Brevet FR2541155A1 — publié le 19840824

La présente invention concerne une fraise 2 tailles ayant, sur le porte- plaquettes en forme de tige, une tête de travail de forme sphérique comportant au moins un évidement dans lequel est disposée, faisant suite à une chambre de dégagement de copeaux, au moins une pla- quette de coupe amovible. Des fraises 2 tailles de cette nature sont utilisées pour usiner des rainures Elles sont mises en oeuvre par exemple lors de la fabrication de matrices de presse ou lors de l'usinage, par enlèvement de copeaux, de pièces pour avions, ceci afin d'éviter, au moyen d'ar- rondis, d'indésirables concentrations de contraintes nuisibles. Dans les fraises 2 tailles de cette nature un évi- dement en forme de fente radiale est prévu dans la tête du porte-plaquettes; dans cette fente est disposée une pla- quette de coupe dont le plan principal est orienté à la fois radialement par rapport à l'axe de la tige et dans la direction axiale de celle-ci Sur cette plaquette est formée une arête de coupe s'étendant sur un arc en quart de cercle En rotation autour de son axe, cette arête engendre une coupe hémisphérique. L'évidement en forme de fente et la plaquette de coupe peuvent s'étendre aussi sur tout le diamètre de la tête de travail Dans ce cas, la plaquette comporte une deuxième arête de coupe qui s'étend elle aussi sur un arc en quart de cercle, est diamétralement opposée à la pre- mière arête de coupe et décrit-la même enveloppante que celle-ci. -Ces fraises 2 tailles connues se sont révélées désa- vantageuse en ce sens que l'effort de coupe principal est dirigé contre la section plate de la plaquette de coupe. Pour cette raison, ces plaquettes ne peuvent être sou- mises à de grands efforts de coupe, et de plus la durée de service de leurs arêtes est relativement courte Lors- que celles-ci sont émoussées, il faut remplacer la pla- quette. -2- Le problème auquel l'inveaqtion apporte une solution consistait alors à allonger la durée de service des frai- ses 2 tailles connues, à en augmenter la capacité de charge et à permettre la réutilisation de leurs plaquettes lorsqu'une arête de coupe est émoussée. Pour résoudre ce problème l'invention propose d'une part que la plaquette de coupe comporte une face supé- rieure convexe et, à l'opposé de celle-ci, une face de base, ces deux faces étant délimitées par des faces la- térales plus petites que les faces supérieure et de base, d'autre part qu'au moins l'une des faces latérales soit conçue en tant que face de coupe qui d'une part inter- secte la face supérieure convexe et forme avec elle une arête de coupe incurvée et d'autre part intersecte sous un angle aigu au moins l'une des faces latérales adjacen- tes, et d'autre part enfin que la plaquette de coupe re- pose par sa face de base sur le fond du dit évidement et s'étend ainsi par sa section la plus grande endirection de la composante d'arête de coupe, l'arête de coupe in- curvée décrivant une trajectoire de coupe qui, en projec- tion sur un plan radial passant par l'axe de la tige, s' étend en arc de cercle ininterrompu depuis cet axe jus- qu'au plus grand rayon de la trajectoire de coupe. On peut exécuter, avec la fraise 2 tailles selon l'invention, des usinages en plongée, c'est-à-dire un perçage pour commencer un fraisage, l'effort de coupe le plus grand étant supporté en commun par les deux plaquet- tes grâce au chevauchement de leurs trajectoires de coupe, l'une de ces deux plaquettes étant conçue et disposée de telle sorte qu'en faisant usage d'un angle de dégagement radial négatif et axial positif on obtienne une perfor- mance maximale de coupe inclinée. La fraise 2 tailles selon l'invention se distingue par l'absence de vibrations durant l'usinage La répar- tition des trajectoires de coupe sur les arêtes de deux plaquettes de coupe opposées assure un comportement tran- quille lors de la taile Enfin, un autre avantage est 3 - qu'après que l'une des arêtes de coupe d'une plaquette soit devenue émoussée, il est possible de mettre en oeuvre son autre arête de coupe. D'autres particularités et caractéristiques avanta- geuses de l'objet de l'invention apparaîtront au cours de la description d'un exemple d'exécution faite ci- après en se référant au dessin annexé; sur ce dernier la figure 1 est une vue en bout de la fraise 2 tailles à tête hémisphérique, la figure 2 est une vue en élévation latérale de la fraise 2 tailles avec les deux plaquettes de coupe dont l'arc de contact est hémisphérique, ainsi qu'avec une troisième plaquette pour fraiser une coupe essen- tiellement cylindrique tangentielle 'à 4 la ccupe courbe- des deux plaquettes qui ont des arêtes de coupe incur- vées, la figure 3 est un graphique en profil de la tra- jectoire de coupe qui passe par le plan radial par rap- port à l'axe de la tige et qui permet de reconnaître la position de chaque plaquette par rapport à la totalité de la trajectoire de coupe combinée, et les figures 4 a 4 d sont respectivement, à plus grande échelle, a) une vue en bout, b) une vue en élé- vation par l'arrière, c) une vue en plan, et d) une vue en élévation frontale de la plaquette de coupe ré- glable et dont les arêtes de coupe sont incurvées. Les détails de l'outil fraiseur proprement dit sont décrits ci-après en se référant aux différentes vues faisant l'objet des fig 4 a à 4 d La plaquette de coupe sur chant 10 est un bloc en un matériau approprié, de forme générale plate et plane, à six faces dont deux faces principales, à savoir une face de base 12 et, op- posée à celle-ci, une face supérieure convexe 14 Un perçage 16 qui traverse ces faces 12 et 14 et présente une fraisure du côté de la face supérieure convexe 14 reçoit un élément de fixation (non représenté) par le- quel la plaquette 10 est retenue dans un évidement ména gé dans le porte-plaquettes 18 (fig 1 et 2). La face supérieure convexe 14 de la plaquette de coupe est, dans cet exemple d'exécution, cylindrique Elle est délimitée par quatre faces latérales plus pe- tites Dans l'exemple d'exécution préféré, deux de ces petites faces latérales sont les faces d'attaque 20 ob- tenues en étant intersectées par des plans convergeant de telle façon qu'avec un plan bissecteur perpendicu- laire à l'axe 22 de la-face supérieure cylindrique 14 de la plaquette 10 ils forment des angles c égaux La face supérieure-convexe 14 est intersectée sous un angle aigu, ce qui donne alors naissance à l'arête de coupe incurvée 28 Les deux autres petites faces latérales 24 sont des faces parallèles adjacentes à la face dé base, mais inclinées sur les arêtes paralléles 26 de cette face de base plane 12 formées par les faces de coupe con- vergentes 20 La plaquette a donc ainsi la forme géné- rale d'un parallélogramme (fig 4 a) Les angles diagona- lement opposés formés entre les faces de coupe 20 et les faces adjacentes 24 sont respectivement aigus et obtus. La face supérieure 14 et la trajectoire de coupe désirée ont le même rayon Parce que dans le plan de cette face les deux faces de coupe 20, identiques l'une à l'autre, ont en fait une forme elliptique, le profil de la trajectoire de coupe engendrée par des plaquettes de ce genre dépend de l'orientation de l'arête de coupe et tout particulièrement de la proéminence de la face supé- rieure convexe le long d'une trajectoire de rotation dans un plan passant par l'axe de rotation de la fraise Les fig 1 et 2 montrent cette géométrie. Avec la fraise 2 tailles selon l'invention, la tra- jectoire de coupe hémisphérique est engendrée par les deux plaquettes de coupe 10 et 10 ' ayant la forme décrite avec référence aux fig 4 a à 4 d et qui, à la pointe du porte-plaquettes 18 en forme de tige, sont disposées de telle sorte qu'elles engendrent un arc de contact et, en même temps, provoquent la formation de trajectoires de coupe qui se chevauchent et qui, projetées sur un plan radial passant par l'axe 30 de la tige du porte- plaquettes 18 (fig 3),engendrent un quadrant de cercle 32 par rapport à l'axe de rotation du point selon la fig 3 sur le rayon le plus grand de cet axe. Ainsi que les fig 1 et 2 permettent de le recon- naître, la plaquette de coupe 10 est disposée de telle sorte que les faces d'attaque 20 soient orientées sen- siblement radialement par rapport au porte-plaquettes 18, l'extrémité de l'arête de coupe 28 adjacente à l' angle aigu de la plaquette étant située sur l'axe de rotation La fig 1 montre clairement le but de l'angle aigu: il constitue un point de centrage qui permet la plongée dans la pièceâà fraiser et en même temps aussi un dégagement à l'arrière de la pointe de coupe Pour la mêmne raison, la surface de base de l'évidement dans lequel est logée la plaquette 10 est conçue de telle sorte que l'arête de fuite de la plaquette située en face, c'est-à-dire l'arête de coupe de réserve, se trouve maintenue par cette surface de base en retrait de la ligne de contour hémisphérique engendrée durant la rotation par l'arête de coupe en service. La nécessité d'avoir un angle de détalonnage à 1 ' arrière, destiné à empêcher que la plaquette ne "morde" dans la surface fraîchement usinée, et le désir de main- tenir aussi tangentielle que possible la direction des efforts de coupe agissant sur le porte-plaquettes, li- mitent les dimensions de la plaquette dans la direction axiale de sa surface cylindrique Avec des fraises 2 tailles à très petit diamètre, les conditions de place insuffisantes obligent même à renoncer à toute possibi- lité de réglage, en faveur d'une fixation fixe d'une plaquette de coupe étroite à une seule arête. La-deuxième plaquette de coupe 10 ', qui a une forme correspondant à celle de la plaquette 10 et qui est dis- posée et orientée de telle sorte que la trajectoire de coupe hémisphérique de grand rayon sur l'axe de rotation de la fraise est dirigée vers le bas le long du quadrant de cercle représenté à la fig 3, mais se termine un peu avant la pointe, est interchangeable avec la plaquette Ici aussi la fig 1 montre que la plaquette 10 ' est, par son arête de coupe 28 ', disposée presque en face de celle de la plaquette 10, avec cependant une orientation dans son ensemble différente La surface d'appui offerte par l'évidement destiné à recevoir la plaquette 10 ' est disposée de telle sorte que cette plaquette présente un angle de dégagement radial négatif ainsi qu'un àngle de dégagement radial positif et est ainsi orientée de manière optimale pour la taille incli- née, ce qui fait que la plus grande partie de la charge due à la taille échoit à la plaquette 10 ' Les avanta- ges d'une telle disposition de taille inclinée sont * déjà connus (brevet US 2 186 417). Une troisième plaquette de coupe 36 ayant une arête de coupe rectiligne est utilisée pour élargir la trajec- toire de coupe cylindriquement, tangentiellement à la projection 32 du quadrant de cercle des trajectoires chevauchantes des deux plaquettes 10 et 10 ' La plaquet- te 10 ' est elle aussi, de préférence, en forme de paral- lélogramme, ce qui garantit, bien qu'elle soit disposée avec un angle de dégagement axial positif, une bonne te- nue de l'arête de coupe La troisième plaquette 36 est disposée de façon analogue afin que son arête de coupe de réserve ne pénètre pas dans la pièce en cours d'usi- nage Les trois plaquettes sont en outre disposées et orientées de telle sorte que les espaces de dégagement 38, 40 et 42 qui sont situés en face de leurs arêtes de coupe effectives et qui ont une forme irrégulière soient usinés dans le corps du porte-plaquettes 18 en faisant un angle avec l'axe de rotation, de sorte que les co- peaux puissent s'évacuer vers le haut lors du perçage, 6 - J même si la fraise avance en même temps transversalement par rapport à son axe. Il peut maintenant être déduit de la description faite jusqu'ici que les plaquettes 10 et 10 ' et leurs orientations respectives sur le porte-plaquettes 18 sont la cause de ce que les arêtes de coupe 28 et 28 ' n'en- gendrent pas une trajectoire de coupe exactement circu- laire dans le plan radial, mais plutôt une trajectoire qui, un peu en forme d'ellipse avec un rayon de courbure un peu plus petit, s'écarte de la trajectoire circulaire. Cet écart est toutefois très petit et n'a aucune influ- ence pratique sur l'usinage de contours, par exemple de lanages ou de gorges ou rainures Il est également clair que l'arête de coupe de la plaquette "cylindrique" 36 qui présente un angle de coupe axial et rectiligne balaye une trajectoire de coupe qui n'est pas-exactement cylin- drique mais plutôt hyperbolique Ici aussi l'écart par rapport à une tangente de surface exactement rectiligne à la gorge à produire n'a, dans la plupart des cas, au- cun effet nuisible; dans les cas o une surface prati- quement plane est exigée pour la pièce, on peut pallier cet écart en utilisant une plaquette dont l'arête de coupe est faiblement convexe ou hélicoidale. La fig 3 est un graphique de la projection, sur un plan radial passant par la ligne médiane de l'axe de ro- tation, c'est-à-dire par l'axe 30 de la tige du porte- plaquettes 18, des diverses trajectoires de coupe men- tionnées ci-dessus Cette représentation est seulement une esquisse-et non une projection orthogonale exacte. Les plaquettes 10, 10 ' et 36 sont représentées seulement par leurs contours sur un plan radial de leur porte- plaquettes 18 Ce qui importe est de montrer dans quelle mesure chacune des plaquettes 10 et 10 ' occupe le qua- drant de cercle 32 de leurs trajectoires de coupe combi- nées Tout particulièrement important est aussi le che- vauchement ou la superposition de ces trajectoires qui permet à ces deux plaquettes de supporter la plus grande -8- partie de l'effort ou sollicitation de coupe Pour faciliter la compréhension, la partie fraisée par la pla- quette 10 seule est désignée par A, celle fraisée par les deux plaquettes 10 et 10 ' par B, et celle fraisée par la plaquette 10 ' seule par C. Pendant le fraisage transversal habituel la sollici- tation de coupe dans la zone A est, contrairement au frai- sage en plongée, c'est-à-dire au perçage, très faible a cause de l'amincissement des copeaux, du fait de 1 ' inclinaison de l'arête de coupe Par contre, dans la zone C qui correspond à la seule plaquette io', l'amincissement périphérique des-copeaux est, par suite de l'avance trans- versale, très fort, tandis que 1 'amincissement de copeaux causé par l'inclinaison est négligeable tant il est petit. L'enlèvement de matière quantitativement le plus grand a lieu dans la zone de chevauchement B, avec la disposi- tion presque diamétralement opposée des plaquettes 10 et ' Ces plaquettes se répartissent la forte sollicita- tion de l'usinage Chacune enlève un nouveau copeau qui n'a que la moitié de l'épaisseur du copeau enlevé par une fraise simple qui usine le même secteur à la même vitesse d'avance. La fraise 2 tailles selon l'invention à tête de tra- vail hémisphérique est un outil à rendement élevé capable de supporter même des sollicitations de coupe élevées parce que ses plaquettes travaillent sur chant, c'est-à- dire parce qu'elles reprennent et transmettent l'effort de coupe essentiellement sur la plus grande dimension. En outre, elles sont conçues de telle sorte qu'elles dé- crivent leurs trajectoires de coupe avec un grand chevau- chement, d'o la possibilité d'une plus longue durée de service. Les nouvelles plaquettes de coupe peuvent être uti- lisées de manière interchangeable dans toute position de travail, c'est-àdire comme plaquette de coupe à pointe ou comme plaquette de coupe 10 ' Toutes deux peuvent être retournées et ainsi servir deux fois. REVENDICATIONS 1 Fraise 2 tailles munie, sur le porte-plaquettes en forme de tige, d'une tête de travail de forme sphéri- que comportant au moins un évidement dans lequel est dis- posée, à la suite d'une chambre de dégagement de copeaux, au moins une plaquette de coupe amovible, cette fraise é t a N t r e m a r q u a b l e e N c e q u e, d'une part, la plaquette de coupe (Io, 10 ') comporte une face supérieure convexe ( 14) et, à l'opposé de celle-ci, une face de base ( 12), ces deux faces étant délimitées par des faces latérales plus petites que les faces supé- rieure et de base, d'autre part au moins l'une des faces latérales ( 20, 24) est conçue en tant que face de coupe ( 20) qui d'une part intersecte la face supérieure convexe ( 14) et forme avec elle une arête de coupe incurvée ( 28, 28 ') et d'autre part interesecte au moins l'une des faces latérales adjacentes, d'autre part enfin la plaquette de coupe ( 10, 10 ') repose par sa face de base ( 12) sur le fond du dit évidement et s'étend ainsi par sa plus grande section en direction de la composante de l'arête de coupe incurvée ( 28, 28 ') qui décrit une-trajectoire de coupe qui, en projection sur un plan radial passant par l'axe ( 30) de la tige ( 18), s'étend en arc de cercle ininter- rompu de cet axe ( 30) jusqu'au plus grand rayon de la trajectoire de coupe. 2 Fraise 2 tailles selon la revendication 1, remarquable en ce que deux des faces latérales d'une pla- quette ( 10, 10 ') sont des faces de coupe ( 20). 3 Fraise 2-tailles selon la revendication 1 ou 2, remarquable en ce que sur la plaquette de coupe ( 10, 10 ') sont prévues au moins deux faces latérales voisines for- mant deux faces adjacentes ( 24), cette plaquette ( 10,10 ') ayant la forme générale d'un parallélogramme. 4 Fraise 2 tailles selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, re arquable en ce que la face supérieure convexe ( 14) de la plaquette de coupe ( 10,10 ') 2541155 est cylindrique. Fraise 2 tailles selon au moins l'une des re- vendications précédentes, remarquable en ce que les deux faces de coupe ( 20) intersectent la face supérieure ( 14) sous un angle aigu et s'intersectent en une ligne dans un plan perpendiculaire à l'axe ( 22) de la face supérieure cylindrique ( 14) en faisant toutes deux le même anglecz avec ce plan. 6 Fraise 2 tailles selon au moins l'une des re- vendications précédentes, remarquable en ce que la face de base ( 12) est parallèle à l'axe ( 22) de la face supé- rieure cylindrique ( 14), et en ce que les faces adjacen- tes ( 24) sont parallèles entre elles et perpendiculaires a la face de base-('12). 7 Fraise-2 tailles selon au moins l'une des reven- dications précédentes, remarquable en ce qu'elle comporte deux plaquettes de coupe ( 10, 10 ') dont les arêtes de coupe ( 28, 28 ') sont en face l'une de l'autre par rapport à l'axe ( 30) de la tige ( 18), l'arête de coupe ( 28) d'une ( 10) de ces plaquettes s'étendant sur plus de la moitié de la trajectoire de coupe à partir de l'extrémité du porte- plaquettes ( 18) située côté tête de travail, tandis que l'arête de coupe ( 28 ') de l'autre plaquette ( 10 ') s' étend également sur plus de la moitié de la trajectoire de coupe depuis l'extrémité du plus grand rayon de cette trajectoire. 8 Fraise 2 tailles selon au moins l'une des reven- dications précédentes, remarquable en ce que la dite au- tre plaquette ( 10 ') est disposée dans le dit évidement de la tete de travail avec un angle de dégagement radial négatif et un angle de dégagement axial positif. 9 Fraise 2 tailles selon au moins l'une des reven- dications précédentes, remarquable en ce qu'une troisiè- me plaquette de coupe ( 36) est disposée dans un autre é- videment de la tige du porte-plaquettes ( 18) de manière à décrire une trajectoire de coupe cylindrique centrée sur l'axe ( 30) de cette tige et tangente à la trajectoire de coupe des deux plaquettes ( 10,10 ') dont les arêtes de coupe ( 28,28 ') sont en forme d'arc de cercle.