Brevet FR2584008A1 — publié le 19870102

L'invention concerne les dispositifs à usiner les métaux par coupe et a notamment pour objet un dispositif à usiner, par coupe et déformation durcissante, les surfaces de pièces cylindriques du type abre, ledit dispositif assurant, après l'usinage par coupe, un lissage et un durcissement superficiel de la pièce pendant sa déformation. L'invention peut être appliquée avantageusement dans le domaine de la construction des automobiles, des machines agricoles et des tracteurs, ainsi que dans d'autres branches de l'industrie où on utilise l'usinage des métaux. A l'heure actuelle, on connaît un dispositif à usiner les surfaces cylindriques de pièces par coupe et déformation durcissante, qui comporte un boîtier dans lequel sont montés un ensemble "flottant" à deux outils de coupe et une tête déformante en lunette munie d'un séparateur avec des éléments déformants (cf. par exemple, certificat d'auteur URSS n0 1010773, Cl. Int. 3, B248 39/04). On connaît aussi une machine-outil pour le durcissement superficiel de pièces, dans laquelle le séparateur de la tête déformante en lunette est lié à un mécanisme constitué par vérin hydraulique qui le met en mouvement (cf., par exemple, certificat d'auteur URSS n0 210202 B248 39/04). Cependant, l'ensemble "flottant" à deux outils de coupe de ce dispositif connu ne peut pas assurer, si la rectitude de l'axe de la pièce doit satisfaire à des exigences sévères, l'usinage de la surface cylindrique de ladite pièce (du fait que ledit ensemble reproduit la non rectitude initiale de la pièce), ni une haute précision d'usinage (IT6 à IT7) en cas d'enlèvement d'une surépaisseur supérieure à 2 mm pour le diamètre, par suite de l'influence des erreurs initiales de fabrication des ébauches. En outre, une sensibilité insuffisante du système de commande résulte des pertes dues au frottement dans les garnitures d'étanchéité du vérin hydraulique de déplacement du séparateur conjointement avec les éléments déformants, ce qui aboutit à un durcissement irrégulier de la pièce à usiner. On s'est donc proposé de mettre au point un dispositif à usiner les surfaces cylindriques de pièces du type arbre par coupe et déformation durcissante, qui permettrait d'élever la précision et la qualité de l'usinage en réalisant un usinage successif avec répartition de la surépaisseur d'usinage à enlever et création d'un effort stable de déformation de la surface de l'ébauche lors de son durcissement, et permettrait ainsi de produire, à partir d'ébauches non rectilignes, des pièces à axe rectiligne. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un dispositif à usiner les surfaces de pièces cylindriques du type arbre par coupe et déformation durcissante, comportant un boîtier dans lequel sont montés un ensemble "flottant" à deux outils de coupe et une tête déformante en lunette pourvue d'un mécanisme de déplacement de son séparateur conjointement avec des éléments déformants, caractérisé, selon l'invention, en ce qu'en avant de l'ensemble "flottant" à outils de coupe principal, est disposé un ensemble "flottant" à deux outils de coupe auxiliaire monté de façon que son plan de "flottement" soit perpendiculaire au plan de "flottement" de l'ensemble "flottant" principal, et muni de moyens pour son blocage, ledit séparateur étant lié audit mécanisme de déplacement par l'intermédiaire d'une douille disposée coaxialement à la pièce à usiner et mobile élastiquement par rapport audit mécanisme de déplacement. Dans la zone d'usinage, il est rationel de monter un transmetteur de contrôle des déplacements du séparateur conjointement avec les éléments déformants, afin de contrôler le diamètre de la pièce à usiner, la face en bout de ladite douille étant en contact continu avec ledit transmetteur. En équipant ainsi le dispositif d'un ensemble "flottant" principal et d'un ensemble "flottant" auxiliaire comportant chacun deux outils de coupe, on assure une redistribution de la surépaisseur à enlever entre lesdits ensembles, le premier ensemble effectuant un usinage prélirninaire, et le deuxième, un usinage définitif aux cotes requises. Une telle répartition de la surépaisseur à enlever permet d'augmenter l'aptitude des outils de coupe de l'ensemble principal à conserver leurs dimensions, de faciliter l'évacuation des copeaux de ce dernier et d'améliorer la précision de l'usinage. Le blocage de l'ensemble "flottant" auxiliaire au moment initial de l'usinage assure la rectitude de l'axe de la pièce à usiner et l'élevation de la précision de l'usinage par l'ensemble principal. La disposition perpendiculaire des plans de "flottement" desdits ensembles crée des conditions favorables à l'évacuation des copeaux et contribue à l'amortissement des oscillations de l'ébauche dans le plan vertical. La présence d'une douille à ressort permet de rendre stable la valeur d'un effort de déformation et d'augmenter la précision de reproduction des dimensions de la pièce à usiner par les éléments déformants, d'obtenir un durcissement régulier et un lissage uniforme des rugosités de la surface à usiner, ainsi que d'assurer un contrôle, dans la zone d'usinage, des dimensions diamétrales de la pièce à usiner en mesurant le déplacement axial des éléments déformants conjointement avec le séparateur. Ceci accroît de 10 à 20 fois la sensibilité du mécanisme de déplacement du séparateur aux variations des dimensions diamétrales de la pièce à usiner. Le transmetteur de contrôle des déplacements du séparateur permet d'enregistrer, par l'intermédiaire des déplacements axiaux du séparateur, les dimensions de la pièce en cours d'usinage et de fournir un signal de commande pour corriger la position des ensembles "flottants" à deux outils de coupe. 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 représente une vue d'ensemble du dispositif conforme à l'invention, en coupe longitudinale - la figure 2 représente une vue suivant la flèche A de la figure 1 - la figure 3 représente une vue du dispositif au moment initial de l'usinage d'une pièce - la figure 4 représente une vue suivant la flèche B de la figure 3. Le dispositif à usiner les surfaces cylindriques de pièces, notamment du type arbre, par coupe et déformation, comporte un boîtier 1 (figure 1) dans le#quel sont montés successivement, dans le sens de l'usinage de la pièce à usiner, un ensemble "flottant" principal 2 à deux outils de coupe et une tete déformant en lunette 3, le boîtier 1 étant installé sur le charriot porte-outil d'une machine-outil connue et étant susceptible d'avance axiale dans le sens de la flèche S de la figure 1. Un ensemble "flottant" à deux outils de coupe auxiliaire 4 est monté en avant de l'ensemble "flottant" principal 2. L'ensemble "flottant" principal 2 portant les outils de coupe 5 est installé de sorte que son plan de "flottement" soit disposé horizontalement (figures 2, tandis que l'ensemble "flottant" auxiliaire 4 portant les outils coupants 6 est placé de façon que son plan de "flottement" soit perpendiculaire à celui de l'en semble 2, c'est-à-dire verticalement. Grâce à cette disposition, l'ensemble "flottant" auxiliaire 4 assure le dégrossissage (ébauchage ou usinage préliminaire) et l'ensemble "flottant" principal 2 effectue la finition (usinage aux cotes requises), la dimension diamétrale des outils de coupe 5 et 6 étant réglée en conséquence. L'ensemble auxiliaire 4 est doté de moyens pour son blocage après la mise en action des outils de coupe 6 (figure 4), comportant deux éléments de calage 7 et 8 et un vérin de commande 9 dont la tige est liée à l'élément de calage 8, l'élément de calage 7 étant disposé dans une rainure du boîtier 10 de l'ensemble 4 et venant en contact avec le porte-outil 11, et l'élément de calage 8 étant logé dans la rainure 12 du boîtier 10 et coopérant par sa surface inclinée avec la surface inclinée de l'élément de calage 7. La tête déformante en lunette 3 (figure 1) comporte des éléments déformants sous forme de rouleaux coniques 13, logés dans le séparateur 14 et prenant appui contre la surface conique d'une bague de pression 15 montée fixe dans le boîtier 1. Un mécanisme de déplacement axial du sépa rateur est disposé dans le boîtier 1 et est réalisé sous forme d'un vérin hydraulique 16 lié au séparateur 14 par l'intermédiaire d'une douille 17 montée dans le piston 18 du vérin hydraulique d'une manière coaxiale à la pièce à usiner. La douille 17 est montée élastiquement mobile par rapport au vérin hydraulique 16 par l'intermédiaire d'un ressort 19 engagé dans une cavité 20 formée entre le piston 18 et la douille 17. Sur un support 21 est monté un transmetteur 22 de contrôle du déplacement du séparateur 14 avec les rouleaux déformants 13, ce transmetteur étant en contact permanent avec la face en bout de la douille 17 et faisant partie d'un système connu de réglage des ensembles "flottants" à deux outils de coupe. Un transmetteur 23, monté sur le boîtier 1, sert à contrôler le fonctionnement des outils de coupe de l'ensemble principal 2. Le transmetteur 23 coopère avec une tige soumise à l'action d'un ressort et sur l'extrémité de laquelle est monté un rouleau 25 entrant en contact avec la pièce à usiner. Comme transmetteurs 22 et 23 on peut utiliser n'importe quel transmetteur approprié et connu en soi, pouvant contrôler les déplacements linéaires et transmettre des signaux de réglage d'accord des mécanismes correspondants de la machine-outil. Le dispositif fonctionne comme suit. La pièce à usiner 26 est placée sur une machine-outil, serrée dans des cônes caves 27 et mise en rotation par la broche de la machine-outil. On met en marche l'avance longitudinale (axiale) du dispositif et on met sous pression le vérin hydraulique 16 grâce à quoi les rouleaux déformants 13 entrent en contact avec l'arbre de guidage 28. L'usinage par coupe est réalisé par les ensembles "flottants" auxiliaire et principal 4 et 2 à deux outils de coupe chacun et fonctionnant simultanément. L'ensemble auxiliaire 4 réalise un dégrossissage en enlevant 0,6 à 0,9 de la surépaisseur d'usinage par coupe et en assurant une précision d'usinage de 119 à 1110 et par conséquent une surépaisseur stable à enlever par l'ensemble 2, permettant d'obtenir une précision d'usinage dans les limites de 116 à 117. L'ensemble auxiliaire 4 peut "flotter", sous l'action des composantes radiales des force de coupe, uniquement au osent de l'engagement des outils de coupe, ce qui correspond à 1 à 3 mm de longueur d'usinage. Ceci est nécessaire pour une répartition régulière de la surépaisseur d'usinage entre les outils de coupe 6 de l'ensemble 4. Ensuite, le boîtier 10 de l'ensemble 4 est immobilisé par les éléments de calage 7 et 8 sous l'action du déplacement de la tige du vérin hydraulique 9. L'ensemble auxiliaire 4 est retenu dans une position fixe jusqu'à la fin du traitement de la pièce, ce qui assure un battement minimal de la partie d'engagement et la rectitude axiale de la pièce à usiner. L'utilisation de l'ensemble à deux outils de coupe auxiliaire assure une bonne préparation de la surface en vue de son finissage ultérieur par l'ensemble 2, ce qui implique - une valeur stable et réduite au minimum admissible, du point de vue du bris des copeaux, de la surépaisseur à enlever par l'ensemble principal 2 - un battement réduit au minimum possible de l'axe de la pièce à usiner au moment de l'engagement des outils de coupe de l'ensemble principal 2 et puis des rouleaux déformants 13. Le contrôle du fonctionnement (casse) des outils de coupe 5 se fait par mesure de la dimension de l'arbre usiné à l'aide du transmetteur 23 sur lequel agit la tige 24 à re-ssort, dont le rouleau tournant 25 se trouve en contact avec la surface de la pièce. En cas de casse de l'un des outils de coupe 5 de l'ensemble 2, la dimension de la pièce à usiner se modifie de quelques dixièmes de millimètre, ce qui est enregistré par le transmetteur 23. Ce dernier fournit, suivant un schéma connu, un signal d'interruption de l'avance du dispositif et d'arrêt de la rotation de l'ébauche. La disposition verticale des outils de coupe de l'ensemble auxiliaire 4 contribue à une évacuation plus commode des copeaux de la zone de coupe. La disposition horizontale des outils de coupe de l'ensemble principal 2 permet d'éliminer l'influence de l'instabilité des composantes axiales des efforts de coupe sur la précision de l'usinage pendant le dégrossissage, et permet en outre de retirer l'ensemble 2 sans endommager la surface usinée. Le lissage des rugosités résultant de l'usinage par coupe se fait au moyen des rouleaux déformants 13 disposés régulièrement dans le séparateur 14, roulant d'une manière planétaire et serrés contre la surface à usiner avec un effort constant assuré par le vérin hydraulique 16 dont la pression dans les enceintes de travail est réglable.Le piston 18 du vérin hydraulique 16 déplace par l'intermédiaire du ressort 19 la douille 17 avec le séparateur 14 et les rouleaux déformants 13 jusqu'à ce que ces derniers entrent en contact avec 11 arbre de guidage 28. Le ressort 19 sert à augmenter la sensibilité du système de réglage de la valeur des efforts de déformation grâce à l'élimination de l'influence des pertes dues au frottement dans les éléments d'étanchéité du vérin hydraulique déterminant la valeur des efforts de déformation (les pertes dues au frottement dans la jonction douille-piston sont à négliger). Les variations du diamètre de la pièce à usiner entraînent une variation de la position axiale du séparateur, qui est enregistrée par le transmetteur 22 par l'intermédiaire de la douille. Le transmetteur 22 fournit alors un signal de recalcul du déplacement axial du séparateur suivant les dimensions diamétrales de la pièce, et par conséquent, de sous-réglage des ensembles "flottants" à deux outils de coupe. Le dispositif se déplace à gauche jusqu'à ce que les rouleaux 13 ne soient plus en contact avec la pièce usinée. A ce moment, la rotation de la broche et l'avance axiale s'arrêtent, les rouleaux déformants quittent la surface de la pièce usinée. Une fois l'usinage terminé, le dispositif se déplace à droite jusqu'à sa position initiale, la pièce est desserrée et une nouvelle ébauche est posée à sa place. Ensuite le cycle de travail recommence. Le dispositif revendiqué permet d'usiner des pièces avec une précision élevée, car l'ensemble "flottant" à deux outils de coupe auxiliaire prépare la surface de la pièce à usiner en vue de sa finition subséquente par l'ensemble "flottant" principal. Le lissage des rugosités de la surface de la pièce après l'usinage par coupe se fait avec un effort constant des rouleaux déformants, assurant un durcissement régulier de la surface. REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour l'usinage des surfaces de pièces cylindriques, notamment du type arbre, par coupe et déformation durcissante, du type comportant un boîtier (1) dans lequel sont montés un ensemble "flottant" (2) à deux outils de coupe et une tête de déformation en lunette (3) munie d'un mécanisme de déplacement du séparateur (14) de ladite tête conjointement avec des éléments déformants maintenus par celui-ci, caractérisé en ce que, en avant de l'ensemble "flottant" principal (2), est disposé un ensemble "flottant" à deux outils de coupe auxiliaire (4), monté de façon que son plan de flottement" soit perpendiculaire au plan de "flottement" de l'ensemble "flottant" principal (2) et muni de moyens pour son blocage, ledit séparateur (14) étant lié au mécanisme de déplacement par l'intermédiaire d'une douille (17) montée coaxialement à la pièce à usiner et mobile élastiquement par rapport audit mécanisme de déplacement. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est muni d'un transmetteur (22) de contrôle des déplacements du séparateur (14) conjointement avec les éléments déformants, ledit transmetteur étant en contact permanent avec la face en bout de la douille (17).