Brevet FR2633537A1 — publié le 19900105

Dispositif d'alésage comportant au moins une tête d'alésage rotative munie d'un porte-outil réglable de facon précise par rapport à l'axe de rotation L'invention concerne un dispositif d'alésage ser- vant à usiner des alésages longs possédant un faible dia- mètre, moyennant l'utilisation d'une tête d'alésage qui peut tourner autour de son axe longitudinal et comporte un porte- outil réglable de façon précise transversalement par rapport à l'axe longitudinal de la tête au moyen d'un fluide sous pression. Dans un dispositif d'alésage connu de ce type, le dispositif d'avance pour le porte-outil réglable de façon précise est constitué par deux parties en forme de brides, qui sont réalisées sous la forme d'un système de guidage pa- rallèle et présentent une élasticité perpendiculairement à l'axe de rotation et entre lesquelles des corps d'extension, pouvant être chargés par un fluide, sont disposés symétrique- ment par rapport à l'axe de rotation; voir le brevet allemand 34 601. En dépit de la forme de réalisation avantageuse de tels dispositifs d'alésage, qui permettent un usinage très précis du point de vue des cotes avec des tolérances de fa- brication comprises entre 1/100 et 1/1000 mm, il s'est avéré, cependant, que la précision de ces dispositifs diminue lors- que la solidité de leur porte-outil diminue, comme cela est nécessaire pour la réalisation d'alésages longs possédant des 2 2OD 6335 diamètres relativement faibles. Si l'on doit par exemple for- mer par tournage un alésage d'un diamètre d'environ 12 mm à l'aide du dispositif d'alésage indiqué précédemment et si la broche d'alésage doit se déplacer sur un trajet relativement long à l'intérieur de cet alésage, la broche d'alésage est longue et mince et fléchit, par rapport à sa zone de blocage par serrage, sous l'effet des forces apparaissant lors de l'enlèvement de copeaux. Compte tenu du fait que des porte-outils épais pré- sentent une flexion moins importante que des porte-outils minces sous l'influence des forces de coupe, dirigées vers l'axe de rotation, de l'outil de tournage fixé par serrage dans le porte-outil, l'invention a pour but d'apporter ici une aide basée sur un développement du dispositif d'alésage connu de manière qu'il soit également possible d'usiner des alésages longs possédant un faible diamètre, et ce avec des cotes précises. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait que des unités formant paliers, qui absorbent des forces radiales, sont associées aux deux extrémités du porte-outil. Selon une autre caractéristique de l'invention, à chaque extrémité du porte-outil est associée une tête d'alésage et que les deux têtes d'alésage peuvent avancer si- multanément et sous l'effet du même fluide sous pression, sur des courses identiques, de sorte que les deux extrémités du porte-outil tournent en synchronisme et en phase du point de vue de leur direction d'avance. Selon une autre caractéristique de l'invention, les première et seconde têtes d'alésage peuvent être réglées par voie fluidique et les deux têtes d'alésage peuvent être chargées par la même pression de réglage. Selon une autre caractéristique de l'invention, le porte-ou- til est monté de manière à pouvoir pivoter par rapport à la tête d'alésage perpendiculairement à l'axe d'alésage (palier élastique) et l'extrémité opposée du porte-outil est sup- portée au moyen d'un palier rotatif à rotule, dont l'axe est aligné avec l'axe de rotation de la tête d'alésage. Selon une autre caractéristique de l'invention, le palier élastique comporte une membrane en forme de disque, qui est serrée le long de son bord extérieur dans un carter du palier et porte en son centre, sur son côté tourné à l'opposé de la zone de serrage, les moyens servant à recevoir le porte-outil. Selon une autre caractéristique de l'invention, la partie (plaque de serrage de l'outil), qui loge une extrémité du porte-outil, de la tête d'alésage est agencée sous la forme d'une équerre et est articulée, au moyen d'une articu- lation, sur l'extrémité d'un ressort en forme de lame flexible très rigide, fixé sur la base de la tête d'alésage, et l'extrémité opposée de cette branche de la partie en forme d'équerre est guidée selon une liaison par formes com- plémentaires et de force (guidage par came) en vue de l'obtention d'une déviation définie, à l'encontre de l'action d'un fluide sous pression réalisant un réglage précis. Selon une autre caractéristique de l'invention, la partie qui loge une extrémité du porte-outil est pourvue d'un galet, qui peut rouler sur une came de forme sensiblement circulaire, dont le centre coïncide avec le centre du palier pivotant associé à l'extrémité opposée du porte-outil. Selon une autre caractéristique de l'invention, le palier pivotant à rotule comporte un tourillon de forme sphé- rique, dont le côté tourné vers le palier comporte un cône de centrage. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est prévu un élément basculant, qui remplace la came et le galet et qui d'une part est articulé au centre du galet et d'autre part est tourillonné au niveau du point d'intersection de la base de la tête d'alésage et d'une droite passant par le centre du galet et le centre du palier 263353? rotatif. En raison du montage conforme à l'invention du porte-outil mince au niveau de ses deux extrémités et de la possibilité de déplacement synchrone dans les deux paliers, la mince broche d'alésage peut moins se déformer qu'auparavant lors de l'usinage d'alésages possédant un faible diamètre, même dans le cas de courses de réglage rela- tivement longues par rapport à ses zones de fixation par ser- rage. Le dispositif d'alésage est particulièrement simple en raison de l'utilisation d'une seconde tête d'alésage iden- tique à la première tête d'alésage et accouplée rigidement à cette dernière par l'intermédiaire du porte-outil. Les deux têtes d'alésage constituant les paliers de support sont dé- placées de ce fait en synchronisme et en outre sont chargées par la même pression de réglage de sorte qu'un guidage pré- cis, du point de vue des cotes, du porte-outil est garanti, d'une manière simple, sur toute la course de réglage et que les deux extrémités du porte-outil tournent en synchronisme et en phase du point de vue de leur direction d'avance. Si le porte-outil est monté en étant articulé non pas au niveau de la seconde tête d'alésage, mais au niveau de la première tête d'alésage et est guidé, sur le côté opposé, dans un palier à axe centré, le porteoutil se déplace alors, en fonction de la pression de réglage existant sur la tête d'alésage, sur la surface enveloppe d'un cône, dont la pointe est située dans le palier centré sur l'axe et dont la base traverse l'articulation fixée dans la tête d'alésage. La forme de la surface conique traversée par le porte-outil est réglée entre une forme très pointue et une forme moins pointue, en fonction de la déviation de la tête d'alésage. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 montre une première forme de réalisa- 263353?7 tion du dispositif d'alésage conforme à l'invention, compor- tant deux têtes d'alésage tournant en synchronisme; - la figure 2 représente une seconde forme de réa- lisation conforme à l'invention, comportant une seule tête d'alésage rotative; et - la figure 3 représente une troisième forme de réalisation conforme à l'invention, comportant une seule tête d'alésage, mais modifiée. Un bâti Mb, non représenté de façon détaillée, d'une machine d'usinage comporte des blocs de paliers Lb dis- posés rigidement en vis-à-vis l'un de l'autre et servant à supporter en rotation un porte-outil 1 portant un outil de tournage Dm. A cet effet le porte-outil est bloqué par ser- rage, au niveau de ses extrémités réciproquement opposées, dans des têtes d'alésage identiques Bk2 et Bk3, & l'aide de pinces de serrage non représentées. Chaque tête d'alésage est agencée de manière à être réglable par application d'une pression, les deux têtes d'alésage tournent en synchronisme autour du même axe et sont chargées, pendant le fonctionnement, par la même pression fluidique de réglage, de sorte que l'on obtient des avances radiales, situées dans le même plan, pour les deux têtes d'alésage. A cet effet, chaque tête d'alésage possède une plaque frontale 2 ou 3 de serrage de l'outil, qui est reliée respectivement, selon une articulation à ressorts parallèles à la base 6 ou 7 de la tête d'alésage, respectivement au moyen d'un couple de ressorts parallèles 4 ou 5. En modifiant la pression de réglage, qui agit par l'intermédiaire de res- sorts tubulaires ou de pistons 8 ou 9 disposés entre la base de la tête d'alésage et la plaque de serrage de l'outil, le porte-outil se déplace, par conséquent, parallèlement à lui- même sur une distance correspondant à la variation de pres- sion. Une source réglable et commandable St de fluide 6 -26)3537 sous pression délivre le fluide sous pression, qui est néces- saire pour l'établissement de la pression fluidique de ré- glage et est envoyé, par l'intermédiaire de canalisations de pression 10 et 11 ainsi que de presse-étoupes rotatifs 12 et 13, aux têtes d'alésage Bk2 et Bk3. Ce synchronisme et la direction d'avance identique sont réalisés, dans l'exemple de réalisation représenté, par un mécanisme de transmission particulier Gt; cependant, ce dernier peut être également constitué par le porte-outil lui- même, qui est alors sollicité en torsion. Dans le cas de la forme de réalisation de la figure 2, un bâti MB de la machine, comportant des blocs de paliers rigides Lb, ainsi que la source St du fluide sous pression, représentée schématiquement, sont également présentés. Contrairement à la première forme de réalisation, une seule tête d'alésage rotative Bk2 est prévue et le porte- outil 21, qui porte l'outil de tournage Dm, est relié de fa- çon amovible, mais rigidement, à la tête d'alésage par l'intermédiaire d'un palier élastique EL, tandis que l'extrémité opposée du porte-outil 21 comporte un palier pi- votant en forme d'articulation à rotule 26. Le palier élas- tique EL est constitué, dans l'exemple de réalisation repré- senté, par une membrane en forme de disque 24, enserrée le long de ce son bord extérieur dans un carter de palier 23 et comportant en son centre, sur le côté tourné à l'opposé de la zone de serrage, les moyens, non représentés ici, de logement pour le porte-outil 21. Le palier pivotant 26 est monté de manière à être solidaire du bâti de la machine dans le bloc de palier Lb et possède un tourillon 27 de forme sphérique, qui possède une forme conique au niveau de son extrémité 28 tournée vers le palier afin que, lors de l'introduction du porte-outil dans l'alésage devant être usiné, le porte-outil soit centré sur le centre du trou du palier. Comme dans le cas du premier exemple de réalisa- 2633F37 tion, ici également le dispositif est agencé de manière que les axes du palier pivotant 26 et du palier EL soient alignés l'un sur l'autre. Ici également, la tête d'alésage Bk2 pos- sède une plaque 2 de serrage de l'outil et une base 6, qui sont reliées élastiquement entre elles par l'intermédiaire d'un couple de ressorts parallèles 4. De même, le fluide sous pression, délivré par la source St de fluide sous pression est envoyé, par l'intermédiaire de la canalisation 10 et du presse-étoupe rotatif 12, aux ressorts tubulaires 8 installés dans la tête d'alésage. Si la plaque 2 de serrage de l'outil de la tête d'alésage n'est pas déviée par rapport à la base 6 de cette tête, par exemple pour la pression'de réglage "0", l'outil de tournage Dm décrit le diamètre minimal possible pour l'alésage devant être usiné, étant donné que, conformément aux spécifications, l'axe de la membrane 24 coïncide avec l'axe d'usinage. Au contraire, si la tête d'alésage est dé- viée, l'axe du porte-outil 21 se déplace, lors de la rotation du dispositif d'alésage, sur une enveloppe conique, dont la pointe est située dans le palier pivotant 26 et dont la base est située au centre de la membrane 24 qui se déforme élasti- quement, la valeur de l'angle au sommet du cône dépendant de la hauteur de la pression de réglage. L'articulation formée par la membrane élastique, du palier élastique EL doit être réalisée de manière à être aussi rigide que possible, afin que lors du déplacement de la tête d'alésage Bk2, le porte- outil 21 trouvre sans difficulté le perçage de son palier. L'agencement doit être conçu de manière que, dans le cas d'une déviation maximale du porte-outil 21, la membrane soit déformée juste suffisamment pour que les contraintes du maté- riau, qui apparaissent en elle, restent dans le domaine élas- tique. En se référant à la figure 3, on va décrire mainte- nant un troisième exemple de réalisation du dispositif d'alésage, dans lequel il est également prévu une seule tête 263353! d'alésage rotative Bk4, dans laquelle une extrémité du porte- outil 31 est bloquée de façon fixe par serrage, tandis qu'à l'autre extrémité du porte-outil 31 est associé un palier pi- votant 26 correspondant à la forme de réalisation de la fi- gure 2 et pour le centrage duquel il est prévu un fraisage 29 dans le bloc de palier Lb. Les mêmes composants sont ici également désignés par les mêmes chiffres de référence, comme dans le cas -des exemples de réalisation déjà décrits des figures i et 2. La tête d'alésage Bk4 possède ici une plaque 32 de serrage de l'outil, qui possède la forme d'une équerre et est articulée, par une extrémité d'une branche de cette équerre, au moyen d'une articulation 36 à ressorts croisés, à l'extrémité d'un ressort en forme de lame flexible très ri- gide 37, qui est fixé par son extrémité opposé, à la base 33 de la tête d'alésage. Les ressorts tubulaires 8 chargés par un fluide agissent ici sur l'autre branche de la plaque de serrage de l'outil 32 en forme d'équerre, qui prend appui, au moyen d'un galet 38 monté rotatif sur cette plaque, contre une came 39 qui est solidaire de la base 35 de la tête d'alésage. Cette came possède approximativement la forme d'un cercle, dont le centre x est situé dans la partie conique du tourillon 26, qui est associé au palier pivotant 26 de l'extrémité éloignée de la tête d'alésage, du porte-outil 31. Ici également l'agencement est tel que les axes de rotation de la tête d'alésage Bk4 et du palier pivotant sont confon- dus. Si l'on accroît la pression de réglage dans les ressorts tubulaires 8, la plaque 32 de serrage de l'outil, en forme d'équerre, pivote en sens inverse des aiguilles d'une montre jusqu'à ce que le galet 38 s'applique contre la came 39 formant surface de roulement. En fonction de l'intensité de la pression de réglage, le ressort en forme de lame flexible rigide 37 fléchit ensuite plus ou moins fortement dans le sens des aiguilles d'une montre et ce jusqu'à ce que 9 2633537 les forces de flexion soient égales aux forces qui sont pro- duites par la pression de réglage. La forme décrite de méca- nisme de transmission garantit de façon approximative que, pour de faibles déviations, le côté de serrage, à droite sur la figure 3, du porte-outil 31 recoupe toujours au même em- placement l'axe d'usinage de l'alésage traversant devant être usiné. Si la pression de réglage varie par exemple de la va- leur "0" à une valeur maximale, le porte-outil 31 se déplace -de la même manière que dans l'exemple de réalisation de la figure 2. Si, pour la pression de réglage "0", l'axe du porte-outil est par exemple confondu avec l'axe d'usinage, dans le cas de l'application de la pression maximale de ré- glage, l'axe du porte-outil se déplace sur une enveloppe co- nique, dont la pointe est située au niveau du palier pivotant de droite 26 du porte-outil et dont la base est située sur la plaque 32 de serrage de l'outil, en forme d'équerre. La came 39 et le galet 38 peuvent être également remplacé, de façon approchée, par un élément basculant (bascule), qui d'une part est monté de manière à être articulé au centre du galet 10 et d'autre part est situé au point d'intersection de la base 32 de la tête d'alésage avec une droite passant par le centre du galet 38 et le centre X du palier pivotant 26. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alésage servant à usiner des alé- sages longs possédant un faible diamètre, moyennant l'utilisation d'une tête d'alésage qui peut tourner autour de son axe longitudinal et comporte un porte-outil réglable de façon précise transversalement par rapport à l'axe lon- gitudinal de la tête à l'aide d'un fluide sous pression, ca- ractérisé par le fait que des unités formant paliers (Bk2, Bk3;Bk2,26,Bk4, 26), qui absorbent des forces radiales, sont associées aux deux extrémités du porte-outil (1,21,31). 2. Dispositif d'alésage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'à chaque extrémité du porte-outil (1) est associée une tête d'alésage (Bk2,Bk3) et que les deux têtes d'alésage peuvent avancer simultanément et sous l'effet du même fluide sous pression, sur des courses identiques, de sorte que les deux extrémités du porte-outil (1) tournent en synchronisme et en phase du point de vue de leur direction d'avance. 3. Dispositif d'alésage suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que les première et seconde têtes d'alésage (Bk2,Bk3) peuvent être réglées par voie fluidique et que les deux têtes d'alésage peuvent être chargées par la même pression de réglage (St). 4. Dispositif d'alésage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le porte-outil (21) est monté de manière à pouvoir pivoter par rapport à la tête d'alésage (Bk2) perpendiculairement à l'axe d'alésage (palier élastique EL) et que l'extrémité opposée du porte-outil (21) est sup- portée au moyen d'un palier rotatif à rotule (26), dont l'axe est aligné avec l'axe de rotation de la tête d'alésage (Bk2). 5. Dispositif d'alésage suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que le palier élastique (EL) comporte une membrane en forme de disque (24), qui est serrée le long de son bord extérieur dans un carter (23) du palier et porte en son centre, sur son côté tourné à l'opposé de la zone de serrage, les moyens servant à recevoir le porte-outil (21). 6. Dispositif d'alésage suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que la partie (plaque 32 de serrage de l'outil), qui loge une extrémité du porte-outil (31), de la tête d'alésage (Bk4) est agencée sous la forme d'une équerre et est articulée, au moyen d'une articulation (36), sur l'extrémité d'un ressort en forme de lame flexible très rigide (37), fixé sur la base (35) de la tête d'alésage (Bk4), et que l'extrémité opposée de cette branche de la par- tie en forme d'équerre (32) est guidée selon une liaison par formes complémentaires et de force (guidage par came 38/39) en vue de l'obtention d'une déviation définie, à l'encontre de l'action d'un fluide sous pression réalisant un réglage précis. 7. Dispositif d'alésage suivant la revendication 6, caractérisé par le fait qu'à la partie (32) est relié un ga- let (38), qui peut rouler sur une came de forme sensiblement circulaire (39), dont le centre coïncide avec le centre (x) du palier pivotant (26) associé à l'extrémité opposée du porte-outil (31). 8. Dispositif d'alésage suivant les revendications 4 à 7, caractérisé par le fait que le palier pivotant à ro- tule (26) comporte un tourillon de forme sphérique (27), dont le côté tourné vers le palier comporte un cône de centrage (28). 9. Dispositif d'alésage suivant la revendication 7, 12 2633577 caractérisé par une bascule, qui remplace la came (39) et le galet (38) et qui d'une part est articulée au centre du galet (38) et d'autre part est tourillonnée au niveau du point d'intersection de la base (32) de la tête d'alésage et d'une droite passant par le centre du galet (38) et le centre (X) du palier rotatif (26).