Brevet FR2515547A1 — publié le 19830506

Outil abrasif à une seule passe à diamètre fixe L'invention concerne un outil réglable à une seule passe comprenant une partie coupante abrasive à plusieurs couches et un arbre mobile en translation, destiné à ajuster et à fixer les dimensions de la partie coupante. Des brevets relatifs à l'art antérieur décrivent des outils coupants extensibles ayant une partie coupante qui est ajustée lorsque l'outil est en rotation et intro- duit ax>ialement dans un alésage à usiner C'est ainsi que, par exemple, le brevet US de Emerson N O 1 791 491 décrit un outil à aiguiser muni d'un arbre sollicité par un res- sort qui assure l'alignement de l'outil pendant plusieurs passes lorsque l'outil est mis en rotation et déplacé axialement dans un alésage-en vue d'élargir progressive- ment l'alésage au cours de chaque passe De la même ma- nière, le brevet US de Blaylock N O 4 075 794 décrit un outil à aiguiser à plusieurs passes muni d'un arbre coni- que qui aligne l'outil lorsqu'il est en rotation et dépla- cé axialement à l'intérieur d'un alésage à usiner, et qui comprend un ressort disposé axialement en vue de sollici- ter la pierre vers l'extérieur du corps usiné. L'invention a pour objet de fournir un outil de coupe perfectionné à une seule passe pour usiner un alé- sage Dar rotation et mouvement axial en une seule passe de l'outil à travers l'alésage, en vue d'enlever une quan- tité déterminée de matière, après quoi la pièce est trans- férée, s'il y a lieu, vers un autre poste de travail pour un autre enlèvement de matière au moyen d'un outil analo- gue, et dans lequel l'outil comprend une partie coupante et un arbre réglable qui ajuste et fixe les dimensions du diamètre de la partie coupante destinée à usiner l'alésa- ge, en fonction de la dimension requise pour une seule passe et assure l'lîigi-enient de l'outil au eu-rs Je l'usi- nage. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'outil comprend une partie coupante munie de plusieurs pierres abrasives avec une section coupante ajustée en position par un arbre logé à l'intérieur du corps de l'ou- til et associé à des surfaces inclinées de positionnement de la pierre par un mouvement de translation relatif ten- dant à disposer la partie coupante selon un diamètre de coupe voulue, pour une seule passe Une partie de la sur- face de l'arbre a un diamètre ilus grand que le diamètre délimité par l'espace entre une partie de la petite extré- mité d'une surface de positionnement des pierres abrasives de la partie coupante, et plus petit que le diamètre de la section cylindrique coupante de la partie coupante, l'ar- bre pouvant être maintenu librement dans une position sta- tionnaire par rapport aux pierres abrasives, pour conser- ver un diamètre de coupe voulue à une seule passe Une structure d'outil de ce genre assure un alignement correct de l'outil au cours de la rotation et du mouvement axial de l'outil en une seule passe dans l'alésage à usiner. La mise à la cote initiale de l'outil et son calibrage pour compenser l'usure ajustent la partie coupante à la dimension requise en une seule passe de manière à usiner l'alésage à la dimension voulue et assurent un alignement correct de l'outil au cours de l'usinage. Dans un mode de réalisation préférentiel, l'ou- til de coupe comprend un arbre de forme conique simple positionné axialement par rapport au corps de l'outil au moyen d'un axe fileté relié à cet arbre et vissé dans un écrou fixé sur le corps La surface conique du cône est en contact sur la surfade inclinée de chacune des pierres abrasives en vue de leur positionnement, de manière à dé- Linir un diamètre de coupe à une seule passe Des-ressorts circulaires logés dans des rainures annulaires du corps et des rainures de la pierre maintiennent les pierres à l'in- térieur du corps au cours de la rotation et du mouvement de l'outil en une seule passe dans l'alésage L'usure est compensée en réglant la position de l'arbre par transla- tion de celui-ci par rapport à la partie coupante, de ma- nière à l'amener à un diamètre de coupe préréglé voulu pour l'enlèvement de matière de l'alésage en une seule passe. L'outil réalisé selon l'invention est Darticu- lièrement destiné à être utilisé pour la coupe par abra- sion, bien que d'autres applications soient possibles: dans un mode de réalisation préférentiel, un corps mono- bloc de l'outil comporte plusieurs évidements Dour le gui- dage dès pierres dans les sens radial et axial, définis- sant ainsi une nartie coupante de configuration fixe Une surface intérieure conique sur chacune des pierres permet de monter les pierres sur un arbre conique Le mouvement de translation axial rotatif entre l'arbre et les pierres détermine les dimensions de l'outil Cela facilite ainsi le dimensionnement initial de l'outil à utiliser, et tou- te l'usure des particules abrasives peut être compensée par un mouvement de l'arbre Dar rapport aux pierres en vue de maintenir les dimensions de l'outil pour l'enlève- ment de matière voulue en une seule passe. Les objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent clairement de la description ci- après du meilleur mode de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un outil de coupe réalisé conformément à l'invention et qui, selon la représentation, est monté dans un mandrin rotatif et mobile axialement; la figure 2 est une vue en coupe de l'outil selon la ligne 22 de la figure 1, vu dans le sens des flèches: la figure 3 est une vue en coupe selon la li- gne 3-3 de la figure 1, vu dans le sens des flèches; la figure 4 est une vue en élévation de côté d'un autre mode de réalisation de l'invention; la figure 5 est une vue arrière en élévation du mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 4; la figure 6 est une vue partielle agrandie en élévation d'un porte-outils de coupe dans le mode de réa- lisation de la figure 4; la figure 7 est une vue en coupe partielle agrandie selon la ligne 7-7 de la figure 5, vue dans le sens des flèches; la figure 8 est une vue latérale en élévation d'un outil abrasif au diamant dans le mode de réalisation de la figure 4; la figure 9 est une vue d'extrémité en éléva- tion de l'outil représenté sur la figure 8; et la figure 10 est une vue en perspective de l'outil représenté sur la figure 1. Un outil de coupe à une seule passe 10 réalisé conformément à l'invention est représenté sur les figures 1 à 3 des dessins L'outil 10 est monté dans un mandrin 12 en vue de sa rotation autour d'un axe, pour effectuer 1 usinage en une seule passe d'un alésage par un mouvement axial de l'outil à travers l'alésage L'outil de coupe 10 comprend plusieurs parties coupantes réglables 14, un ar- bre réglable 16 et un axe de réglage fileté 18 à l'extré- mité arrière de l'outil. Ainsi qu'il ressort de la figure 2, l'outil de coupe 10 comprend un corps monobloc 20, exécuté dans un métal approprié tel que l'acier Le corps de l'outil 20 comporte plusieurs pierres abrasives 22 avec une surface coupante courbée 24 de particules abrasives telles que du diamant ou du nitrite de bore cubique qui y sont fixées selon une manière appropriée pour définir une pierre abra- sive multicouche, ce qui augmente le volume abrasif utili- sable au cours du processus de finition. L'outil 10 est utilisé dans une opération à une seule oasse, au cours de laquelle il est introduit dans l'alésage d'une pièce pour enlever de la matière en une seule passe, puis il est retiré de l'alésage au cours d'un cycle de retrait Des opérations de finition en une seule nasse de ce genre permettent de calibrer l'alésage selon des tolérances étroites de dimension, de cylindri- cité et de rectitude Ainsi que cela sera exnliqué, l'ou- til 10 est préréglé selon un diamètre fixe pour empêcher l'exécution d'alésages surdimensionnés Lorsque l'outil 10 est introduit dans l'alésage de la Dièce, il est en- trainé en rotation de manière à engendrer le diamètre préréglé à travers l'alésage. D'une manière générale, l'enlèvement de matière au cours de chaque passe est relativement faible et limi- té à quelques centièmes de mm au maximum Lorsque les e-xigences de l'enlèvement de matière dépassent celles réalisées par l'enlèvement de matière en une seule passe, des outils supplémentaires sont disposés en ligne avec chaque poste de travail en une seule passe, ces outils ayant un diamètre progressivement plus grand, de manière à obtenir le diamètre d'alésage final voulu, sans dépas- ser la capacité de chaque outil pour l'enlèvement de ma- tière en une seule nasse Chacun des postes de travail en une seule passe de la machine peut être équipé d'un sys- tème de mesure en cours d'usinage, du type décrit dans la demande de brevet US n O 126 922, de Paul Fitzpatrick, dé- posée le 3 Mars 1980. L'enlèvement de matière en une seule passe et la répétition de l'enlèvement pour un certain nombre de nièces sont en partie dûs à la configuration et à l'ajus- tage de chacune des pierres abrasives 22. En effet, le cor Ds 20 comporte trois évidements 26 ménagés à intervalles sur sa nériphérie Chaque évide- ment 26 reçoit une pierre 22 Des parois latérales paral- lèles et espacées 28, 30 de chaque évidement 26 sont en contact et guident de manière coulissante les surfaces latérales 32, 34 de chaque pierre 22 Les surfaces 32, 34 immobilisent fermement les pierres 22 à l'encontre du cou- ple de la machine lorsque l'outil est préréglé à son dia- mètre d'enlèvement de matière voulu De la même manière, chaque évidement a des surfaces d'extrémités opposées 36, 38 qui supportent les extrémités 40, 42 de chaque pierre 22 en vue d'empêcher le déplacement axial des pierres au cours du mouvement d'avance et de retrait de l'outil 10. En outre, chaque pierre 22 a une surface inté- rieure 46 inclinée par rapport à une partie coupante 48 qui est limitée à son extrémité extérieure par la surface coupante courbée 24. Les surfaces 46 sont en contact avec la surface extérieure conique 50 de l'arbre 16, de manière à ajuster les surfaces 24 selon un diamètre de coupe préréglé. L'arbre 16 est ajusté au moyen d'un axe fileté 52 rendu solidaire de l'extrémité 54 à petit diamètre de l'arbre 16 au moyen d'un contre-écrou 56 L'axe 52 est vissé dans un écrou 58 qui est logé dans un contrealésage 60 du corps 20 Trois vis à pression 62 dans le corps 20, espacées à intervalles réguliers sur la périphérie, pénè- trent dans des rainures 64 ménagées dans l'écrou 58, de manière à le bloquer à l'encontre de la rotation relative du corps 20 Par conséquent, la rotation de l'arbre 16 en- traînera sa translation relative par rapport aux surfaces 46, de manière à ajuster les pierres abrasives en fonction du diamètre préréglé voulu pour l'enlèvement de matière en une seule passe. Le diamètre extérieur de l'extrémité du grand diamètre de l'arbre 16 comporte des cannelures 66 ménagées selon un espacement périphérique précalibré voulu, de ma- nière à refléter un taux de changement prédéterminé du diamètre de la partie coupante pour chaque incrément de rotation de l'arbre 16 Un piston à ressort 68 qui est logé dans un alésage d'extrémité 69 du corps 20 pénètre dans et sort des cannelures 66 Cela provoque un signal audible et le maintien de la position ajustée de l'arbre 16 et permet de calibrer le changement de diamètre pour compenser l'usure des pierres 22. Chacune des pierres abrasives 22 est maintenue à l'intérieur des parois latérales 28, 30 de l'évidement et des surfaces d'extrémités 36, 38 au moyen d'un jeu de ressorts annulaires 70, 72 qui sont logés dans des rainu- res courbées 74, 76 ménagées dans le corps 20 à des en- droits espacés axialement Chacune des pierres abrasives comporte également des rainures espacées 78, 80 disposées dans l'alignement des rainures 74, 76 pour loger les res- sorts 10, 72 essentiellement à l'intérieur des surfaces de coupe 24, permettant ainsi d'ajuster l'outil 10 en fonc- tion de l'usure sans exposer les ressorts au processus de coupe. En outre, le corps 20 comporte un prolongement avec une extrémité 82 d'un petit diamètre destinée à être logée dans un mandrin et une partie de diamètre in- termédiaire 84 qui supporte de manière coulissante un ca- libre-tampon du type décrit dans le brevet US N O 126 922 cité précédemment. Au cours du cycle de travail, l'arbre 16 est entraîné en rotation, de sorte que l'écrou 56 et l'axe 52 provoquent la translation de l'arbre 16 dans le sens axial vers l'intérieur ou vers l'extérieur du corps 20. Le mouvement de pénétration de l'arbre 16 dans le corps augmente le diamètre des parties coupantes 14 pour 1 enlèvement de matière en une seule passe Le mouvement de retrait de l'arbre 16 hors du corps 20 réduit le dia- mètre des parties courantes 14 Cette caractéristique de réglage xeut être adaptée immédiatement au système de ré- glage automatique des outils, sur lesquels la rotation de l'arbre et sa translation subséquente sont réalisées par l'introduction d'un axe de compensation rotatif 86 dans un alésage 88 ménagé dans le prolongement 80. Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté sur les figures 4 à 9 qui montrent un outil 90 préréglable à diamètre fixe à une seule passe Il com- prend un corps monobloc 92 avec plusieurs évidements 94 disposés à des endroits espacés sur la circonférence. Chaque évidement a des parois latérales espacées 96, 98 servant d'appui à une paire de pièces rapportées 100 Un côté 102 d'une pièce abrasive 100 est notamment en appui sur la paroi 96 Un côté opposé 104 d'une autre pièce rap- portée 100 est en appui sur la paroi 98 Les côtés oppo- sés 102, 104 de la paire de pièces rapportées 100 sont en contact avec les côtés 106, 108 d'une bride 110. Ainsi qu'il ressort de la figure 5, chaque bri- de 110 est cunéiforme et elle est maintenue en place au moyen d'une paire de vis 112, 114 pour rendre les pièces abrasives 100 solidaires du corps 92, de manière à déli- miter une partie coupante de diamètre fixe telle que dé- finie par les surfaces coupantes 116 sur les pièces 100. Le réglage du diamètre fixe est obtenu par un mouvement de translation relatif entre une surface incli- née 118 au fond de chaque évidement 94 et une surface obli- que 120 à la base de chaque pièce rapportée 100 Pour aug- menter le diamètre de l'outil, chaque bride 110 est déga- gée de l'épaulement 122 à l'intérieur de chaque bride 110 au moyen des vis de blocage 112, 114 Les pièces rappor- tées 100 sont dégagées et peuvent être déplacées libre- ment dans le sens axial vers la droite, comme indiqué sur la figure 5 Ce mouvement provoque le déplacement des piè- ces 100 hors des évidements 94 L'augmentation du diamètre de l'outil est obtenue par un mouvement inverse des pièces 100 Après le réglage, les brides 110 sont calées contre les pièces rapportées, de manière à maintenir le diamètre voulu après avoir vissé suffisamment les vis 112, 114 dans le corps de manière à être fermement en contact avec l'é- paulement 122. Les modes de réalisation des figures 1 à 3 et des figures 4 à 9 décrits précédemment concernent des outils de coupe à diamètre fixe spécialement conçus pour être utilisés dans des opérations de finition en une seu- le passe pour améliorer la précision en diamètre, la rec- t:itude et la cylindricité des alésages. REVENDICATIONS 1 Outil abrasif à une seule passe, caractérisé en ce qu'il comprend un corps, des moyens coupants susce D- tibles d'être reliés fixement audit corps en vue de main- tenir un diamètre de coupe à une seule passe pour enlever une quantité déterminée de matière de l'alésage d'une piè- ce au cours d'un mouvement axial et rotatif en une passe de l'outil dans l'alésage, lesdits moyens coupants compre- nant plusieurs pierres abrasives munies chacune d'une face coupante abrasive et chaque pierre ayant des surfaces en appui de guidage sur ledit corps, chaque pierre comprenant par ailleurs une surface de positionnement inclinée axia- lement, des moyens de surface d'appui à inclinaison rela- tive prévus dans ledit corps et susceptibles de venir en contact avec chacune desdites surfaces de positionnement et d'être déplacés de manière relative dans le sens axial par rapport à chacune desdites surfaces de positionnement, de manière à régler le diamètre desdits moyens coupants, et des moyens de réglage pour rendre solidaires lesdits moyens coupants dans une position de diamètre ajusté, lesdits moyens coupants pouvant être réglés selon un dia- mètre de coupe initial à une seule passe et réajustés à un diamètre à une seule passe pour compenser l'usure. 2 Outil abrasif à une seule passe, caractérisé en ce qu'il comprend un corps d'outil, des moyens coupants susceptibles d'être reliés fixement audit corps de manière à maintenir un diamètre de coupe à une seule passe pour l'enlèvement d'une quantité déterminée de matière dans l'alésage d'une pièce au cours d'un mouvement axial et rotatif de l'outil en une seule passe dans l'alésage, lesdits moyens coupants comprenant plusieurs pierres abra- s.ives munies chacune d'une face coupante courbée et cha- cune ayant des surfaces en appui de guidage dans le sens axial et périphérique sur ledit corps pour contrecarrer le couple et la poussée axiale au cours de l'enlèvement de mat_ère de la pièce, chaque pierre comprenant par ail- leurs une surface de positionnement inclinée axialement, un arbre logé dans ledit corps, ayant une extrémité avec un grand diamètre s'étendant à partir dudit corps et com- prenant une surface conique susceptible d'entrer en con- tact avec chacune des surfaces de Dositionnement inclinées et d'être déplacée axialement de manière relative par rap- port auxdites surfaces de positionnement pour ajuster le diamètre desdits moyens coupants, et des moyens de réglage pour fixer lesdits moyens coupants à un diamètre ajusté, lesdits moyens coupants pouvant être réglés à un diamètre de coupe initial à une seule passe et réajustés au diamè- tre de-coupe à une seule passe pour compenser l'usure. 3 Outil selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacune desdites surfaces de positionnement de pierre a une extrémité extérieure avec un espace, une par- tie de la surface conique dudit arbre a un diamètre supé- rieur au diamètre défini par l'espace formé entre les ex- trémités extérieures desdites surfaces de Dositionnement de pierre et Dlus petit que le diamètre des faces coupan- tes courbées des moyens coupants, alors que l'arbre peut être maintenu librement dans une position réajustable fixe par rapport aux pierres abrasives pour réajuster le diamè- tre de coupe initial à une passe. 4 Outil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit arbre, ayant une configuration conique simple, est positionné axialement par rapport au corps de l'outil, la surface conique du cône venant en contact avec lesdites surfaces de positionnement inclinées de chacune desdites pierres abrasives pour leur mise en place de manière à définir le diamètre de coupe à une seule pas- se, ledit corps et lesdites pierres abrasives ayant des rainures extérieures, des ressorts circulaires sont logés dans lesdites rainures du corps et desdites rainures des pierres de manière à maintenir les pierres vers l'inté- rieur du corps contre ledit arbre au cours du mouvement axial et rotatif de l'outil à travers l'alésage, et en ce que des moyens réglables sont prévus pour maintenir ledit arbre en ilace, ledit arbre et les ressorts circulaires maintenant lesdites pierres entre eux pour conserver le diamètre de coupe à une seule passe et empêcher le mouve- ment radial des pierres au cours du mouvement de l'outil en une seule passe à travers l'alésage de la pièce. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un corps monobloc avec plusieurs évi- dements formant des moyens destinés à guider des pierres radialement et axialement de manière à définir une partie counante de configuration fixe, chaque pierre ayant plu- sieurs couches de matière abrasive, chacune des surfaces de positionnement ayant une surface conique intérieure sur chacune des pierres, un arbre conique venant en con- tact avec ladite surface d'appui, alors que l'usure des particules abrasives peut être compensée par le mouvement de l'arbre par rapport aux pierres de manière à réajuster la dimension de l'outil au diamètre initial d'enlèvement de matière en une seule passe, lesdites couches multiples de matière abrasive augmentant le volume de matière abra- sive utilisable pour compenser l'usure. 6 Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des pierres a au moins une surface laté- rale venant en contact avec ledit corps, deux paires des- dites pierres ayant un espace entre elles, une bride cu- néiforme est logée dans ledit espace, et des moyens sont prévus pour immobiliser ladite bride contre ledit corps, de manière à le rendre solidaire desdites pierres dans plusieurs positions axiales dans ledit corps, ladite sur- face d'appui inclinée et ladite surface de positionnement agissant ensemble lorsque lesdites pierres se trouvent dans lesdites positions axiales multiples, de manière à ajuster de façon variable le diamètre de coupe à une seu- le passe desdits moyens coupants. 7 Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de surface d'appui comprennent 15547 une surface rotative, lesdits moyens d'ajustement compre- nant des moyens filetés rotatifs susceptibles de fonction- ner par rotation desdites surfaces d'appui pour position- ner axialement lesdits moyens des surfaces d'appui. 8 Outil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit arbre est susceptible de rotation-relative par rapport audit corps, il a une extrémité à petit dia- mètre et des moyens comprenant un filetage de vis sur l'extrémité de petit diamètre dudit arbre qui sont suscep- tibles de fonctionner après rotation dudit arbre, de ma- nière à le déplacer axialement par rapport audit corps. 9 Outil selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de réglage comprennent plusieurs cannelures ménagées dans lesdits moyens de surface d'ap- pui, et des clavettes dans ledit corps sont sollicitées par un ressort vers l'une desdites cannelures, de manière à maintenir lesdits moyens de surface d'appui par rapport audit corps. Outil selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'ajustement comprennent plu- sieurs cannelures ménagées dans l'extrémité du grand dia- mètre dudit arbre et des clavettes dans ledit corps sont sollicitées par un ressort vers l'une desdites cannelures, de manière à maintenir ledit arbre par rapport audit corps et permettre un réglage de précision du diamètre de l'ou- til pour compenser l'usure.