Brevet FR2608480A1 — publié le 19880624

1.- Procédé pour l'usinage fin de surfaces externes présen- tant une symétrie de révolution sur des pièces d'oeuvre". L'invention part d'un procédé pour l'usinage fin de surfaces externes présentant une symétrie de révo- lution sur des pièces d'oeuvre, telles que des arbres, des axes et des pièces analogues, avec un outil de tour- nage qui a un tranchant géométriquement défini. Dans le cas du procédé connu de ce type, une qualité élevée de la surface et des tolérances très étroi- tes sur la pièce d'oeuvre sont obtenues en ce que l'usi- nage s'effectue à des vitesses de rotation élevées et avec des avances réduites, sur des machines de tournage fin d'une réalisation extrêmement rigide, en veillant à un équilibrage statique et dynamique très précis des pièces en rotation. Malgré la dépense de fabrication élevée qui en résulte, on ne peut pas exclure de façon certaine que, du fait d'encrassement sur ou dans les logements de l'outil ou de la pièce d'oeuvre, il n'y ait un positionnement défectueux du tranchant de l'outil, ce qui aboutit à des écarts de tolérances inadmissibles de la pièce d'oeuvre terminée et ne peut être évité que par un guidage de l'outil contrôlé par des mesures. On conna t en outre des outils pour l'usinage fin d'alésage de précision, qui sont munis d'un tranchant 2. - géomètriquement défini et de moyens pour guider ce tran- chant dans l'alésage. Ces outils peuvent être réalisés sous la forme d'outils interchangeables, qui, en dehors de la machine outil, sont réglés à la cote finie dans un appareil de réglage avec des comparateurs, et qui, selon une succession prédéfinie d'opérations, sont chan- gés soit manuellement, soit au moyen de dispositifs de préhension sur une broche de la machine outil. Entre k broche de la machine et l'outil, il est prévu un ajuste- ment fin de précision qui, dans le cas d'outil travail- lant en porte à faux, revêt de préférence la forme d'un cone. Afin que pour l'opération d'usinage fin, on puisse prévoir une réserve d'usinage aussi réduite que possible, la pièce d'oeuvre et la broche de la machine doivent 8tre orientées l'une sur l'autre de façon précise. En outre, l'axe de l'outil doit coïncider de façon aussi précise que possible avec l'axe de la broche de la machine. Dans le cas de ce dispositif, des encrassements de l'ajustement fin sur la broche de la machine peuvent se traduire par un déplacement radial de l'outil, qui entraine une usure plus élevée de l'outil ainsi que des altérations de la qualité, en ce qui concerne la précision de cote et la qualité superficielle de la surface sylindrique de la pièce d'oeuvre à usiner. Pour supprimer ces défauts, il a déjà été proposé de réaliser le fût de l'outil devant être mis en place dans le cône de la broche de la machine, d'une façon élastique à la flexion de façon que la tête de coupe de l'outil portant le tranchant de l'outil et les moyens de guidage, puisse s'aligner d'elle-même dans l'axe de l'alésage sous l'action des efforts d'orientation agissant sur elle lors de l'usinage. L'invention prévoit en conséquence que le tranchant de l'outil soit guidé contre la surface externe présentant une symétrie de révolution de la pièce d'oeuvre par des moyens qui prennent appui contre la pièce d'oeuvre 3.- et qui absorbent les efforts radiaux de coupe s'exerçant sur le tranchant de l'outil, tandis qu'en outre, grâce à un support d'outil présentant l'élasticité à la flexion, une tête de coupe portant le tranchant de l'outil et ses moyens de guidage peut, sous l'action des efforts de coupe et d'appui, s'orienter parallèlement ou bien coaxialement à la surface externe à usiner de la pièce d'oeuvre. Le procédé conforme à l'invention comportant les caractéristiques cidessus, présente par rapport aux procédés connus pour l'usinage fin de surfaces externes présentant une symétrie de révolution sur des pièces d'oeuvre, l'avantage que des défauts de centrage du tran- chant de l'outil, après un changement d'outils, puissent être compensés automatiquement sans une intervention ex- térieure, c'est-à-dire sans un réajustement. Il est ainsi possible d'usiner par tournage fin des surfaces externes avec une qualité et une précision de cote restant cons- tantes avec des outils interchangeables pré-réglés, l'échan- ge des outils pouvant se faire manuellement ou automati- quement. Après un changement d'outil, il ne se présente pas de pièces défectueuses. Les processus de mesure coû- teux, les stations de contr8le, les dispositifs de réglage de tranchant et les temps de réglage sont supprimés. Le degré d'utilisation de la machine est augmenté. D'autres caractéristiques de l'invention con- cernent des formes de réalisation avantageuses d'un outil permettant la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus. Le procédé conforme à l'invention peut aussi bien être mis en oeuvre avec un outil fixe et une pièce d'oeuvre en rotation, qu'avec un outil en rotation et une pièce d'oeuvre fixe. En outre, on peut, dans le cas de ce pro- cédé, mettre en oeuvre également des outils qui comportent plusieurs tranchants disposés axialement l'un derrière l'autre en étant réglés sur différents diamètres d'usinage, pour permettre un usinage par palier d'une pièce d'oeuvre. 4.- Selon une caractéristique de l'invention, le tranchant de l'outil est formé sur une barrette de coupe s'étendant le long de la surface externe à usiner de la pièce d'oeuvre, tandis que les moyens pour le gui- dage du tranchant sont approximativement aussi longs que la barrette de coupe. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, la barrette de coupe comporte, sur son c8té fron- tal antérieur, un tranchant principal et sur son c8té longitudinal tourné vers la périphérie de la pièce d'oeuvre, un tranchant secondaire. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, pour guider la barrette de coupe vis-à-vis de la surface cylindrique externe de la pièce d'oeuvre, il est prévu au moins deux barrettes de guidage s'éten- dant parallèlement à cette surface cylindrique externe, une de ces barrettes étant diamétralement opposée à la barrette de coupe à une distance correspondant au diamètre de la surface cylindrique externe terminée d'usinage. Eelon une autre caractéristique de l'inven- tion, le tranchant principal de la barrette de coupe fait saillie aussi bien axialement au-delà des cotés frontaux antérieurs des barrettes de guidage que radialement au- delà de la surface de guidage cylindrique décrite par les barrettes de guidage. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, la tête de coupe est susceptible d'être reliée par l'intermédiaire d'un fût d'outil présentant une élasticité à la flexion, à un logement dans la machine disposé co- axialement par rapport à la surface externe à usiner, l'ef- fort de rappel du fût d'outil étant inférieur à l'effort d'orientation exercé par la pièce d'oeuvre sur la tgte de coupe lorsque les axes de la surface externe de la pièce d'oeuvre et du fût d'outil ou du logement sur la machine, 355 ne sont pas alignés. 5.- Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, un tronçon du support d'outil formant un fût ré- duit en diamètre, est constitué d'acier trempé et a sur toute sa longueur, une section transversale circulaire identique dont le diamètre est inférieur du facteur 0,4 à 0,6 à la longueur de ce tronçon de diamètre réduit. Enfin, selon une autre caractéristique de l'invention, il est prévu un fût d'outil avec au moins un évidement en forme de fente s'étendant seulement sur une partie de sa périphérie et augmentant l'élasticité à la flexion. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté sur les dessins ci-joints et va être exposé plus en détail dans la description ci-après: - la figure 1 montre en vue latérale et par- tiellement en coupe, un outil de tournage fin pour l'usi- nage de surfaces externes cylindriques sur des pièces d'oeuvre, - la figure 2 est la vue frontale côté usinage de l'outil de tournage fin de la figure 1, - la figure 3 montre une variante de la réa- lisation selon la figure 1. L'outil de tournage fin est constitué de fa- çon qu'il puisse être inséré dans le cône interne d'une broche d'une machine outil, broche disposée co-axialement par rapport à la pièce d'oeuvre cylindrique. Dans ce but, l'outil de tournage fin comporte un porte outil 10, qui est muni d'un cône ajusté 12 ainsi que d'une gorge de préhension 14 pour un organe de préhension permettant de changer d'outil. A l'aide de cet organe, l'outil de tournage fin représenté, ou bien un autre outil de tour- nage fin que l'on souhaite utiliser, peut être extrait d'un magasin et introduit librement dans le cône de la broche de la machine. Ensuite, le cône 12 est bloqué dans le cône de la broche de la machine par une pince venant 6.- en prise sur un manchon fileté 16, les pièces étant bri- dées ensemble par friction. Le porte outil 10 est muni sur son ex.trémité frontale c8té usinage d'une bride 18 sur laquelle est fi- xé, par des vis 22, un support d'outil désigné dans son ensemble par la référence 20. Le support d'outil 20 est de son cÈté muni d'une bride 24 à travers laquelle passent avec du jeu les vis 22 et qui comporte un bandeau de centrage 26 qui vient en prise dans un évidement 28 de forme correspondante, dans la bride 18 du porte-outil 10. Ce bandeau 26 peut être centré dans l'évidement 28 par trois broches filetées 30 avant le serrage des vis 22. Les broches filetées 30 traversent chacune un perçage fileté disposé dans la bride 18 du porte-outil 10 au niveau de l'évidement 28. La bride 24 du support d'outil 20 est reliée d'une seule pièce, par l'intermédiaire d'un f t élancé 32, à une tête de coupe 34 qui comporte l'alésage borgne central 36 dont le diamètre est un peu plus grand que le diamètre de la pièce d'oeuvre non usinée ou bien pré- usinée. La tête de coupe 34 porte une barrette de coupe constituée de préférence d'un métal dur, qui à son ex- trémité frontale antérieure est munie d'un tranchant principal 42 et sur son côté longitudinal tourné vers la périphérie de la pièce d'oeuvre et faisant saillie au-delà de la paroi de l'alésage, d'un tranchant secon- daire 44. Le tranchant principal 42 fait saillie de quel- ques dixièmes de millimètres au-delà de la paroi frontale 46 de la tête de coupe 34 et délimite avec l'axe longitu- dinal de l'outil, un angle a qui dépend du matériau de la pièce d'oeuvre. La barrette de coupe 40 est fixée de façon réglable sur la tête de coupe 34 par des moyens de bridage non représentés et une griffe de serrage 48. Dans la tête de coupe 34 sont en outre fixées trois barrettes de guidage 50 faisant saillie vers l'inté- 7.- rieur au-delà de la paroi de l'alésage borgne 36, une de ces barrettes étant diamétralement opposée à la bar- rette de coupe 40 à une distance correspondant à la cote de finition du diamètre de la pièce d'oeuvre. Les barret- tes de guidage 50 commencent en avant dans le plan de la face frontale 46 de la tête de coupe 34 et s'étendent à peu près aussi loin que la barrette de coupe 40 dans la tète de coupe 34. Celle-ci est munie dans la zone de la barrette de coupe 40 d'un évidement 52 qui est relié par l'intermédiaire d'un canal 54 avec un perçage longi- tudinal 56 aboutissant dans l'alésage borgne 36 pour per- mettre d'amener un liquide de refroidissement. La cote de finition à réaliser pour le diamè- tre externe de la pièce d'oeuvre est réglée entre la barrette de coupe 40 et la barrette de guidage 50 placée en face d'elle. Ce réglage s'effectue en dehors de la machine outil et peut, par exemple, être surveillé à l'aide d'un calibre de traçage avec un comparateur. Le calibre de traçage peut être réglé sur la cote de fini- tien avec une pièce initiale et être contrôlé en continu de sorte que même sur tous les outils interchangeables suivants, un réglage exact de la barrette de coupe 40 est garanti. Le positionnement exact de la barrette de coupe 40 sur la cote de finition souhaitée ne garantit toutefois pas encore qu'après la mise en place de l'ou- til de tournage fin dans la broche de la machine, l'axe de cette broche, l'axe du cercle de déplacement de la barrette de coupe 40 ou bien l'axe de rotation de la pièce d'oeuvre et l'axe de la surface externe cylindrique à usiner sur la pièce d'oeuvre, coincident entre eux. Du fait d'encrassement de l'ajustement dans la broche de la machine, du fait de défauts de géométrie et de défauts analogues, il peut par exemple se produire entre l'outil de tournage fin mis en place ou bien changé, 8.et la broche de la machine, des défauts d'alignement qui provoquent un décalage radial de la tête de coupe 34. Dans le cas d'une réalisation complètement rigide de l'outil de tournage fin, telle qu'elle est habituellement recherchée pour le montage du tranchant dans le cas de l'usinage fin, un décalage radial aboutirait toutefois à des écarts inadmissibles de la cote de finrion, et lors- que simultanément des moyens de guidage, tels que les barrettes de guidage 50 sont prévus, à une altération im- portante de la qualité superficielle de la surface ex- terne usinée sur la pièce d'oeuvre. Pour éviter cet inconvénient, dans le cas de l'outil de tournage fin conforme à l'invention, le fût 32 du support d'outil 20 est réalisé, grâce à un dimension- nement approprié de son diamètre et grâce à un choix ap- proprié du matériau, de façon à être suffisamment élasti- que en flexion, pour que sa force de rappel intervenant lors d'une déviation radiale de la tête de coupe 34, soit plus faible que l'effort d'orientation exercé par la pièce d'oeuvre sur la tête de coupe 34 ou bien sur le fût 32 en cas de défaut d'alignement. La longueur du fût 32 constitué avantageusement d'acier trempé, peut être de préférence à peu près 1,7 à 2,6 fois plus grande que son diamètre. Dans le cas de la variante selon la figure 3, le fût 32a n'est réduit en diamètre que de façon in- signifiante par rapport à la tête de coupe 34, mais il est toutefois muni de plusieurs évidements 60 en forme de fentes, qui augmentent dans le sens souhaité l'élasti- cité à la flexion du fût 32a. Par un dimensionnement ap- proprié (profondeur, largeur) et une répartition appro- priée des évidements 60 sur la périphérie et la longueur du fût 32a, l'élasticité en flexion peut être optimalisée pour un cas d'application spécial et on peut également lui donner une importance différente dans différentes di- rections radiales du fût 32a, ce qui peut être souhaitable 9.- dans de nombreux cas. En outre, le fût 32a peut être réalisé d'une façon plus rigide en torsion que le fût 32 de la figure 1, et grâce à sa masse plus importante, un meilleur amortissement des vibrations est obtenu. Lors de l'usinage fin de la pièce d'oeuvre, la barrette de coupe 40 faisant saillie axialement com- mence tout d'abord le tournage de la bordure frontale de la pièce d'oeuvre, après quoi, les barrettes de gui- dage 50 arrivent sur ce tournage et prennent en charge en coopération avec l'élasticité et la flexion du fût 32 ou bien 32a, leur mission de guidage, consistant à assu- rer impérativement la cote de fintion prescrite de la pièce d'oeuvre, même dans le cas d'un défaut d'aligne- ment des pièces, et,en outre, à décharger la barrette de coupe 40 ellemême d'une fonction de guidage. Ainsi, les tranchants 42 et 44 sur la barrette de coupe 40 peu- vent être réalisés pour obtenir un usinage optimal et un lissage optimal de la surface de la pièce d'oeuvre. Lors de recherches pratiques, il est apparu qu'un outil réalisé conformément à l'invention pour l'usinage d'un arbre de 17 mm de diamètre, peut compenser des écarts radiaux des tranchants 42, 44 allant jusqu'à 0, 04 mmn, sans que la qualité superficielle de la pièce d'oeuvre usinée soit amoindrie et que sa cote de finition s'écarte de plus de 0,001 mm de la valeur de consigne. Le fût 32 ou bien 32a revient avec la tête de coupe 34, après l'usi- nage, dans la position initiale de départ. Lors du tour- nage fin d'arbre en acier St 60, on obtient des profon- deurs de rugosité allant jusqu'à Rz 1,87 m. 10. R EV E N D I C A T I ON S 1.- Procédé pour l'usinage fin de surfaces externes présentant une symétrie de révolution sur des pièces d'oeuvre, telles que des arbres, des axes, et des pièces analogues, avec un outil de tournage qui a un tranchant géomètriquement défini, procédé caractéri- sé en ce que le tranchant (42, 44) de l'outil est guidé contre la surface externe présentant une symétrie de révolution de la pièce d'oeuvre par des moyens (50) qui prennent appui contre la pièce d'oeuvre et qui absorbent les efforts radiaux de coupe s'exerçant sur le tranchant (42, 44) de l'outil, tandis qu'en outre, grâce à un support d'outil (20) présentant l'élasticité à la flexion, une tête de coupe (34) portant le tranchant (42, 44) de l'outil et ses moyens de guidage (50) peut, sous l'ac- tion des efforts de coupe et d'appui, s'orienter paral- lèlement ou bien co-axialement à la surface externe à usiner de la pièce dtoeuvre. 2.- Outil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tran- chant (42, 44) de l'outil est formé sur une barrette de coupe (40) s'étendant le long de la surface externe à usiner de la pièce d'oeuvre, tandis que les moyens (50) pour le guidage du tranchant (42, 44) sont approximati- vement aussi longs que la barrette de coupe (40). 3.- Outil selon la revendication 2 pour le tournage fin de surfaces externes cylindriques sur des pièces d'oeuvre, outil caractérisé en ce que la barrette de coupe (40) comporte sur son côté frontal antérieur, un tranchant principal (42) et sur son côté longitudinal tourné vers la périphérie de la pièce d'oeuvre, un tran- chant secondaire (44). 4.- Outil selon la revendication 3, caracté- risé en ce que, pour guider la barrette de coupe (40) vis- à-vis de la surface cylindrique externe de la pièce d'oeuvre, il est prévu au moins deux barrettes de guidage (50) s'étendant parallèlement à cette surface cylindrique externe, une de ces barrettes étant diamètralement op- posée à la barrette de coupe (40) à une distance corres- po-dant au diamètre de la surface cylindrique externe terminée d'usinage. 5.- Outil selon la revendication 4, carac- térisé en ce que le tranchant principal (42) de la bar- rette de coupe (40) fait saillie aussi bien axialement au- delà des côtés frontaux antérieurs des barrettes de gui- dage (50) que radialement au-delà de la surface de gui- dage cylindrique décrite par les barrettes de guidage (50). 6.- Outil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, ou l'une quelconque des reven- dications 2 à 5, caractérisé en ce que la tete de coupe (34) est susceptible d'être reliée par l'intermédiaire d'un fût d'outil (32, 32a) présentant une élasticité à la flexion, à un logement dans la machine disposé coaxiale- ment par rapport à la surface externe à usiner, l'effort de rappel du fût d'outil étant inférieur à l'effort d'orientation exercé par la pièce d'oeuvre sur la tète de coupe (34), lorsque les axes de la surface externe de la pièce d'oeuvre et du fLt d'outil (32, 32a) ou du loge- ment sur la machine, ne sont pas alignés. 7.- Outil selon la revendication 6, caracté- risé en ce qu'un tronçon (32) du support d'outil (20) formant un fût réduit en diamètre, est constitué d'acier trempé et a sur toute sa longueur, une section transver- sale circulaire identique dont le diamètre est inférieur du facteur 0,4 à 0,6 à la longueur de ce tronçon (32) de diamètre réduit. 8.- Outil selon la revendication 6, caractéri- sé en ce qu'il est prévu un fLt d'outil (32) avec au moins un évidement (60) en forme de fente s'étendant seulement sur une partie de sa périphérie et augmentant l'élasticité à la flexion.