Brevet FR2481167A1 — publié le 19811030

La présente invention concerne l'outillages des machines-outils pour l'usinage des métaux par coupe.et a notamment pour objet un dispositif d'usinage de surfaces cylindriques. L'invention est destinée notamment aux tours à cha- rioter pour l'usinage d'arbres, de tiges de vérins hydrau- liques, d'axes, ainsi que d'autres pièces similaires. Les machines-outils munies d'un tel dispositif pour l'usinage de surfaces cylindriques peuvent être utilisées en particulier dans la construction des tracteurs et des machines agricoles, des véhicules automobiles, de machines routières, ainsi que d'autres branches de l'industrie. On connaît des dispositifs d'usinage de surfaces cylin- driques extérieures, montés sur les tours à métaux et comportant des pointes avant et arrière, dont on se sert pour positionner et serrer la pièce à usiner, une tête à outils de coupe et une têtBà molettes de déformation. La pointe avant est reliée cinématiquement à une commande de mou- vement principal, alors que la pointe arrière est reliée au fourreau de la contre-poupée et est supportée par des paliers à roulement. La tête à outils de coupe et la tête à molettes de déformation sont installées successivement dans un corps monté sur le chariot de la machine-outil. Les molettes de déformation sont logées dans un séparateur régulièrement suivant une circonférence et coopèrent pendant l'usinage avec la surface intérieure d'une douille de forme conique et avec la pièce à usiner. Dans ce dispositif connu, la pointe arrière est exécutée sous forme d'un cylindre qui se transforme en un cône soit droit, soit inverse. Le diamètre de ce cylindre est inférieur à celui de la pièce à usiner. Au moment o la tête à molettes se trouve dans sa position initiales les molettes de déformation se trouvent à l'état libre. L'usinage des surfaces cylindriques par le dispositif connu,à l'aide de la pointe arrière qu'on vient de décrires'accompagne de vibrations pendant le tournage. Ces vibrations sont dues, au début du processus de coupe, au fait que les molettes de déformation ne prennent pas appui sur la pièce à usiner et ne remplissent donc pas leur fonction de système de lunette. Les vibrations ainsi engendrées provoquent la formation d'une zone défectueuse sur la pièce à usiner. Pendnat que les molettes de déformation roulent sur le secteur défectueux, elles copient ses défauts, ce qui conduit à la formation de nouvelles zones défectueuses pen- dant l'usinage ultérieur par l'outil de coupe, et ainsi de suite. Il s'ensuit que la zone défectueuse totale peut atteindre une longueur allant jusqu'à quatre fois la longueur de la zone défectueuse initiale. Dans le but de prévenir les vibrations, on a recours à un tournage préli- minaire de la pièce à usiner sur une longueur égale à la distance entre le sommet de l'outil de coupe et la molette de déformation. Le diamètre de la zone soumise à ce tournage pri5Lmindre dépasse d'une certaine valeur le diamètre pour lequel sont réglées les molettes de déformation pour créer un effort de roulement superficiel (serrage). L'usinage préalable de cette zone de la pièce nécessite un équipement auxiliaire, ce qui conduit à une augmentation du parc des machines-outils et, par conséquent, des aires de production. En outre, on dépense un temps important pour la réa- lisation des opérations auxiliaires (positionnement et dépose de la pièce usinée, transport, etc.), ce qui conduit à une augmentation de la main d'oeuvre nécessaire à 1'usi- nage. On s'est donc proposé de mettre au point un dispositif d'usinage de surfaces cylindriques, dans lequel la pointe arrière serait réalisée de manière à permettre l'usinage de la pièce en n'effectuant qu'un seul montage d'usinage de celle-ci sur la machine-outil, tout en obtenant une précision et un état de surface non inférieurs à ceux obtenus en cas d'usinage à l'aide des dispositifs connus. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un dispo- sitif d'usinage de surfaces cylindriques à être utilisé sur 248 116 7 une machine-outil d'usinage des métaux par coupe, du type comportant une pointe avant et une pointe arrière pour le positionnement ou montage d'usinage de la pièce usiner et, disposées successivement dans un corps monté sur le chariot de la machine-outil, une tête à outil de coupe et une tête à molettes de déformation, disposées régulièrement suivant une circonférence, caractériséjselon l'invention, en ce que la pointe arrière comprend une partie dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre de réglage des molettes de déformation et qui sert au guidage de celles-ci, cette partie s'appliquant, pendant l'usinage, par sa face en bout contre la face en bout de la pièce à usiner, tandis que son extrémité correspondant à ladite face en bout est adaptée pour que le sommet de l'outil de coupe puisse y être dis- posée en position de départ pour l'usinage. Il est avantageux que la pointe arrière comporte, au moins sur ladite partie servant de guidage pour les molettes de déformation, un cylindre à orifice borgne pratiqué dans la direction axiale et un cône de centrage sollicité par un ressort et logé dans ledit orifice. Une telle réalisation de la pointe arrière permet d'usiner d'une manière efficace des arbres de faible masse possédant une queue de plus petit diamètre et à orifice central, et d'assurer ainsi un blocage fiable des arbres pendant l'usinage. Il n'est pas moins avantageux que la pointe arrière comporte,au moins sur sa partie servant de guidage pour les molettes de déformation une douille cylindrique à ressort et un cône de centrage logé dans ladite douille. La pointe arrière ainsi conçue, c'est-à-dire munie d'une douille cylindrique à ressort et d'un cône de cen- trage, est utilisée pour l'usinage d'arbres ayant une grande masse et une queue à orifice central. Dans ce cas, malgré les variations des dimensions linéaires de l'orifice central, la pointe arrière sera toujours appliquée par le ressort contre la face en bout de la pièce à usiner et son immobilisation sera assurée d'une manière fiable. 2481 I 7 Il est avantageux de pratiquer sur celle des extré- mités de la pointe arrière qui est appliquée pendant l'usi- nage contre la face en bout de la pièce à usiner, un chanfrein suivant son diamètre extérieur, permettant-de disposer le sommet de l'outil de coupe en position de départ pour l'usinage. Il est également avantageux de réaliser, sur l'ex- trémité de la pointe arrière qui est appliquée pendant l'usinage contre la face en bout de la pièce à usiner, un évidement annulaire sur une longueur de préférence de trois millimètres au maximum, pour y disposer le sommet de l'outil de coupe en position de départ pour l'usinage. Il est possible de réaliser ladite pointe arrière avec un cône inverse et de pratiquer sur celle des extré- mités de la pointe arrière qui est appliquée pendant l'usinage contre la face en bout de la pièce à usiner,un évidement annulaire sur unelongueur de préférence de trois millimètres au maximum ou un chanfrein suivant son diamètre extérieur pour y disposer le sommet de l'outil de coupe. La réalisation de ce chanfrein ou de cet évidement annulaire pour la mise en place du sommet de l'outil de coupe est la plus ample au point de vue de la conception et la plus avantageuse au point de vue technologique. Il est avantageux de réaliser un cône inverse sur celle des extrémités du cylindre de la pointe arrière qui est appliquée pendant l'usinage contre la face en bout de la pièce à usiner. Il est également avantageux de prévoir un cône inverse sur celle des extrémités de la douille cylindrique qui est appliquée sur la face en bout de la pièce à usiner. La présence de ce cône inverse permet d'effectuer l'usinage de pièces sur les extrémités desquelles est pratiqué un chanfrein conique extérieur. Le positionnement des pièces à usiner suivant ledit chanfrein conique exté- rieur assure une haute précision dudit positionnement relativement à l'axe de la broche de la machine-outil et, par conséquent, une haute précision d'usinage. 24811&7 Il est possible de prévoir des zones de rigidité réduite sur les pointes avant et arrière, la zone de rigidité réduite de la pointe arrière étant disposée derrière la partie précitée servant au guidage des molettes de déformation. La présence desdites zones de rigidité réduite sur les pointes avant et arrière permet de réduire à un mini- mum l'influence des erreurs de positionnement de la pièce à usiner, des imprécisions de montage de la pointe arrière et de l'ensemble du dispositif relativement à l'axe de la broche de la machine-outil. Il est avantageux de prévoir dans le dispositif un vérin hydraulique et de relier cinématiquement la pointe arrière à l'élément mobile dudit vérin pour le déplacement dans la direction axiale. Ceci est utile pour créer un effort optimal constant de serrage de la pièce au cours de son usinage et pour assurer la suppression du risque de glissement de la pièce sur la pointe avant et de fléchissement éventuel de la pièce à usiner. Le dispositif d'usinage de surfaces cylindriques réalisé selon la présente invention est d'un emploi fiable et, tout en étant de construction relativement simple, permet d'effecutuer l'usinage des surfaces cylindriques en une seule opération de montage de la pièce, sans toutefois diminuer la qualité de l'usinage. En outre, l'utilisation du dispositif revendiqué permet de réduire le parc des machines-outils, de diminuer par conséquent les aires de production, et d'élever en même temps la productivité du travail. 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 quivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemple3non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels o - la figure 1 représente schématiquement le dispositif d'usinage de surfaces cylindriques conforme à l'invention (vue en plan avec arrachement partiel); - la figure 2 montre la pointe arrière à cône de centrage et à ressort, avec le corps monté sur cette pointe et renfermant la tête à outil de coupe et les molettes de déformation se trouvant en position de départ; - la figure 3 montre la pointe arrière comportant une douille cylindrique à ressort et un cône de centrage; - la figure 4 illustre une variante de réalisation de la pointe arrière; - la figure 5 montre la pointe arrière pourvue d'un cône inversé; - la figure 6 montre les pointes arrière et avant com- portant des zones de rigidité réduite. Le dispositif d'usinage de surfaces cylindriques pour une machine-outil d'usinage des métaux par coupe comporte: un plateau 1 (figure 1) fixé sur le chariot (non représenté) de la machine-outil, un corps 2 placé sur le plateau 1 et dans lequel sont montées successivement, suivant le sens d'avance axiale "S", une tète 3 à outil de coupe et une tète 4 à molettes de déformation 5, une pointe avant 6 et une pointe arrière 7 destinées au positionnement et au blocage de la pièce à usiner 8. La tête 3 à outil de coupe comporte un outil de coupe 9 fixé sur un traînard 10 mobile suivant des guidages 11 ménagés dans le corps 2. Le traînard 10 est relié par l'intermédiaire d'un organe 12 au tambour 13 monté dans un traînard 14 et mobile en rotation à l'aide d'un levier 15. Une rainure curviligne dans laquelle est logée une extrémité de l'organe 12 est pratiquée sur le tambour 13. Le tambour 13 à rainure curviligne est destiné au dépla- cement accéléré du traînard 10 avec l'outil de coupe 9 après la fin et avant le début de l'usinage. Pour le réglage de l'outil de coupe 9 à la cote imposée, on se sert du traînard 14 qui est relié à l'aide d'un couple cinématique écrou-vis 16 au volant 17. Le réglage de l'outil de coupe 9 à)a cote d'usinage imposée est contrôlé à l'aide d'un indicateur 18 dont l'entrée est reliée au traînard 10. La tête 4 comporte un séparateur 19 dans les rainures duquel sont disposées régulièrement suivant une circonfé- rence des molettes de déformation5. s'appliquant sur un cône d'appui 20 monté dans le corps 2. Dans le corps 2 est logé un ressort 21 servant à régler automatiquement la position du séparateur 19 et des molettes de déformation conformément àJa cote d'usinage prescrite. Un palier de butée 22 est destiné à supporter les charges axiales engendrées pendant l'usinage. Pour ajuster les molettes de déformation 5 à la cote d'usinage requise, on se sert de l'écrou 23 dont le filetage est en prise avec un taraudage réalisé dans le corps 2. Cet écrou agit sur un anneau 24 disposé dans le corps 2. Un anneau 25 en matériau élastique est logé dans le séparateur 19 et est destiné à prévenir les fuites de liquide lubrifiant et refroidissant de la zone de moletage superficiel. Du côté de la tête 3 à outil de coupe, la tête 4 est protégée par un couvercle 26 qui empêche les copeaux de pénétrer dans la zone des molettes de défor- mation 5. La pointe arrière 7 est mobile en rotation et placée dans le fourreau 27 de la poupée arrière 28 montée sur le bâti 29 de la machine-outil. Elle comporte une partie dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre de réglage des molettes de déformation 5. La longueur de cette partie est suffisante pour la mise en place du corps 2, autrement dit, ladite longueur est telle que l'outil de coupe 9 puisse se trouver près de la face en bout de la pièce à usiner 8, comme montré sur la figure 2. La pointe arrière 7 sert de surface de guidage pour les molettes de déformation et s'applique sur la face en bout de la pièce à usiner 8 pour que l'entrée en contact des molettes de déformation 5 avecla pièce à usiner8s'effectue sans à-coup (progressi- vement) pendant l'usinage, en assurant ainsi une haute précision d'usinage. Pour placer le sommet de l'outil de coupe 9 en position de départ avant l'usinage, un chanfrein 30 (figure 2) est pratiqué le long ce la circonférence exté- rieure de celle des extrémités de la pointe arrière 7 qui est destinée à s'appliquer sur la pièce à usiner 8, Pour l'usinage de pièces de faible masse possédant une queue de plus petit diamètre avec un orifice central, la pointe arrière 7 comporte un cylindre 31 à orifice axial borgne dans lequel est logé un cône de centrage 32 poussé ou sollicité par un ressort 33. Le cylindre 31 a un diamètre extérieur sensiblement égal à celui des molettes de déformation 5. Dans le cas d'une pièce à usiner 8 comportant un chanfrein sur sa face en bout s'appliquant sur le cylindre 31, un cône inverse 32a est prévu sur le cylindre 31 suivant la circonférence intérieure de ce dernier. En cas d'usinage de pièces 8 de grande masse, possé- dant une queue de plus petit diamètre avec un orifice central, la pointe arrière 7a est pourvue d'une douille cylindrique 34 (figure 3) et d'un cône de centrage 35. Le diamètre de la douille cylindrique 34 est sensi- blement égal au diamètre de réglage des molettes de déformation 5. Sur le cône de centrage 35, entre le fourreau 27 et une rondelle 3L, est monté un ressort 37 qui applique la douille 34 contre la face en bout de la pièce à usiner 8 pendant le processus d'usinage. Pour la mise du sommet de l'outil de coupe 9 en position de départ, un évidement annulaire 38 est pratiqué sut celle des extrémités de la douille cylindrique 34a (figure 4) de la pointe arrière, qui correspond à sa face en bout destinée a s'appliquersur la face en bout de la pièce à usiner pendant le processus d'usinage. La longueur de cet évidement ne dépasse pasde préférence, trois millimètres, ce qui permet aux molettes de déformation 5 de passer doucement de la pointe arrière 7b sur la pièce à usiner 8. En cas d'usinage de pièces cylindriques 39 (figure 5) sur l'extrémité desquelles est exécuté seulement un chanfrein, la pointe arrière 40 est pourvue d'un cône inverse 40a et a un diamètre sensiblement égal au diamètre de réglage des molettes de déformation 5, et pour la mise en position du sommet de l'outil de coupe 9, elle comporte à son extrémité un chanfrein 41 réalisé suivant son diamètre extérieur. Pour le positionnement du sommet de l'outil de coupe 9, il est également possible de réaliser sur l'extré- mité de la pointe arrière un évidement annulaire analogue à celui décrit ci-dessus. Pour élever encore danvantage la précision de l'usinage, des zones 44 de rigidité réduite sont ménagées sur la pointe avant 42 (figure 6) et sur la pointe arrière 43. La zone 44 de la pointe arrière 43 est disposée en -, arrière de sa partie 45 dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre d'ajustage des molettes de déformation 5 et oui sert au guidage desdites molettes. Le diamètre des zones 44 est inférieur au diamètre de la zone 45. Il est également possible de réaliser lesdites zones de rigidité réduite en faisant appel à d'autres moyens connus appro- priés. - La présence des zones de rigidité réduite permet de réduire à un minimum l'influence des erreurs du position- nement de la pièce à usiner, des imprécisions de montage de la poupée arrière 28 et de la poupée avant 46 de la machine-outil, ainsi que du corps 2 avec la tête 3 à outil de coupe et la tête 4 à molettes de déformation 5, relativement à l'axe de la broche de la machine-outil. Dans le but de créer un effort de serrage constant et optimal de la pièce à usiner, il es prévu un vérin hydraulique 47 monté sur la poupéearrière 28. L'organe mobile du vérin hydraulique 47 (tige 48) est relié ciné- matiquement à la pointe arrière 43. Le dispositif décrit est muni d'un système d'amenée du liquide lubrifiant et refroidissant, qui ne sera pas décrit ici, ni illustré sur les figures annexées, car il ne fait pas l'objet de la présente invention. Le dispositif d'usinage de surfaces cylindriques des- tiné à être employé sur les machines-outils d'usinage de métaux fonctionne de la manière suivante. Un échantillon étalon de la pièce est monté entre les pointes avant 6 et arrière 7. A l'aide du volant 17, on avance l'outil de coupe jusqu'à la profondeur de coupe irescrite. On contrÈle la valeur du déplacement de l'outil de coupage 9 au moyen de l'indicateur 18, après quoi, en tournant le levier 15, on procède au recul accéléré de l'outil de coupe 9 jusqu'à sa position de repos et on retire l'échantillon étalon de la pièce à usiner des pointes 6 et 7. On fait reculer le corps 2 avec les têtes 3 et 4 jusqu'à leur position de départ, on place une pièce à usiner 8 entre les pointesavant Cet arrlèe 7et on la loqoe avec un effort constant développé dans l'enceinte du vérin hydraulique 47. On règle les molettes de déformation 5 à la cote nécessaire à l'obtention du diamètre requis de la pièce à usiner 8 en déplaçant le séparateur 19 par rotation de l'écrou 23, et on les engage sur le cylindre 31 de la pointe arrière 7, dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre des molettes de déformation 5. L'outil de coupe 9 se trouve entre la face en bout de la pièce à usiner 8 et l'extrémité de la pointe arrière 7 s'appliquant sur ladite pièce. En se servant du levier 15, on met l'outil de coupe 9 en position de travail, on met la pièce à usiner en rotation, on enclenche l'amenée de liquide lubrifiant et refroidissant et l'avance longitudinale du dispositif. L'outil de coupe 9 entre en action et les molettes de défor- mation 5 se déplacent suivant la surface de guidage de la pointe arrière 7 en faisant ainsi fonction de lunette mobile supprimant les vibrations éventuelles et assurant une haute précision de la surface usinée par l'outil de coupe 9. Lorsque le corps 2 a été déplacé d'une valeur égale à la distance entre le sommet de l'outil de coupe 9 et lessommets 3, des molettes de déformation 5, celles-ci passent sur la pièce à usiner ú et réalisent avec un effort (serrage) Drédéterminé sa déformation plastique superficielle tout en continuant à faire fonction de lunette mobile. Le tour- nage étant terminé, on fait rapidement reculer l'outil de coupe 9 à l'aide du levier 15 jusqu'à sa position de repos, alors que les molettes de déformation 5 continuent ladite déformation plastique superficielle. Après l'achèvement de l'usinage, elles s'écartent suivant la surface conique du cône d'appui 20 et annulent la cote prescrite. A la fin de l'usinage, on met hors jeu l'avance axiale, on arrête la rotation de la broche de la machine-outil et l'amenée de liquide lubrifiant et refroidissant, et le corps 2 portant les têtes 3, 4 revient en position de départ. On dépose la pièce usinée de la machine-outil. Pendant le rappel du dispositif en position de départ les molettes de déformation 5 ne touchent pas la surface usinée de la pièce 8. Un modèle expérimental du dispositif réalisé confor- mément à la présente invention a été monté sur un tour à charid2runiversel. On a usiné des arbres d'acier en une seule passe conformément aux qualités 1T6-1T7, et on a assuré une rugosité de surface RiO0,10 à 0,16 microns. 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 de la protection comme revendiquée. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Dispositif d'usinage de surfaces cylindriques des- tiné à être utilisé sur une machine-outil à travailler les métaux par coupe, du type comportant une pointe avant et une pointe arrière destinées au positionnement de la pièce à usiner et disposées successivement dans un corps monté sur le chariot de la machine-outil, une tête à outil de coupe et une tête à molettes de déformation disposées régu- lièrement suivant une circonférence, caractérisé en ce que la pointe arrière (7) comporte une partie de diamètre sensiblement égal au diamètre de réglage des molettes de déformation (5), ladite partie de la pointe arrière servant au guidage de celles-ci et s'appliquant, pendant l'usinage, par sa face en bout contre la face en bout de la pièce à usiner (8), celle des extrémités de ladite partie qui correspond à ladite face en bout étant pourvue de moyens permettant de disposer le sommet de l'outil de coupe (9) en position de départ pour l'usinage. 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caracté- risé en ce que la pointe arrière (7) comporte, au moins dans ladite partie servant au guidage des molettes de défor- mation (5), un cylindtre (31) à orifice axial borgne et un cane de centrage (32) logé dans ledit orifice et soumis à l'action d'un ressort (33). 3. Dispositif conforme à la revendication 1, carac- térisé en ce que la pointe arrière (7a) comporte, au moins dans ladite partie servant au guidage des molettes de déformation (5), une douille cylindrique (34) à ressort (37) et un cône de centrage (35) logé dans ladite douille. 4. Dispositif conforme à la revendication 1, carac- térisé en ce qu'un chanfrein (30) est pratiqué suivant la circonférence extérieure de celle des extrémités de la pointe arrière (7) qui est destinée à s'appliquer contre la face en bout de la pièce à usiner (8), ledit chanfrein servant à disposer le sommet de l'outil de coupe (9) en position de départ pour l'usinage. 5. Dispositif conforme à la revendication 1, carac- térisé en ce qu'un évidement annulaire (38) est pratiqué, de préférence sur une longueur ne dépassant pas 3 mm, sur celle des extrémitésde la pointe arrière (7b) qui est destinée à s'appliquer sur la face en bout de la pièce à usiner (8), ledit évidement servant à disposer le sommet de l'outil de coupe (9) en position de départ pour l'usinage. 6. Dispositif conforme à l'unde des revendications 1, 4 et 5, caractérisé en ce que la pointe arrière (40) comporte un cône inverse (40a) et qu'un évidement annulaire (38) ou un chanfrein (41) recevant le sommetde l'outil (9) est pratiqué sur son extrémité s'appliquant pendant l'usinage contre la face en bout de la pièce à usiner (39),ledit évidement étant réalisé de préférence sur une longueur ne dépassant pas 3 mm. 7. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un cône inverse (32a) est réalisé sur celle des extrémités du cylindre (31) de la pointe arrière (7) qui est destinée à s'appliquer contre la face en bout de la pièce à usiner (8). 8. Dispositif conformeàltunedesrevexdicationsl et 3, caractérisé en ce qu'un cône inverse (32a) est réalisé sur celle des extrémités de la douille cylindrique (34) qui est destinée à s'appliquer contre la face en bout de la pièce à usiner (8). 9. Dispositif conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pointes avant (6) et arrière (7) comportent des zones de rigidité réduite (44), la zone de rigidité réduite de la pointe arrière (7) étant disposée derrière sa partie (45) servant au guidage des molettes de déformation (5). 10. Dispositif conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est muni d'un vérin hydraulique (47) et que la pointe arrière (43) est reliée cinématiquement à l'élément mobile (48) dudit vérin pour son déplacement axial.