Brevet FR2582560A1 — publié le 19861205

L'invention concerne le domaine de l'usinage par abrasion et a notamment pour objet une machine à rectifier verticale à commande numérique. L'invention peut être appliquée à l'usinage de surfaces tridimensionnelles dans les constructions mécaniques, par exemple à l'usinage de pièces du type outils de matriçage, moules à pression, gabarits. Dans les constructions mécaniques modernes, la- gamme des types de pièces qui comportent des surfaces remplissant des fonctions importantes, de forme compliquée et de grande précision, s'élargit sans cesse, car les vitesses des machines augmentent et les processus de production s'intensifient. Il en résulte une augmentation de la part représentée par les machines automatiques utilisant des cames tridimensionnelles, des gabarits, des outils de matriçage, des moules à pression, des arbres de forme, des globoides, des conoides. Ces pièces travaillent dans le domaine des charges élevées, aussi, pour que leurs surfaces remplissant des fonctions importantes aient la résistance voulue à l'usure, recourt-on, de préférence, à un traitement thermique suivi d'une rectification de haute précision pour la génération des formes. On connaît une machine à rectifier verticale à commande numérique (certificat d'auteur d'invention URSS n0 656 813, cl. B 24 B 17/10, 1979), comprenant un bâti, une table à deux coordonnées montéesur celui-ci et mobile suivant des axes X, Y, et un montant fixe avec un appareil à retailler et des glissières verticales suivant lesquelles se déplace une poupée porte-meule. Toutefois,cette machine connue n'est destinée qu'à l'usinage de pièces à surfaces limitées par des courbes planes. L'usinage de pièces de forme tridimensionnelle à surfaces à double courbure est impossible sur une telle machine. On s'est donc proposé de créer une machine à rectifier verticale à commande numérique, de conception telle qu'elle permettrait de donner la forme voulue aux meules sphériques, d'assurer un positionnement adéquat de la génératrice de la meule sphérique ou de la partie de celle-ci qui se trouve en contact avec la surface à usiner, de façon à optimiser sa capacité de coupe, de mettre la courbure de la meule sphérique en concordance avec la courbure locale de la surface à usiner pour accroître le rendement et l'efficacité d'utilisation de la meule. A cette fin, la machine à rectifier verticale à commande numérique, du type comprenant un bâti, un montant à glissières verticales monté fixe sur ledit bâti, une table à deux coordonnées montée sur ledit bâti, mobile suivant des axes X, Y et portant la pièce à rectifier, un appareil à retailler, et une commande numérique reliée électriquement aux organes mobiles de la machine, est caractérisée, d'après l'invention, en ce qu'elle comporte un coulisseau disposé sur les glissières verticales du montant, mobile suivant un axe Z et comportant un guidage circulaire et un arbre horizontal, un berceau monté sur ce guidage et sur cet arbre et mobile suivant un axe des coordonnées circulaire B, une tête revolver montée sur ledit berceau de façon qu'elle puisse exécuter une rotation discontinue autour de son propre axe horizontal, au moins deux poupées porte- meule montées sur ladite tête revolver de façon que leurs axes longitudinaux soient perpendiculaires à l'axe horizontal de la tête revolver, et pourvues chacune d'une broche porte-meule dont l'axe est incliné par rapport à l'axe de la poupée porte-meule sous un angleoL prédéterminé, ladite broche porte-meule étant mobile en rotation autour de l'axe longitudinal de la poupée et portant une meule sphérique d'un diamètre voulu quelconque dont le centre géométrique est situé sur l'axe géométrique de rotation du berceau, ledit appareil à retailler étant disposé sur ladite table à deux coordonnées de façon que, lors du profilage de la meule sphérique et de son retaillage, il se trouve sur la ligne d'intersection du plan vertical passant par l'axe de l'arbre horizontal et de la surface horizontale de la table à deux coordonnées. Afin de diminuer l'influence des charges.dues au poids des organes de la machine sur sa précision, il est avantageux de disposer entre les flancs du guidage circulaire du coulisseau, sur leberceau, deux rangées de galets coniques contactant les flancs du guidage circulaire du coulisseau suivant des génératrices perpendiculaires à l'axe de l'arbre horizontal. L'invention permet d'automatiser, dans les constructions mécaniques, l'usinage des outils de formage, des pales d'hélices propulsives, des gabarits et d'autres pièces analogues, d'o la possibilité de libérer un nombre important d'ajusteurs-outilleurs travaillant dans des conditions dures, dans une atmosphère chargée de poussière abrasive et de produits de meulage et avec utilisation de meuleuses portatives, et n'assurant pas la précision d'usinage requise. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique de la structure et de l'agencement des organes de la machine à rectifier verticale conforme à l'invention; - la figure.2 représente une vue en coupe transversale suivant II-II de lafigure 1. La machine à rectifier verticale à commande numérique comprend un bâti 1 (figure 1), une table 2 à deux coordonnées, reçevant la pièce 3 et mobile suivant des axes X, Y, un appareil à retailler 4 pourvu d'un diamant 4', et un montant 5 à glissières verticales 6, ladite table 2 et ledit montant 5 étant disposés sur le bâti 1. Sur les glissières verticales 6 du montant 5 est monté un coulisseau 7 mobile suivant un axe Z et comportant un guidage circulaire 8 et un arbre horizontal 9. Un berceau 10 est monté sur le guidage 8 et sur l'arbre 9 de façon à pouvoir se déplacer suivant un axe de coordonnées B autour de l'axe dudit arbre horizontal 9. Le berceau 10 porte une tête revolver 11, mobile en rotation discontinue autour de son propre axe horizontal 12. La tête revolver 11 comporte au moins deux poupées porte-meule 13, dont les axes longitudinaux 14 sont perpendiculaires à l'axe 12 de la tête revolver 11. Chaque poupée porte-meule 13 est équipée d'une broche porte-meule 15 dont l'axe est incliné par rapport à l'axe 14 de la poupée porte-meule 13 sous un angle prédéterminé, ladite broche pouvant tourner autour de l'axe 14 de la poupée 13 et portant une meule sphérique 16 d'un diamètre voulu quelconque, dont le centre géométrique 17 est situé sur l'axe géométrique 18 de pivotement du berceau 10. L'axe géométrique 18 de pivotement du berceau est l'axe de l'arbre horizontal 9. L'appareil à retailler 4 est disposé sur la table 2 à deux coordonnées et, pendant le profilage de la meule sphérique 16 et son retaillage, le sommet du diamant 4' de l'appareil 4 se trouve dans un plan vertical passant par l'axe 18 de l'arbre horizontal 9. Le berceau 10 comporte des supports 19 sur lesquels deux rangées de galets coniques 20 sont fixés de façon que leurs génératrices 21 contactant les flancs du guidage circulaire 8 soient perpendi- culaires à l'axe 18 de l'aibre horizontal 9. L'arbre 9 portant le berceau 10 est monté dans le coulisseau 7 à l'aide de roulements 22. La machine peut être commandée par un système connu de commande numérique (CNC) assurant la résolution des problèmes se posant lors de l'usinage des surfaces tridimensionnelles, par exemple une commande Fanuc System 6M Model F (catalogue de la firme FANUC, Japon, N 6MF-0,1 1984.3). Au besoin, on peut utiliser le logiciel mathématique FAPT-DiR-II (catalogue de la firme FANUC PE-2, 1983, II), effectuant le choix du schéma et de la stratégie d'usinage, le calcul de l'usure des meules sphériques au retaillage et le recalcul des équidistantes spatiales. La machine à rectifier verticale à commande numérique fonctionne de la façon suivante. Pour usiner une pièce 3 (figure 1), la table 2, le coulisseau 7, le berceau 10 se déplacent suivant les coordonnées X, Y, Z, B d'après les signaux provenant de la CNC 23. La meule sphérique 16 est profilée sous forme d'une sphère, ou d'une partie de sphère, par l'appareil à retailler 4 équipé, par exemple, d'un diamant 4', le berceau 10 exécutant un mouvement de pivotement, et la broche 15, de rotation. Selon la forme tridimensionnelle concrète de la pièce à usiner 3 et la courbure de ses différentes portions, l'usinage est exécuté au moyen d'une meule 16 à surface sphérique de diamètre approprié. Pour cela, la tête revolver 11 est indexée d'une manière connue en soi et est fixée. Pour assurer le contact nécessaire entre la meule sphérique 16 et la pièce 3 et un accès plus commode aux différentes parties du relief d'une surface compliquée de la pièce 3, chacune des broches 15 peut occuper diffé- rentes positions dans l'espace par rotation autour de l'axe 14 de sa poupée 13. On assure ainsi la mise dans une position adéquate de la génératrice (ou de la partie de génératrice) active (en contact avec la pièce) de la meule sphérique 16, de façon à optimiser sa capacité de coupe. L'usinage de la pièce 3 s'effectue par profilage, avec mouvement continu des organes de la machine suivant les coordonnées X, Y et B, l'axe Z étant utilisé pour l'avance intermittente. D'autres combinaisons des mouvements des organes de la machine sont possibles, par exemple avec utilisation de l'axe Y pour l'avance intermittente. La présentation de chacune des meules 16 au retail- lage par l'appareil 4 s'effectue par déplacement du coulisseau 7 suivant l'axe Z. S'il est nécessaire de retailler une meule à profil droit, on tourne le berceau 10 d'un angle o- en-sens contraire de l'inclinaison de la broche 15, de façon que son axe occupe une position verticale. Le retaillage - s'effectue par déplacement du coulisseau 7 par rapport à l'appareil 4 équipé d'un diamant horizontal supplémentaire (non représenté sur la figure). Les positions intermédiaires de l'axe de la broche 15 permettent de profiler une meule 16 conique ou hyperbo- lique. L'agencement vertical des organes de la machine et les fonctions de ses principaux organes requièrent un montage sans jeu, par rapport au coulisseau 7, du berceau constitué d'une quantité importante de métal et portant 25825-60 la tête revolver 11, tout en assurant le déplacement sans frottement de glissement du berceau 10 par rapport au coulisseau 7. Pour cela, par exemple, l'arbre 9 portant le berceau 10 peut être monté dans le coulisseau 7 à l'aide de roulements 22 (figure 2), et le moment fléchissant dû au poids G du berceau 10 portant la tête revolver 11 est encaissé par les deux rangées de galets coniques 20 contactant sans jeux les flancs du guidage circulaire 8 du coulisseau 7. Ce diamètre de la surface sphérique de la meule 16 destinée à être mise en contact avec la pièce à rectifier est choisi selon la forme tridimensionnelle concrète de celle-ci et de ses différentes parties. La mise en concordance de la courbure de la meule sphérique avec la courbure locale de la surface sur la pièce à usiner permet d'utiliser efficacement chaque meule sphérique 16. De la sorte, la machine à rectifier verticale à commande numérique, faisant l'objet de l'invention, permet d'usiner sur la pièce des surfaces tridimensionnelles, notamment des surfaces à courbure variable et changeant de signe, ainsi que d'accroître le rendement de l'usinage de telles pièces. R EV E N D I C A T I ON S 1. Machine à rectifier verticale à commande numérique, du type comprenant un bâti (1), un montant (5) à glis- sières verticales (6) monté fixe sur ledit bâti, une table (2) à deux coordonnées disposée sur ledit bâti, mobile le long d'axes X,Y et recevant la pièce à rectifier (3), et un appareil à retailler (4), un système de commande numérique (23) reliée électriquement aux organes mobiles de la machine, caractérisée en ce qu'elle comporte un coulisseau (7) disposé sur les glissières verticales (6) du montant (5), mobile suivant un axe Z et comportant un guidage circulaire (8) et un arbre horizontal (9), un berceau (10) monté sur ledit guidage (8) et sur ledit arbre (9) et mobile suivant un axe de coordonnées circulaire B autour de l'axe de l'arbre horizontal (9), une tête revolver (11) montée sur ledit berceau (10) et susceptible de pivotement discontinu autour de son propre axe horizontal (12), au moins deux poupées porte-meule (13) montées sur ladite tête revolver (11) de façon que leurs axes longitudinaux (14) soient perpendiculaires à l'axe horizontal (12) de ladite tête revolver (11),chacune desdites poupées (13) étant équipée d'une broche porte-meule (15) à axe incliné sous un angle L prédéterminé par rapport à l'axE de ladite poupée porte-meule, ladite broche porte-meule étant mobile en rotation autour de l'axe longitudinal (14) de la poupée (13) et portant une meule sphérique (16) de diamètre voulu quelconque et dont l-e centre géométrique (17) est situé sur l'axe géométrique de rotation du berceau (10), et en ce que l'appareil à retailler (4) est disposé de telle façon sur la table (2) à deux coordonnées que lors du profilage de la meule sphérique (16) et de son retaillage, il se trouve sur la ligne d'intersection du plan vertical passant par l'axe de l'arbre horizontal (9) et de la surface horizontale de la table (2) à deux coordonnées. 2. Machine à rectifier verticale selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que, entre les flancs du guidage circulaire (8) du coulisseau (7), sur le berceau (10), sont disposées deux rangées de galets coniques (20) contactant les flancs du guidage circulaire (8) du coulisseau (7) suivant des génératrices (21) perpendiculaires à l'axe de l'arbre horizontal (9).