Brevet FR2604645A1 — publié le 19880408

-- 1 -- DISPOSITIF PORTE-OUTIL POUR MACHINE D'USINAGE. La présente invention concerne un dispositif porte- outil ' pour machine d'usinage, et plus particulièrement des broches porte-outils pour rectifieuses de sièges de soupape. Conformément au brevet européen 22 796, on a décrit une broche porte-outil, solidaire d'une table mobile dans !0 un plan selon deux directions perpendiculaires, compor- tqc: - une broche porte-outil, - un moyen d'orientation anqulaire de la broche par rapport au plan, constitué par un fourreau avec deux portées, l'une supérieure et l'autre inférieure, de sphéricité convexe, et par un boitier avec un siège inférieur de sphéricité con- cave complémentaire, - le fourreau pouvant être successivement bloqué et débloqué par rapport au boitier, grâce à un siège supérieur, mobile par rapport au boîtier: - et des moyens pour sustenter sans frottement le fourreau par rapport au boitier, pendant la phase de déblocage, sous la forme d'un fiux gazeux for- mant coussin entre le fourreau et les sièges pré- cités. Une telle broche, en raison de sa faible inertie, peut être positionnée de manière précise, et à ce titre, elle a démontré son efficacité dans de nombreuses appli- cations, en particulier pour des machines de rectifica- tion de sièges de soupape. Ceci dit, une telle broche apparaît plus adaptée à l'usinage de pièces à l'unité, qu'à des opérations cu - 2 - travaux en grande série, en raison des limitations expli- citées ci-après. Tout d'abord, la technique du coussin gazeux est gé- néralement mise en oeuvre, en milieu industriel, en orga- nisant un circuit ouvert d'air, entre le fourreau et le boitier, à partir d'une source d'air comprimé et de fui- tes calibrées vers l'extérieur. De ce fait, si l'on renonce à un circuit fermé d'un gaz approprié (par exem- ple azote), il apparaît difficile d'obtenir un coussin d'épaisseur constante, en particulier à cause des varia- tions de température affectant l'air de sustentation, lesquelles modifient la pression et/ou le débit de ce dernier. De plus, la présence de condensats ou d'humidité dans l'air comprimé disponible nécessite de recourir à des dispositifs de filtration ou condensation supplémen- taires. Pour toutes ces raisons, en milieu industriel, la maîtrise du coussin d'air au niveau critique entre four- reau et bottier, apparaît en pratique difficile. Ensuite, la broche associée à son mécanisme d'en- trainement en rotation représente une masse relativement importante. L'inertie de cet ensemble, en relation avec l'absence de frottement notable entre le fourreau et le boitier, génère au moment du positionnement de la broche par rapport à la pièce à usiner, des oscillations de cette dernière, d'amplitude décroissante, jusqu'à attein- dre la position d'équilibre recherchée; d'o un temps relativement long de mise en place de la broche, souvent incompatible avec des opérations d'usinage en sé- rie. Ou, si l'usinage, par exemple la rectification, com- mence avant d'obtenir la position d'équilibre de la bro- che, l'usinage ne pourra aboutir à la précision recher- chée. - 3 - La présente invention se propose de remédier à tous ces inconvénients, et en particulier elle a recherché un autre mode de sustentation du fourreau par rapport au boitier du dispositif porte-outil,autorisant des opéra- tions d'usinage en grande série, en milieu industriel. Selon l'invention, et de manière générale, des moyens de génération d'un champ magnétique, par exemple un aimant, sont associés au siège inférieur du boitier, pour repousser le fourreau. Grâce à la présente invention, l'agencement mécani- que de la broche porte-outil devient beaucoup plus sim- ple. Il n'est plus nécessaire en effet de recourir à un siège supérieur, mobile à la manière d'un piston par rap- port au boitier, pour bloquer le fourreau et donc la bro- che, dans leurs positions de travail. Il suffit pour ce faire, d'interrompre le champ magnétique, ou de l'inver- ser, pour "coller" le fourreau contre son siège. Par ailleurs, en modulant le champ magnétique à l'inverse des oscillations du fourreau et de la broche, il devient possible de stabiliser cette dernière immédia- tement dans sa position d'équilibre. De la même manière, il devient possible de régler l'entrefer entre le fourreau et le siège, et donc d'adap- ter l'épaisseur du coussin entre ces deux pièces/ à la na- ture de l'usinage à effectuer. Egalement, selon l'invention, on prévoit d'intégrer les moyens d'entraînement en rotation de la broche, à l'intérieur du boitier, sous la forme d'un stator élec- trique disposé au niveau du siège ou à l'intérieur du fourreau, la broche ou le fourreau lié en rotation à la - 4 - broche, formant rotor. Par application de toutes les caractéristiques de la présente invention, on obtient au-total un dispositif porte-outil dont l'agencement mécanique devient d'une grande simplicité. La présente invention est maintenant décrite, dans le cadre d'une broche porte-outil pour rectifieuse de sièges de soupape, par référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre schématiquement un dispositif porte-outil selon l'invention - la figure 2 montre une broche porte-outil selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 montre une broche selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Comme on le voit sur la figre 1, cette broche (1) pourvue du porte-outil (la), auquel est fixé l'outil (lb) doit prendre toute position convenable pour que la tige pilote (lc) qui prolonge le pcrte-outil puisse s'intro- duire dans le guide (GS) de la soupape du moteur (M) dont on veut rectifier un siège (SP) de soupape. D'une manière classique, la tête porte broche (ici référencée par celle du boitier (3)) est soumise aux déplacements alternatifs, dans un plan horizontal (P) selon les flèches (fl) et (f2), de la table (T) dont elle est solidaire. Ces déplacements ont pour objet d'amener le centre (0) de la broche de manière que son axe (x-x) soit dans le prolongement de l'axe du guide (GS) du guide de la soupape du moteur (M) dont on veut rectifier le -5 siège (SP). Par référence à la figure 2, le dispositif selon l'invention, outre la broche (1) porte-outil comporte un moyen d' orientation angulaire de cette der- nière par rapport au plan (P), coïstitué par: - un fourreau (2) ayant à sa partie inférieure une portée (2a) de sphéricité convexe, avec un perçage axial, assurant le libre passage et en translation et en rota- tion de la broche (1);. - un boitier (3), représenté pour partie de manière schématique, ayant à sa partie inférieure un siège (3a) de sphéricité concave complémentaire. Des moyens (4) générant un champ magnétique sont as- sociés au siège (2a), par exemple sous la forme d'un ber- ceau magnétique sphérique,et permettent d'une part de re- pousser le fourreau et la broche, dans la position de dé- blocage du fourreau par rapport au boitier, pour posi- tionner la broche,et d'autre part d'attirer ou bloquer le fourreau (2) contre le siège (3),dans la position de blo- cage du fourreau par rapport au boitier,pour commencer le travail de rectification, une fois la broche positionnée. S'agissant des moyens de génération d'un champ ma- gnétique, il peut s'agir d'aimants permanents ou d'élec- tro-aimants, par rapport auxquels le fourreau se comporte de manière naturelle ou induite en aimant de polarité identique, pendant la phase de déblocage, ou de polarité contraire, pendant la phase de blocage. Le coussin (5) sphérique magnétique autorise, pen- dant la phase de déblocage, tout mouvement angulaire de la broche, sans frottement, inscrit à l'intérieur d'un cone. Le réglage de l'épaisseur du coussin magnétique, - 6 - de manière différentielle de part et d'autre de la bro- che, permet d'obtenir des décentrages contrôlés de la broche (1). Toujours selon l'invention, au lieu d'entraîner la broche en rotation par l'extérieur du boitier, on prévoit des moyens électriques internes, sous la forme d'un sta- tor (6) intégré au fourreau (2), dont la broche (1) cons- titue le rotor. Par ailleurs, la table (T), ou ce qui revient au mê- me le boitier (3), sont sustentés l'un par rapport à l'autre, sans frottement, par un champ magnétique généré de manière naturelle ou artificielle par un aimant plan (7) repoussant un autre aimant plan (8), naturel ou in- duit, disposé en vis-à-vis sur le boitier (3). Le mode d'exécution selon la figure 3 diffère du précédent, en ce que d'une part la broche (1) est soli- daire en rotation du fourreau (2), et d'autre part des moyens électriques internes d'entraînement en rotation sont prévus sous la forme d'un stator (8), qui peut être distinct ou non du moyen (4) de génération magnétique vers le fourreau (2), et dont ce dernier avec la broche constitue le rotor. Selon ce mode d'exécution, le fourreau (2) et le siège (3a) fonctionnent à la manière d'un moteur élec- trique à palier magnétique, étant entendu que le fourreau est bloqué en position angulaire par un réglage approprié et différencié du champ magnétique généré par le moyen (4), de part et d'autre de la broche (2). -7- REVENDICATIONS 1/ Dispositif porte-outil pour machine d'usinage, solidaire d'une table (T) mobile dans un plan (P) selon au moins une direction, comportant une broche porte- outil, un moyen de guidage et d'orientation angulaire de la broche par rapport au plan (P), constitué par un four- reau avec une portée inférieure de sphéricité convexe et un boitier avec un siège de sphéricité concave complémen- taire, le fourreau pouvant être successivement bloqué et débloqué par rapport au boitier, des moyens étant prévus pour sustenter sans frottement le fourreau par rapport au boitier, caractérisé en ce que des moyens de génération d'un champ magnétique, repoussant ou attirant la portée du fourreau, sont associés au siège du boitier. 2/ Dispositif selon la revendication 1, la broche étant libre en rotation par rapport au fourreau, caracté- risé en ce que des moyens électriques internes d'entrai- nement en rotation sont prévus, sous la forme d'un stator intégré au fourreau, dont la broche constitue le rotor. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que d'une part, la broche est solidaire en rotation du fourreau, et d'autre part des moyens électriques in- ternes d'entraînement en rotation sont prévus sous la forme d'un stator, distinct ou non du moyen de génération du champ magnétique, dont le fourreau associé à la broche constitue le rotor. 4/ Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que la table (T) est sustentée par rapport au plan (P), par champ magnétique.