Brevet FR2585278A1 — publié le 19870130

L'invention concerne un procédé de fixation rapide et précise d'une pièce à usiner à symétrie de révolution pour la rectification des surfaces extérieures cylindriques avec utilisation d'un dispositif de serrage pour le position- nement axial et radial de la pièce à usiner, pour sa fixa- tion dans la position d'usinage et pour la transmission de la force de rotation de la tête de la broche d'entraînement à la pièce positionnée et fixée. L'invention concerne également un dispositif de serrage rapide et précis pour la fixation d'une pièce à symétrie de révolution pour la rec- tification des surfaces extérieures cylindriques d'après le procédé précité. L'invention concerne alors une amélioration du procédé de serrage, ainsi que du dispositif de serrage mis en oeuvre de façon à obtenir lors du positionnement de la pièce à usiner qui fait partie de l'opération de fixation une précision inconnue jusqu'à présent et conservée pendant l'usinage de la pièce. Des procédés et dispositifs de serrage pour des pièces à usiner à symétrie de révolution qui, lors de l'usinage extérieur, doivent être amenées en rotation devant l'outil sont bien connus depuis longtemps. Il en est de même pour les pièces usinées par rectification des surfaces extérieures cylindriques. De telles pièces sont fixées le plus souvent dans un mandrin à trois mors monté sur le nez de la broche d'entraînement dans lequel les trois mâchoires de serrage avancées en direction de l'axe de rotation as- surent le positionnement axial et radial de la pièce à usiner en une seule opération combinée de positionnement et de serrage et fixent alors la pièce par serrage de telle façon que le couple d'entraînement est transmis de la broche d'entraînement à la pièce à usiner. Ce mode de ser- rage bien connu permet de respecter des tolérances de fabri- cation qui suffisent pour la plupart des problèmes de fabri- cation habituels. Depuis peu, des tolérances de fabrication plus serrées sont exigées pour la rectification des surfaces extérieures cylindriques, conformément aux critères imposés par les techniques modernes, raison pour laquelle le rebut dû au dépassement des tolérances augmente en entraînant un renchérissement de la fabrication. La présente invention a pour objet d'indiquer un procédé de positionnement et de serrage qui permet de respecter des tolérances de fabrication plus serrées et de limiter ainsi le rebut et qui empêche un nouveau renchéris- sement de la fabrication. Selon l'invention, le procédé du genre précité per- met d'atteindre ce but en positionnant la pièce à usiner tout d'abord radialement dans une première partie du dispo- sitif solidaire du bâti, en fixant ensuite la pièce posi-:!= tionnée radialement dans une deuxième partie flottante du dispositif pouvant être mise en rotation et transmettant le couple d'entraînement et en effectuant enfin le positionne- ment axial de la pièce, positionnée radialement et fixée, par un déplacement axial jusqu'à la butée sur une troisième partie du dispositif solidaire du bâti. On obtient ainsi que les éléments de l'opération de positionnement et ceux de l'opération de serrage sont dans une très large mesure sépa- rés les uns des autres de sorte que les forces de réaction intervenant lors du serrage et lors de la transmission du couple d'entratnement n'agissent plus non plus sur le positionnement en déréglant celui-ci et en augmentant les tolérances de positionnement par l'usure dans la zone de positionnement. Il en résulte que les pièces peuvent être usinées avec des tolérances plus serrées et qu'il se produit en même temps une baisse du rebut provoquée par le dépasse- ment des tolérances. Ainsi, l'invention permet d'obtenir une amélioration considérable de la qualité tout en rédui- sant les coûts de production. L'expérimentation pratique a démontré que lors de la rectification des surfaces cylin- driques selon l'invention des tolérances radiales et axiales dans la plage submicronique peuvent être respectées sans difficulté. L'invention concerne également un dispositif de serrage rapide et précis pour la réalisation du procédé selon l'invention comprenant un prisme d'appui bien connu en soi et solidaire du bâti qui est muni d'un rouleau de serrage à avance hydraulique et constitue la première partie du dispositif pour le positionnement radial de la pièce à usiner. De plus, le dispositif comprend un nez de broche d'entraînement bien connu en soi qui est monté de manière tournante dans le bâti et muni d'une pince de ser- rage assurant la fixation de la pièce et la transmission du couple d'entraînement et qui constitue la deuxième partie dudit dispositif lequel présente enfin, comme troisième partie, une butée axiale bien connue en soi et solidaire du bâti pour le positionnement axial de la pièce à usiner, la pince de serrage,montée de manière flottante par l'inter- médiaire de ressorts de centrage à action radiale, dans un carter de pince de serrage disposé sur le nez de la broche d'entraînement, tournée par l'intermédiaire d'un toc d'entraînement et tirée par un ressort de fermeture de pince de-serrage dans la position de fermeture,étant équipée à sa face arrière, sur les deux becs, de segments de cône creux qui forment ensemble un cône creux lorsque la pince est fermée, et la butée axiale solidaire du bâti comportant un piston en forme de manchette entourant ladite butée, pou- vant être déplacé axialement et entraîné hydrauliquement lequel porte à son extrémité antérieure un cône d'écartement de pince de serrage correspondant au cône creux, et enfin un ressort de pression de pince de serrage poussant la pince de serrage vers l'avant étant disposé entre le piston-et la pince de serrage et plusieurs ressorts de soulèvement de pince de serrage poussant la pince de serrage vers l'arrière et disposés à des distances angulaires égales les uns des autres étant prévus entre la pince de serrage et le carter de pince de serrage. Cette conformation du dispositif de serrage permet d'obtenir que le procédé de positionnement et de serrage qui comprend, au fond, trois étapes peut être réalisé, à l'aide d'un seul dispositif compact à commande automatique du déroulement du processus, d'une manière aussi simple qu'avec les dispositifs de serrage bien connus (mais présentant des inconvénients) parce qu'il suffit à l'ouvrier d'effectuer sur la machine, de la manière habituel- le, la "mise en place et le serrage" de la pièce à usiner. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est prévu que les ressorts de soulèvement de pince de ser- rage constituent dans l'ensemble une suspension douce par rapport au ressort de pression de pince de serrage, alors que le ressort de fermeture de pince de serrage réalise une suspension plus dure par rapport au ressort de pression de pince de serrage. Cela permet d'obtenir que la commande du déroulement du processus à plusieurs étages est réalisée de manière extrêmement simple par l'adaptation des différents ressorts les uns par rapport aux autres. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est prévu que la butée axiale solidaire du bâti présente, à l'endroit o l'extrémité arrière de la pièce à usiner vient en contact avec elle lors du positionnement axial, une calotte sphérique en acier trempé montée à demeure et munie d'une surface plane rectifiée. Il en résulte que la butée axiale solidaire du bâti ne subit qu'une très faible usure à l'endroit o la pièce en rotation est appliquée de manière coulissante, ce qui assure le maintien de la haute précision de positionnement sur une période assez longue. L'invention prévoit également que dans la face avant de la pince de serrage qui, lors de l'écartement de la pince de serrage, est appliquée de manière coulissante contre la paroi du carter de pince de serrage, des billes en acier trempé sont encastrées de manière fixe, avec une faible saillie, et établissent le contact avec la paroi du carter de pince de serrage lors de l'écartement de la pince de serrage. Ainsi, le frottement et l'usure sont également minimisés entre la pince de serrage et le carter de pince de serrage, ce qui assure aussi le maintien de la haute précision de positionnement sur une période assez longue. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemple non limitatif, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure i représente une coupe suivant la ligne II-II de la figure 3 d'un dispositif de serrage de préci- sion qui servira également à l'explication du procédé selon l'invention. La figure 2 représente, en coupe suivant la ligne III-III de la figure 3, une partie du dispositif de la figure 1, à savoir la pince de serrage et le carter de pince de serrage. La figure 3 représente une vue de côté de la pince de serrage et une coupe suivant la ligne I-I de la figure 1 du carter de pince de serrage. La figure 4 représente une vue de côté du prisme d'appui avec rouleau de pression. Le dispositif de serrage rapide et précis est monté sur le bâti i de la machine à rectifier, certains éléments du dispositif étant solidaires dudit bâti, tandis que d'autres éléments du dispositif peuvent être tournés et entraînés. Le dispositif de serrage a pour objectif d'assurer le positionnement radial et axial ainsi que la fixation de la pièce à usiner 2 en vue de la rectification des surfaces cylindriques. Le dispositif de serrage se compose de trois parties, à savoir d'une première partie pour le positionnement radial de la pièce à usiner 2, une deuxième partie pour le serrage de la pièce à usiner 2 et une troisième partie pour le positionnement axial de la pièce à usiner 2. Etant donné que selon l'invention les tâches du positionnement radial, du serrage et du positionnement axial sont confiées à trois parties différentes, bien que coopérantes du dispositif, le positionnement de la pièce à usiner 2 est rendu possible sans qu'il soit gêné par le serrage de la même pièce 2. Il en résulte une fixation de la pièce à usiner dans une posi- tion qui satisfait à des exigences de précision particulière- ment élevées. La première partie du dispositif pour le positionne- ment radial de la pièce à usiner 2 se compose du prisme d'appui 3 solidaire du bâti avec le rouleau de pression 41, Cette disposition est bien connue en soi, mais elle est nouvelle en ce qui concerne sa coopération avec les autres éléments du dispositif. La deuxième partie du dispositif pour le serrage de la pièce à usiner 2 se compose essentiellement de la pince de serrage 5, 6 constituée du premier élément de pince de serrage 5 et du deuxième élément de pince de serrage 6 qui y est monté de manière pivotante. Les deux éléments de pince de serrage 5, 6 sont amenés par un ressort de ferme- ture de pince de serrage 7 dans la position de fermeture qui est représentée aux figures 1, 2 et 3. Dans la position de fermeture, les éléments de pince de serrage 5 et 6 enserrent suffisamment la pièce à usiner 2 par pression élastique pour que, lors de la rectification des surfaces cylindriques, le mouvement de rotation nécessaire puisse être transmis par la pince de serrage 5, 6 à la pièce à usiner 2. Des pinces de serrage de ce genre sont bien connues en soi. La nouveauté de la pince de serrage selon l'invention réside cependant dans sa construction particulière et dans sa coopération avec les autres éléments du dispositif. Par l'intermédiaire d'un toc d'entraînement 8, la pince de serrage 5, 6 est reliée de façon à transmettre la force rotatrice au carter de pince de serrage 9 dans lequel la pince de serrage 5, 6 est montée de manière flottante au moyen des ressorts de centrage 11, 12, 13. Le carter de pince de serrage 9 est bloqué sur la tête de la broche d'entraînement 10 laquelle est entraînée par l'intermédiaire de la courroie 14 par le moteur de commande (non représenté). La troisième partie du dispositif pour le positions. nement axial de la pièce à usiner 2 est constituée par la butée axiale 15 solidaire du bâti qui est également bien connue en soi, mais dont la nouveauté réside dans sa coopé- ration avec les autres éléments du dispositif. Le procédé de serrage selon l'invention consiste en ce que la pièce à usiner 2 est tout d'abord positionnée radialement dans la première partie du dispositif au moyen du prisme d'appui 3 solidaire du bâti et du rouleau de pres- sion 4. Ensuite, la pièce à usiner 2 déjà positionnée radia- lement est serrée dans la deuxième partie du dispositif au moyen de la pince de serrage 5, 6 montée de manière flot- tante dans les ressorts de centrage 11, 12, 13. Compte tenu du montage flottant de la pince de serrage 5, 6, des forces de réaction par rapport au carter de pince de serrage 9, susceptibles d'exercer une influence défavorable sur la position de la pince de serrage 5, 6 et donc aussi sur la position de la pièce à usiner 2 et sur son positionnement radial, ne peuvent se produire lors du serrage. Enfin, la pièce à usiner 2 déjà positionnée dans le sens radial et déjà serrée est encore positionnée axialement par déplacement axial jusqu'à la butée axiale 15 solidaire du bâti. Le positionnement et le serrage de la pièce à usiner 2 sont ainsi terminés et l'usinage de la pièce 2 peut commencer. Pour le dispositif de serrage représenté à titre d'exemple dans les dessins, le déroulement du processus selon l'invention est commandé automatiquement par des mesures constructives simples. Pour l'ouverture et la fermeture automatiques de la première partie du dispositif pour le positionnement radial de la pièce à usiner 2, le rouleau de pression 4 est monté à l'une des extrémités d'un levier 16 à deux bras à l'autre extrémité duquel est disposé un vérin hydraulique 17 qui, après la mise en place de la pièce 2, applique le rouleau de pression contre ladite pièce par l'intermédiaire d'un système de commande de type habituel (non représenté) et assure ainsi le positionnement radial de la pièce à usiner 2. Pour l'ouverture et la fermeture automatiques de la deuxième partie du dispositif pour le serrage de la pièce à usiner 2, la pince de serrage 5, 6 porte à sa face arrière (opposée à la pièce à usiner 2), sur les deux éléments de pince de serrage 5 et 6, des segments de cône creux 18 et 19 qui forment un cône creux continu 18, 19 lorsque la pince de serrage 5, 6 est fermée. Sur la butée axiale 15 solidaire du bâti est monté de manière mobile dans le sens axial un pis-, ton 20 en forme de manchette qui entoure ladite butée axiale et qui porte à son extrémité antérieure un cône d'écartement de pince de serrage 21 correspondant au cône creux 18, 19. Entre le piston 20 et la pince de serrage 5, 6 se trouve un ressort de pression de pince de serrage 22 qui écarte le piston 20 et la pince de serrage 5, 6, c'est-à-dire qui pousse la pince de serrage 5, 6 vers l'avant et le piston 20 vers l'arrière. De plus, quatre ressorts de soulèvement de pince de serrage 23, 24, 25 et 26 sont disposés entre la pince de serrage 5, 6 et le carter de pince de serrage 9 et écartent la pince de serrage de la paroi avant du carter de pince de serrage 9 en la poussant vers l'arrière. Le piston 20 est conformé de la manière bien connue en soi en piston hydraulique lequel peut être avancé, par l'inter- médiaire des canaux hydrauliques 27 et 28, en direction du ressort de pression de pince de serrage 22 et qui est ramené en arrière par la force de rappel du ressort de pression de pince de serrage 22. La commande hydraulique (non représen- tée) est du type habituel. Le cycle de travail commence par l'avance hydrau- lique du piston 20. La force exercée par l'intermédiaire du ressort de pression de pince de serrage 22 sur la pince de serrage 5, 6 a amené ladite pince de serrage vers l'avant jusqu'à la butée contre la paroi antérieure du carter de pince de serrage 9 en comprimant les ressorts de soulèvement de pince de serrage 23, 24, 25, 26, puis, le piston 20 continuant à avancer, le cône d'écartement de pince de ser- rage 21 de celui-ci s'applique contre les segments de cône creux 18, 19, les écarte et ouvre ainsi la pince de serrage 5, 6 contre la force du ressort de fermeture de pince de serrage 7. En même temps, le système de commande (non repré- senté) écarte le rouleau de pression 4 du prisme d'appui 3 solidaire du bâti par l'intermédiaire du vérin 17. A ce moment, le dispositif de serrage est ouvert et prêt à recevoir une nouvelle pièce à usiner 2. Après la mise en place de la pièce à usiner 2, le système de commande (non représenté) est activé pour le démarrage du cycle de travail, par exemple en actionnant une touche. Le positionnement radial de la pièce à usiner 2 est la troisième opération après la fixation de la pièce dans les sens radial et axial. Le piston 20 est ramené hydrau- liquement en arrière; il recule sous la pression des res- sorts de soulèvement de pince de serrage 23, 24, 25, 26 et du ressort de pression de pince de serrage 22. Etant donné que lors de cette opération le cône d'écartement de pince de serrage 21 recule, lui aussi, la pince de serrage 5, 6 se ferme tout d'abord sous l'action du ressort de fermeture de pince de serrage 7 en immobilisant la pièce à usiner 2 déjà positionnée radialement. Lors du recul ultérieur du piston 20, la pince de serrage 5, 6 est soulevée de la paroi antérieure du carter de pince de serrage 9 sous l'action des ressorts de soulèvement de pince de serrage 23, 24, 25, 26. La pince de serrage 5, 6 ramène alors la pièce à usiner 2 positionnée radialement et serrée jusqu'à ce que l'extrémité arrière de ladite pièce vienne en contact avec la butée axiale 15 solidaire du bâti, ce qui assure alors également le positionnement axial de la pièce à usiner 2 positionnée radialement et serrée. Après le recul complet du piston 20, le ressort de pression de pince de serrage 22 est entière- ment détendu. La pièce 2 peut alors être usinée et, à cet effet, être mise en rotation par l'intermédiaire de la cour- roie 14, de la tête de broche d'entraînement 10, du carter de pince de serrage 9, du toc d'entratnement 8 et de la pince de serrage 5, 6 sans que la transmission de ia force rota- trice se fasse par l'intermédiaire des éléments de position- nement radial ou axial. Le positionnement de la pièce à usiner 2 n'est pas affecté par la transmission de la force rotatrice, raison pour laquelle il est conservé avec une très grande exactitude. Le déroulement automatique des phases opératoires est assuré de la manière la plus simple par l'adaptation des différents ressorts les uns par rapport aux autres lorsque les ressorts de soulèvement de pince- de serrage 23, 24, 25, 26 forment ensemble une suspension douce par rapport au ressort de pression de pince de serrage 22, tandis que le ressort de fermeture de pince de serrage 7 réalise une suspension plus dure par rapport au ressort de pression de pince de serrage 22. Après l'usinage de la pièce 2, le dispositif de ser- rage est ouvert par l'avance du piston 20, les phases opéra- toires décrites pour le serrage étant exécutées dans l'ordre inverse, jusqu'à ce que le cycle de travail soit entièrement terminé et que le dispositif de serrage soit ouvert pour le prélèvement de la pièce usinée 2. Pour diminuer la friction de glissement entre la pièce à usiner 2 et la butée 15 solidaire du bâti, celle-ci est réalisée, dans la région de la surface de contact, sous la forme d'une calote sphérique en acier trempé encastrée et rectifiée sur sa surface plane (qui est reconnaissable dans la figure 1 mais non référencée particulièrement). Pour diminuer la friction de glissement entre la pince de serrage 5, 6 et la paroi antérieure du carter de pince de serrage 9, la paroi antérieure de la pince de serrage 5, 6 est munie de billes 29 en acier trempé encas- trées solidement et dépassant légèrement qui assurent le contact avec la paroi antérieure du carter de pince de ser- rage 9. Pour la fabrication pratique, il s'est avéré comme étant simple et économiquement avantageux d'enchasser les billes d'acier 29 dans des trous borgnes et de les coller. La réalisation pratique des dispositifs de serrage selon l'invention permet différentes variantes. Pour l'in- vention, il importe que les parties du dispositif servant au serrage soient pratiquement indépendantes des parties du dispositif servant au positionnement. ll REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fixation rapide et précise d'une pièce à usiner à symétrie de révolution pour la rectifica- tion des surfaces extérieures cylindriques avec utilisation d'un dispositif de serrage pour le positionnement axial et radial de la pièce à usiner, pour sa fixation dans la posi- tion d'usinage et pour la transmission de la force de rota- tion de la tête de broche d'entraînement à la pièce posi- tionnée et fixée, caractérisé par le fait que la pièce à usiner (2) est tout d'abord positionnée radialement dans une première partie du dispositif (3, 4) solidaire du bâti, que la pièce à usiner (2) positionnée radialement est ensuite fixée dans une deuxième partie du dispositif (5, 6, 8, 9) montée de manière flottante et tournante et transmettant la force rotatrice et, enfin, que la pièce à usiner (2) posi- tionnée radialement et serrée est positionnée axialement par un déplacement axial jusqu'à la butée sur une troisième partie du dispositif (15) solidaire du bâti. 2. Dispositif de serrage rapide et précis pour le serrage d'une pièce à usiner à symétrie de révolution pour la rectification des surfaces extérieures cylindriques suivant le procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un prisme d'appui ( 3) bien connu en soi formant la première partie du dispositif et solidaire du bâti, avec rouleau de pression (4) à réglage hydraulique pour le positionnement radial de la pièce à usiner (2), une tête de broche d'entraînement (10) bien connue en soi, formant la deuxième partie du dispositif et montée de manière mobile en rotation dans le bâti de la machine à rectifier (1) et munie d'une pince de serrage (5, 6) pour le serrage de la pièce à usiner (2) avec transmission de la force rotatrice; qu'il présente une butée axiale (15) solidaire du bâti et formant la troisième partie du dispositif pour le positionnement axial de la pièce à usiner (2); que la pince de serrage (5, 6) montée de manière flottante, au moyen de ressorts de centrage (11, 12, 13) agissant dans le sens radial, dans un carter de pince de serrage (9) fixé sur la tête de broche d'entraînement (10), mise en rotation par l'intermédiaire d'un toc d'entraînement (8) et amenée dans la position de fermeture par un ressort de fermeture de pince de serrage (7) est munie, à sa face arrière, sur les deux bras de pince (5, 6), de segments de cône creux (18 et 19) qui, lorsque la pince (5, 6) est fermée, forment ensemble un cône creux (18, 19); que sur la butée axiale (15) solidaire du bâti est monté de manière mobile dans le sens axial un piston (20) entourant ladite butée à la manière d'une manchette et entraîné hydraulique- ment, lequel porte à son extrémité antérieure un cône d'écar- tement de pince de serrage (21) correspondant au cône creux (18, 19); et que, entre le piston (20) et la pince de ser- rage (5, 6), est disposé un ressort de pression de pince de serrage (22) poussant la pince de serrage (5, 6) vers l'avant, de même qu'une pluralité de ressorts de soulèvement de pince de serrage (23, 24, 25, 26) disposés à des distances angulaires identiques les uns par rapport aux autres et poussant la pince de serrage (5, 6) vers l'arrière sont prévus entre la pince de serrage (5, 6) et le carter de pince de serrage (9). 3. Dispositif de serrage rapide et précis selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les ressorts de soulèvement de pince de serrage (23, 24, 25, 26) forment ensemble une suspension douce par rapport au ressort de pression de pince de serrage (22), tandis que le ressort de fermeture de pince de serrage (7) forme une suspension plus dure par rapport au ressort de pression de pince de serrage (22). 4. Dispositif de serrage rapide et précis selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que la butée axiale solidaire du bâti présente à l'endroit servant d'appui à l'extrémité arrière de la pièce à usiner (2) lors du positionnement axial une calotte sphérique (15) en acier trempé avec surface plane rectifiée encastrée de manière fixe. 5. Dispositif de serrage rapide et précis selon l'une des revendications 2, 3 et/ou 4, caractérisé par le fait que dans la face avant de la pince de serrage (5, 6) qui, lors de l'écartement de la pince de serrage (5, 6) s'applique de façon coulissante contre la paroi du carter de pince de serrage (9) sont encastrées de manière fixe des billes (29)-en acier trempé qui dépassent légèrement et établissent, lors de l'écartement de la pince de serrage (5, 6), le contact avec la paroi du carter de pince de serrage (9).