Brevet FR2631871A1 — publié le 19891201

MACHINE D'USINAGE DE PRECISION, AVEC TIGE PILOTE La présente invention concerne une machine d'usi- nage de précision, avec broche équipée comme décrit ci- après d'une tige pilote. Par usinage de précision, on entend tout-travail d'une pièce métallique avec un outil de coupe, qu'il s'agisse d'un alésage, fraisage, taraudage, d'une rec- tification, ou de toute autre forme de travail des mé- taux, par enlèvement d'un copeau, ou qu'il s'agisse d'un outil d'abrasion, par enlèvement de particules métal- liques. La présente invention est présentée, décrite et définie par référence à la rectification de sièges de soupapes de moteurs thermiques, mais il doit être enten- du que son interprétation et sa portée ne sauraient être limitées à ce domaine d'application, puisque, comme l'indique le terme "usinage de précision", l'invention s'applique à d'autres formes de travail des métaux. Notamment dans le domaine de la rectification des sièges de soupape, selon le brevet EP-B-0022796, on a décrit et proposé une machine d'usinage de précision comportant: - un support plan et horizontal, fixe; - une tête d'usinage, disposée sur coussin d'air par rapport au support plan, et déplaçable sur ce der- nier selon deux directions perpendiculaires; - un fourreau pourvu d'une noix sphérique d'orien- tation, monté à l'intérieur de la tête d'usinage; - deux sièges de sphéricité concave complémentaire à la noix sphérique, l'un fixe et formé par la paroi de la tête d'usinage, et l'autre mobile par rapport à la même paroi, mais disposé à l'intérieur de la tête, et susceptible de bloquer le fourreau en orientation; - des moyens pneumatiques permettant de sustenter la noix sphérique sur coussin d'air, pendant la phase de déblocage du siège mobile; - une broche mobile en rotation autour de son axe, et en translation selon son axe, coulissant dans le fourreau; - un outil d'usinage en rotation, monté à l'extré- mité libre de la broche, éventuellement par l'intermé- diaire d'un dispositif porte-outil; - une tige pilote coaxiale à l'axe de la broche, prolongeant cette dernière à son extrémité libre; - un moyen d'entrainement en rotation de la broche, solidaire du fourreau. Une telle machine a démontré toute son efficacité dans la rectification de sièges de soupapes, en particu- lier en ce qui concerne la concentricité et du guide de tige de soupape et du siège de soupape. Ceci résulte du fait que, pendant la sustentation du fourreau sur cous- sin d'air, et avant le blocage de ce dernier et l'action de l'outil de coupe, il est possible de positionner la broche exactement dans l'axe pratique du guide de sou- pape, avec la tige pilote engagée dans ce dernier. Ce positionnement résulte lui-même de la quasi-absence de résistance par frottement de l'équipage constitué par le fourreau, la broche porte-outil et le moyen d'en- trainement en rotation, par rapport à la tête d'usinage, pendant la phase de déblocage du siège mobile, et sus- tentation du fourreau. Après blocage du fourreau dans sa position d'équi- libre, pendant l'usinage ou rectification, la tige pilo- te, choisie et adaptée aux caractéristiques dimension- nelles du guide de soupape, tourne.à l'intérieur de ce dernier, et l'outil de coupe travaille de manière con- centrique à ce même guide. Cependant, divers inconvénients secondaires con- duisent encore à rechercher une solution complémentaire améliorant la coaxialité de la tige pilote par rapport à l'axe pratique du guide de soupape, ou au trou cylin- drique de référence, aussi bien au plan statique qu'au plan dynamique. L'invention se propose de rigidifier la coaxialité de la tige pilote par rapport au trou de référence, en l'occurence et dans le cas de la rectification de sièges de soupape, par rapport au guide de soupape. La rigidi- fication recherchée est aussi bien statique, lorsque la tige pilote est centrée dans le trou de référence, avant blocage et usinage, que dynamique, lorsque l'outil de coupe travaille en rotation. Selon la présente invention, La tige pilote com- porte au moins deux logements annulaires, distribués selon l'axe de la même tige, en creux par rapport à la surface cylindrique de la tige, et au moins deux bagues déformables élastiquement dans la direction radiale, montées dans les deux logements annulaires respecti- vement; le profil transversal de chaque bague est a- dapté à celui dudit logement annulaire. La surface ex- térieure de chaque bague, à l'état non comprimé, émerge en partie audessus de la surface cylindrique de la tige. Et la compression élastique radiale de la même bague permet d'établir, lorsque la tige pilote est in- troduite ou présente dans le trou de référence, un con- tact périphérique entre la surface de ce dernier et la surface de la tige. 4 2631871 Grâce à la solution selon l'invention, lors du travail en rotation de l'outil de coupe, l'ensemble en rotation constitué par la broche et la tige pilote coaxiale se trouve soutenu en rotation, de part et d'au- tre de l'outil de coupe, par deux véritables paliers, le premier constitué par le fourreau présent dans la tête d'usinage, et le second par les portions annulaires du trou cylindrique de référence, au contact de la ou des bagues déformables élastiquement. On aboutit ainsi à une véritable rigidification coaxiale du pilote et de la broche, par rapport au trou de référence, quelles que- soient les imperfections de ce dernier. La présence des bagues selon l'invention sur la tige pilote conduit également aux avantages déterminants suivants. Tout d'abord, le caractère déformable et élastique des bagues conduit à amortir les vibrations dont la broche et la tige pilote peuvent être le siège. Ensuite, le maintien annulaire de la tige pilote, en plusieurs endroits étagés selon l'axe de cette der- nière, permet de compenser l'effort-exercé horizonta- lement par l'outil de coupe, à l'extrémité supérieure de la tige pilote. Enfin, le positionnement axial de la tige pilote dans le trou de référence devient beaucoup plus rapide, voire instantané. La présente invention est maintenant décrite par référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente une vue en coupe axiale d'une machine de-rectification conforme à l'invention, au cours du travail d'usinage d'un siège de soupape d'un moteur thermique - la figure 2 représente une vue en coupe axiale, à échelle agrandie, d'une tige pilote conforme à l'inven- tion; - la figure 3 représente une vue à échelle encore agrandie du détail A de la figure 2. Pour l'essentiel, une machine de rectification conforme à l'invention reprend les différentes carac- téristiques techniques déjà décrites dans le brevet - EP-B-0022796. On se référera utilement au texte de ce brevet, pour les détails de construction. Une telle machine comprend: - une support fixe, plan et horizontal, non repré- senté, mais correspondant à la ligne horizontale en traits discontinus selon la référence numérique (1) de la figure 1; - une tête d'usinage (2), correspondant à une boite cylindrique susbtantiellement fermée, disposée sur cous- sins d'air par rapport à la table fixe (1), et dépla- çable sur cette dernière selon deux directions de réfé- rence perpendiculaires; - un fourreau (3), correspondant à une noix sphéri- que d'orientation, monté à l'intérieur de la tête (2); - deux sièges de sphéricité concave complémentaires à la noix sphérique (3), l'un fixe (2a) , formé sur la paroi inférieure de la tête ou boite (2), et l'autre mobile (4), par rapport à la même paroi, mais disposé à l'intérieur de la tête (2); ce siège mobile (4) est susceptible de bloquer le fourreau (3) en orientation, grâce à un déplacement en sens vertical vers le bas, selon l'axe de la boite (2), commandé par une source d'air comprimé (5); 263'1871 - des moyens pneumatiques (6), en communication avec l'interstice entre la paroi du boitier (2) et le fourreau (3), permettant de sustenter la noix sphérique (3) sur coussin d'air, pendant la phase de déblocage du siège mobile (4); - une broche (7) mobile en rotation autour de son axe (8), et en translation selon le même axe, coulissant dans le fourreau (3); - un outil de coupe (9), découpant un copeau par rotation de la broche (7), monté à l'extrémité libre de cette dernière, par l'intermédiaire d'un dispositif (10l porte-outil; - une tige pilote (11), coaxiale à l'axe de la broche (7), et par conséquent disposée selon l'axe (8), prolongeant ladite broche à son extrémité libre; - un moyen d'entrainement en rotation de la broche (8), non représenté, et solidaire du fourreau (3). Le fonctionnement d'une telle machine peut être rappelé de la manière suivante: - par les moyens pneumatiques (5) on soulève et débloque le siège mobile (4), et par les moyens pneu- matiques (6), on injecte de l'air comprimé dans l'interstice situé entre le fourreau (3) et la paroi de la boite cylindrique (2); dès cet instant, le fourreau (3) et la broche (7) se trouvent sustentés sur un coussin d'air, sans frottement par rapport à la boîte (2); - grâce à la tige pilote (11), il est alors pos- sible de positionner la broche (7) selon l'axe prati- que du trou cylindrique de référence (12a), ou guide de soupape, appartenant à un moteur thermique (12), ce qui veut dire que le guide de soupape (12a), la tige pilote (11) et la broche (7) sont dès ce moment disposés selon l'axe (8); - puis, toujours par l'action des moyens pneumati- ques (5), on descend le siège mobile (4), lequel bloque dans la position précitée le fourreau (3); - il est alors possible de commencer la rectifica- tion du siège (12b) de soupape, par action en rotation de l'outil de coupe (9), grâce au mouvement correspon- dant de la broche (7). Par "axe pratique", on entend pour une soupape de moteur thermique la position prise en fonctionnement par la tige de soupape; il s'agit donc d'une position dyna- mique, intégrant les irrégularités locales du guide de soupape. Conformément à l'invention, la tige pilote (11) comporte une pluralité de logements (lia) annulaires, en creux par rapport à la surface cylindrique de la tige (11), et étagés selon l'axe et la hauteur de cette der- nière. Plusieurs bagues (13), déformables élastiquement dans la direction radiale, sont montées dans les loge- ments annulaires (11a) ainsi définis. Par conséquent, la forme et les dimensions transversales de chaque bague (13) tiennent compte et sont adaptées à celles de chaque logement (lia). Comme le montre la figure 3, la surface extérieure (13a) de chaque bague (13), à l'état non comprimé, émerge en partie au-dessus de la surface cylindrique de la tige (11). Et comme le montre la partie inférieure de la figure 1, la compression élastique radiale de chaque bague (13) permet d'établir un contact périphéri- que entre la surface du trou de référence (12a), en l'occurence le guide de soupape, et la surface de la tige (11). Comme le montre la figure 3, en profil transversal, chaque bague comporte deux ailes (13b) formant entre elles un angle obtus dirigé de l'intérieur vers l'ex- térieur du logement annulaire (11a). Ces deux ailes (13b) sont séparées par une partie centrale (13c) con- cave, vue de l'extérieure de la bague. Les bagues (13) sont réalisées par moulage ou ex- trusion de toute matière plastique, composite ou non, présentant à la fois un faible coefficient de frottement et une bonne résistance à l'usure en rotation; il peut- s'agir par exemple de polytétrafluorétylène. Les bagues (13) peuvent être réalisées selon tous modes d'exécution différents de ceux décrits par réfé- rence aux figures 2 et 3; les bagues peuvent être plei- * nes, et non creuses, et avoir une section transversale et radiale de formes ou profil différent. 9- REVENDICATIONS 1/ Machine d'usinage de précision, par exemple pour la rectification de sièges (12b) de soupapes de moteurs thermiques, comportant une broche (7) mobile en rotation autour de son axe (8), et en translation selon son axe (8), laquelle est solidaire d'un outil d'usinage (9) en rotation, et est prolongée à son extrémité libre par une tige pilote (11), coaxiale à l'axe de ladite broche, et destinéeà être introduite dans un trou (12a) cylindri- que de référence, par exemple le guide de la soupape dont on veut rectifier le siège (12b), caractérisée en ce que la tige pilote (11) comporte au moins deux logements annulaires (11a), distribués selon l'axe de la tige pilote, en creux par rapport à la surface cylin- drique de la tige, et au moins deux bagues (13) défor- mables élastiquement dans la direction radiale, montées dans les deux logements annulaires respectivement, dont la surface extérieure (13a), à l'état non comprimé, émerge en partie au-dessus de la surface cylindrique de la tige (11), et dont la compression élastique radiale permet d'établir un contact périphérique entre la sur- face du trou de référence (12a), et la surface de la tige (11). 2/ Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que, en profil transversal, chaque bague comporte deux ailes (13b) formant entre elles un angle obtus dirigé de l'intérieur vers l'extérieur du logement an- nulaire (lia). 3/ Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que, en profil transversal, les deux ailes (13b) de la bague sont séparées par une partie centrale (13c) concave, vue-de l'extérieur de ladite bague. 4/ Tige pilote. (11) pour broche de machine d'usinage, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux logements annulaires (la), distribués selon l'axe de ladite tige,en creux par rapport à la surface cylin- drique de la tige, et au moins deux bagues (13) défor- mables élastiquement dans la direction radiale, montées dans les deux logements annulaires respectivement, dont la surface extérieure, à l'état non comprimé, émerge en partie au-dessus de la surface cylindrique de la tige (11). / Tige selon la revendication 4, caractérisée en ce que, en profil transversal, chaque bague comporte deux ailes (13b) formant entre elles un angle obtus dirigé de l'intérieur vers l'extérieur du logement an- nulaire (11a). 6/ Tige selon la revendication 5, caractérisée en ce que, en profil transversal, les deux ailes (13b) de la bague sont séparées par une partie centrale (13c) concave, vue de l'extérieur de ladite bague. 7/ Bague pour tige pilote de broche de machine d'usinage, caractérisée en ce que, en profil transversal, elle comporte deux ailes (13b) formant entre elles un angle obtus. 8/ Bague selon la revendication 7, caractérisée en ce que, en profil transversal, les deux ailes (13b) de la bague sont séparées par une partie centrale (13c) concave, vue de l'extérieur de ladite bague.