Brevet FR2517583A1 — publié le 19830610

La présente invention eoncerne les machines-outils dans lesquelles une pièce et un outil tournent 1 'un par rapport à ' autre au couis doune opration d'usinage de la pièce, et du tiype qui cuomprend un support allongé d'ou- til fixe a une première extrémité et ayant un organe de montage d'outil à l'autre e:trerrit. E Dana Lre ma ehine-cutil ciassique, le déplacement du support d 'outil s'effectue par depiaceement d'un chariot sur lequel est monte le support, a i'aide de moteurs agissant par 1 ' intermiédiaire de vis-ères Une telle machine- outil permet un usinage onrenable de nièces rotatives afin qu'elles possèdent une section circulaire constante sur leur longueur Un moncage anaiogue du support d'outil peut être utilisé lorsque la pièce est fixe et lorsque 1 'outil tourne afin qu'il usine un alesage dans la pièce Dans ce cas aussi, cet arrarng emernt seme t 1 'usinage convenable d'alésages de section e iuaie eonstante sur leur longueur. Ces dcieux types d 'arrangement présentent un inconvé- nient car, du fait de l'inertie du dispositif de montage, des vis-mères et des moteurs, ils ne peuvent pas modifier rapidement la position de l'outil au eours de l'usinage et ils ne peuvent done pas etre utilisés pour l'usinage de gradins ou êpaulements dans la surface travaillée de la pièce, ou ils ne peuvent pas usiner des profils non circu- laires autrement qu'à très faible vitesse. Dans un premier nod de réalisation, 11 invention concerne une machine-ou ti dans laquelle une piece et un outil tournent l'un car rapport a l'atr're au cours d'une opération d'usinage de l piece, et du type qui comprend QC un support al'ng 'outil fixé a une renière e: trémité et ayant, à l'autre extrémité, un dispositif de montage d'outil; cette machine-outil se caractérise en ce qu'elle comporte un dispositif de déviation du support d'outil qui agit sur ce support entre l'extrémité fixe et l'organe de montage d'outi i afin Sue 1 ' organe de sur:,-port soit dévié pendant l'usinage et fasse varier la position de l'outil par rapport à l'extrémité fixe, d'une quantité prédéterminée. Dans un mode de réalisation avantageux, le support d'outil peut être formé par deux organes allongés consti- tués de matériaux différents collés côte à côte, le dis- positif de déviation du support comprenant un dispositif destiné à créer un champ magnétique autour du support d'ou- til les matériaux des différents organes étant tels que le changement de longueur provoqué sur les organes par magnétostriction du fait du champ magnétique, provoque la déviation du support d'outil. Dans un autre mode de réalisation avantageux, le support d'outil peut tourner autour de sa longueur, et le dispositif de déviation du support a une masse excentrique montée sur le support d'outil entre l'extrémité fixe et l'organe de montage de l'outil afin que le support d'outil dévie en tournant, la machine comprenant en outre un dispo- sitif destiné à appliquer une force prédéterminée dirigée radialement vers l'intérieur autour du support d'outil qui tourne suivant la trajectoire déviée afin que le lieu décrit par l'organe de montage d'outil soit déterminé. Dans un autre mode de réalisation, l'invention con- cerne aussi une machine à aléser destinée à usiner la sur- face interne d'une pièce fixe, et d'un type qui comprend un arbre allongé et flexible, un dispositif d'entraînement coopérant avec l'arbre à une première extrémité et destiné à faire tourner l'arbre de la machine à aléser, et un support d'outil placé à l'autre extrémité de cet arbre; cette ma- chine se caractérise par la présence d'un dispositif desti- né à appliquer une force réglée à l'arbre, placé entre les extrémités et destiné à faire fléchir l'arbre de la machine à aléser pendant sa rotation afin que la position d'un ou- til monté sur l'arbre soit modifiée d'une quantité prédé- terminée par rapport à la pièce. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation latérale schématique d'une machine-outil mettant en oeuvre un effet de magnéto- striction pour le positionnement d'un support d'outil de la machine; la figure 2 est une élévation latérale schématique d'une machine-outil ayant un support d'outil portant une masse excentrique et mettant en oeuvre un palier fluide pour le positionnement du support d'outil; la figure 3 est une coupe radiale du palier fluide entourant le support d'outil de la machine-outil de la figure 2; la figure 4 est une coupe longitudinale du palier fluide de la figure 3; la figure 5 est analogue à la figure 3 mais repré- sente l'utilisation de dispositifs hydrauliques de rappel assurant le positionnement du support d'outil; et la figure 6 est analogue à la figure 3 et représen- te l'utilisationd'une came excentrique pour le positionnement du support d'outil. On se réfère d'abord à la machine-outil de la figure 1; celle-ci a une poupée 10 qui comporte un mandrin 11 des- tiné à retenir et faire tourner un support allongé 12 d'outil. Un chariot 13 de la machine-outil porte la pièce 14 Le support 12 est fixé au mandrin 11 à une extrémité et l'autre extrémité porte un outil diamanté ou autre 15 de type con- venable dans un organe 16 de montage d'outil Le support 12 est disposé de manière qu'il soit parallèle à l'axe d'un alésage qui doit etre usiné dans la pièce. Le support 12 d'outil est formé de deux bandes 12 a, 12 b de matériaux différents joints côte à cote dans un plan perpendiculaire à la direction dans laquelle l'outil doit se déplacer Le raccord peut être assuré par un adhésif ou par soudage ou, de préférence, par soudage par diffusion afin que les deux bandes 12 a, 12 b soient raccordées intimement l'une à l'autre Les métaux des bandes 12 a, 12 b sont choi- sis afin que l'un d'eux ait une longueur qui change dans un champ magnétique, d'une quantité qui est différente du changement de longueur de l'autre dans le meme champ magné- tique Un tel effet est appelé "magnétostriction" De pré- férence, une bande a une longueur qui croît et l'autre, une longueur qui décroît. Des paires de métaux qui conviennent sont le nickel et le fer pur, le nickel et un alliage contenant 50 % de fer et 50 % de nickel, le nickel et un alliage contenant 50 % de cobalt et 50 % de fer, ainsi que le nickel et un alliage contenant 70 % de cobalt et 30 % de fer Tous ces pourcen- tages sont pondéraux Il faut évidemment noter que cette liste n'est pas exhaustive et que d'autres paires convenables de matériaux peuvent être utilisées. Le support 12 d'outil est entouré par une bobine électrique 17 entre l'extrémité fixe et l'organe 16 de montage d'outil La bobine 17 peut être enroulée directement sur le support 12 ou elle peut être enroulée sur un organe séparé de mise en forme avec suffisamment de place entre cet organe et le support 12 pour que celui-ci puisse se déplacer. La bobine 17 est reliée à une alimentation électrique 18 capable de transmettre un courant continu ou alternatif dont la fréquence et l'amplitude peuvent varier Par exem- ple, un oscillateur 18 à fréquence variable peut être utili- sé, cet oscillateur étant relié à la bobine 17 par l'inter- médiaire d'un amplificateur de puissance 20. Il-faut noter que, comme seule la partie du support 12 comprise dans la bobine 17 présente les effets de magnéto- striction, seule cette partie doit être formée des métaux choisis donnant un tel effet de magnétostriction L'extré- mité de support d'outil du support 12 peut être formée d'acier doux. Le support 12 peut être serré afin que les vibrations indésirables telles qu'un flottement soient réduites ou em- pêchées Cet amortissement peut être assuré par de minces bandes d'acier placées de part et d'autre du support. Lors du fonctionnement, la machine-outil est utili- sée de la manière suivante Le support 12 d'outil est entraî- né en rotation dans la poupée 10 et la pièce 14 est déplacée sur le chariot 13 jusqu'à une position de référence par rap- port à l'outil Un courant prédéterminé est transmis à la bobine 17 et l'effet de magnétostriction sur la partie bimétallique du support 12 d'outil provoque la déviation de celui-ci en direction perpendiculaire au plan du raccord des deux bandes metallioues 12 a, 12 b L'importance de la dé- viation est proportionnelle à l'intensité du champ magnéti- que créé par la bobine 17, si bien que toute déviation vou- lue peut être obtenue par rég 1 age de l'oscillateur 19 à fréquence variable De cette manière, une surface circulaire de rayon voulu peut être usinée par l'outil 15 sur la pièce. Il faut noter que la position de l'outil 15 peut rester constante pendant toute i'opération d'usinage ou peut varier à différents niomrents pendant cette opération afin que la pieèce finie ait une section eirculaire qui varie sur sa longueur Dans une variante, la position de l'outil peut varier pendant un tour de la pièce afin que celle- ci ait une section non circulaire Les variations de eou- rant nécessaires à l'obtention de telles sections variables peuvent être commandees par un ordinateur 21. Ii faut aussi noter que le support 12 d'outil ne doit pas obligatoirement tourner A la place, la pièce peut tourner et, lorsque le support 12 tourne de 90 , il peut être placé dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de la pièce afin qu'il joue le role d'un outil de tour agissant sur une surface extérieure de la pièce Les surfa- ces ayant une section variable peuvent être formées comme décrit précédemment. La déviation du support 12 d'outil dépend de la température et, pour cette raison, un appareillage 22 de refroidissement peut être utilisé afin que la température du support d'outil reste constante de façon générale Dans une variante, un ensemble, par exemple l'ordinateur 21, peut être utilisé pour la compensation des effets des va- riations de la température au cours du temps. On se réfère maintenant aux figures 2, 3 et 4 qui représentent une machine-outil qui comporte un socle 30 ayant une poupée 31 sur laquelle un mandrin 33 peut tourner. Une pièce 34, par exemple un-piston dont l'alésage 35 d'axe de pied de bielle doit être usiné, est montée sur un chariot mobile 42 à une extrémité du socle 30 opposée à la poupée 31. Un support d'outil, sous forme d'un arbre allongé 36 de machine à aléser, ayant'une section circulaire (voir figure 3) a une première extrémité qui est retenue en po- sition fixe dans le mandrin 33 et un outil 37 est monté dans un support 38 à l'autre extrémité de l'arbre Une masse 39 est montée excentriquement sur l'arbre 36, entre ses extrémités. Un palier fluide 40 entoure l'arbre 36 entre ses extrémités et près de la masse excentrique 39, et il est fixé sur le socle 30 Ce palier 40 n'est pas ajusté autour de l'arbre 36, comme indiqué clairement sur la figure 3, afin que cet arbre puisse fléchir Le palier 40 comporte huit paires d'orifices 41, les paires étant régulièrement réparties autour de l'arbre 36, les orifices de chaque paire étant espacés axialement comme représenté clairement sur la figure 4 Chaque paire d'orifices 41 est reliée à une réserve de fluide sous pression, par exemple d'air ou d'un liquide sous pression Le débit de fluide transmis à chaque paire d'orifices 41 est réglable séparément afin que la pres- sion du fluide transmis par les orifices puisse être modifiée de la même quantité ou de quantités différentes Ce réglage peut être assuré par des servovannes sous la commande d'un ordinateur 43. Un circuit > 44 de commande par réaction peut assurer la comparaison du lieu réel de l'outil 37 à un lieu voulu, et le réglage de la force appliquée radialement vers l'in- térieur en fonction de cette comparaison. Lors du fonctionnement, la machine des figures 2, 3 et 4 fonctionne de la manière suivante Le mandrin 33 est entraîné en rotation si bien que l'arbre 36 tourne autour de sa longueur Etant donné la présence de la masse excentrique 39, l'axe de l'arbre est aussi dévié, c'est-à-dire qu'il tend à décrire une surface conique courbe de révolution au- tour de l'axe de rotation de la poupée 31 Le diamètre maxi- mal de ce cône se trouve à l'extrémité du support 36 por- tant l'outil 37 alors que l'extrémité du support 36 qui est retenue par le mandrin 33 ne fléchit pas du tout. Le palier fluide 140 permet le réglage de cette déviation en rotation, par application d'une force dirigée radialement vers l'intérieur et réglée à l'arbre 36 Lors- que la pression du fluide transmis par les orifices 41 est la même à tous les orifices, l'outil 37 décrit un cercle dont le rayon dépend de la pression du fluide (voir figure 3). Cependant, si la pression du fluide transmis par les orifices 41 n'est pas la même, l'outil 37 décrit un trajet non circu- laire dont la configuration peut être réglée par réglage du courant de fluide transmis aux orifices. De cette manière, l'outil 37 peut être utilisé pour la mise de l'alésage 35 d'axe de pied de bielle du piston 3 > 4 à toute section voulue sur sa longueur La section peut être circulaire ou ovale ou de toute autre forme voulue Le pa- lier fluide 40 joue ainsi le rôle d'une came dont la forme peut varier pendant l'opération d'usinage ou peut rester constante. Il faut noter que la force dirigée radialement vers l'intérieur n'est pas obligatoirement appliquée par un pa- lier fluide Par exemple, elle peut être appliquée par plu- sieurs dispositifs hydrauliques 45 agissant élastiquement (figure 5) et ayant une rigidité dynamique variable, répar- tis autour du support d'outil Dans une variante, la force peut être appliquée par une surface de came 46 qui est au contact de l'arbre 36 afin que le support d'outil suive un trajet prédéterminé (voir figure 6) La surface de came peut avoir une forme variable pendant l'opération d'usinage. Il faut noter que d'autres dispositifs très divers peuvent être utilisés pour la déviation d'un organe de mon- tage d'outil pendant l'usinage afin que la position de l'ou- til par rapport à l'extrémité retenue varie d'une quantité prédéterminée Par exemple, des forces piézoélectriques peuvent être utilisées, de même que des effets magnétiques et/ou mécaniques autres que ceux qu'on a décrit précédemment en référence aux dessins. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. EVENDI CAT l ONS 1 Machine-outil dans laquelle une pièce et un outil tournent l'ur par rapport à l'autre au eours d'une operation d'usinage effectuée sur la pièce, et du type qui comprend un support allongé d'outil fixé à une première extrémité et ayant un organe de montage d'outil à l'autre extrémité ladite machine-outil étant caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de déviation du support d'outil ( 17; 39, IO; 39, 45, 39, 46) agissant sur le sup- port d'outil ( 12; 36) entre l'extrémité fixe et l'organe de montage d'outil ( 16; 38) afin que le support d'outil soit dévié pendant l'usinage et fasse varier la position de l'outil ( 15; 37) par rapport à l'extrémité fixe, d'une quantité pr'déterminée. 2 Machine-outil selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le support d'outil est formé par deux orga- nes allongés ( 12 a, 12 b) constitués de matériaux différents soudés côte à côte, le dispositif de déviation du support comprenant un dispositif ( 17) destiné à créer un champ ma- gnétique autour du support d'outil, les matériaux des or- ganes étant tels que la variation de longueur des organes par magnétostriction, provoquée par le champ magnétique, provoque ladite déviation du support d'outil. 3,Machine-outii selon la revendication 2, caracté- risée en ce que le champ magnétique est appliqué par une bobine ( 17) disposée autour du support d'outil, entre l'ex- trémité fixe et l'organe de montage d'outil. 4 Machine-outil selon l'une des revendications 2 et 3, caraetérisée en ce que les métaux formant le support d'outil ( 12) sont le fer pur pour un organe et le nickel pour un autre organe, le nickel pour un organe et un alliage de 50 % de fer et 50 % de nickel (en poids) pour l'autre or- gane, ou le nickel pour un organe et un alliage de 50 % de cobalt et 50 % de fer (en poids) pour l'autre organe, ou le nickel pour un premier organe et un alliage de 70 % de cobalt et 30 % de fer (en poids)pour l'autre organe. Machine-outil selon l'une queleonque des reven- dications 1 à 4, caractérisée en ce que le support ( 12) d'outil tourne autour de sa longueur pendant l'usinage, la pièce ( 14) étant maintenue fixe, ou le support ( 12) d'ou- til ne tourne pas et la pièce ( 14) tourne pendant l'usinage. 6 Machine-outil selon la revendication 1, carac- térisée en ce que le support d'outil ( 36) est destiné à tourner autour de sa longueur, et le dispositif de dévia- tion du support comporte une masse excentrique ( 39) montée sur le support entre l'extrémité fixe et l'organe de monta- ge d'outil afin que le support d'outil soit dévié tout en tournant, la machine-outil comprenant en outre un dispo- sitif ( 40) destiné à exercer une ou plusieurs forces pré- déterminées dirigées radialement vers l'intérieur, autour du support d'outil qui tourne, suivant la trajectoire-déviée afin que le lieu décrit par l'organe de montage d'outil soit déterminé. 7 Machine-outil selon la revendicatiojn 6, caracté- risée en ce que le support d'outil ( 36) a une section cir- culaire, le dispositif d'application d'une force comporte un palier à air placé autour du support d'outil, avec un espace intermédiaire permettant la déviation du support d'outil, et l'air qui exerce la force autour du support d'outil est tel que l'organe de montage de l'outil décrit un lieu voulu. 8 Machine-outil selon la revendication 6, caracté- risé en ce que le dispositif d'application d'une force com- porte plusieurs organes hydrauliques élastiques ( 45) ayant une rigidité dynamique variable et espacés autour du sup- port d'outil ( 36) afin qu'ils appliquent autour de celui-ci une force telle que l'organe de montage décrit un lieu voulu. 9 Machine-outil selon la revendication 6, caracté- risée en ce que le dispositif d'application d'une force comporte une surface de came ( 46) placée au contact du sup- port d'outil ( 36) et destinée à obliger ce support à suivre un trajet prédéterminé, la configuration de la surface de came étant variable pendant la rotation du support d'outil afin que le lieu de l'organe de montage d'outil varie. Machine-outil selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte un ensemble de commande ( 18, 19, 20, 21; 43, 44) destiné à régler la déviation assurée par le dispositif de déviation du support d'outil, et commandant le dispositif de déviation du support d'outil afin qu'une déviation constante soit as- surée pendant une opération d'usinage de la pièce ou qu'une déviation variant pendant la rotation relative de la pièce et du support d'outil varie. 11 Machine-outil selon la revendication 10, carac- térisée en ce que le dispositif de commande assure la com- mande du dispositif de déviation du support d'outil afin qu'il applique une déviation qui varie après un nombre pré- déterminé de tours de rotation relative pendant une opéra- tion d'usinage. 12 Machine à aléser destinée à usiner la surface interne d'une pièce fixe et du type qui comporte un arbre allongé et flexible, un dispositif d'entraînement coopé- rant avec l'arbre à une première extrémité de celui-ci afin qu'il fasse tourner l'arbre, et un support d'outil placé à l'autre extrémité de l'arbre, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif ( 17; 39, 40; 39, 45; 39,; 46) destiné à appliquer une force réglée à l'arbre ( 1 ?; 36) et placé entre les extrémités de l'arbre afin que celui-ci fléchisse pendant sa rotation et modifie la position d'un outil ( 15; 37) monté sur l'arbre d'une quantité prédéterminé par rapport à la pièce ( 1411; 34).