Brevet FR2501554A1 — publié le 19820917

PORTE-OUTIL, NOTAMMENT BARRE D'ALESAGE ÇOMPORTANT DEUX OUTILS OU PLUS, PAR EXEMPLE DES OUTILS D'EBAUCHAGE ET DE FINITION POUR DES MACHINES-OUTILS A ENLEVEMENT DE COPEAUX. La présente invention concerne un porte-outil, notamment une barre d'alésage comportant deux outils ou plus, par exemple des outils d'ébauchage et de finition, notamment pour des machines-outils à enlèvement de copeaux. Dans les machines-outil on a adopté d'une façon générale et utilise la solution représentée sur la Figure 1 pour les machines d'atelier ou les centres d'usinage ("Tool and Manufacturing Engineers Hand book", Troisième Edition, 1976, Mc. Graw Hill Book Company, New York, pages 5-171). Avec cette solution, l'usinage de finition de l'alésage en une passe - en vue de réduire les erreurs de masse, de forme et de précision de position - est effectué avec des outils de pré-finition et de finition définitive qui sont disposés sur la méme barre d'alésage. Lors de l'usinage, l'outil d'ébauchage puis, après terminaison de la phase d'ébauchage, l'outil de finition définitive, entrent en action. Sous l'effet des forces de coupe, le système élastique constitué par la pièce, sa fixation , la machine et l'outil ainsi que la partie active de la barre d'alésage, est déformé et il en résulte que la barre d'alésage subit une flexion importante. Lorsqu'il existe la relation b b désigne la distance séparant les outils d'ébauchage et de finition , et B désigne la longueur de l'alésage, il se produit, lors de la sortie de l'outil d'ébauchage, et du fait de la flexion décroissante de la barre d'alésage, un gradin dans l'alésage sous l'action de l'outil de finition. Ce gradin est, conformément à ce qui a été constaté en pratique, superieur à la plage de tolérances de l'alésage. Pour cette raison, il faut toujours#que la relation b > B soit satisfaite, c'est-à-dire que l'outil d'ébauchage et l'outil de finition doivent entrer en action successivement mais non-simultanément. Une telle barre d'alésage connue présente le gros inconvénient que le temps d'usinage mécanique est trop long à cause de la disposition des outils. Un autre inconvénient consiste en ce que les barres d'alésage sont trop longues à cause de la relation b > B et, par exemple, dans le cas de machines à fonction unique, et lors de l'usinage de plusieurs alésages, les barres viennent buter l'une contre l'autre et, pour cette raison, les alésages ne peuvent être usinés que l'un après l'autre. L'invention a pour but de fournir, à la place des porte-outils de types connus, un porte-outil, notamment une barre d'alésage pour effectuer un ébauchage de finition et une finition définitive, qui permette, tout en conservant sa précision, une intervention simultanée des outils d'ébauchage et de finition et, par conséquent, une augmentation sensible de la productivité. Dans le système élastique pièce- fixation -machine-outil, le facteur de rigidité de la pièce et de sa fixation peut être considéré comme infini '3M = Xs jK - X, le facteur de rigidité de la machine jG = 2,5 ~ 104 Newtons/iïin, le facteur de rigidité des barres d'alésage # jg = 0,2 ~ 104 - 10' ~ 104 Newtons/mm. Le facteur de rigidité est le quotient de la force par le déplacement dans la direction de la force, par exemple le facteur de rigidité de la barre d'alesage s'exprime par la relation: F ~ F Newton y ~ y mm ou: F = la force de coupe agissant sur la barre d'alésage, y = la flexion de la barre d'alésage dans la direction de la force. L'invention est basée sur le principe que la formation précitée d'un gradin dépend, dans la plupart des cas, du facteur de rigidité de la barre d'alésage et, par conséquent, de sa structure. Avec une construction appropriée, il est par conséquent possible d'agir efficacement sur la formation des gradins en la réduisant ou même en la supprimant. Le problème posé est résolu selon l'invention à l'aide d'un porteoutil, notamment une barre d'alésage comportant deux outils ou plus, par exemple des outils de finition d'ébauche et de finition définitive, utilisable essentiellement dans des machines-outils à enlèvement de copeaux, ce porte-outil étant caractérisé en ce qu'il est prévu, entre les parties du porte-outil qui portent les différents outils de finition, un ou plusieurs intervalles ouverts à une extrémité et s'étendant jusqu'au plan de serrage, ou bien jusqu'à proximité du plan de serrage. Avec cette solution, l'action exercée par l'outil d'ébauchage de finition sur l'outil de finition définitive est diminuée, de telle sorte que l'outil de finition définitive exécute l'usinage dans la plage de tolérance après que l'outil de finition d'ébauche vienne de sortir de sa zone de travail. Avantageusement, le porte-outil est agencé de manière qu'un outil ou plusieurs outils de finition soient disposés sur la partie portant des outils quelconques. Dans un mode avantageux de réalisation du porte-outil de l'invention, les parties portant les outils de finition peuvent constituer avec le porteoutil un ensemble monobloc, ou bien elles peuvent être montées séparément sur un support de base de grand diamètre pour former un ensemble rigide. Par comparaison à la solution connue, le porte-outil conforme à l'invention permet de réduire le temps de travail de la machine, d'augmenter de deux à cinq fois la productivité tout en diminuant simultanément les frais d'usinage et en conservant la précision d'usinage. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description suivante et des exemples donnés à titre illus tratif mais non limitatif. La Figure 1 est un schéma montrant une barre d'alésage de type connu et permettant d'expliquer la solution conforme à l'invention. La Figure 2 représente un agencement expliquant l'invention. La Figure 3 représente le modèle mécanique de la barre d'alésage agencée conformément à la présente invention. La Figure 4 montre un agencement général de la barre d'alésage conforme à l'invention. La Figure 5 représente une variante avantageuse de la barre d'alésage selon l'invention. La Figure 6 représente une autre variante avantageuse de la barre d'alésage selon l'invention. Le principe de la solution conforme à l'invention a été mis en évidence sur les Figures 2 et 3 à l'aide d'un modèle mécanique où, pour faciliter la compréhension de l'invention, on a supposé que, en plus du facteur de rigidité de la pièce et du dispositif, le facteur de rigidité de la machine était également infini, c'est-à-dire jG = Lorsque, conformément à la Figure 2, une force de coupe F agit sur l'outil d'ébauchage de finition placé dans la barre d'alésage 1, la pointe 4. de l'outil de fin#ition définitive 3 se déplace, au moment de l'action de la force F, de la valeur Y1 > O mm et parvient dans la position 4a, ou il existe dans l'alésage un gradin Y1 mm. Lorsque, conformément à la Figure 3, on réalise une barre d'alésage 5 pour laquelle il est prévu, entre la partie 6 portant l'outil de finition d'ébauche 2 et la partie 7 portant l'outil de finition définitive 3,un intervalle 8 ouvert à une extrémité et s'étendant jusqu'au voisinage du plan de serrage 9 de la barre d'alésage, la pointe 4 de l'outil de finition définitive 3 ne se déplace pas alors, sous l'action de la force F s'exerçant sur l'outil de finition d'ébauche 2, de sorte qu'on a Y2 = O Ainsi, l'outil de finition définitive 3 est rendu insensible, grace a l'intervalle 8, à la force F agissant sur l'outil de finition d'ébauche 2, ce qui permet d'atteindre l'objectif de l'invention. L'effet de l'intervalle 8 peut être exprimé d'une façon numérique et exacte lorsqu'on fait intervenir un facteur de rigidité JG = oe La profondeur de coupe de l'outil de finition d'ébauche 2 est définie, conformément à la Figure 1, par la relation: la profondeur de coupe de l'outil de finition définitive 3 est définie par la relation: le rapport entre les profondeurs de coupe est défini, conformément a l'expérience technologique générale, par la relation: Dans le cas de la barre d'alésage de la Figure 2, on obtient, avec de telles données, et en tenant compte des calculs de résistance et de la flexion du support de forme étagée, un gradin défini par Dans le cas de la barre d'alésage de la Figure 3, on obtient un gradin de y2 mm, qui peut être calcule comme suit:: Dans les formules, les différents symboles ont les significations suivantes: F =Composante radiale de la force de coupe agissant sur l'outil d'ébau chage de finition 2, en Newtons. G = Facteur de rigidité de la machine-outil (y comDris la broche et les autre organes). j5 =Facteur de rigidité de la barre d'alésage 5, lorsque celle-ci est constituée par une barre d'alésage massive sans l'intervalle 8, Newtons/mm. is, = Facteur de rigidité de la partie 7 de la barre d'alésage 5 portant l'outil de finition définitive 3 (Newtons/mr,l). 7 = Constante intervenant dans le calcul de résistance. Pour le modèle mécanique représenté sur la Figure 3, il est possible de réaliser le porte-outil conforme à l'invention, notamment une barre d'alésage pourvue de deux outils de finition ou plus, par exemple d'outils d'ébauche de finition et de finition définitive. Sur la Figure 4, on a représenté un porte-outil dans lequel il est prévu, entre les parties 6a, 7a du porte-outil Sa portant les différents outils de coupe 2a, 3a, un intervalle 8a ouvert à une extrémité et s'étendant jusqu'au voisinage du plan de serrage 9a du porte-outil Sa. Dans le mode de réalisation de la Figure 5, il est prévu danslesparties 6a, 7a du porte-outil Sa qui supporte les outils, plusieurs intervalles 8a qui sont ménagés jusqu'à proximité du plan de serrage du porte-outil Sa. Sur les.parties sont fixés plusieurs outils de finition. En vue de l'usinage des alésages concentriques 11, 12 de la pièce 10, il est possible de faire intervenir simultanément tous les outils de finition 2a, 3a, en réduisant leurs influences mutuelles ou bien en éliminant toute influence mutuelle. L'espacement mutuel z des arêtes de coupe des outils de finition opérant dans un alésage peut également être très faible, par exemple de 0,5 à i mm. En général, les parties 6a,7a portant les outils de finition peuvent former avec le porte-outil Sa des Figures 4, 5 un ensemble monobloc, mais on peut cependant obtenir un autre mode de réalisation avantageux lorsque, par exemple, pour des alésages de grand diamètre, conformément à la Figure 6, les parties portantes 6a, 7a sont montées sur un support de base 14. On va décrire dans la suite un exemple d'utilisation concrète de la barre d'alésage conforme à l'invention. - Le diamètre de l'alésage à usiner est de 136,550 mm, sa longueur est de 48 mm, le facteur de rigidité de la machine jG= 4,0 ~ 104 Newtons/mm, le facteur de rigidité de l'ensemble de la barre d'alésage j, = 3,0 ~ 10 Newtons/n#, le facteur de rigidité de la partie portant l'outil de finition définitive est de 0,25 ~ 104 Newtons/mm, et la plage de tolérances de l'alésage est égale à + 0,013 mm. - Lorsqu'on utilise la barre d'alésage connue, la durée totale de l'usinage est de 1,6 min, mais on utilise cependant simultanément des outils d'ébauchage de finition et de finition définitive, avec une barre d'alé sage sans intervalle, et on enregistre la formation d'un gradin de 0,013 nin, ce qui se traduit obligatoirement par un rebut. - Lors de l'utilisation de la barre d'alésage conforme à l'invention, le temps d'usinage mécanique est de 0,8 min,la hauteur du gradin est de 0,003 mm ce qui correspond a 23 de la moitié de la plage de tolérance. L'utilisation de la barre d'alésage conforme à l'invention est par ticulièrement avantageuse dans le cas de machines spéciales et de centres d'usinage pour effectuer simultanément des opérations d'ébauche de finition et de finition définitive. Cette barre d'alésage peut également etre utilisée pour effectuer simultanément un alésage précis de trous concentriques lors qu'on monte également à la place de l'outil d'ébauchage de finition un outil de finition définitive. Avec la barre d'alésage conforme à l'invention, on augmente la concentration des opérations de travail et, par conséquent, il est possible de réduire le nombre des opérations de serrage et, également, de diminuer le nombre des machines et, en outre, les frais d'investissement en machine. REVENDICATIONS 1.- Porte-outil, notamment barre d'alésage comportant deux outils de finition ou plus, par exemple des outils d'ébauchage de finition et de finition définitive, pour des machines-outils à enlèvement de copeaux, caractérisé en ce qu'il est prévu entre les parties du porte-outil (5a) portant les différents outils de finition (2a, 3a), un ou plusieurs intervalles (8a), ouverts à une extrémité et s'étendant jusqu'au plan de serrage (9a) ou bien jusqu'au voisinage du plan de serrage (9a). 2.- Porte-outil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on dispose sur une partie (6a, 7a) portant des outils de type quelconque, un outil de finition ou bien plusieurs outils de finition (2a, 3a). 3.- Porte-outil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les parties (6a, 7a) portant les outils de finition (2a, 3a) forment un ensemble monobloc avec le porte-outil (5a), ou bien peuvent être montées sur un support de base (14) de grand diamètre pour former un ensemble rigide.