Brevet FR2631571A1 — publié le 19891124

La présente invention est du domaine des machines-outils et a plus spécialement pour objet une machine à tailler les éprouvettes de résilience et àe traction, les premières étant usinées par fraisage, les secondes étant usinées par tournage. Le but de l'invention est de proposer une machine unique permettant d'usiner les deux catégories d'éprouvette, avec une certaine automaticité pour abaisser le coût de ces usinages. On connaît des tours très automatisés, dits tours à décolleter, mais ces tours ne sont pas organisés pour effectuer en plus du tournage des opérations de fraisage. On connaît aussi des centres d'usinage à commande numérique capables d'effectuer successivement sur une meme pièce des opérations de fraisage et de tournage ; cependant, il stagit de machines coûteuses tant en raison de leur complexité que de leur coût de programmation, d'où il résulte que ces machines sont généralement réservées à l'exécution en moyenne ou grande série d'opérations complexes. Ces machines ne conviendraient sûrement pas pour effectuer en alternance dès opérations simples sur les toutes petites séries telles qu'en exige la production d'éprouvettes pour le contrle en métallurgie. Selon la présente invention, une machine-outil destinée à usiner automatiquement, à partir d'une ébauche à section carrée, des éprouvettes de section carrée (éprouvette de résilience) et des éprouvettes à section ronde (éprouvette de traction), du type de machine-outil comportant une tourelle porte-outil indexable supportant un outil fixe (tournage) et un outil rotatif (fraisage) est caractérisée d'une manière générale en ce qu'elle comprend en outre pour coopérer - une broche du type "à pointe à picots" et une contrepointe, l'axe commun à la broche et à la contrepointe étant défini comme "axe de tournage", la contrepointe étant déplaçable le long de l'axe de tournage avec une force axiale maximale Fl, chacun des N picots étant aussi déplaça- ble le long dudit axe avec une force maximale F2, F2 restant inférieure à F1/N, ladite broche pouvant être entraînée en rotation suivant l'un des deux mouvements suivants : le mouvement rapide et continu propre à l'opération de tournage, le mouvement lent entre deux positions précises d'indexation angulairement différentes de moins de 1800, - un étau à deux mors mobiles, ledit étau pouvant être déplacé verticalement entre une position basse et une position haute et vice versa, - un organe de réception et de positionnement approximatif des pièces à usiner, ledit organe comportant une tête de réception située au niveau de la position basse de l'étau, - un couple d'unités de perçage-centrage, chaque unité étant déplaçable le long de son axe de foret, les forets étant coaxiaux et leur axe commun étant sensiblement parallèle à l'axe de tournage, - un chariot porte-tourelle, à deux axes de déplacement, l'un d'eux étant parallèle à l'axe de tournage. Selon une première caractéristique principale, les mors dudit étau peuvent être rapprochés l'un de l'autre par pression hydraulique, la force maximale de serrage de leurs mâchoires pouvant prendre deux valeurs une valeur de faible intensité et une valeur de forte intensité. Avantageusement, les picots et la contrepointe sont mus par pression hydraulique. Selon une seconde caractéristique principale, les mâchoires de l'étau sont des pièces amovibles constituant deux couples distincts de mâchoires un couple de mâchoires pour l'usinage des éprouvettes de traction et un couple de mâchoires pour l'usinage des éprouvettes de résilience, et la tête de réception est elle aussi amovible, de façon à permettre le changement aisé d'une tête de réception adaptée à l'usinage, des éprouvettes de traction par une tête de réception adoptée à l'usinage des éprouvettes de résilience et vice-versa. Selon une première caractéristique secondaire, les mâchoires pour l'usinage des éprouvettes de traction comportent chacune une rainure en V à 900. à ouverture horizontale, de telle sorte que l'ébauche reçue ait ses faces inclinées à 450 sur l'horizontale, tandis que la tête de réception comporte une rainure en V à 900 ouverte vers le haut. Selon une deuxième caractéristique secondaire, les mâchoires pour l'usinage des éprouvettes de résilience sont différentes l'une de l'autre : l'une ayant une face d'appui amincie et étant en deux parties articulées l'une à l'autre par une partie cylindrique d'axe vertical, l'autre ayant une face d'appui verticale, large et plane pour constituer un plan de référence. La présente invention sera mieux comprise et des détails en relevant apparaîtront à la description qui va en être faite d'une forme particulière de réalisation de l'invention en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles - la fig.l est une représentation en perspective d'une machine automatique selon l'invention, - la fig.2 est une vue de côté en coupe transversale d'une pointe à picots d'une broche de ladite machine selon l'invention, - la fig.3 est une vue de face de la pointe selon la#fig.2, - la fig.4 est une vue en perspective d'une éprouvette de traction, - la fig.5 est une vue-de côté d'un dispositif de maintien et de positionnement approximatif, selon l'invention, d'une éprouvette de traction, - la fig.6 est une illustration en perspective d'une éprouvette de résilience, - la fig.7 est une vue de côté d'un dispositif de maintien et de positionnement approximatif, selon l'invention, d'une éprouvette de résilience, et - la fig.8 est une vue de dessus d'un dispositif de maintien et de positionnement d'une éprouvette de résilience selon la fig.7. Sur la #fig.1, une machine automatique à tailler les éprouvettes de résilience et de traction, selon l'invention, est constituée d'un bâti 1' et d'un certain nombre d'éléments fonctionnels dont l'organisation va être décrite dans ce qui suit. Les éléments fonctionnels d'une telle machine peuvent être classés en plusieurs groupes : le premier comprenant les éléments destinés à assurer la rotation de la pièce à usiner, le second comprenant les éléments destinés à la réception, au maintien, au positionnement et au déplacement vertical de la pièce à usiner et le troisième comprenant les éléments destinés à supporter les outils nécessaires à l'usinage des éprouvettes. Dans le premier groupe on trouve une broche 1 à pointe 2 à picots 2', située sur la partie gauche et environ à mi-hauteur de la machine et une contrepointe 3 située sur la partie droite du bâti, coaxialement à l'axe de la broche 1, tous ces éléments pouvant être mus axialement par pression hydraulique. On définit l'axe de tournage 24 comme étant l'axe commun à la broche 1 et à la contrepointe 3. Les broche I et contrepointe 3 sont destinées d'une part à entraîner en rotation une ébauche à section carrée que l'on veut usiner à la forme cylindrique épaulée, afin d'obtenir une éprouvette de traction ; les moyens utilisés à cette fin seront décrits ultérieurement d'autre part le couple broche et contrepointe peut être utilisé pour la préhension d'une ébauche à section carrée destinée à devenir une éprouvette de résilience afin de lui faire effectuer une fraction de tour (900) entre . deax opérations de fraisage successives. Ainsi, la broche 1 peut être entrainée en rotation suivant l'un des deux mouvements suivants : le mouvement rapide et continu propre à l'opération de tournage et le mouvement lent entre deux positions précises d'indexation angulairement différentes. La contrepointe 3 est déplaçable le long de l'axe de tournage 24 avec une force axiale maximale Fl, chacun des N picots étant aussi déplaçable le long dudit axe avec une force maximale F2,F2 restant inférieure à F1/N. La pointe 2 et les picots 2' peuvent être mus par une pression hydraulique unique alors que - la contrepointe 3 neut être soumise à une haute et basse pression. Lors du tournage de la pièce la valeur de la pression appliquée aux picots 2' est plus élevée que la valeur de la pression appliquée à la contrepointe 3. Lors de la préhension de la pièce pour lui faire effectuer une fraction de tour, c'est au contraire la valeur de la pression appliquée à la contrepointe 3 qui sera plus élevée que celle appliquée aux picots 2'. Le second groupe comprend : une tête 21, dite d'approvisionnement, de forme sensiblement cylindrique et pouvant se déplacer verticalement le long d'une coulisse 4', un étau 4 mettant en oeuvre deux mors 5 et 6, ou mâchoires, que l'on peut rapprocher par pression hydraulique, deux unités de perçage-centrage 7,8 situées de part et d'autre de l'étau 4 et mettant en oeuvre deux forets 7',8' et enfin un élément dit poussoir à ressort 22 fixé sur un porte-outil 12 (tourelle) (disposé entre deux outils et servant au placage de la pièce). La force maximale de serrage des mâchoires 5 et 6 de étau 4 peut prendre deux valeurs, une valeur de faible intensité et une valeur de forte intensité.Chaque unité de perçage-centrage 7 et 8 est déplaçable le long de son axe de foret ; les deux forets sont coaxiaux et l'axe commun aux deux unités est sensiblement parallèle à l'axe de tournage 24 ; ces deux unités de perçage-centrage sont utilisées pour effectuer un petit trou conique, dit de centrage, dans les faces d'extrémité des ébauches, ceci pour la réalisation des éprouvettes de traction uniquement, le centrage n'étant pas utile pour la réalisation des éprouvettes de résilience car il n'existe pas d'efforts radial important-. Les trous résultant sont destinés à loger ultérieurement les pointes de la broche t et de la contrepointe 3 ; la tête de réception est située au niveau de la position basse de l'étau et est destinée à recevoir et à positionner apprçximativement, lors de l'ap- provisionnement, les ébauches ainsi qu'à les transporter jusqu'au niveau de l'axe de tournage. Le troisième groupe d'éléments fonctionnels comprenant les éléments destinés à supporter les outils d'usinage est constitué d'un chariot mobile 11 à tourelle rotative indexable 12, ayant deux axes de déplacement, l'un étant parallèle à l'axe de tournage ; ledit chariot est situé sur la partie supérieure et droite du bâti 1'. La tourelle rotative 12 supporte deux types d'outils un outil fixe, dit de tournage 13 et un outil rotatif, dit de fraisage 14, la fraise ayant sa tête dirigée vers le haut lorsque l'outil fixe est en action et vice-versa. Sur la fig.2, la pointe 2 est une pointe à picots 2' rétractiles,- pouvant sortir par pression hydraulique. Sur la fig.3, une vue de côté de la pointe montre trois picots 2' rétractiles équidistants les uns des autres. Sur la fig.4 est représentée une éprouvette de traction (10'), éprouvette à section ronde, résultat d'un usinage automatique par la machine-outil selon l'invention, d'une ébauche à section carrée. L'éprouvette 10' est constituée d'un corps cylindrique (c), de deux extrémités (d) ayant une section circulaire et étant de longueur très inférieure à celle du corps (c) et de diamètre supérieur à celui dudit corps (c).Les deux faces extérieures opposées des extrémités (d) de l'éprouvette 10' comportent un trou b de forme conique, destiné à venir loger la pointe 2 et les picots 2' de la broche 1 et la contrepointe 3 lors du tournage des pièces, ces trous ayant été réalisés par les deux unités de perçage-centrage décrites dans la fig Sur la fig.5, un organe de ré ception, et de positionnement approximatif des pièces à usiner comporte une tête de réception 21' de forme cylindrique située au niveau de la position basse d'un étau 4. Cet étau 4 est constitué de deux mors mobiles et peut être déplacé entre une position basse et une position haute et vice-versa. L'étau 4 et la tête de réception 21' sont mus verticalement le long d'une coulisse.Les mâchoires de l'étau 4, selon l'invention, sont des pièces amovibles constituant deux couples distincts de mâchoires : un couple de mâchoires 5' et 6' (représentées sur cette figure) pour l'usinage des éprouvettes de traction 10' et un couple de mâchoires pour l'usinage des éprouvettes de résilience 10" (non r-eprésentées sur cette figure). Les mâchoires pour l'usinage des éprouvettes de traction 10' comportent chacune une rainure 10"' en V à 900 à ouverture horizontale, de telle sorte que l'ébauche posée dans l'étau 4 ait ses faces latérales inclinées à 450 sur l'horizontale de façon à optimiser la répartition de la matière de l'ébauche autour de l'axe d'usinage. La tête de réception 21' comporte également une rainure en V à 900 ouverte vers le haut, destinée à loger une arête longitudinale de l'ébauche. Cette tête de réception 21' est elle aussi amovible, pour permettre le changement aisé d'une tête de réception 21' adaptée à l'usinage des éprouvettes de traction 10' par une tête de réception adaptée à l'usinage des éprouvettes de résilience 10" (non représentée), et vice-versa. Les mâchoires de l'étau peuvent êtere déplacées horizontalement et exercer sur la pièce un serrage basse ou haute pression, la haute pression étant utilisée lors du maintien de la pièce pour le fraisage alors que la basse pression sera utilisée pour le déplacement de la pièce. Sur la fig.6, une éprouvette de résilience 10" est une éprouvette à section carrée ayant été usinée automatiquement par la machine-outil selon l'invention à partir une ébauche à section carrée. Ladite éprouvette a la forme d'une barre à section carrée dans le milieu d'une face de laquelle on a usiné une rainure (a) transversale à l'aide d'une fraise. Sur la fig.7, un organe de réception et de positionnement approxiMatif des ébauches destinées à être usinées pour constituer des éprouvettes de résilience 10" comporte une tête de réception 21", ladite ébauche étant en appui plan sur la tête de réception par deux bandes de matière opposées situées de part et d'autre d'une rainure 21"' longitudinale longeant un diamètre de la surface circulaire de la tête d'approvisionnement 21". Les machoires 5" et 6" pour l'usinage des éprouvettes de résilience 10" sont différentes l'une de l'autre ; l'une 5" a une face d'appui amincie et est en deux parties articulées l'une à l'autre par une partie 5"' cylindrique d'axe vertical, l'autre 6" a une face d'appui verticale, large et plane pour constituer un plan de référence (comme ceci a déjà été décrit). Ainsi les mâchoires 5" et 6" et la tête d'approvisionnement 21" sont aptes au maintien de l'ébauche pendant les opérations de fraisage ; la mâchoire 6" sert de référence tandis que la mâchoire 5" est pivotante pour encaisser le non parallèlisme de l'ébauche. Sur la fiv.8, une vue de dessus du dispositif de maintien et de positionnement de l'ébauche montre la forme sensiblement cylindrique de la tête d'approvisionnement 21" et la forme de la mâchoire 5". Pour une meilleure compréhension de l'invention, il va être procédé ci-dessous à une énumération, et à une brève description des différentes étapes de réalisation d'une éprouvette de traction 10' et d'une éprouvette de résilience 10". TOURNAGE - EPROUVETTE TRACTION 1) Pièce brute de sciage ss 18 X 18 2) Processus - dépose manuelle d'une pièce brute sur berceau mobile 4 en position basse, - enclenchement du cycle automatique après fermeture de la porte, - serrage de ltétau 4, - avance des unités 7 et 8 de p#rçage-centrage, - recul des unités 7 et 8 de perçage-centrage, - montée de l'étau 4, mise en place de la pièce dans l'axe de tournage 24 et serrage de l'étau 4 en basse pression, - avance de la contrepointe 3 en haute pression, - sortie des picots 2' d'entraînement et desserrage étau 4, - descente de l'étau 4, mise en rotation de la pièce usinage complet, t - arrête de broche 1 -fin de cycle- rentrée des picots 2', - ouverture manuelle de la porte et commande de recul de la contrepointe 3. FRAISAGE - EPROUVETTE RESILIENCE 1) Pièce brute ss 12 X 12 2) Processus - dépose manuelle d'une pièce brute dans l'étau 4 mobile en position basse, - enclenchement du cycle autoaprès la fermeture de la porte, - serrage de l'étau 4 en faible pression, - montée de l'étau 4 en position haute, plaquage de la pièce par le poussoir 22 à ressort monté sur une tourelle 12 et serrage étau 4 haute pression, - fraisage 1ère face, - serrage étau 4 en basse pression, - avance contrepointe 3 basse pression et picots 2', - desserrage étau 4 et descente en position intermédiai re, - rotation de la broche 1 de 900 + 0,50, - remontée étau 4 et serrage basse pression, - recul contrepointe 3 et avance de la pointe, entraîne ment puis recul des picots 2', - recul de la pointe 2 entraîneuse puis plaquage de la pièce par le poussoir de la tourelle, - serrage de l'étau en fiaute pression, - usinage 2ème face 1 à ibère, - renouveler l'opération jusqu'à l'usinage de la quatrième face à effectuer, - descente de l'étau 4 en position basse, - desserrage de. l'étau 4, - ouverture manuelle porte et récupération pièce usinée. Bien que l'on ait décrit et représenté une forme particulière de réalisation de l'invention, il doit être compris que la portée de cette dernière n'est pas limitée à cette forme et à ses moyens mais qu'elle s'étend à toute machine à tailler les éprouvettes comportant les caractéristiques générales énoncées plus haut. REVENDICATIONS 1.- Machine-outil destinée à usiner automatiquement, à par tir d'une ébauche à section carrée, des éprouvettes de section carrée (éprouvette de résilience)(10") et des éprouvettes à section ronde (éprouvette de trac tion)(10'), du type de machine-outil comportant une tourelle porte-outil (12) indexable supportant un outil fixe (13)(tournage) et un outil rotatif (14) (fraisage), caractérisée en ce qu'elle comprend en outre pour coopérer - une broche (1) du type "à pointe (2) à picots (2')" et une contre-pointe (3), l'axe commun à la broche (1) et à la contrepointe (3) étant défini comme "axe de tournage" (24), la contrepointe (3) étant déplaçable le long de l'axe de tournage avec une force axiale maximale Fl, chacun des N picots (2') étant aussi déplaçable le long dudit axe avec une force maximale F2, F2 restant inférieure à F1/N, ladite broche (1) pouvant être entraînée en rotation suivant l'un des deux mouvements suivants : le mouvement rapide et continu propre à l'opération de tournage, le mouvement lent entre deux positions précises d'indexation angulairement différen tes de moins de 180 , - un étau (4) à deux mors (5) et (6) mobiles, ledit étau (4) pouvant être déplacé verticalement entre une posi tion basse et une position haute et vice versa, - un organe de réception et de positionnement approxima tif des pièces à usiner, ledit organe comportant une tête (21) de réception située au niveau de la position basse de l'étau (4), - un couple (7,8) d'unités de perçage-centrage, chaque unité étant déplaçable le long de son axe de foret, les forets (7',8') étant coaxiaux et leur axe commun étant sensiblement parallèle à l'axe (24) de tournage, - un chariot (11) porte-tourelle, à deux axes de déplacement, l'un d'eux étant parallèle à l'axe (24) d e tournage 2.- Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce que les mors (5) et (6) dudit étau (4) peuvent être rapprochés l'un de l'autre par pression hydraulique, la force maximale de serrage de leurs mâchoires pouvant prendre deux valeurs : une valeur de faible intensité et une valeur de forte intensité 3.- Machine-outil selon la revendication 2, caractérisée en ce que les picots (2') et la contrepointe (3) sont mus par pression hydraulique 4.- Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce que les mâchoires de l'étau (4) sont des pièces amovibles constituant deux couples distincts de mâchoires : un couple de mâchoires (5',6') pour l'usinage des éprouvettes de traction et un couple de mâchoires (5,6") pour l'usinage des éprouvet tes de résilience, et en ce que la tête (21) de récep tion est elle aussi amovible, de façon à permettre le changement aisé d'une tête de réception (21') adaptée à l'usinage des éprouvettes de traction (10') par une tête de réception (21") adoptée à l'usinage des éprouvettes de résilience (10") et vice-versa 5.- Machine-outil selon la revendication 4, caractérisée en ce que les mâchoires (5',6') pour l'usinage des éprouvettes de traction (10') compor tent chacune une rainure (10"') en V à 90C à ouverture horizontale, de telle sorte que l'ébauche reçue ait ses faces latérales inclinées à 450 sur l'horizontale, et en ce que la tête de réception (21) comporte une rainure en V (21') à 90C ouverte vers le haut 6.- Machine-outil selon la revendication 4, caractérisée en ce que les mâchoires (5",6") pour l'usinage des éprouvettes de résilience (10") sont différentes l'une de l'autre l'une (5") ayant une face d'appui amincie et étant en deux parties articulées l'une à l'autre par une partie cylindrique d'axe vertical, l'autre (6") ayant une face d'appui verticale, large et plane pour constituer un plan de référence