Brevet FR2618712A1 — publié le 19890203

La présente invention concerne l'usinage des métaux et a notamment pour objet un dispositif pour l'usinage des surfaces cylindriques par coupe et déformation. Le dispositif proposé peut être utilisé dans toutes les branches des constructions mécaniques, pour l'usinage des surfaces cylindriques externes et internes des pièces dont la surface doit être usinée avec une précision et une qualité relativement élevées. On connaît des dispositifs combinés pour l'usinage combiné par coupe et déformation plastique superficielle de surfaces cylindriques internes par un ensemble "flottant" à deux outils de coupe et par une tête de déformation pla- nétaire à plusieurs molettes. Ces dispositifs permettent d'usiner les surfaces cylindriques d'une pièce avec des caractéristiques relativement élevées de précision et de qualité de l'usinage, uniquement en utilisant des ébauches relativement précises quand les écarts tolérables de la surépaisseur imposée ne dépassent pas 0,1 à 0,15 mm ("Hegenshaidt", RFA, Machine-outils-86). Pour utiliser ces dispositifs combinés connus, il est indispensable d'usiner au préalable la surface cylindrique extérieure d'une pièce, ce qui complique le processus tech- nologique et le rend plus difficile car il nécessite une - main d'oeuvre importante. On connaît également un dispositif pour l'usinage des surfaces cylindriques externes par coupe et déformation, dans le corps duquel sont disposés successivement une tête avec des molettes de déformation et un porte-outil. Le porte- outil est monté dans le corps avec la possibilité de se déplacer ("flotter") dans un plan perpendiculaire à la direc- tion de l'avance longitudinale. Un trou est pratiqué dans le porte-outil pour le passage d'une pièce à usiner et une paire d'outils de coupe, disposés dans un plan de manière que leurs sommets soient orientés en opposition par rapport à la sur- face cylindrique à usiner d'une pièce, est également logée dans ledit porte-outil. (US, A, 4393675). Le dispositif décrit ci-dessus permet de réaliser l'usinage de la surface cylindrique externe d'une pièce avec un rendement relativement élevé grâce à une rigidité relativement élevée du porte-outil. Toutefois, les surfaces cylindriques des pièces des machines usinées à l'aide de ce dispositif sont caractérisées par l'état ondulé de la surface usinée. Cet état ondulé n'est pas admissible en cas d'usi- nage de surfaces cylindriques de pièces qui doivent satis- faire à des exigences sévères en ce qui concerne la préci- sion et la qualité de la surface. L'état ondulé est dû à la valeur variable de la sur- épaisseur enlevée par les outils de coupe disposés en opposition, qui est engendrée à la variation de la position de l'axe de rotation d'un article à usiner ainsi, par suite de l'accroissement des forces de frottement et de l'inertie qui empêchent le porte-outil de se déplacer radialement ("flotter"). Dans certains cas, après usinage par coupe, la pièce à usiner, par exemple, un arbre, est constituée de tronçons cylindriques d'un diamètre identique, d'une forme correcte mais avec des axes décalés les uns par rapport aux autres de la symétrie. Pendant la déformation plastique superficielle de tels tronçons par les molettes de déformation les éléments deformants aplanis- sent les microrugosités de surface, reproduisent les défauts et augmentent l'état ondulé sous l'effet des phénomènes de la résonance engendrée pendant que les molettes de déforma- tion passent par chaquetronçon transitoire d'un arbre à usiner. En outre, le mode de réalisation du porte-outil du dispositif connu n'assure pas la stabilité maximale de ce dispositif par rapport à la surface cylindrique à usiner. Par stabilité maximale d'un porte-outil, on entend la posi- tion stable d'un outil de coupe formant la dimension (conventionnellement de l'outil effectuant la coupe de finition) par rapport à l'axe de rotation de la broche de la machine- outil, indépendamment des conditions défavorables engendrées au cours de l'usinage des surfaces cylindriques par coupe et par déformation plastique superficielle. Ces conditions défavorables sont: - la profondeur variable de la coupe, conventionnelle- ment, des outils ébaucheur et finisseur; - la non-linéarité de l'axe d'une ébauche à usiner; - la variation de la position mutuelle de l'axe de la tète de déformation à lunette et de l'axe de rotation de l'article à usiner, et ainsi de suite. On s'est donc proposé de mettre au point un dispositif pour l'usinage des surfaces cylindriques par coupe et défor- mation, dans lequel le porte-outil serait réalisé de manière à lui conférer une stabilité maximale par rapport à la sur- face cylindrique à usiner, c'est-à-dire, à contribuer à l'obtention de la haute qualité stable de l'usinage, l'état ondulé étant totalement supprimé. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un dispo- sitif pour l'usinage des surfaces cylindriques par coupe et déformation, dans le corps duquel sont disposés successive- ment une tête portant au moins deux molettes de déformation et un porteoutil de façon à pouvoir se déplacer dans un plan perpendiculaire à la direction de l'avance logitudinale et o est pratiqué un trou pour le passage d'une pièce à usiner et est fixée une paire principale d'outils de coupe disposés dans un plan et orientés par leurs sommets l'un vers l'autre en opposition par rapport à la surface cylin- drique à usiner, caractérisé, selon l'invention, en ce que, dans le porte-outil, est montée au moins une paire supplé- mentaire d'outils de coupe disposés en opposition par rapport à la surface cylindrique à usiner et dans le même plan que les molettes de déformation disposées, par rapport aux outils de coupe de la paire supplémentaire, à une distance qui n'est pas un multiple de la distance entre la paire principale et 26 18712 la paire supplémentaire d'outils de coupe qui est de 0,1 à 1,5 fois la valeur de la dimension de réglage des outils de coupe de la paire supplémentaire et, en ce que le sommet d'un outil de coupe est décalé par rapport au sommet de l'autre de la paire supplémentaire susmentionnée, d'une valeur du rayon de l'arrondissement des arêtes tranchantes de cette paire supplémentaire d'outils de coupe. Le dispositif pour l'usinage des surfaces cylindriques par coupe et déformation réalisé selon l'invention permet d'augmenter la stabilité du porte-outil par rapport à la surface cylindrique à usiner, d'assurer une qualité relati- vement élevée de la surface cylindrique, l'état ondulé étant totalement supprimé. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative d'un mode de réalisa- tion-donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec référence au dessin annexé dans lequel est représenté un dispositif pour l'usinage des surfaces cylindriques par coupe et déformation, comportant deux paires supplémentaires d'outils dans un porte-outil. Le dispositif pour l'usinage des surfaces cylindriques - par coupe et déformation comporte un corps 1 avec des guida- ges 2. Un porte-outil 3, dans lequel est pratiqué un trou pour le passage d'une pièce à usiner 4, est monté dans les guidages 2 de façon qu'il puisse se déplacer dans un plan perpendiculaire à l'avance S. Le dispositif comporte une tête 5 portant au moins deux molettes de déformation 6 et disposée dans le même corps 1 que le porte-outil 3 "flottant", en aval de celui-ci suivant l'avance longitudinale S. La paire principale d'outils de coupe 7, 8 pour l'ébau- che de la pièce 4 et deux paires supplémentaires d'outils 9, et 11, 12 pour la finition de la pièce 4, sont montées dans le porte-outil 3. Les outils de coupe 9, 10 et 11, 12 des paires supplémentaires sont montés successivement l'un derrière l'autre, dans un plan, avec les outils de coupe 7, 8 de la paire principale entre ces derniers et les molettes de déformation 6, disposées elles aussi dans ce plan. Les sommets des outils de coupe 7, 8 et 9, 10 et 11, 12 de la paire principale et des paires supplémentaires sont montés respectivement en opposition par rapport à la surface de la pièce 4. La distance 1 entre des paires voisines d'outils de coupe 7, 8 et 9, 10 doit être choisie de manière qu'elle fasse 0,1 à 1,5 fois la valeur de la dimension de réglage des outils finisseurs 11, 12 qui forment la dimension, de la dernière paire supplémentaire. Quoique les hommes de l'art connaissent bien le terme "dimension de réglage" on va l'expliquer. On entend, dans ce cas, par ce terme, la distance entre les sommets des arêtes tranchantes des ou- tils 11, 12 de la dernière paire supplémentaire, qui est égale au diamètre d d'une pièce 4 usinée définitivement. Les limites de la valeur de la dimension de réglage des outils 11, 12 sont optimales et déterminées par voie expé- rimentale. En augmentant la distance.1 jusqu'à 1,5 de la valeur de la dimension de réglage, on augmente la stabilité du porte-outil 3. A son tour, en augmentant la valeur Jl' on agmente la portée des outils de coupe 7, 8 de la paire prin- cipale à partir de la surface d'appui 13 du porte-outil 3 et cela influe d'une manière défavorable sur la stabilité. En introduisant des paires supplémentaires d'outils, on assure la création de points supplémentaires d'appui du porte-outil 3 avec la pièce à usiner 4,grâce auxquels il prend une posi- tion stable par rapport à la surface cylindrique à usiner. En conséquence, les positions de l'axe de rotation de la pièce à usiner 4 par rapport au porte-outil 3 ne changent pas. La distance J2 entre le plan passant par le sommet de l'outil de coupe 12 de la dernière paire supplémentaire et le plan "B" passant par le tronçon de travail de la molette de déformation 6 de la tête 5 n'est pas multiple de la distance \1' ce qui est nécessaire à la suppression du phénomène de l'augmentation de l'état ondulé sur la surface cylindrique-usinée, engendré pendant que les parties de travail des molettes de déformation 6 passent par les par- ties défectueuses de la surface de la pièce 4 après l'usi- nage par outils de coupe. Le sommet de l'outil de coupe 12 de la dernière paire supplémentaire est décalé par rapport au sommet de l'outil de coupe Il de la même paire, dans la direction de l'avance longitudinale S, d'une valeur "A" qui ne dépasse pas la valeur du rayon R de l'arrondissement des arêtes tranchantes des outils de coupe 11, 12 de cette paire sup- plémentaire. Ce décalage assure le rappel du dispositif, après l'usinage, à la position de départ, sans endommager la surface de la pièce usinée définitivement 4. Le dispositif réalisé selon l'invention fonctionne de la manière suivante. Le dispositif pour l'usinage des surfaces cylindriques par coupe et déformation se trouve en position droite de départ par rapport à la broche (non représentée sur le dessin) d'un tour universel, de manière que les outils de coupe 7, 8 de la paire principale et les outils 9, 10 et 11, 12 des paires supplémentaires ainsi que les molettes de déformation 6 de la tête 5 se trouvent sur un arbre de gui- dage 14 qui sert de base et à la fixation de la pièce à usiner 4, par exemple, une tige d'un vérin hydraulique, avec un diamètre D de l'ébauche. Le diamètre d1 de l'arbre de guidage 14 est toujours inférieur à la dimension de réglage d des outils de coupe 11, 12 de la dernière paire supplémentaire. On serre la pièce à usiner 4 entre les poin- tes (non représentées), on amène le liquide de lubrification et de refroidissement, on met la broche en action pour com- muniquer la rotation à la pièce à usiner 4, ainsi que le chariot porte-outil (non représenté) pour l'avance longitu- dinale S du dispositif par rapport à la pièce à usiner 4. Tout d'abord, les outils de coupe 7, 8 de la paire principale entrent en action et effectuent l'usinage ébaucheur de la pièce 4 en enlevant la surépaisseur t pendant que les outils de coupe 9, 10, et 11, 12 des paires supplémentaires passent suivant l'arbre de guidage 14. Ensuite, les outils de coupe 9, 10 de la paire supplémen- taire,entrent en action en enlevant la surépaisseur t2 et ensuite les outils 11, 12 de la dernière paire supplémen- taire qui n'enlèvent que des microrugosités t3 sur la sur- face de la pièce à usiner 4 qui n'ont pas été enlevées par les outils de coupe 9, 10 de la paire supplémentaire, entrent eux aussi en action. La déformation plastique superficielle de la pièce 4 se fait par les molettes de déformation 6 selon une manière connu. Le travail du dispositif se termine au moment o les molettes de déformation 6 quittent la pièce à usiner 4, la commande du chariot porte-outil entre en action, la rota- tion de la broche s'arrête et l'arrivée du liquide de lubrification et de refroidissement s'interrompt. Le dispositif est rappelé à la vitesse accélérée à la position droite de départ, on débloque la pièce 4 des pointes et on la dépose du tour universel. Des essais industriels des modèles expérimentaux du dispositif pour l'usinage des surfaces cylindriques par coupe et déformation, réalisés selon la présente invention, ont montré, pendant l'usinage de pistons des vérins hydrau- liques ayant = 80, h = 7, Rt ce qui a permis de réduire, en comparaison avec l'antério- rité la plus proche, la main d'oeuvre à la fabrication, en moyenne,de 23% et d'augmenter le rendement de 1,4 fois, grâce à l'utilisation des ébauches laminées à chaud au lieu des ébauches tréfilées à froid et grâce à la suppression du tournage de finition età l'augmentation de l'avance de travail jusqu'à 2,7 mm/tour au lieu de 1,8 mm/tour pour l'antériorité la plus proche. REVENDICATION Dispositif pour l'usinage de surfaces cylindriques par coupe et déformation, dans le corps duquel sont dis- posés successivement une tête portant au moins deux molettes de déformation et un porte-outil de coupe de façon à pouvoir se déplacer dans un plan perpendiculaire à la direction de l'avance longitudinale,o est pratiqué un trou pour le passage d'une pièce à usiner et est fixée une paire principale d'outils de coupe disposés dans un plan et orientés par leurs sommets en opposition par rap- port à la surface cylindrique à usiner, caractérisé en ce qu'est montée dans le porte-outil (3), au moins une paire supplémentaire d'outils de coupe (11, 12), disposés en opposition l'un par rapport à l'autre et par rapport à la surface cylindrique à usiner et dans un plan avec les molettes de déformation (6) disposées, par rapport aux outils de coVpe (11, 12) de la paire supplémentaire à une distance, ( 2), qui n'est pas un multiple de la distance (l 1) entre les paires principale et supplémentaire d'outils de coupe (7, 8, 11, 12) qui est de 0,1 à 1,5 fois la valeur de la dimension de réglage des outils de coupe (11, 12) de la paire supplémentaire, et en ce que le som- met d'un outil de coupe (11) est décalé par rapport au som- met d'un autre outil de coupe (12) de ladite paire supplé- mentaire d'une valeur (A) qui ne dépasse pas la valeur du rayon (R) de l'arrondissement des arêtes tranchantes de cette paire supplémentaire d'outils de coupe (11, 12).