Brevet FR2603826A1 — publié le 19880318

Ensemble mécanique compact pour la motorisa tion d'une mac-hine-outil pourl'usinage et/ou le tron çonnage de pièces cylindriques Il est fréquent , que pour l'usinage de très grosses pièces cylindriques , on trouve qu'il soit plus avantageux de faire tourner l'outil autour de celles-ci que de la faire elle#meme tourner devant celui-ci , pour obtenir l'enlèvement de copeaux souhaité Un procédé classique consiste à faire passer la pièce à usiner au centre d'un mandrin ; ce mandrin porte un ou quelques outils ; il tourne autour de ladite pièce pendant que les outil(s) est(sont) déplacé(s) radia lement vers le centre de rotation Il existe un autre procédé qui , mettant en jeu aisément de nombreux outils , permet d'obtenir des temps d'usinage très courts Pour celà on utilise une fraise annulaire composée principalement d'un anneau en acier dont l'alé sage est équipé de dents taillées ou rapportées et-dont le passage à l'intérieur de la denture et supérieur au diamètre extérieur de la pièce à usiner Cette fraise est fixée sur un organe de com mande en rotation autour de son axe propre , cet organe etant en fait un réducteur de vites de rotation dont le dernier étage est une roue dont le centre alèsé est ca pable d'être traversé par la pièce à usiner Pour provoquer l'usinage de ladite pièce on imprime au réducteur assurant la rotation de la fraise un mouvement circulaire dans le plan contenant ladite fraise grâce a' un premier mécanisme assurant la com mande de deux mouvements croisés orthogonaux répondant à la même loi sinusoïdale mais respectivement déphasés de 7T/2 , mouvement circulaire auquel s'ajoute un deuxième déplacement ,radial , agissant suivant une des directions servant à obtenir le mouvement circulaire ou bien suivant les deux directions en même temps , et qui provoque la pénétration de la denture de la fraise dans l'épaisseur de la pièce à usiner .Ce mouvement de pénétration sera maintenu jusqu'à obtention de la bonne profondeur de l'usinage , puis arrêt pendant que le mouvement circulaire du réducteur autour de la pièce continu jusqu'a décrire une révolution complète et que la production de copeaux soit achevée Nous allons , pour l'exemp ] e ,décrire le cas le plus simple convenant particulièrement bien à ce procédé , le tronçonnage de tubes La pénétration de la fraise est pousuivie jusqu'à ce que les dents débouchent dans l'alésage du tube à tronçonner ; le mouvement circulaire suivant les deux directions orthogonales fait décrire à cette pénétration toute la section dudit tube Pour que les mouvements décrits ci-dessus soient correctement placés par rapport au tube à tron çonner , il faut que le centre de la trajectoire circulaire décrite par le centre de la fraise , soit placé sur l'axe dudit tube ; et que le rayon de cette même trajectoire soit égal à la différence des rayons de coupe de la fraise et de l'alésage du tube coupé , va ] eur théorique que l'on augmentera de l'excentration maximlem ae l'alésage par rapport à l'extérieur dudit tube , et d'une certaine course de pénétration supplémentaire de sécurité Le tronçonnage se fera donc en une révolution du réducteur portant la fraise autour du tube à sectionner Cette technique assure un très grand nombre de dents en prise , d'où le temps d'usinage très court sur les grosses pièces Autre part ce nombre de dents est constant pendant la majorité du temps de l'opération , la machine va travailler à puissance quasi constante ; au départ la puissance maximum peut être atteinte progressivement en provoquant les deux mouvements à la fois , pénétra- tion et mouvement circulaire Ce procédé d'usinage etant connu , c'est la conception de l'ensemble compact mécanique provoquant les mouvements décrits ci-dessus que nous revendiquons Le premier mécanisme , provoquant les deux mouvements sinusoSdaux , est un excentrique à rayon d'excentration ajustable manuellement ou automatiquement. Ce mécanisme est complèté par le deuxième celui qui provoque la pénétration de la fraise dans le tube à tronçonner , en faisant varier la longueur d'une (ou des deux) pièces reliant respectivement le maneton à un bati fixe et au réducteur portant la fraise .En vue d'obtenir les effetade trajectoire voulus,cet ensemble compact composé des deux mécanismes assurant les deux mouvements nécessaires à l'usinage ,est fixé sur une équerre pu un portique glissant sur des coulisses portées p > ' > rpar bâti fixe qui va donc se déplacer sous l'action de la rotation de 3'excentrique et de la pièce de liaison corlespandate tandis que le réducteur va se déplacer sur deux coulisses perpendiculaires à celles guidant l'équerre ou le portique , et portées par cette dernière (ou ce dernier) Le rayon d'excentration du maneton et/ou la longueur de la (des) pièc*)de liaison évoquées à l'alinéa précédent , peuvent être ajustés manuellement; mais les efforts à fournir et l'enchaînement des opérations rendent cette solution irréalliste ; nous décrivons directement des moyens de réglage automatiques Pour ces moyens de réglage nous pourrions utiliser des systèmes à couple "pignon-crémaillère" ou à vérins hydrauliques ;voir servo-vérins ; mais la faible amplitude des déplacements de réglage , l'effort à fournir , le maintien à la position requise pendant toute la durée d'un programme de coupe nous poussent à préfèrer des couples "vis-écrou" mus soit par des moto-réducteurs électriques , soit par des moteurs hydrauliques Le réglage en position du maneton se fera donc à l'aide d'un couple vis-écrou logé dans le plateau portant ledit maneton en bout de l'arbre moteur de l'excentrique ; dans une première solution , la vis est entrainée en rotation à l'aide d'un moto-réducteur fixé sur l'équerre (ou le portique) de façon que l'ex- trémité de sortie du réducteur soit placée juste en face d'un carré d'entratnement de la vis à commander,de façon à ce qu'un entraîneur , glissant sur,l'arbre de sortie du réducteur , puisse venir coiffer 3e carré de la vis sous la poussée d'un vérin ou d'un électro-aim~rt . Cette technique , très simple , est rendue possible par le fait que, pendant les arrêts de la machine-outil , le maneton doit toujours s'arrêter dans la même position , position qui correspond d'ailleurs à lXaltitude la plus élevée du réducteur portant la fraise , ceci dans le but de rendre la mise en place de la pièce à tronçonner la plus aisée possible Dans une deuxième solution , l'écrou peut être entraîné en rotation par un couple de pignons coniques mu par un arbre concentrique à arbre moteur de l'excentrique . En ce cas il serait possible de procédé à une variation de l'excentration du maneton en pleine rotation de ce dernier , possibilité qui peut se révéler utile pour certains usinages .Mais comme le mécanisme de réglage ne doit pas être influencé par la rotation de l'arbre moteur du maneton , dans une première solution on place un dispositif de débrayage à friction par exemple qui permettra de désolidariser en temps utile le moto-réducteur de réglage de l'arbre de commande du couple conique Dans une deuxième solution , on lie rigidement le moto-réducteur de réglage à l'arbre de commande en rotation de l'excentrique , et on assure l'alimentation électrique du moteur par un collecteur à deux bagues. Dans une troisième solution , plus simple mais moins courante , on solidarise le réducteur du dispositif de réglage avec l'arbre de commande en rota tion de l'excentrique , de façon que l'axe d'entrée dudit réducteur soit exactement sur l'axe de rotation de l'ex- centrique , et l'on fixe en revarobe le stator du moteur de commande du règlage à l'équerre (ou au portique)mais de façon à ce que l'axe du rotor soit ltz ssi sur l'axe de rotation de l'excentrique Le deuxième mécanisme nécessaire pour usinage et qui doit provoquer la pénétration de la fraise dans la pièce à usiner , doit faire varier la longueur de la ou des bielles , ou encore du ou des poussoirs reliant respectivement le maneton à l'organe mécanique portant la fraise d'une part , et d'autre part au socle fixe Toujours compte tenu des efforts à exercer pour obtenir la pénétration de la fraise dans la pièce à usiner , le réglage de longueur se fera à l'aide d'un couple vis-écrou mu par un moto-réducteur électrique ou hydraulique Il peut paraître interessant de disposer de deux de ces mécanismes , un suivant chacune des deux directions fixées par les coulisses orthogonales .En fait un. seul mécanisme suivant la direction perpendiculaire au plan d'appui des pièces à usiner est utile Pour pénétrer progressivement dans la pièce à usiner il suffit de commander les deux mouvements en même temps : mouvement de pénétration et mouvement circulaire de la fraise autour de ladite pièce Les blocages du maneton et du mécanisme de pénétration se font à l'aide de vérins hydrauliques Pour le contrôle des réglages évoqués ci dessus il est bon de prévoir des moyens de mesure des déplacements en harmonie avec les oyes de commande et rendre ainsi la machine-outil pleinement opérationnelle Dans une première solution , on prévoit un codeur p impulsions sur l'axe de chacune des dellp vis des couples vis-ecrou ou sur de chacun des moteurs commandant lesdites vis , codeurs qui en collaboration avec un ensemble électronique de programmation de automate programmable " va permettre à l'opérateur d'obtenir par des manoeuvres simples et rapides , position du maneton et la longueur requise de la bielle ou du poussoir reliant ledit maneton au réducteur entra nant la fraise en rotation , en insistant sur le fait que ledit "automate programmable est capable de résou- dre les opérations indiquées aux lignes 27 à 30 de ] p page 2 Dans une autre solution , on aura une meilleure précision sur la connaissance fie la position du maneton et la longueur de la bielle (ou du poussoir) en utilisant des codeurs à impulsions ou des capteurs anslo- giques de type linéaire , fixés respectivement entre le réducteur portant la fraise et l'équerre (ou le portique) d'une part , d'autre part entre les deux parties composant la bielle ou le poussoir reliant le maneton au réducteur portant la fraise Cette solution présente l'avantage d'être insensible aux jeux de fonctionnement des couples vis-écrou et donne la possibilité , pour peu que l'on fixe un tel codeur (ou capteur) entre l'équerre (ou le portique) et le socle fixe , de connattre à tout moment l'4tat d'avancement de l'usinage En revanche , ce matériel délicat doit être placé dans des enveloppes très résistantes étanches sous forme fie palpeurs mécaniques , capable de donner toute la fiabilité souhaitable industriellement . Naturellement dans cette deuxième solution , les capteurs (ou codeurs) travaillent aussi en collaboration avec un "automate programmable" auquel on peut adjoinre un écran cathodique ou à cristaux liquides pour permettre la vision des informations concernant les réglages et l'avancement de l'usinage /1 et 2 PLANCHE 1 les figures donnent la silhouette de la machine de coupe dont le réducteur (6) portant la fraise (1) est guidé par un btti (14) en équerre équipé des cOulisses (11) verticales,glissant sur un bâti fixe (15) PLANCHE 2 les figures 3 et 4 donnent la silhouette de la machine de coupe dont le réducteur (6) portant la fraise (i) est guidé par un bâti en portique (14) équipé des coulisses (11) verticales,glissant sur un bâti fixe (15) PLANCHE 3 la figure 5 donne un schéma très succinct de la channe cinématique d'une machine de coupe avec un bati en portique . Les moyens de réglage (19) sighalés par des manivelles sont à comprendre avec les moto-réducteurs évoqués dans la description générale. PLANCHE 4 les figures 6 à10 montrent les phases successives d'une opération de tronçonnage . La figure 11 montre comment on peut passer de la position 6 à la position 8 sans passer par la 7 en se déplaçant suivant deux directionsà la fois dès le départ de l'usinage PLANCHE 5 figure 12 est schématisée la partie du mécanisme compact revendiqué qui. assure le mouvement circulaire du réducteur (6) portant la fraise (1) , et le règlage du rayon de la trajectoire du centre de ladite fraise ] et celà suivant la solution 2 évoque aux lignes 5 à 8 page 5, et la variante 3 décrite dela Ligne 22 à la ligne 30 de la même page .L'excentrique à rayon variable utilisé pour créer les mouvements sinusordaux , se compose d'un axe moteur (16) avec un plateau,à une extrémité,plateau qui supporte par deux coulisses un maneton (17) dont la position est ajustable grâce à un (24) couple vis-écrou/mu sous l'action d'un ensemble moteur électrique (21) d'un réducteur (22) et d'un arbre (23) l'écrou du couple (24) est entraîné par le couple conique (27) , par l'axe (23) ; le poussoir (D) reliant ici le maneton (17) au réducteur (6) portant la fraise (1) est rendu solidaire de celui-ci par une coulisse qui est blocable en position grâce à un coin (29) et un vérin pneumatique ou hydraulique (28) PLANCHE 6 figure 13 est schématisé le système de commande réglant la longueur du poussoir reliant le maneton (17) au réducteur (6) portant la fraise (1) . Il s'agit d'un couple vis-écrou (30-31) dont on entraîne /(31) l'écrou/en rotation par un ensemble moto-rêducteur(32-33) (on peut aussi bien imaginer 1 inverse et entraîner en rotation la vis (planche 3 fig.5) Grâce à ce couple vis-écrou on peut déplacer à volonté le poussoir (3) dans une coulisse solidaire du carter du réducteur (6) .De plus cette coulisse (18) bloquable par un coin (29) qui , sous l'effet d'un vérin hydraulique (28) ou pneumatique qui l'applique fortement contre le flanc du poussoir (3) , vient solidariser la partie mâle (18) de la coulisse de la partie femelle (3) c'est à dire le poussoir (bien entendu on peut tout aussi bien concevoir que la partie (18) est femell fe et que le poussoir (3) est la partie mâle de la coulisse) Dans une autre solution , on peut utiliser un ressort pour bloquer les parties (3) et (18) , ressort repoussé par un vérin hydraulique ou pneumatique pour permettre le réglage de longueur (pli.6 , fig.14) Cette solution présente , dufait de l'absence de besoin de fluide moteur pour la solidarisation rigide du carter (6) avec le poussoir (3) , une meilleure sécurité de fonctionnement Toujours figure 13 on voit les positions des codeurs ou capteurs (35-36) donnant respectivement la position du carter (6) par rapport au bâti (14) , donc par déduction la longueur de l'excentration du maneton (17) , et la variation de longueur du poussoir (3) donc par déduction , la position du carter (6) et le contre de la pénétration de la fraise (1) dans la pièce (2) à usiner Remarquons qu'un troisième codeur ou capteur placé entre les batis (14 et 15) permet , en collaboration avec le palpeur 35 la reconstitution sur écran cathodique ou à cristeaux liquides l'état d'avancement de l'usinage de la pièce (2) L'ensemble mécanique compact revendiqué est schématisé dans sa presque totalité sur la planche (6); on voit que cette cinématique fait un tout capable d'équiper toute machine-outil dotée d'au moins deux coulisses orthogonales dont l'organe d'usinage doit décrire une trajectoire circulaire positionnée à volonté suivant la ou les deux direction(s) données par les coulisses , caractéristiques spécifigties des tronçonneuses de tubes dont deux modes de conception sont donnés par les planches 1 et 2 Si ladite machine-outil est dotée d'un troisième mouvement suivant la troisième direction d'un trièdre , on peut générer des trajectoires cylindriques et obtenir des usinages de forme , toujours sans déplacer les pièces usinées REVENDICATIONS 1-Ensemble mécanique compact destiné à assurer les déplacements de la tête d'usinage d'une machine-outil caractériséen ce que , fixé sur un bâti mobile (14)de la île dite machine-outil/commande le déplacement circulaire de ladite tête d'usinage (5-6) suivant une trajectoire satellite autour de la pièce à usiner (2) et/ou à tron çonner , trajectoire obtenue à partir du déplacement de la tête (5-6)suivant une coulisse linéaire (11) fixée elle aussi sur le bâti (14),bâti se déplaçant lui-même sur des coulisses (12) orthogonales aux coulisses (11) et fixées sur un socle (15) , et assure de surcroit le mouvement de pénétration de l'outil utilisé dans la pièce à usiner et/ou à sectionner 2-Ensemble mécanique compact suivant la reven dication 1 , caractérisé en ce qu'il utilise un premier moyen moteur (20) électrique , hydraulique ou pneuma tique entraînant en rotation régulière un axe 16 muni d'un plateau~portant un maneton (17) dont l'excentration est réglable manuellement et/ou automatiquement , pour provoquer le déplacement satellite de la tête d'usinage (5-6) le maneton engendrant suivant les deux coulisses (11-12) des déplacements répondant à une loi sinusoïdale respec tivement déphasés de tir/2 pour la tête de fraisage (5-6) et le bati (14) sur lequel il est lui-même fixé 3-Ensemble mécanique compact suivant les reven dications 1 et 2 caractérisé en ce que le maneton (17) provoque les déplacements à loi sinusoïdale en s'appuyant /pièces sur les faces de fentes pratiquées dans les/ (3) et (4) respectivement solidaires de la tête d'usinage (5-E ! et du socle (15) , ces fentes etant respectivement orien tées perpendiculairement à la direction du tfjplbcement des organes de la machine-outil sur lesquels elles sont fixées 4-Ensemble mécanique compact suivant les revendications 1,2 et 3 caractérisé en ce que le moyen de règlage de l'excentration du maneton (17) est un moyen moteur comportant un couple vis-écrou (24) dont la vis est fixée au maneton (17) , ou inversement l'écrou tandis que l'écrou ,ou inversement la vis , est relié à un dispositif électro-mécanique (21-22) par l'intermédiaire d'un axe (23) concentrique à l'axe moteur (16) avec le plateau le maneton (17) , cette disposition donnant la faculté de pouvoir assurer le règ e de l'excentration en n'importe quelle position du p ] ateau, voir pendant sa rotation 5-Ensemble mécanique compact suivant les revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le réducteur mécanique. (21) , commandant les variations d'excentration du maneton (17) est monté directement sur /816) lraxe moteur du maneton (17) tandis que le moteur (22) est retenu par une patte de réaction (26) de façon telle qu'il n'est pas nécessaire de désolidariser l'axe (23) de Iraxe de sortie du réducteur (21) quand l'axe (~6) tourne 6-Ensemble mécanique compact suivant les revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le moto-réduc- teur électrique , hydraulique ou pneumatique (21-22) commandant ltexcentration du maneton (1?).doit être désolidarisé de l'axe de transmission (23) lorsque l'axe moteur (16) portant le plateau et maneton (17) tourne 7-Ensemble mécanique compact sl r r (32-33) tandis qu'un couple vérin-lardon(28-29) peut bloquer la(les) coulisse(s) (18) ,ce(s) vérin(s) pouvant agir perpendiculairement à la coulisse (18) ou parallèlement à celle-ci , soit positivement sous la pression d'un fluide moteur , cas du vérin (28) , ou négativement sous l'éffet d'un ressort , cas du vérin (34) 8-Ensemble mécanique compact selon les revendications 1,2,4,5,6 caractérisé en ce que le maneton est respectivement relié à la tête d'usinage (5-6) et au socle (15) par des bielles (3)(4) dont la longueur (les longueurs) peut(vent) varier sous l'effet d'un(deux) couple(s) vis-écrou (30-31) mu(s) par un(deux) moto réduéteur(s) (32-33) , le couple vis-écrou pouvant à lui-seul composait une bielle (3) ou (4) 9-Ensemble mécanique compact selon les revendications 1 à 8 caractérisé en ce que les déplacements de la tête de fraisage (5-6) par rapport au bâti (14) et de celui-ci pa rapport au socle (15) sont contrôlés par des moyens respectifs (35) et (36) capables de faire connaître soit les amplitudes et It esens desdits déplacements par un système digital intrémental ou analotique , soit par codage absolu , ces infortjon pou vant être traitées par un ensemble -électronique de type connu automate programmable afin drassurer l'automatisation du réglage de l'excentration du maneton (17) et/ou de la pénétration de l'outil dans la pièce à usiner et/ou à sectionner 10-Ensemble mécanique compact suivant les revendications 1,2,3,7,8 et 9 caractérisé en ce que le moyen (21-22) utilisé pour le réglage de l'excen- tration du maneton (17) est plaçé en dehors de l'axe (16) , mais fixe par rapport au bâti (14) , et qui peut être relié au dispositif vis-écrou (24) qui déplace le maneton (17) par un entraîneur coulissant sur l'axe de sortie du réducteur (21) sous l'effet d'un moyen du type vérin ou électro-aimant lorsque l'axe (16) et le maneton sont arrêtés de façon adéquate pour permettre l'enclanchement dudit entraîneur sur la partie tournante du couple vis-écrou provoquant le déplacement du maneton (17)