, et peut être amplifié à cet effet par mise en oeuvre des vérins hydrauliques précités. L'invention est d'ailleurs ci-après plus complètement décrite, à titre d'exemple non limitatif, et en référence au dessin annexé, dans lequel : - la figure 1 est une vue schématique d'un agencement d'un dispositif de tournage selon l'invention pour le tournage de pièces à chargement et déchargement horizontal, incluant un schéma de principe d'un circuit électro-hydraulique de commande d'un tel dispositif - la figure 2 est une vue analogue d'un autre agencement de dispositif de tournage selon l'invention adapté au cas de pièces à chargement et déchargement vertical au-dessous de l'axe de tournage. On a représenté à la figure 1 un bati de tour 1 sur lequel est monté déplaçable horizontalement et transversalement par rapport à l'axe de tournage 2, suivant la flèche 3, un chariot 4, dont les organes de guidage et commande ne sont pas représentés comme pouvant être de tout type usuel, et sur lequel sont fixés un porte-outil et outil désignés par 5 dans leur ensemble. Sur deux éléments la, lb solidaires du bâti 1, sont respectivement articulés en leur partie centrale, autour d'axes 6 et 7 parallèles à l'axe de tournage, deux leviers 8 et 9 supportant à une de leurs extrémités chacun un galet 10 et 11, destiné à former organe de contre-appui de l'outil 5 sur la pièce à usiner, ces galets étant libres de tourner autour de leur axe respectif 12 et 13o A leur autre extrémité, les deux leviers 6 et 7 sont respectivement reliés au chariot 4 porte outil par deux bielles qui sont de préférence ici de longueur variable et constituées à cet effet par des vérins hydrauliques 14 et 15. Les cylindres des vérins 14, 15 sont articulés en 16 et 17 sur le chariot 4 et les extrémités de leur tige de piston sont articulées en 18 et 19 avec les extrémités correspondantes des leviers 8 et 9, tous ces axes d'articulation ainsi que les axes de rotation des galets étant parallèles à l'axe de tournage. La disposition des galets 10, 11 dans l'espace par rapport à la pointe de l'outil 5 est telle que la résultante de leur action sur une pièce telle que 20, bridée dans l'axe de tournage 2, se trouve opposée à celle de l'outil. De plus, la liaison cinématique de ces galets avec le chariot 4 par les leviers 8 9 et vérins 14, 15, considérés comme bielles rigides, présente des égalités dimensionnelles et d'angles telles que les points de contact des galets avec les pièces à usiner constituent avec le point de contact de l'outil, dans la gamme des diamètres à usiner, un triangle variant de façon sensiblement homothétique par rapport au centre du cercle de tournage qu'ils définissent0 Les deux chambres des vérins 14 et 15 sont respectivement reliées à une source à pression constante au travers de distributeurs 21 et 22 d'une part et, d'autre part, au travers de clapets anti-retour 23 et 24 pilotés par l'intermédiaire de distributeurs 25, 26o Les distrubiteurs 21, 22, actionnés respectivement par les solénoraes A, R et At, Rt, assurent les mouvements de sortie et de retrait des tiges de piston des vérins 14 et 150 Les clapets 23 et 24, montés entre les distributeurs 21, 22 et les chambres de poussée des vérins 14 et 15, quand ils ne sont pas pilotés, isolent ces chambres du circuit hydraulique lorsque la pression dans lesdites chambres y devient supérieure à celle du circuit, c'est-àdire que les bielles constituées par les vérins 14, 15 sont alors rigidifiées à la compression.Lorsque les clapets 23 et 24 sont pilotés par la pression du circuit au travers des distributeurs 25 et 26, commandés par les solénoTdes P et P', les chambres de poussée des vérins 14 et 15 sont mises en communication avec le circuit hydraulique. Dans ce cas, les tiges des vérins peuvent rentrer, soit sous l'action d'efforts extérieurs supérieurs à l'effort développé par la pression de la source sur la section de poussée des pistons, soit sous l'effet de l'inversion des pressions dans les chambres des vérins, commandée par commutation des dis tributeurs 21 et 22. Le circuit est alimenté, d'une façon continue, par une moto-pompe hydraulique 27, sous une pression maintenue à une valeur constante, déterminée par la valeur des efforts à exercer sur la pièce à usiner, par un appareil de régulation de pression 28o L'agencement du dispositif objet de la figure 1 convient au tournage de pièces à chargement et déchargement horizontal suivant la flèche 29. On a représenté à la figure 2 un agencement adapté au cas de pièces à chargement et déchargement vertical au-dessous de l'axe de tournage 30, suivant la flèche 31. Un chariot 32 sur lequel est fixé le porte-outil 33 à outil 34, est monté dplaçable verticalement sur le bEti de tour 35, suivant la flèche 36, par l'intermédiaire d'un jeu de glissières 37 et d'un mécanisme de commande comprenant un moteur électrique 38 et un réducteur 39 suivi d'une liaison vis-écrou usuelle non représentée s'étendant entre les glissières, L'ensemble porte-outil 33 outil 34 comporte les moyens de réglage usuels permettant de positionner avec précision la pointe de l'outil par rapport à l'axe de tournage 30 en un point donné de la trajectoire de déplacement du chariot 32. Sur une traverse 40 solidaire du bAati et sur les glissières 37 stlt fixées des chapes 42, 43 entre les joues desquelles sont respectivement articulés en un point intermédiaire de leur longueur, par des axes 44, 45 parallèles à l'axe de tournage, deux leviers 46, 47 formant chacun à une de leurs extrémités une chape entre les joues de laquelle est monté tournant un galet de contre-appui de l'outil 34 sur la partie de pièce à usiner 48, les deux galets étant respectivement désignés par 49 et 50 et leurs axes par 51 et 52. A leur autre extrémité les leviers 46, 47 sont respectivement articulés, par les axes 53 et 54, dans des chapes d'extrémité 55 et 56 des tiges de pistons de deux vérins hydrauliques 57, 58, dont les cylindres sont eux-mêmes articulés, par les axes 59, 60, dans des chapes 61, 62 fixées sur le chariot 32, toutes ces articulations étant parallèles à l'axe de tournage 30. La disposition géométrique des galets 49, 50 relativement à la pointe de l'outil 34 et à l'axe de tournage 30 et leur liaison cinématique avec le chariot 32 répondent aux même considérations que celles exposées dans le cas de l'agencement de la figure 1. De même, les vérins hydrauliques 57, 58 sont à considérer comme alimentés de même manière que les vérins 14, 15, non représentée par souci de simplification et clarté de la figure 20 Le fonctionnement d'un dispositif de tournage selon l'invention sera décrit en référence à la figure 1, qui comporte seule la représentation de sa commande électrohydraulique propre, étant à voir que le même fonctionnement s'applique aussi au dispositif de la figure 2. Partant de la position d'usinage par tournage d'une pièce 20 représentée à la figure 1, il est à voir qu'en fin de tournage le chariot 4 est reculé par rapport à l'axe de tournage 2 et avec lui l'ensemble outil - porte-outil 5 d'une part, ainsi que les cylindres des vérins 14, 15, qui sont simultanément alimentés du c8té tige de piston, au travers des distributeurs 21, 22, par excitation des solénoides R et Rt de ceux-ci, tandis que l'autre côté du piston de ces vérins est mis à l'échappement par la voie des clapets de non-retour 23, 24, pilotés à l'ouverture par l'intermédiaire des distributeurs 25, 26, dont les solénoYdes de commande P et P' sont excités à cet effet.Il résulte de cette action de recul du chariot 4 et d'alimentation des vérins 14, 15 dans le sens de rentrée des tiges de piston que les galets 10, 11 s'écartent de la pièce usinée suivant les flèches 63, afin de la rendre accessible pour son évacuation dans le sens correspondant de la flèche 29, après débridage d'avec la ou les broches du tour Cette position écartée des galets permet aussi l'amenée de la pièce suivante dans le sens correspondant de la flèche 29 pour son chargement et bridage sur la ou les broches de tour, qui vont assurer son entratnement en rotation suivant l'axe de tournage 2. Avec la commande électro-hydraulique représentée, le dispositif de tournage selon l'invention promet un usinage en deux phases enchaînées d'une pièce ou ébauche dont la surface à usiner est dite bne comme comportant des défauts géométriques qui exigent usuellement des reprises intermédiaires0 Pour la première phase dite "d'écroutage", l'approche de l'outil est commandée par déplacement du chariot 4 tandis que, simultanément, les soléno#des A, P des distributeurs 2t, 25 et & P' des distributeurs 22, 26 sont excités, ce qui a pour effet d'alimenter les vérins hydrauliques 14, 15 dans le sens de sortie des tiges de pistons, avec les clapets 24 et 25 restant pilotés à l'ouverture0 L'extension des vérins 14, 15 a pour effet dlamener les galets de contre-appui 10, 11 au contact de la pièce à usiner, sur laquelle ils exercent alors des efforts déterminés par la pression régulée de la moto-pompe 27. Ces efforts sont choisis pour compenser en partie leeffort de coupe, mais ils ne doivent pas non plus provoquer de déformation importante de la pièce tant que l'outil n'est pas en contact avec celle ci~ Aussi, pendant la phase d'approche de l'outil, les tiges des vérins 14 et 15 doivent pouvoir effectuer un recul relatif sans qu'il y ait augmentation de l'effort choisi, donc de la pression hydraulique à laquelle elles sont soumises0 D'autre part, la surface à usiner étant "brute" et comportant par conséquent des défauts géométriques importants, les ensembles galets 10, il - leviers 8, 9 - vérins 14, 15 doivent pouvoir absorber ces défauts sans que les efforts appliqués sur la pièce varient de façon notable, ceci afin de ne pas déteriorer l'outil et de ne-pas amplifier les défauts initiaux. C'est pour répondre aux deux conditions énoncées ci-dessus, qui se superposent, que les clapets 23 et 24 sont pilotés à l'ouverture, c'est-à-dire que leur fonction de non-retour est neutralisée, ce qui permet ainsi à l'huile refoulée par les pistons des vérins 14 et 15 de repasser dans le circuit primaire dont la pression est maintenue constante, grâce à l'appareil de régulation de pression 28 qui évacue à la bâche le débit éventuel occasionné, Lorsque, à la fin de la phase d'écroutage, la section de la pièce est sensiblement circulaire, on déclenche la phase de "finition" en désexcitant,d'une part les solénoïdes P et PI des distributeurs 25 et 26, ce qui a pour effet de supprimer la pression de pilotage qui maintenait ouverts les clapets 23 et 24, et d'autre part les solénoïdes À et Aw des distributeurs 21 et 22, ce dont il résulte que les clapets 23, 24 se ferment aussitôt que la pression dans les chambres de poussée des vérins 14, 15 devient supérieure à celle régnant dans la portion de circuit qui relie ces clapets 23, 24 aux distributeurs 21 et 22. Les vérins 14 et 15 sont donc complètement isolés de la source de pression et, grace au volume d'huile enfermé d'une façon étanche entre les chambres-de poussée des pistons et les clapets, ces vérins jouent alors le rôle de "bielles rigides", de sorte que le mouvement d'avance du chariot 4 et donc de l'outil 5, est transmis intégralement aux extrémités des leviers 8, 9 et donc aux galets de contre-appui 10, 11, de sorte que les points de contact a, b de ces derniers avec la pièce 20 ainsi que le point de contact c de l'outil 5 avec cette dernière constituent un triangle variant positivement de façon sensiblement homothétique par rapport au centre#du cercle de tournage,correspondant à l'axe de tournage 2 défini par le positionnement initial de bridage de la pièce. Outre la définition géométrique de la section tournée ainsi obtenue, ce dispositif introduit une rigidité mécanique qui améliore d'une part les performances, par une augmentation des capacités de coupe et, d'autre part, les qualités d'usinage par élimination des phénomènes de nbroutage''O La figure 1 peut être considérée comme illustrative d'un exemple d'usinage applicable aux paliers d'un arbre à cames, pour lequel tous les paliers peuvent être usinés simultanément, en recourant à un dispositif de tournage à galets de contre-appui tel que décrit pour chaque palier. La figure 2 est illustrative d'un exemple d'usinage d'une ligne de manetons de vilebrequin, pour laquelle est prévu pour chaque maneton un dispositif de tournage à galets de contre-appui tel que décrit, de sorte que les manetons de la ligne considérée sont usinés simultanément0 il est à voir quten ce cas la ligne de manetons considérée deuz vilebrequin est placée dans l'axe de tournage défini par les broches d'entratnement en rotation, en bridant les paliers du vilebrequin dans des mandrins portés par les broches et excentrés par rapport à leur axe de rotation de la valeur de l'excentrement de la ligne de manetons par rapport à celle des paliers. Un tel dispositif de tournage convient aussi bien entendu pour usiner la ligne de paliers elle-mtme du vilebrequin, de sorte que des machines d'un même type et relativement simples peuvent être ainsi créées pour l'usinage de pièces complexes telles que les vilebrequins. Dans l'exemple de la figure 2, la manutention de ceux-ci pour le chargement et déchargement du tour peut être aisément prévue verticalement suivant la flèche 3t et avec un indexage angulaire préalable permettant d'automatiser la prise en charge et le bridage des vilebrequins sur les broches d'entratne- ment0 Bien entendu, diverses variantes peuvent Entre imaginées tout en restant dans le cadre principal de l'invention. REVENDICATIONS lo Dispositif pour le tournage de pièces flexibles maintenues et entraînées en rotation sur un tour suivant leur axe de tournage, comportant au moins un chariot porte-outil monté déplaçable sur le bâti de tour transversalement par rapport à l'axe de tournage, caractérisé en ce qu'il est associé à l'outil un système de réaction comprenant deux galets de contre-appui supportés par le bâti et ayant une liaison cinématique avec le chariot porte-outil telle que le triangle formé par la pointe de l'outil et les points de tangence des galets avec le cercle de tournage qu'ils définissent avec l'outil varie de façon sensiblement homothétique par rapport au centre de ce cercle. 2. Dispositif pour le tournage de pièces flexibles selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite liaison cinématique comprend pour chaque galet un levier de support oscillant à axe d'articulation intermédiaire fixé sur le bâti et parallèle à l'axe de tournage, chaque levier portant le galet à une de ses extrémités et ayant son autre extrémité reliée à articulation par une bielle audit chariot porte-outil, les articulations de cette bielle étant parallèles à l'axe de tournage. 3. Dispositif pour le tournage de pièces flexibles selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque bielle est constituée par un vérin hydraulique. 4o Dispositif pour le tournage de pièces flexibles selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est associé aux vérins hydrauliques des moyens d'alimentation permettant d'actionner les galets de contre-appui à l'ouverture pour les phases de chargement et déchargement des pièces sur le tour. 50 Dispositif pour le tournage de pièces flexibles selon llune des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il est associé aux vérins hydrauliques des moyens individuels d'alimentation permettant de solliciter les galets de contre-appui au contact de la pièce à usiner, ces moyens individuels d'alimentation étant adaptés pour permettre une alimentation du vérin sous une pression déterminée dans une première phase d'écroutage de la pièce, puis un blocage d'alimentation du vérin l'amenant à travailler comme bielle de poussée rigide dans une seconde phase de finition de la pièce, 6. Dispositif pour le tournage de pièces flexibles selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens individuels d'alimentation comprennent un clapet de non-retour pilotable à l'ouverture pour ladite première phase d'écroutage. 7. Dispositif pour le tournage de pièces flexibles comportant plusieurs parties coaxiales à usiner par plusieurs outils, caractérisé en ce qu'il est associé à chaque outil un système de réaction à galets de contre-appui tel que défini dans l'une quelconque des revendications précédentes. 8. L'application d'un dispositif pour le tournage de pièces flexibles selon l'une quelconque des revendications précédentes à des machines d'usinage des lignes de paliers et de manetons de vilebrequins, dans lesquelles ces lignes sont disposées dans l'axe de tournage du tour0