Brevet FR2624416A1 — publié le 19890616

La présente invention concerne le domaine de la fabrication d'outils de coupe et a notamment pour objet des fraises à reproduire. la fraise à reproduire selon l'invention trouvera son emploi à la fabrication d'articlesayant un profil complexe à partir d'aciers et d'alliages, par exemple, de moules, à l'ébauchage et ou à l'usinage de précision sur des machines-outils faisant partie d'un groupe de fraiseuses équipées d'une commande programmée numérique, ou des machines à copier du genre fraiseuse ou des machi- nes à copier du genre fraiseuse ou des machines à pointer à commande programmée numérique dans l'industrie aéronau- tique, navale, dans la construction des machines-outils et dans les constructions mécaniques. On connaît une fraise à reproduire pourvue de deux lames de coupe en alliage dur (US, A, 4525110). Un loge- ment est formé sur la tête sphérique du corps par deux surfaces d'appui pour le montage des lames de coupe, dont les arêtes tranchantes sont disposées dans le plan de la section axiale du corps. les lames de coupe sont en forme de parallélogramme dont les cotés courts sont remplacés par des arcs de cercle. Les arêtes tranchantes de ces lames sont constituées par un tronçon courbé suivant un rayon et un tronçon droit. Chacune de ces lames a deux trous débouchants disposés suivant la diagonale, à l'aide desquels elles sont fixées dans les logements de la tête par une vis. La tête sphérique de cette forme est carac- térisée par une robustesse et une rigidité médiocres, car les logements de cette forme pour les lames ont des dimen- sions notables. Ce mode de disposition de deux lames ne donne pas une rigidité suffisante de leur fixation, ce qui supprime la possibilité d'utiliser ces fraises pour l'usinage de métaux à de grandes profondeurs de coupe. La fabrication de ces fraises est compliquée et elles ne sont pas fiables en utilisation. On connaît une fraise à reproduire à tête sphérique (US, A, 4252480) dans laquelle sont prévus des logements pour la fixation mécanique des lames de coupe à travers des trous à l'aide de tringles obliques, par une vis. Chacune de ces lames est en forme de triangle convexe à arêtes tranchantes courbées suivant un rayon. Les surfaces antérieures des lames de coupe sont disposées dans le plan de la section axiale de la fraise. L'une de ces lames de coupe est montée de manière que son arête tranchante s'entrecroise avec l'axe de la fraise et l'autre lame de coupe est décalée par rapport à la pre- mière de sorte que, pendant la rotation delafraise, les arêtes tranchantes actives des deux lames décrivent dans l'espace une demi- sphère dont le rayon est égal au rayon de courbure des arêtes tranchantes. La tête sphérique dela fraise décrite est caractéri- sée par de petites valeurs de rigidité et de robustesse, résultant de la forme des logements de ces lames de coupe (pour pratiquer ces logements dans la tête, on enlève 50% de métal). Cette fraise ne peut être utilisée pour l'usinage des articles aux régimes intensifs de coupe du fait que les arêtes tranchantes des deux lames forment, pendant la rotation de la fraise, un seul profil de la tête sphéri- que. La fixation des lames dans les logements à l'aide des tringles obliques n'assure pas une fiabilité désirée suf- fisante à l'utilisation des fraises. L'affûtage de ces lames de coupe est compliqué et sa fabrication nécessite une grande main d'oeuvre. On connaît une fraise en bout à tête sphérique (Fr, A, 2433998) pour l'usinage des rainures de précision. Une rainure longitudinale ouverte de la face est prati- quée sur la tête sphérique dans la section axiale de la fraise. Dans cette rainure sont montées deux lames de coupe en forme de cônes tronqués ayant des arêtes tran- chantes courbées suivant un rayon. Les lames ont des 2 6 2 4 4 1 6 méplats qui s'appuient contre la paroi de la rainure, ce qui est nécessaire pour les empêcher de tourner pendant la coupe. Les lames de coupe de chacune des deux lames décrivent, pendant la rotation de la fraise, le profil total de la tête sphérique. Les lames de coupe sont fixées dans la rainure à l'aide d'une vis à travers les trous centraux pratiqués dans celles-ci. Le positionnement des lames dans le trou et leur fixation ultérieure par le serrage de la tête sphérique n'assure pas une fixation précise ou une bonne fiabilité de la fixation par suite d'un contact insuffisant de ces lames avec les parois de la rainure. La tête sphérique est caractérisée par de petites valeurs de rigidité et de robustesse à la suite de la forme de la rainure qui dépend de la forme des lames. Pour cette raison, on ne' peut utiliser cette fraise que pour enlever de petites surépaisseurs. On s'est donc proposé-de mettre au point une fraise à reproduire dans laquelle la fixation mécanique des lames de coupe à arête tranchante dans leurs rainures, leur dis- position réciproque et leur orientation par rapport au plan de la section axiale de la fraise permettraient d'élever les caractéristiques de rigidité et de robustesse de la tête sphérique, en assurant en même temps une haute fiabilité dans les conditions de leur fonctionnement aux régimes intensifs de coupe. Le problème ainsi posé est résolu-à l'aide d'une fraise à reproduire comportant un corps cylindrique avec une tête sphérique dans laquelle sont fixées des lames ayant des arêtes tranchantes disposées essentiellement dans le plan de la section axiale de la fraise, caracté- risée en ce que chacune des lames est fixée dans sa rai- nure pratiquée de façon que la projection de l'axe longi- tudinal de chacune des rainures sur le plan de la section axiale de la fraise et l'axe longitudinal de la fraise forment un angle aigu et en ce que le point d'intersec- tion de l'axe longitudinal de chacune des rainures avec ledit plan se trouve dans la zone du point d'intersection de l'axe longitudinal de la fraise avec la surface sphé- rique de la tête. A la différence des conceptions connues des fraises avec la fixation mécanique des lames de coupe, la rigi- dité et la robustesse de la tête sphérique dans laquelle sont-réalisées les rainures, selon ce mode, augmentent vers la partie centrale du corps. Les caractéristiques ne sont pas inférieures à celles des fraises pourvues des lames de coupe brasées. Ceci permet d'augmenter la profon- deur de coupe à l'usinage des articles et d'accélérer simultanément l'avance et la vitesse de coupe. De plus, la rigidité accrue de la tête sphérique assure l'élévation de la tenue des lames à arêtes tranchantes en diminuant respectivement le coût des articles à usiner. Les rainures de la tête sphérique de la fraise assurent la fixation précise et fiable des lames à arêtes tranchantes, et leur remplacement aisé. La tête sphérique avec ces rainures offre une possibilité de la fabriquer d'une manière facile sur des rectifieuses et d'assurer une haute précision et une fiabilité élevées à son fonctionnement. Le battement des arêtes tranchantes des lames de la fraise revendiquée est de 0,04 mm et l'écart de la sphère est de 0,07 mm, au plus. Pour assurer la fixation sûre des lames dans les rainures et conserver, en même temps, les caractéristiques élevées de rigidité et de résistance de la tête sphérique, il est désirable que l'angle aigu se trouve dans les limi- tes de 20 à 400. Pour augmenter la tenue de la fraise et améliorer, en même temps, les conditions de son fonctionnement, il est avantageux de pratiquer, sur la tête sphérique, au moins trois rainures et de réaliser l'arête tranchante de chacune de trois lames en forme de corps qui décrit, pen- dant la rotation de la fraise, une sphère, dont le rayon est égal au rayon de la courbure de cette arête tran- chante. Il est avantageux que chacune des lames à arête tranchante soit réalisée en forme d'un segment de disque. Les lames de cette forme assurent lorsqu'elles sont assem- blées,une haute précision, une bonne tenue et la main d'oeuvre minimale pour leur affûtage sur des rectifieuses cylindriques. Si l'on a besoin de fabriquer des fraises d'un petit diamètre et de maintenir, en même temps, leurs rigidité et tenue, on propose des lames en forme de segment de disque sur lequel on a prévu, à l'extrémité la plus voisine du plan de la section axiale de la fraise, un secteur disposé à un angle, par rapport à la base du segment de disque, le secteur plan d'au moins l'une des lames devant être disposé dans le plan de la section axiale de la fraise. En cas d'utilisation de la fraise pour la fabrication de pièces ayant des cavités de grande profondeur, il est avantageux que la lame soit d'une forme triangulaire dont l'arête tranchante est formée par la jonction des secteurs courbé et droit. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celles-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation de la fraise à reproduire donné uni- quement à titre d'exemple non limitatif avec référence aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure 1 représente, d'une manière schématique, une fraise à reproduire avec des lames en forme de segment en vue de face avec un arrachement partiel; - les figures 2 et 3 représentent un mode de réa- lisation d'une tête sphérique, vue de face, avec une coupe partielle; - la figure 4 représente la même fraise identique à celle représentée sur la figure 1, en vue-d'en haut. 2 6 2 4 4 1 6 la fraise à reproduire comporte un corps cylindrique 1 (figure 1) avec une tête sphérique 2 et une queue coni- que 3. Des rainures 4, au moins au nombre de trois, sont pratiquées dans la tête sphérique 2, destinées, chacune, à la fixation d'une lame interchangeable réaffûtable 5, 6, 7 (figures 1, 2, 3) ayant une arête tranchante. Les lames 5, 6, 7 peuvent être fabriquées en un acier rapide ou un alliage dur. Une rainure 8 est prati- quée dans chacune des lames 5, 6, 7 du côté orienté vers le fond de la rainure 4. Suivant cette rainure 8, la lame est bloquée par une cheville 9 dans la rainure 4, pour supprimer son déplacement longitudinal et assurer la dispo- sition de l'arête tranchante des lames 5, 6, 7 dans le plan de la section axiale de la fraise. Les lames 5, 6, 7 sont bloquées dans les rainures 4 par une cale 10 (figure 1) et une vis 11 (figure 4). La sur- face plane intérieure de la cale 10 vient alors en contact avec chacune des lames 5, 6, 7 (figures 1, 2, 3) alors que la surface extérieure est réalisée suivant une forme curviligne correspondant à celle de la tête sphérique 2. Cette fixation fiable et simple des lames 5, 6, 7 à arête tranchante est obtenue grâce à la variante de réalisation revendiquée des rainu- res 4 d'une forme déterminée et à leur disposition corres- pondante sur la surface sphérique 2. Chacune des rainures 4 est réalisée de manière que la projection de son axe longitudinal 12 sur le plan de la section axiale de la fraise et l'axe longitudinal 13 de la fraise formant un angle aigu qui est compris entre 20 et 40 et que le point d'intersection de l'axe longitudinal 12 de chacune des rainures 4 avec ce plan se trouve dans la zone du point d'intersection de l'axe longitudinal 13 de la fraise avec la surface sphérique de la tête 2. Il est nécessaire de choisir la valeur de l'angle en considérant qu'à une valeur de l'angle inférieure à 200, la profondeur de la rainure 4 n'est pas suffisante à la fixation sûre de chacune des lames 5, 6, 7 et qu'à une valeur de l'angle O supérieure à 40 , les caractéristiques de la rigidité et de la robustesse de la tête sphérique 2 diminuent. En réalisant les rainures 4 de la manière indiquée ci-dessus, on offre la possibilité d'enlever un volume minimal de métal. Dans ce cas, la rigidité et la robus- tesse de la tête 2 augmentent brusquement au fur et à mesure de l'éloignement du point d'intersection de l'axe de la fraise 13 avec la surface sphérique de la tête 2 vers la partie cylindrique du corps 1. En fabriquant cette fraise, on depense une main d'oeuvre minimale en assurant en même temps une haute précision de sa fabrication, grace à ce qu'on a obtenu la possibilité de réaliser l'usi- nage de toutes les surfaces de la rainure 4 sur une recti- fieuse. La forme des lames à arêtes tranchantes peut varier en fonction des conditions du travail et des dimen- sions de la fraise. La lame 5 à arête tranchante (figure 1) est réalisée en forme de segment de disque et est fixée dans la rainure 4 dans laquelle le point d'intersection de l'axe longitudinal 12 avec le plan de la section axiale de la fraise est disposé au-dessus du point d'intersection de l'axe 13 de la fraise avec la surface sphérique de la tête 2. Cette variante de réalisation de la tête sphérique 2 assure sa fabrication aisée et l'élévation maximale de la rigidité et de la robustesse. La lame 6 à arête tranchante (figure 2) est réalisée en forme de segment de disque ayant à son extrémité la plus voisine du plan de la section axiale de la fraise, uh secteur plan 14 disposé sous un angle par rapport à la base du segment de disque, le secteur plan 14 d'au moins l'une des lames 6 étant disposé dans le plan de la section axiale de la fraise. Cette lame 6 est fixée dans la rainure 4 dans laquel- le le point d'intersection de l'axe longitudinal 12 avec le plan de la section axiale de la fraise est disposé au- dessous du point d'intersection de l'axe de la fraise 13 avec la surface sphérique de la tête 2. Il est recommandé d'utiliser la variante décrite de réalisation de la tête sphérique 2 pour les fraises d'un petit diamètre, en assurant une fixation fiable des lames de coupe grâce à l'augmentation de la profondeur de la rainure 4, la rigi- dité et la robustesse de la tête 2 étant conservées aux valeurs suffisantes. En réalisant les lames 5, 6 (figures 1, 2) selon les formes décrites ci-dessus, on assure leurs fabrication et affûtage aisés suivant la surface arrière sur une rectifieuse cylindrique. La lame 7 à arête tran- chante (figure 3) est de forme triangulaire, dont l'arête tranchante est formée par la conjugaison des secteurs cour- bés suivant un rayon et rectiligne 15, 16. La lame 7 est fixée dans la rainure 4 dans laquelle le point d'intersection de l'axe longitudinal 12 avec le plan de la section axiale de la fraise est disposé au- dessus du point d'intersection de l'axe 13 de la fraise avec la surface sphérique de la tête 2. Cette lame 7 pos- sède une arête tranchante allongée, c'est pourquoi cette fraise est bien adaptée à l'usinage de pièces à cavités profondes. La fraise est assemblée de la manière suivante. Pour assurer la fixation et la fiabilité de la fixation, on pose chacune des lames 5, 6, 7 en orientant sa rainure 8 vers la cheville 9 disposée dans la rainure 4 de la tête sphérique 2, l'arête tranchante étant alors disposée dans le plan de la section axiale de la fraise. Ensuite, on engage la cale 10 dans la rainure 4 et on visse la vis ll dans la tête. L'une des surfaces intérieures de la cale 10 vient alors en contact avec les lames 5, 6, 7 à arête tranchante et l'autre, avec la paroi de la rainure 4. Tous les éléments de la fraise sont interchangeables et assurent, après leur assemblage, un écart de la sphère de 0, 07 mm au maximum alors que le battement des arêtes tranchantes des lames 5, 6, 7 est de 0,04 mm au plus. On pose la queue conique 3 de la fraise en place et on serre par une broche non représentée à travers un trou taraudé prévu dans la partie conique du corps de la fraise. 2 6 2 4 4 1 6 L'usinage des articles, par exemple des moules, doit être réalisé sur une fraiseuse à commande numérique pro- grammée. La fraise doit être placée par rapport à la sur- face d'une pièce à usiner sous un certain angle. On met en rotation à la vitesse de coupe et on lui communique une avance transversale pendant laquelle elle est déplacée vers le haut et vers le bas suivant un plan incliné alors que les pièces montées sur latable porte-pièce de la ma- chine-outil sont mises en avance circulaire. Le moule comprend des zones dans lesquelles la fraise à reproduire fonctionne en combinant le fraisage de taille, le fraisage transversal et le fraisage suivant une ligne inclinée. L'un des avantages principaux de la fraise résideen ceque l'arête tranchante, au moins de cha- cune de trois lames 5, 6, 7 a une forme qui décrit, pendant la rotation de la fraise, une sphère dont le rayon est égal au rayon de courbure de cette. arête tranchante. Ceci per- met de partager la surépaisseur du métal à enlever pour chaque lame 5, 6, 7 suivant la longueur de l'arête tran- chante, ce qui permet, à son tour, d'assurer le fonction- nement de la fraise sans chocs et protège les arêtes tran- chantes des lames 5, 6, 7 contre un effrittement. A la fabrication d'un moule en acier à outil, aux régimes de coupe suivants: avance de 500 mm/mn, vitesse de rotation de la broche portefraise de 800 t/mn et profondeur de coupe de 22 mm, la tenue d'une fraise de mm de diamètre, réalisée selon l'invention, était de 8 à 12 heures, d'une fraise avec des lames brasées de 4 heures, et de la fraise pourvue des lames de coupe fi- xées mécaniquement selon la conception du US, A, 4252480 de quelques minutes. L'augmentation tellement importante de la tenue de la fraise conforme à l'invention est obtenue grâce à ce que sa rigidité et sa robustesse ne sont pas inférieures à celles des fraises portant des lames de coupe brasées et grâce à la suppression des contraintes intérieures dans les lames de coupe à arêtes tranchantes et à une plus haute qualité de ces dernières. RE V END I CA T I O N S 1. Fraise à reproduire, comportant un corps cylin- drique ayant une tête sphérique dans laquelle sont fixées des lames à arêtes tranchantes disposées essentiellement dans le plan de la section axiale de la fraise, caractérisée en ce que chacune des lames (5, 6, 7) est fixée dans sa rainure (4), pratiquée de façon que la projection de l'axe longitudinal (12) de chacunedes rainures (4) sur le plan de la section axiale de la fraise et l'axe longitudinal (13) de la fraise forment un angle aigu et en c*e que le point d'intersection de l'axe longitudinal (12) de chacune des rainures (4) avec ledit plan se trouve dans la zone du point d'intersection de l'axe longitudinal (13) de la fraise avec la surface sphérique de la tête (2). 2. Fraise à reproduire, selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle aigu se trouve dans les limites de 20 à 400. 3. Fraise à reproduire selon l'une quelconque des revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la tête sphé- rique (2) a au moins trois rainures (4). 4. Fraise à reproduire selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisée en ce que l'arête tran- chante, au moins, de chacune de trois lames (5, 6, 7) a une forme qui décrit, pendant la rotation de la fraise, une sphère dont le rayon est égal au rayon de courbure de cette arête tranchante. 5. Fraise à reproduire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que chacune des lames (5, 6, 7) à arêtes tranchantes est réalisée en forme de segment de disque. 6. Fraise à reproduire selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'un secteur plat (14) est prévu sur l'extrémité la plus voisine du plan de la section axiale de la fraise de chaque segment et est disposé sous un certain angle par rapport à la base du segment de disque. 7. Fraise à reproduire selon la revendication 6, caractérisée en ce que le secteur plan (14) au moins de l'une des lames (6) est disposé dans le plan de la section axiale de la fraise. 8. Fraise à reproduire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la lame (7) de forme triangulaire et son arête tranchante est formée par la jonction de secteurs courbé suivant un rayon et droit (15, 16).