Brevet FR2647043A1 — publié le 19901123

Outillage pour usinage de précision, par exemple pour la rectification de sièges de soupape La présente invention concerne un outillage pour usinage de précision. 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 rectification, ou de toute autre forme de travail des métaux, par enlèvement d'un copeau, ou qu'il s'agisse d'un outil d'abrasion, par enlèvement de particules métalliques. La présente invention est présentée, décrite et définie par référen- ce à la rectification de sièges de soupape de moteurs thermiques, mais il doit être entendu 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. Dans le domaine de la rectification de sièges de soupape, on connait déjà un outillage comportant de manière générale: - un boîtier - un moyen de solidarisation du boîtier par rapport à la pièce à usiner, c'est à dire la culasse du moteur thermique - un fourreau pourvu d'une noix sphérique d'orientation, laquelle est montée à l'intérieur du boîtier; le fourreau présente un perçage transversal dont l'axe passe par le centre de la noix sphérique - deux sièges de sphéricité concave complémentaire à la noix sphérique, disposés à l'intérieur du boîtier, de part et d'autre de ladite noix - une broche montée librement en rotation et en translation dans le perçage transversal du boîtier; ce dernier comprend de part et d'autre de la noix sphérique respectivement deux ouvertures permettant chacune le passage et le débattement de la broche - une tige pilote coaxiale à l'axe de la broche, prolongeant cette dernière à une extrémité, destinée à pénétrer de manière ajustée dans un trou de référence, c'est à dire le guide d'une tige de soupape - un moyen de rlocage du fourreau en orientation - un outil d'usinage en rotation, monté à ltextrémité de la broche du côté de la tige pilote, par l'intermédiaire d'un dispositif porte-outil - un moyen de réglage en hauteur de la broche avec tige pilote, dit de "prise de passe", par rapport au fourreau; ce moyen est monté sur ledit fourreau, à l'extérieur du boîtier, à opposé de l'outil d'usinage - un moyen d'entrainement en rotation, mécanique ou manuel, à l'extérieur du boîtier et à l'opposé de l'outil d'usinage. La présente invention a pour objet un outil du type précédemment défini, adapté à la rectification de sièges de soupapes de moteurs thermiques, de faible puissance, comme ceux des tondeuses à gazon ou des groupes électrogènes portatifs. Selon la présente invention, en combinaison: a) la broche et la tige pilote sont construites de manière monobloc selon un seul et même arbre d'usinage interchangeable, comportant selon sa hauteur une première partie ou moyeu formant broche, ayant un diamètre nominal, et une deuxième partie de diamètre plus faible, formant tige pilote b) la ou les pièces dudit outillage, situées à l'extérieur du boîtier et du côté opposé à l'outil d'usinage, par exemple le moyen de réglage en hauteur de l'arbre d'usinage, déterminent ensemble un trou d'extraction dudit arbre d'usinage, aligné selon l'axe du perçage transversal du fourreau, et de diamètre au moins égal au diamètre nominal c) le moyeu de réglage en hauteur de l'arbre d'usinage comporte, d'une pirt un manchon d'accouplement en rotation avec le moyeu de l'arbre d'usinage, mobile en translation par rapport au fourreau, et d'autre part un moyeu réversible de blocage en rotation du manchon par rapport au moyeu, tel qu'une vis, accessible à une manipulation par l'extérieur de l'utilisateur. Grâce à l'invention, l'outillage étant mis en place, il devient possible d'interchanger l'arbre d'usinage, et donc la tige pilote, en laissant l'outillage à demeure sur la culasse. Il suffit pour cela d'accéder au moyeu de blocage en rotation du manchon par rapport au moyeu, et de débloquer en rotation ces deux éléments, puis d'extraire l'arbre d'usinage à l'extérieur du boîtier, par le trou cylindrique constitué par l'alignement du perçage transversal du manchon et du trou d'extraction des pièces situées à l'exté- rieur du boîtier. Une telle fonction s'avère particulièrement utile dans le cas de l'usinage de petits moteurs thermiques, pour lesquels il s'avère nécessaire de fixer l'outillage à la culasse. Toujours, selon l'invention, en disposant d'un jeu d'arbres d'usinage, comportant tous un moyeu au diamètre nominal du perçage transversal du fourreau, et des parties formant tige pilote de diamètres respectivement différents, le professionnel peut interchanger et ajuster sans difficulté l'arbre d'usinage, et donc la tige pilote ou guide de tige de soupape par rapport auquel il doit rectifier le siège. La présente invention est maintenant décrite par référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente une vue de face d'un outillage conforme à l'invention, avec arrachements partiels selon un plan passant par l'axe de la broche - la figure 2 représente une vue en coupe selon la ligne II.II de la figure 1 du même outillage - la figure 3 représente une vue en coupe selon la ligne III.III de la figure 1 du même outillage - la figure 4 représente une vue de dessus du moyen de solidarisation ou support appartenant à l'outillage selon les figures 1 à 3. Conformément à la figure 1, on a représenté sous la référence numérique 1 une culasse de moteur thermique comportant un siège (la) de soupape à former ou rectifier, de manière coaxiale à un guide (lb) de tige de soupape. Un outillage selon l'invention comporte les éléments principaux suivants - un boîtier (2) - un moyen de solidarisation (63) ou support du boîtier (2) par rapport à la culasse (1) à usiner - un fourreau (3) pourvu d'une noix sphérique (3a) d'orientation, montée à l'intérieur du boîtier (2), ce fourreau présentant un perçage transversal (3b) dont l'axe passe par le centre de la noix (3a) - deux sièges (4) et (5) de sphéricité concave complémentaire à la noix sphérique (3a). disposés à l'intérieur du boîtier, de part et d'autre de la noix - un arbre d'usinage (6) monobloc, comportant selon sa hauteur une première partie (6a), ou moyeu formant broche, ayant un diamètre nominal prédéterminé, et une deuxième partie (6b) de diamètre plus faible formant tige pilote - un moyen (7) de blocage du fourreau (3), en orientation et en position comme décrit ci-après - un outil (8) d'usinage en rotation, monté à l'extrémité de la broche (6a) du côté de la tige pilote (6b), par l'intermédiaire, d'une part d'une pièce adaptatrice (9) calée en rotation sur le moyeu ou broche (6a), et d'autre part d'un dispositif (10) porte-outil monté verticalement sur la pièce adaptatrice (9) - un moyen (11) de réglage en hauteur de l'arbre d'usinage (6), et par conséquent de la broche (6a), par rapport au fourreau (3) ; ce moyen (il) est monté sur le fourreau (3), à l'extérieur du boîtier (2), à l'opposé de l'outil d'usinage (8) - un moyen (12) d'entrainement en rotation de l'arbre (6) d'usinage, toujours à l'extérieur du boîtier (2), au dessus du moyen (11) de réglage en hauteur, et à l'opposé de l'outil d'usinage (8) Le boîtier (2), de forme cylindrique dont l'axe passe par le centre de la noix sphérique (3a), comporte deux parties montées l'une sur l'autre, à savoir un pot (13) comportant un filetage extérieur (13a), et un couvercle (14) sous forme d'écrou vissable de :nanière réglable sur le pot (13).De part et d'autre de la noix sphérique (3a), le boîtier comporte deux ouvertures respectivement, à savoir (14a) dans le couvercle (14), et (13a) dans le pot (13) ; chacune de ces ouvertures permet le passage de la broche (6a), avec débattement angulaire comme décrit ci-après. Les deux sièges (4 et 5), en dehors de leur surface sphérique concave au contact de la noix (3a), présentent chacun la forme d'une plaquette cylindrique. Le siège inférieur (5) est mobile dans un plan de référence, sur la surface interne (13b), plane, située à l'intérieur du pot (13), et donc du boîtier (2). Le siège supérieur (4) repose librement sur la noix sphérique (3a). Le couvercle ou écrou comporte par ailleurs une portée annulaire (l4b), située à l'intérieur du boîtier (2), prenant appui lors du vissage contre le siège supérieur (4), par l'intermédiaire d'une butée à aiguille (15). Le moyen de réglage en hauteur (11) de l'arbre d'usinage (6) comporte, d'une part un écrou réglable (16), vissé sur un manchon (3c) fileté appartenant au fourreau (3), et d'autre part un manchon (17) d'accouplement en rotation avec le moyeu (6a) de l'arbre d'usinage, monté libre en rotation sur l'écrou (16). Cette liberté en rotation est obtenue par l'intermédiaire d'une nervure radiale (17a) appartenant au manchon d'accouplement (17), et de deux bagues de frottement (18) de part et d'autre de la nervure (17a), dans un logement prévu à cet effet dans l'écrou (16). La nervure radiale (17a) comporte un taraudage pour le passage d'une vis (19) de blocage eh rotation du manchon d'accouplement (17) par rapport au moyeu (6a). L'écrou (16) comporte un perçage radial (16a), accédant au logement contenant la nervure (17a) du manchon d'accouplement (17)) ; par rotation de l'écrou (16) par rapport à la nervure (17a), il est possible d'amener en comcidence le perçage (16a) avec la tête de la vis (19), et par conséquent de bloquer ou débloquer cette dernière de manière réversible, pour libérer ou bloquer le moyeu (6a) par rapport au manchon (17). Le moyen (12) d'entrainement en rotation consiste en une manivelle dont la tête (20) est montée à demeure, et bloquée en rotation sur le manchon d'accouplement (17) grâce à un méplat non représenté. La tête (20) comporte un perçage transversal (20a), permettant l'extraction de l'arbre d'usinage (6), comme décrit ci-après. Comme le montre la figure 1, les pièces de l'outillage situées à l'extérieur du boîtier (2), et du côté opposé à l'outil d'usinage (8), à savoir le manchon d'accouplement (17) appartenant au moyen (11) de réglage en hauteur de l'arbre d'usinage (6), et la tête de manivelle (20), déterminent ensemble un trou d'extraction de l'arbre (6), constitué par l'alignement du perçage (17b) du manchon (17) et du perçage (20a) de la tête (20), ceci selon l'axe du perçage transversal (3b) du fourreau (3) ; le diamètre de ces différents perçages étant au moins égal à celui du moyeu (6a), en dehors du fourreau (3). Afin de centrer la noix sphérique (3a) au départ d'une opération d'usinage, le boîtier (2), et plus précisémment le pot (13) comporte, d'une part trois plots (21) de centrage du siège mobile (5), disposés radialement à 120 les uns des autres, et mobiles en translation par rapport au boîtier (2), et d'autre part une bague (22) d'actionnement disposée concentriquement à l'extérieur du boîtier (2), comportant trois rampes (22a), internes, pouvant assurer par rotation dans un sens prédéterminé une poussée radiale vers le centre du boîtier, des trois plots (22) respectivement. Quant au moyen de solidarisation (63) du boîtier (2), il consiste en un support démontable par rapport à ce dernier. Ce support comprend, d'un côté un piètement (63a) avec des perçages (63b) pour des goujons d'assemblage sur la culasse (1) à usiner, et de l'autre côté une table (63c), pour la réception et la fixation du boîtier (2) par des vis (65). De cette manière, il est possible d'utiliser le même outillage, et plus précisément les différentes pièces autre que le support (63), pour différentes culasses ou moteurs, en adaptant à chaque fois le support (63). Le fonctionnement d'un outillage selon l'invention se déduit de la description précédente, et peut être rappelé brièvement selon les phases opératoires suivantes - par dévissage du couvercle (14), on désserre les sièges (4, 5) l'un par rapport à l'autre, et on libère l'ensemble constitué par la noix sphérique (3a) au contact des deux sièges (4, 5), par rapport à la surface de glissement (13b) - par rotation de la bague (22) dans le sens inverse à celui des aiguilles d'une montre, on centre le siège (5), et par conséquent la noix (3a) et le siège supérieur (4) reposant sur cette dernière ; par rotation de la bague dans l'autre sens, on libère le siège (5) centré - l'outillage ayant été fixé sur la culasse (1) par le support (63), on positionne la tige pilote (6b) dans le guide (lb), ce qui détermine l'orien- tation de la noix (3a), et sa position par rapport au plan de glissement (13b) - en vissant le couvercle (14), la butée (14b) vient à la fois serrer les deux sièges (4 et 5) contre la noix (3a), et contre la surface interne (13b) - à partir de la position bloquée ainsi obtenue, par réglage de l'écrou (16) on amène l'outil d'usinage (8) au contact de la surface (la) à rectifier - par rotation de la manivelle, il est alors possible d'usiner le siège (la). REVENDICATIONS 1) Outillage pour usinage de précision, par exemple pour la rectification de sièges (la) de soupape de moteur thermique, comprenant: - un boîtier (2) - un moyen (63) de solidarisation du boîtier par rapport à la pièce (1) à usiner, par exemple la culasse du moteur thermique - un fourreau (3) pourvu d'une noix (3a) sphérique d'orientation, montée à l'intérieur du boîtier - deux sièges (41 5) de sphéricité concave complémentaire à la noix sphérique, disposés à l'intérieur du boîtier, de part et d'autre de ladite noix - une broche (6a) montée librement en rotation et en translation dans le perçage transversal du fourreau, ce dernier comprenant de part et d'autre de la noix sphérique respectivement deux ouvertures (13a, 14a) permettant chacune le passage de la broche avec débattement - une tige pilote (6b) coaxiale à l'axe de la broche, prolongeant cette dernière à une extrémité, destinée à pénétrer de manière ajustée dans un trou (lb) de référence, par exemple le guide d'une tige de soupape - un moyen (14) de blocage du fourreau en orientation - un outil (8) d'usinage en rotation, monté à l'extrémité de la broche du côté de la tige pilote, éventuellement par l'intermédiaire d'un dispositif porte-outil (10) - un moyen (11) de réglage en -hauteur de la broche avec tige pilote, par rapport au fourreau, ledit moyen étant monté sur ce dernier, à l'extérieur du boîtier, à l'opposé de l'outil d'usinage - un moyen (12) d'entrainement en rotation de la broche avec la tige pilote, à l'extrémité du boîtier et à l'opposé de l'outil d'usinage, caractérisé en ce que, en combinaison: a) la broche (6a) et la tige pilote (6b) sont construites de man ière monobloc selon un seul et même arbre (6) d'usinage interchangeable, comportant selon sa hauteur une première partie (6a) ou moyeu formant broche, ayant un diamètre nominal, et une deuxième partie (6b) de diamètre plus faible, formant tige pilote b) la ou les pièces (17, 20) dudit outillage, situées à l'extérieur du boîtier (2) et du côté opposé à l'outil d'usinage (8), et notamment le moyen de réglage en hauteur de l'arbre d'usinage, déterminent ensemble un trou (17b, 20a) d'extraction dudit arbre d'usinage, aligné selon l'axe du perçage transversal (3b) du fourreau (3), et de diamètre au moins égal au diamètre nominal c) le moyen (11) de réglage en hauteur de l'arbre d'usinage comporte, d'une part un manchon (17) d'accouplement en rotation avec le moyeu (6a) de l'arbre d'usinage, mobile en translation par rapport au fourreau, et d'autre part un moyen réversible (19) de blocage en rotation du manchon par rapport au moyeu, accessible (16a) à une manipulation par l'extérieur de l'utilisateur. 2) Outillage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est associé à un jeu d'arbres d'usinage (6), comportant tous un moyeu (6a) au diamètre nominal, et des parties (6b) formant tige pilote de diamètres respectivement différents. 3) Outillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen (11) de réglage en hauteur comprend un écrou (16) réglable vissé sur un manchon fileté (3c) appartenant au fourreau (3), le manchon d'accouplement (17) étant monté libre en rotation sur ledit écrou, et ce dernier comprenant un perçage radial (16c) d'accès au moyen réversible (19) de blocage en rotation, tel qu'une vis, dudit manchon par rapport audit moyen. 4) Outillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'entrainement en rotation de l'arbre d'usinage consiste en une manivelle, dont la tête (20) est montée à demeure et bloquée en rotation sur le manchon (17) d'accouplement, et comporte un perçage transversal (20a) d'extraction de l'arbre (6) d'usinage. 5) Outillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de solidarisation (63) du boîtier (2) consiste en un support démontable par rapport audit boîtier, comprenant d'un côté un piètement (63a) avec des perçages pour des goujons d'assemblage sur la pièce (1) à usiner, et de l'autre côté une table (63c) de réception et fixation du boîtier. 6) Outillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (2) comporte, d'une part trois plots (21) de centrage du siège (5) mobile, disposés radialement à 120C les uns des autres, et mobiles en translation par rapport au boîtier, et d'autre part une bague (22) d'actionnement disposée concentriquement à l'extérieur du boîtier, comportant trois rampes (22a) internes de poussée radiale vers le centre du boîtier, en relation avec les trois plots respectivement. 7) Outillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier comprend, d'une part un pot (13) comprenant la surface (13b) interne pour le glissement dans son plan de l'un (5) des sièges, et d'autre part un couvercle (14) vissable sur le boîtier, comprenant une portée annulaire (14b) interne, prenant appui par vissage contre l'autre siège (4), notamment par l'intermédiaire d'une butée à aiguilles (15).