Brevet FR2490132A1 — publié le 19820319

L'invention concerne une machine pour la production de surfaces sphériques convexes et/ou concaves, et notamment de surfaces de lentilles optiques, la pièce à usiner étant fixée du côté frontal sur une broche entraînée en rotation, à laquelle est adjointe une broche porte-outil qui porte l'outil d'usinage, par exemple une meule-boisseau, et qui est fixe, mais dont la position de réglage angulaire par rapport à la broche porte- pièce peut être modifiée. On connaît, d'après.le brevet allemand nô 2 252 498 et le brevet britannique ng 1 200 822, pour l'usinage de lentilles optiques, des machines dans lesquelles il est fait usage, pour le montage de la broche porte-outil, d'un bras pivotant qui est monté à rotation autour d'un tourillon et sur lequel un chariot servant au montage de la broche porteoutil est guidé dans son mouvement transversal dans une glissière et peut être actionné au moyen d'une tige filetée, de telle manière que l'outil, c'est-à-dire la meule-boisseau diamantée dont on se sert ordi- nairement pour le meulage de lentilles optiques, puisse être -positionné de sorte que sa lèvre de coupe se trouve exactement sur l'axe de rotation du bras pivotant. Abstraction faite des frais relativement élevés de fabrication qu'exige un tel chariot à deux mouvements rectangulaires prévu pour le montage de la broche porte-outil, les dispositifs connus souffrent d'un incon- vénient de principe, en ce sens que, comme l'expérience l'a montré, il n'est pas possible d'obtenir des surfaces meulées, pré-usinées avec exactitude, que l'on pourrait qualifier de polissables, avec des montures de broche qui utilisent des glissières traditionnelles, en raison du jeu qu'il n'est pas possible d'éliminer complètement avec de tels guides. Pour cette raison, On en était réduit, en particulier dans la fabrication de lentilles optiques à surface sphérique, à exécuter plusieurs opérations (meulage de dégrossissage et meulage fin) sur des machines différentes: en effet, pour que l'on puisse obtenir une surface au moins approximativement sphérique, il fallait que la pièce soit tout d'abord soumise à un pré-usinage grossier. Afin de corriger les aberrations ou inexactitudes de sphéricité de la surface sphérique, persistant à la suite de cette opéra- tion, et afin de rendre tout au plus polissable la surface sphérique par réduction de-sa profondeur de rugosité, il fallait soumettre la pièce à un usinage supplémentaire de sa surface sur une machine de meulage fin, en utilisant un outil très limité dans son rayon d'action. Ce n'est qu'après cette opération d'usinage supplémentaire que, la pièce pouvait subir sa finition, an une nouvelle opération sur une polisseuse. Ainsi, avant son achèvement, une pièce à fabriquer devait passer par un nombre excessif de postes de travail, en commençant par le meulage de dégrossissage de l'ébauche et en finissant par le polissage de la surface sphérique ayant subi une opération intermédiaire de meulage fin, ce qui avait déjà en soi une influence fâcheuse sur le calcul du prix de revient dans la fabrication de pièces à surface sphérique. A cela s'ajoutent encore les frais relatifs à la préparation de plusieurs machines-outils de différentes sortes, ainsi que les frais d'achat d'outils coûteux de meulage fin à étroit rayon d'action, sans leur utilisation dans l'opéra- tion de polissage qui, avec les machines connues de meulage radial, exigerait des temps de travail qui ne sont déjà plus acceptables du point de vue économique. Eliminer ces inconvénients, c'est-à-dire fournir une machine qui rende possible en une seule opération la production de surfaces sphériques polissables sur des pièces à usiner telles que des lentilles optiques par exemple, en évitant remploi d'ou- tils coûteux à rayon d'action limité, tel est le but de l'inven- tion. En outre, la machine doit être caractérisée par sa solidi- té de construction et par la clarté et la simplicité de sa commande. Pour atteindre ce but, il est proposé d'après l'invention qu'il soit prévu, pour le montage de la broche porte-outil, deux éléments dont la position relative peut être modifiée et parmi lesquels un premier élément est monté sur le bâti de la machine de manière à pouvoir pivoter autour d'un axe A tangent au point culminant de la surface sphérique à produire et peut être réglé et immobilisé dans une position angulaire déterminée, correspondant à un angle t approprié au rayon de la surface sphérique à usiner, qu'il soit monté, sur ce premier élément, un second élément servant au montage direct de la broche porte- outil, à rotation autour d'un axe B qui est situé, à partir de l'axe tangent au point culminant de la surface sphérique, à une distance correspondant approximativement à la dimension en lon- gueur du premier élément et qui s'étend parallèlement à cet axe, et que le second élément puisse être réglé autour de l'axe B et immobilisé dans une position angulaire correspondant à un angle ( approprié au diamètre utile de l'outil d'usinage, par rapport à une ligne joignant cet axe B à l'axe A. De cette manière, du fait que les éléments servant au mon- tage de la broche porte-outil sont montés quasiment sans jeu sur des tourillons, on a pu réaliser, pour la production de surfaces sphériques, une machine qui permet, en une seule et même opération d'usinage comprenant aussi bien un meulage de dégrossissage qu'un meulage fin, la formation d'une surface dont la ephéricité est si précise et la profondeur de rugosité est si petite qu'à la suite de cette opération d'usinage, la pièce peut être placée directement sur là polisseuse et y être soumise à l'usinage de finition. Cela signifie à son tour qu'en dehors de la réduction de la dépense de temps pour la fabrication, on peut se passer de la préparation de machines spéciales, convenant pour la production d'une surface sphérique polissable, y compris celle d'outils relativement coûteux à rayon d'action limité, uti- lisés avec ces machines. Au total, on a ainsi pu réaliser, de manière beaucoup moins coûteuse et, par suite, beaucoup plus économique, la fabrication de pièces à surface sphérique, notam- ment de lentilles ou similaires. Suivant un développement avantageux de l'invention, il est en outre prévu que le premier élément, monté basculant autour du point culminant de la surface sphérique, soit réalisé sous forme de tête pivotante et l'autre élément, monté à pivotement sur lui, soit réalisé sous forme de coulisse, et qu'un canon qui reçoit la broche porte-outil soit guidé dans son mouvement axial dans cette coulisse. On a ainsi pu obtenir, pour le canon et la broche porte-outil, un système de montage et de guidage qui se caractérise par un degré d'absence de jeu, de stabilité et de rigidité impossible avec les glissières classiques de guidage pour la broche porte-outil. On peut parvenir de manière simple à un réglage relatif absolument parfait des deux éléments servant au montage de la broche, évitant en toute sécurité les erreurs de réglage et les inexactitudes dans le résultat du travail, si le montage pivo- tant de la coulisse qui reçoit le canon s'effectue à l'extrémi- té librement mobile de la tête pivotante, tandis que l'immobi- liBation de la coulisse par rapport à la tête pivotante s'effec- tue en un point qui se trouve au voisinage de la sortie du canon hors de la coulisse. la commande de la machine peut être considérablement sim- plifiée et clarifiée si, d'après une autre proposition de l'invention, l'angle de réglage Y de la tête pivotante est indiqué, sur la base de sa position relative par rapport à la broche porte-pièce, par un dispositif optique et/ou électroni- que en soi connu, contenant un indicateur d'angle de rotation ou un organe similaire. Pour parvenir à un positionnement exact de la broche porte-outil et, par suite, remplir les conditions préalables pour une reproductibilité précise au-micron près des pièces à usiner, il est proposé que le canon guidé dans son mouvement axial dans la coulisse puisse être manoeuvré hydrau- liquement, pneumatiquement ou électromécaniquement. En complé- ment de cette disposition, l'invention propose en outre que pour la commande du mouvement d'approche ou de réglage du canon mobile axialement qui reçoit la broche porte-outil, il soit prévu un dispositif de commande électro-hydraulique, en combi- naison avec un système opto-électronique en soi connu de mesure de déplacement et avec un dispositif servant à l'indication numérique de la distance parcourue. L'un des avantages de cette disposition consiste en ce que la broche porte-outil peut être aussi bien arrêtée en position précise qu'amenée à inverser son mouvement sans à-coups en tout point du mouvement d'avance. Un système d'entraînement compact, éliminant la nécessité d'organes de transmission de tout genre pour l'entraînement de la broche porte-outil est réalisé d'après l'invention par le fait que la broche porte-outil peut être mue par un moteur à haute fréquence intégré dans, le canon. D'après une autre caractéristique de l'invention, il est prévu des dispositifs de.positionnement respectifs, commandés par moteur, pour modifier la position, aussi bien de la tête pivotante montée réglable autour de l'axe d'articulation A situé du c8té machine, que de la coulisse montée à pivotement sur cette tête autour de l'axe B. Un degré élevé de stabilité et d'absence de jeu pour l'ensemble des éléments de la machine qui portent la broche porte-outil peut être atteint d'après l'invention si la tête pivotante est réalisée sous forme de portique. Des détails de l'invention sont expliqués ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation et illustrés par les dessine annexée. La fig. 1 est une vue frontale d'une machine pour la pro- duction de surfaces sphériques, représentée schématiquement. La fig. 2 est une vue en coupe longitudinale de la machine, faite suivant la ligne de coupe I-I indiquée sur la fig. 1. La fig. 3 illustre le principe de base de la disposition géométrique de la monture de la broche porte-outil pour la pro- duction d'une surface sphérique convexe. La fig. 4 est une représentation partielle de la disposi- tion géométrique pour la production d'une surface sphérique Sur les dessins, on a désigné par 1 le bâti de base de la machine et par 2 un bras pivotant, mobile par rapport à ce bâti et servant de monture pour l'outil. De préférence, ce bras est réalisé sous forme de portique et monté basculant autour de l'axe A, au moyen de tourillons d'articulation 2a et de roule- ments à rouleaux coniques 3, dans des supports 4 qui peuvent être fixés rigidement au bâti 1 de la machine par vissage ou par soudage. Le bras pivotant 2, qui pourrait être également réalisé sous une forme autre que celle d'un portique et monté en un seul point, présente la forme d'un caisson dans lequel une coulisse 6 est montée réglable autour de l'axe B et immobilisable dans la position réglée, au moyen de roulements à rouleaux coniques 5 et de tourillons 6a. La distance mutuelle a entre les axes A et B correspond approximativement à la dimension en longueur du bras pivotant 2. Dans la coulisse 6 est guidé dans son mouvement axial, mais sans possibilité de rotation, un canon 7. Celui-ci peut être manoeuvré hydrauliquement: à cet effet, la boite du canon présente intérieurement une chambre annulaire 6c délimi- tée par des épaulements 6b en forme de collet ou d'anneau, tan- dis que le canon 7, guidé à glissement dans ces épaulements, est muni d'un épaulement 7a constituant un piston annulaire. Dans la chambre annulaire 6c débouchent des orifices d'admission et d'échappement, désignés respectivement par 6d et 6e, pour attaquer le piston annulaire 7a au moyen d'huile de pression circulant dans des conduites d'admission et d'échappement (non représentées) raccordées aux orifices, selon le sens dans lequel doit s'effectuer le déplacement axial du canon dans la coulis- se 6. Bien que la commande hydraulique du canon 7 soit déjà préférable pour des raisons de technique de commande automatique, cet avantage n'exclut pas en principe l'utilisation de systèmes pneumatiques ou mécaniques pour le déplacement axial du canon 7. En ce qui concerne la manoeuvre hydraulique du canon 7, on peut utiliser, pour la commande du mouvement axial d'approche ou de réglage du canon, un dispositif de commande hydraulique avec lequel on peut parvenir, en combinaison avec un système opto- électronique de mesure de déplacement (non représenté), un maximum de précision de positionnement pour le canon et, par suite, pour la broche porte-outil 8. A son tour, la broche 8 est montée à rotation dans la boite du canon 7, dans deux épau- lements annulaires 7b et 7c délimitant une chambre annulaire, mais elle est assujettie axialement par rapport à ces épaule- ments. La broche porte-outil 8, qui sert au montage de l'ou- til d'usinage, par exemple une meule-boisseau 9 similaire, est entraînée au moyen d'un moteur électrique 40 qui est intégré dans la chambre annulaire précitée de la boite du canon et dont l'induit 40a est placé directement sur la broche porte- outil 8 et en est solidaire à la rotation. Comme on peut le voir en particulier sur le dessin de la fig. 2, la meuleboisseau 9 est montée à l'extrémité externe de la broche porte-outil 8. SElle est en outre unie à celle-ci de manière à suivre son mouvement de rotation. A la broche porte- outil 8 est adjointe une broche porte-pièce 10 qui est montée à rotation dans un bloc I1 et qui peut être mise en rotation au moyen d'un moteur électrique (non représenté). Alors que la broche porte-pièce 10 elle-même est assujettie dans le bloc 11 sans possibilité de déplacement axial, le bloc qui sert à son montage est monté à glissement dans un guide 12 du bâti 1 de la machine et il peut être élevé et abaissé au moyen d'une tige filetée 14, en vue du réglage de la broche qui porte la pièce W dans la position relative nécessaire pour l'opération d'usinage par rapport à la meule-boisseau 9. Cette tige filetée peut être entraînée par un moteur électrique 16 qui est monté sur une console 15 du bâti 1 de la machine et qui peut être com- mandé au moyen d'un dispositif de commande en vue de l'exécution d'un nombre déterminé de tours complets ou partiels dans l'un ou l'autre des sens de rotation. L'angle d'hélice de la tige filetée 14 en prise avec l'écrou à vis 17 est opportunément choisi de telle sorte que quand cette tige est arrêtée, le bloc 11 et, par suite, la broche porte-pièce 10 et la pièce W con- servent avec précision la position de réglage atteinte par rapport à l'axe de basculement A de la tête pivotante 2. Il est visible, tant sur la fig. 3 que sur la fig. 4 des dessins, que l'axe imaginaire A, qui relie les deux paliers de pivotement 3 de la tête pivotante 2, est tangent au point cul- minant de la surface sphérique, qu'il s'agisse d'une surface convexe ou concave, le rayon de courbure de la surface sphéri- que à produire dépendant de l'angle d'inclinaison et du diamètre utile de l'outil de meulage 9. Etant donné que sur des machines pour l'usinage de lentilles optiques, il est nécessaire d'une part, pour les raisons indiquées précédemment, que l'on ait la possibilité d'utiliser des outils de meulage de différentes tailles, mais que d'autre part la lèvre de coupe de l'outil de meulage 9 doit, en coincidence avec l'axe de rotation de la broche porte-outil 10, se trouver exactement au point culminant de la surface sphérique à produire, la coulisse 6 est montée pivotante autour de l'axe B afin que l'on puisse tenir compte du diamètre de l'outil de meulage 9 et elle peut être bloquée par serrage par rapport à la tête pivotante 2 au moyen d'un dispositif non représenté. A cet effet, la coulisse 6 prend une position relative de réglage angulaire définie par la grandeur de l'angle & par rapport à la tête pivotante 2, le rayon r de l'outil de meulage 9 étant calculé constamment à partir du sinus de l'angle ou, vice-versa, l'angle ( étant calculé à partir de la grandeur du rayon de l'outil 9, selon ce qui est considéré comme donné. Le dispositif de serrage pour la cou- lisse 6 est opportunément disposé de telle manière qu'il attaque la coulisse 6 est un point aussi éloigné que possible de l'axe de pivotement B. c'est-à-dire aussi près que possible de la sortie du canon 7 hors de la coulisse. Avec des forces de serrage relativement-faibles, On peut ainsi obtenir une immobilisation rigide et sûre de la coulisse 6 par rapport à la tête pivotante 2. On a désigné par M sur les dessins le point o se coupent l'axe prolongé de la broche porte-outil 8 et l'axe de rotation de la broche porte-pièce 10. Ce point coïncide avec le centre des rayons de la surface sphérique de la pièce W à usiner. Lorsqu'il s'agit, en ce qui concerne la pièce W, d'une pièce à surface sphérique convexe, le point d'intersection M est tou- jours situé, comme le montre la fig. 3, au-dessous de l'axe à tangent au point culminant de la pièce W. Par contre, il en va différemment dans le cas d'une pièce W' selon la fig. 4 qui doit recevoir une surface sphérique concave. Dans ce cas, comme on peut le voir d'après le dessin, le point M, o se coupent la broche porte-outil 8 et l'axe de rotation prolongé de la broche porte-pièce 10, se trouve, par rapport à la pièce W à usiner, au-dessus de l'axe A tangent au point culminant de la pièce. D'après le dessin de la fig. 4, sur lequel les éléments repré- sentés ont reçu les mêmes numéros de référence que les éléments identiques de la fig. 3, l'angle d'inclinaison de la tête pivo- tante 2 est également désigné par Y et on a désigné par 0 la grandeur d'angle qui correspond à la position angulaire relative de la coulisse 6 par rapport à la tête pivotante 2, tenant compte du diamètre de l'outil. Afin de maintenir la tête pivotante 2 par rapport au bâti 1 de la machine d'une part et en vue du réglage de la tête pivo- tante dans la position correspondant à l'angle d'inclinaison ï d'autre part, il est prévu une tige filetée 23 qui est réalisée de préférence sous forme de vis rotative à billes et qui est guidée dans son mouvement de rotation dans un écrou à vis 25 articulé sur le bâti 1 de la machine au moyen de tourillons 24. A son extrémité voisine de la tête pivotante 2, la tige filetée 23 comporte un collet cylindrique 23a sur lequel repose, avec interposition d'un roulement de butée 26, une douille à cous- sinet 27 servant de guide supplémentaire pour la tige filetée. son tour, cette douille est munie latéralement de tourillons d'articulation 28 qui s'engagent dans des trous de logement pra- tiqués dans des bras de support 29 sui passent de part et d'au- tre de la douille et sont fixés au bras pivotant 2. La tige filetée 23, qui est assujettie en direction axiale par rapport à la douille à coussinet 27, est entraînée au moyen d'un engrenage à roues coniques 30, 31, à partir d'un moteur électri- que 33 fixé au moyen d'un support 32 sur la douille à coussinet 27. Un dispositif de commande (non représenté), mis en fonc- tionnement par la manoeuvre alternative de boutons-poussoirs, est prévu pour amener le moteur électrique 33 à effectuer des mouvements de rotation dans l'un ou l'autre sens de rotation. Il en résulte que la tête pivotante 2 effectue, sous l'action de la tige filetée 23, un mouvement de basculement autour de l'axe A dans l'un ou l'autre sens afin de diminuer ou d'augmen- ter l'angle d'inclinaison, mais lorsque la tige 23 est mise au repos, ele conserve sûrement et exactement la position angulaire relative qu'elle a atteint par rapport à la broche porte-pièce 10. En ce qui concerne le réglage relatif de la coulisse 6 par rapport à la tête pivotante 2, il est également effectué, comme le montre la fig. 2, parune commande à moteur présentant un effet d'arrêt automatique. Cette commande comprend un moteur électrique 35 qui est fixé sur la tête pivotante 2 au moyen d'une pièce intermédiaire 36 réalisée sous forme de tube et munie d'une bride de fixation. A l'arbre d'entraînement du moteur électrique est raccordé, par un joint à la Cardan, un écrou de tige filetée 37 qui est en prise avec une tige filetée 38, réalisée de préférence elle aussi sous forme de vis rotative à billes. Cette dernière est à son tour articulée sur la coulisse 6. Au moyen d'un dispositif de commande (non représenté), le moteur électrique 35, qui peut âtre réalisé sous forme de mo- teur pas-à-pas, peut être amené à effectuer des mouvements de rotation dans un sens ou dans l'autre, ce qui se traduit par un raccourcissement ou un allongement de la tige de positionne- ment formée des deux éléments 37 et 38. Avec cette variation de longueur de la tige de positionnement 37, 38, la grandeur de l'angle (, qui sert à tenir compte du diamètre de l'outil, subit également une modification, et cela dans le sens d'une diminution ou d'une augmentation selon le sens de rotation du moteur électrique 35. REVENDICATTIOS 1. Miachine pour la production de surfaces sphériques convexes et/ou concaves, et notamment de surfaces de lentilles optiques, la pièce à usiner étant fixée du côté frontal sur une broche à laquelle est adjointe à poste fixe, mais de façon variable en ce qui concerne la position angulaire relative de réglage, une broche porte-outil qui porte l'outil d'usinage, par exemple une meule-boisseau ou similaire, caractérisée en ce qu'il est prévu, pour le montage de la broche porte-outil (8), deux éléments (2 et 6) variables dans leur position relative l'un par rapport à l'autre, éléments parmi lesquels un premier (2) est monté pivo- tant sur le bâti (1) de la machine autour d'un axe (A) tangent au point culminant de la surface sphérique à produire et peut être réglé et immobilisé dans une position déterminée, corres- pondant à un angle d'inclinaison ( y) approprié au rayon de la surface sphérique à usiner, en ce qu'un second élément (6) ser- vant au montage direct de la broche porte-outil (8) est monté sur cet élément (2) autour d'un axe (B) qui est situé, à partir de l'axe (A) tangent au point culminant de la surface sphérique, à une distance (a) correspondant approximativement à la dimen- sion en longueur du premier élément et qui s'étend parallèlement à cet axe, et en ce que le second élément (2) peut être réglé autour de l'axe (B) et immobilisé dans une position correspon- dant à un angle (t) approprié au diamètre utile de l'outil d'usinage, par rapport à une ligne (s) joignant cet axe (B) à l'axe (A). 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier élément, monté basculant autour du point culminant de la surface sphérique, est réalisé sous forme de tête pivo- tante (2) et l'autre élément, monté par des tourillons sur celle-ci, est réalisé sous forme de coulisse (6), et en ce qu'un canon (7) qui reçoit la broche porte-outil (8) est guidé dans son mouvement axial dans cette coulisse. 3. Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le montage pivotant de la coulisse (6) qui reçoit le canon (7) s'effectue à l'extrémité librement mobile de la tête pivo- tante (2), tandis que l'immobilisation de la coulisse par rap- port à la tête pivotante s'effectue en un point qui se trouve au voisinage de la sortie du canon hors de la coulisse. 4. Miachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'angle de réglage ( È) de la tête pivo- tante (2), en ce qui concerne sa position relative par rapport à la broche porte-pièce (10), est indiqué par un dispositif optique et/ou électronique en soi connu, contenant un indica- teur d'angle de rotation ou un organe similaire. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le canon (7) guidé dans son mouvement axial dans la coulisse (2) peut être manoeuvré hydrauliquement, pneumatiquement ou électromécaniquement. 6. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'il est prévu, pour la commande du mouvement d'approche ou de réglage du canon (7) mobile axialement qui reçoit la broche porte-outil (8), un dispositif de commande électro-hydraulique en combinaison avec un système opto- électronique en soi connu de mesure de déplacement et avec un dispositif servant à indi- quer numériquement la distance parcourue. 7. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la broche porte-outil 8) peut être entraînée par un moteur à haute fréquence (40) intégré dans le canon (7). 8. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la position de la tête pivotante (2) montée réglable autour de l'axe d'articulation (A) situé du côté machine, comme celle de la coulisse (6) montée à pivotement autour de l'axe d'articulation (B) dans cette tête peuvent être modifiées par des dispositifs de positionnement respectifs (23 et 36, 38) commandés par moteur. 9. Machine selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que la tête pivotante (2) est réalisée sous forme de portique.