Brevet FR2551999A1 — publié le 19850322

La présente invention concerne les machines-outils et en particulier celles qui comportent une tête porte-outil rotative qui a au moins un outil destiné à effectuer une opération d'usinage sur une pièce fixe de façon géné5 rale, en un seul passage. Les machines-outils -de ce type présentent de nombreux avantages Elles permettent des opérations de tournage grossier et de finition sur une pièce en un seul passage et augmentent donc considérablement le débit 10 de protection des pièces terminées En outre, étant donné que la pièce est habituellement fixe, la pièce terminée peut être très facilement retirée et remplacée par une nouvelle pièce. On a déjà souvent proposé de faire varier les 15 positions relatives des outils et de la pièce afin de réaliser des pièces non cylindriques En général, ces machines comportent des surfaces de came qui sont fixes et qui sont placées à distance de la tête porte-outil, les surfaces de came étant suivies par un toucheau de came 20 dont le déplacement est transformé par une tringlerie mécanique en mouvement relatif tel que décrit par exemple dans le brevet français n 1 516 951 et dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique né 2 720 806. Un inconvénient de ce type de machine est qu Delle 25 ne permet pas l'usinage de pièces à des configurations complexes non uniformes, lorsque les mouvements de l'outil doivent être complexes en un seul tour de la tête porteoutil Ceci est particulièrement important lorsque la pièce est une ébauche d'aluminium ou d'un alliage d'alumi30 nium utilisé pour la réalisation d'un piston de moteur à combustion interne On s'est récemment rendu compte que le rendement de fonctionnement de tels pistons et des moteurs à combustion interne qui les comprennent, pouvait être accru notablement lorsque le piston avait 35 une configuration permettant une amélioration de ses caractéristiques de lubrification Ainsi, on a constaté que des caractéristiques superficielles non uniformes pou- vaient donner des caractéristiques de fonctionnement bien meilleures. L'invention concerne une machine-outil du type qui comporte une tête rotative qui porte au moins un 5 outil destiné à effectuer une opération d'usinage sur une pièce en un seul passage afin que la pièce ait un profil voulu, cette machine étant telle que le profil nécessite des déplacements de l'outil pendant sa rotation, un organe électrique de manoeuvre étant destiné à assurer le dépla10 cement relatif de l'outil au moins et de la pièce pendant un tour de la tête porte-outil dans une passe d'usinage afin que le profil de la pièce usinée varie pendant chaque tour, un circuit électronique de commande étant destiné à former des signaux électriques de commande qui sont 15 représentés d'une variation voulue du profil de la pièce et qui sont transmis à l'organe de manoeuvre afin qu'ils assurent les déplacements relatifs nécessaires de l'outil et de la pièce. D'autres caractéristiques et avantages de l'in20 vention 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 schématique d'une machine-outil; et la figure 2 est une coupe d'une variante de tête porte-outil destinée à la machine-outil de la figure 1. La machine-outil représentée est du type à tête porte-outil rotative et à pièce fixe, et elle est destinée à l'usinage d'ébauche de piston devant avoir un profil 30 non uniforme, ayant des caractéristiques superficielles non uniformes, afin que ces caractéristiques soient améliorées lorsqu'il est monté dans un moteur à combustion interne Ces caractéristiques du profil peuvent étre par exemple telles que décrites dans le brevet britannique 35 n 2 104 188. Comme l'indique la figure 1, la machine-outil comporte une tête porte-outil 10 de forme générale cylin- drique, ouverte à une première extrémité et ayant deux outils 11, 12 portés à sa surface interne, la tête étant de type rotatif Les outils 11, 12 sont disposés de manière que l'outil 11, le plus proche de l'extrémité ouverte, 5 soit un outil d'usinage grossier alors que l'autre outil est un outil de finition si bien que les deux outils 11, 12 usinent la pièce successivement en une seule passe. Il faut noter qu'un seul outil peut être monté ou que trois ou quatre outils ou plus même peuvent aussi être 10 montés Il faut aussi noter que, lorsque deux outils au moins sont présents, l'effet d'usinage successif peut être obtenu par espacement circonférentiel des outils, en plus ou à la place de leur espacement axial. Les deux outils 11, 12 sont montés dans la 15 tête 10 de manière qu'ils puissent être déplacés en direction radiale A cet effet, une barre articulée 13 coopère avec les extrémités externes des outils 11, 12 et avec une vis 14 formant vérin d'un organe 15 de manoeuvre à servomoteur dont la commande est décrite plus en détail 20 dans la suite du présent mémoire. La tête 10 porte-outil est montée afin qu'elle tourne sur un arbre 16 qui est raccordé à l'arbre 18 de sortie d'un moteur 19 par une articulation 17 perpendiculaire à l'axe de rotation de la tête 10 Un organe 25 32 de manoeuvre est destiné à faire pivoter la tête 10 autour du pivot 17 La tête 10 et le moteur 19 sont euxmêmes montés sur un coulisseau 20 d'avance mobile en direction parallèle à l'axe de rotation de la tête sous la commande d'un moteur 21 destiné à assurer l'avance 30 des outils 11, 12 dans un passage d'usinage à la vitesse nécessaire d'avance. L'ébauche 22 de piston, constituant la pièce, est portée dans un mandrin 23 qui est relié à une tête 25 de support par une articulation 24 Cette dernière permet 35 aussi un pivotement mutuel du mandrin 23 et de la tête 25 autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de rotation de la tête 10 et sous la commande d'un organe 33 de manoeuvre. La tête 25 est portée par un coulisseau 26 mobile en direction parallèle à l'axe de rotation de la tête porteoutil sous la commande d'un moteur 27 afin que la pièce 22 prenne une position de référence correspondant au début de l'usinage. La machine est commandée par un organe de commande par ordinateur L'ensemble comprend un ordinateur 28 qui fonctionne de la manière suivante Il reçoit des données numériques d'entrée définissant un profil et plus précisé10 ment le rayon que doit avoir l'ébauche 22 du piston, à certains intervalles angulaires autour de la périphérie de la pièce et pour un certain nombre d'emplacements axiaux le long de la pièce, afin que le profil de la pièce soit ainsi déterminé En pratique, le rayon nécessaire 15 est en général spécifié sous forme d'écarts par rapport à un rayon de référence à des intervalles par exemple de 5 autour de la pièce pour chaque position axiale de la pièce pour laquelle une séquence de données est transmise, par exemple 0,1 ou 1 mm Evidemment, lorsque 20 la pièce est symétrique autour d'un plan comprenant l'axe de la pièce ou autour de deux plans perpendiculaires l'un à l'autre, des écarts ne sont nécessaires que sur ou 90 respectivement. L'ordinateur 28 forme, à partir de ces données, 25 des signaux numériques représentatifs des positions relatives nécessaires de l'outil et de la pièce à tout moment. Ces signaux sont conservés dans l'ordinateur et transmis après réception des signaux numériques de position provenant du codeur angulaire 29 et du codeur d'avance 35. Le signal de sortie de l'ordinateur 28 est sous forme d'une séquence de signaux numériques représentatifs des positions instantanées que doit avoir l'outil pour qu'il donne à la pièce le profil voulu Les signaux sont reçus par un organe 31 de commande qui crée un signal 35 de commande transmis au servomoteur 15 par l'intermédiaire de bagues collectrices 30 portées par l'arbre de sortie du moteur 19 Le servomoteur 15 déplace la vis 14 formant vérin en fonction de ces signaux si bien que, par l'inter- médiaire de la barre 13, il assure les déplacements nécessaires des outils 11 et 12. En outre, ou dans une variante, l'organe 31 de commande peut transmettre des signaux aux organes 32, 33 5 de manoeuvre afin que l'arbre 16 de support de la tête et le mandrin 28 pivotent autour de leurs axes respectifs 17, 24 d'articulation L'angle de pivotement et la durée du pivotement sont choisis de manière que la pièce ait le profil voulu En général, l'arbre 16 pivote afin qu'il 10 donne les variations dimensionnelles importantes sur la forme de la pièce 22 alors que les outils 11, 12 sont commandés afin qu'ils correspondent à de plus petites variations de dimension sur la forme de la pièce 22 Par exemple, les organes 32, 33 de manoeuvre peuvent être 15 utilisés afin qu'ils donnent à la pièce des variations nécessaires d'ovalité le long du piston ou qu'ils lui donnent une conicité ou un bombé voulu. Il faut noter que la tête porte-outil 10 peut tourner à 50 tr/s ou plus A cette vitesses, les positions 20 relatives des outils 11, 12 et de la pièce 22 doivent être modifiées en quelques microsecondes afin que le profil voulu pour la pièce soit obtenu Pour cette raison, il est important que les outils aient une faible masse et que le servomoteur 15 puisse réagir très rapidement aux 25 signaux de commande Lorsque la tête porte-outil pivote, il faut aussi noter qu'elle doit avoir un moment d'inertie minimal Ceci s'applique aussi au mandrin 23, car la pièce 22 et le mandrin 23 sont articulés autour de l'axe 24. il faut noter que la transformation du signal 30 de commande en un déplacement d'outil peut être obtenue de diverses manières, par différents types de transducteurs qui transforment un signal électrique en un mouvement mécanique Par exemple, des effets piézoélectriques ou magnétostrictifs peuvent être utilisés, ou même des effets 35 électromagnétiques, par exemple mis en oeuvre dans des moteurs linéaires ou des électro-aimants, le support d'outil constituant une armature mobile. La figure 2 représente une variante de tête porte-outil Dans ce mode de réalisation, la tête porte-outil 10 comporte trois outils 36, 37, 38 espacés angulairement autour de la tête Les outils sont montés 5 afin qu'ils se déplacent en direction radiale en fonction de signaux de commande Ce déplacement peut être assuré par tout organe convenable de manoeuvre, par exemple des électro-aimants ou des moteurs linéaires, dont les supports d'outil constituent les armatures mobiles. En outre, le signal de commande peut être transmis à la tête porte-outil autrement que par l'intermédiaire de bagues collectrices 30 Ainsi, les signaux peuvent être transmis par ondes radioélectriques ou par ondes ultrasonores ou par des signaux lumineux Dans ce dernier 15 cas, les signaux peuvent être transmis à la tête porte-outil par un système à fibre optique Dans une variante, une partie au moins de la commande par ordinateur peut être réalisée sur la tête porte-outil afin que l'organe de commande tourne avec la tête 10 Evidemment, il n'est 20 pas forcément nécessaire que tout l'organe de commande soit ainsi monté, car la tête peut contenir seulement une mémoire destinée à conserver les positions que doit occuper ultérieurement l'outil et destinée à transmettre un signal de commande en fonction des signaux mémorisés. Il faut noter que, dans certains cas, le réglage du pivotement de la pièce ou de la tête 10, ou le déplacement radial de l'outil 11, 12 peut suffire pour l'obtention du profil voulu. Bien entendu, diverses modifications peuvent 30 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. REVENDICATIONS 1 Machine-outil, du type qui comporte une tête rotative porte-outil ( 10) ayant au moins un outil ( 11, 12) destiné à exécuter une opération d'usinage sur 5 une pièce, en un seul passage, afin que la pièce ait un profil voulu, ladite machine-outil étant caractérisée en ce que le profil nécessite des déplacements des outils pendant un tour de ceux-ci, un organe électrique de manoeuvre ( 15) étant destiné à assurer le déplacement rela10 tif de l'outil ou des outils ( 11, 12) et de la pièce ( 22) pendant un tour de la tête porte-outil ( 10) lors d'un passage d'usinage afin que le profil de la pièce usinee puisse varier pendant chaque tour, un organe électronique de commande ( 28, 31) étant destiné à former 15 des signaux électriques de commande qui sont représentatifs d'une variation nécessaire du profil de la pièce et qui sont transmis à l'organe de manoeuvre ( 15) destiné à assurer des déplacements relatifs nécessaires de l'outil et de la pièce. 2 Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un outil au moins ( 11, 12) porté par la tête est mobile en direction radiale par rapport à l'axe de rotation de la tête porte-outil, l'organe de manoeuvre ( 15) étant porté par la tête ( 10) et agissant 25 directement sur l'outil mobile, les signaux de l'organe de commande étant transmis à l'organe de manoeuvre afin que l'outil soit déplacé radialement pendant un tour de la tête porte-outil afin que le profil nécessaire soit usiné. 3 Machine-outil selon la revendication 2, caractérise en ce que l'organe de commande ( 28, 31) est fixe, l'organe de manoeuvre ( 15) qui reçoit les signaux de commande par l'intermédiaire d'un ensemble à bague collectrice ( 30) étant placé entre une partie fixe de 35 la machine-outil et la tête porte-outil. 4 Machine-outil selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que l'organe de manoeuvre com- prend un servomoteur ( 15) qui a une vis de vérin ( 14) qui se déplace en fonction des signaux électriques de commande afin qu'il assure le déplacement radial de l'outil au moins ( 11, 12). 5 Machine-outil selon l'une quelconque des revendications 2 à 4,r caractérisée en ce que deux outils ( 11, 12) sont montés sur la tête porte-outil ( 10) et sont espacés axialement le long de cette tête afin qu'ils effectuent des opérations successives d'usinage sur la 10 pièce ( 22) en un seul passage, une barre ( 13) étant montée sur la tête porte-outil ( 10) et étant articulée afin qu'elle se déplace sous la commande de l'organe de manoeuvre ( 15), la barre ( 13) étant au contact des deux outils ( 11, 12) si bien que les deux outils sont déplacés radia15 lement par la barre lors de la commande de l'organe de manoeuvre par les signaux électriques de commande. 6 Machine-outil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'organe de manoeuvre applique une force qui modifie la position de l'outil 20 et qui est créée en fonction d'un champ magnétique appliquée à l'organe de manoeuvre, un électro-aimant étant placé autour de la tête porte-outil afin qu'il transforme le signal de commande en un champ magnétique de réglage de la position de l'outil. 7 Machine-outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'organe de manoeuvre comporte un transducteur piézoélectrique destiné à transformer le signal de commande en mouvement mécanique correspondant de l'outil. 8 Machine-outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'organe de commande ( 28, 31) est un organe numérique qui reçoit des données définissant un profil voulu de la pièce et qui crée une séquence de signaux numériques qui détermine 35 les variations nécessaires des positions relatives de la pièce et de l'outil ou des outils à chaque tour de la tête porte-outil. 9 Machine-outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la pièce ( 22) est montée afin qu'elle puisse pivoter autour d'un axe ( 24) perpendiculaire à l'axe de rotation de la tête 5 porte-outil, l'organe de manoeuvre ou un organe de manoeuvre supplémentaire ( 33) assurant le pivotement de la pièce autour dudit axe pendant le passage d'usinage et en fonction des signaux de commande transmis par l'organe électronique de commande ( 28, 31). 10 Machine-outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la tête porte-outil ( 10) est montée afin qu'elle pivote autour d'un axe ( 17) perpendiculaire à son axe de rotation, l'organe de manoeuvre ou un organe de manoeuvre supplémen15 taire ( 32) faisant pivoter la tête porte-outil autour de son axe pendant le passage d'usinage et en fonction de signaux de commande transmis par l'organe électronique de commande ( 28, 31).