Brevet FR2687945A1 — publié le 19930903

i PROCEDE ET DISPOSITIF DE TOURNAGE PAR GENERATION La présente invention concerne les procédés et dispositifs d'usinage dans lesquels la pièce à usiner est tenue par une broche entraînée en rotation par des moyens d'entraînement autour d'un axe I-I de broche, et dans lesquels la surface latérale de la pièce est taillée par un outil maintenu fixe en rotation et pouvant être déplacé selon un mouvement relatif de chariotage longitudinalement le long de la pièce à usiner, et selon un mouvement de plongée pour pénétrer plus au moins en direction de l'axe de la pièce à usiner L'effort de coupe est fourni par la broche rotative portant la pièce à usiner Un tel procédé d'usinage, appelé tournage, est adapté pour former des surfaces latérales les plus diverses sur une pièce à usiner Toutefois, un tel procédé devient relativement long et fastidieux lorsqu'il s'agit de réaliser, sur la surface latérale d'une pièce à usiner, des formes complexes, telles que des filets hélicoïdaux, par exemple pour réaliser une vis sans fin En effet, l'usinage selon la profondeur des filets nécessite plusieurs passages de l'outil, l'outil présentant le profil du filet à former Il en résulte que l'outil s'use rapidement car la quantité de matière que l'arête de coupe doit tailler est importante En outre, un tel procédé classique est adapté seulement à la formation de vis généralement cylindriques relativement longues, même si ultérieure- ment la longueur utile de vis est faible. Le problème proposé par la présente invention est de former par tournage une surface latérale complexe de pièce, telle qu'une surface de filet hélicoïdal, par enlèvement de matière au moyen d'un outil faisant travailler simultanément plusieurs portions d'arête de coupe. L'idée qui est à la base de l'invention consiste à effectuer un enlèvement de matière par génération, par un déplacement de l'outil à la fois selon un mouvement de chariotage et un mouvement de plongée, mais en outre par un mouvement de rotation de l'outil, l'arête de coupe ayant une orientation variable par rapport à la pièce à usiner, de sorte que le filet formé présente un profil différent de celui de l'arête de coupe Par le mouvement de rotation de l'outil, il est alors possible de définir une arête de coupe présentant plusieurs portions d'arête de coupe, lesdites portions d'arête de coupe étant actives en succession pour le taillage d'une même pièce. La difficulté est alors de définir à la fois une forme d'outil et un mouvement particulier d'outil assurant un tel usinage. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, un dispositif de tournage selon la présente invention comprend un tour avec: au moins une broche entraînée en rotation par des moyens d'entraine- ment autour d'un axe de broche et conformée pour tenir une pièce à usiner, au moins un chariot porte-outil pouvant se déplacer en translation selon un axe de plongée radial perpendiculaire à l'axe de broche, des moyens pour assurer un déplacement relatif en translation du chariot porte-outil et de la broche selon un axe de chariotage; le dispositif comprend des moyens d'entraînement d'outil pour entraîner en rotation l'outil de tournage selon un axe de rotation non parallèle à l'axe de broche, l'outil de tournage comprend une pluralité de portions successives d'arête de coupe susceptibles de venir chacune successivement en prise sur la pièce à usiner pour assurer l'usinage de tronçons successifs de la surface de pièce, la rotation de l'outil de tournage selon son axe de rotation permet d'amener successivement en contact avec la pièce à usiner lesdites portions successives de l'arête de coupe de l'outil de tournage. De préférence, les moyens d'entraînement d'outil sont adaptés pour entraîner l'outil selon une rotation R dont la valeur est fonction de la translation relative C du chariot et de la broche l'un par rapport à l'autre selon l'axe de chariotage De préférence, la rotation R de l'outil est une fonction linéaire de ladite translation relative C de chariot et de broche selon l'axe de chariotage. Pour la formation de pièces à usiner présentant une surface latérale de révolution, les moyens d'entraînement d'outil comprennent une crémaillère fixe sur le bâti de machine et en prise sur un pignon tourillonnant dans des paliers du chariot porte-outil, le pignon actionnant l'outil en rotation lors des mouvements de chariotage. Pour la formation d'une surface latérale de pièce à usiner présentant des filets hélicoïdaux, le dispositif selon l'invention présente les caractéristiques suivantes: l'outil de tournage comporte une arête de coupe continue dentelée, les moyens d'entraînement d'outil assurent une rotation de l'outil de tournage selon une valeur proportionnelle à la valeur du déplacement relatif du chariot et de la broche l'un par rapport à l'autre selon l'axe de chariotage, dans le sens éliminant le glissement apparent longitudinal entre l'arâte de coupe et la surface de pièce à usiner, les moyens d'entraînement d'outil assurent une rotation complémentaire de l'outil de tournage selon une vitesse de rotation d'outil égale à un sous-multiple de la vitesse de rotation de broche. Dans ce cas, on peut avantageusement utiliser une transmission mécanique, dans laquelle: l'outil est entraîné en rotation par un pignon en prise sur une vis sans fin, la vis sans fin est montée sur un arbre orienté selon une direction fixe sur le bâti de machine et parallèle à l'axe de chariotage, l'arbre de vis sans fin étant fixe en translation axiale sur le bâti de machine. L'arbre de vis sans fin est avantageusement entraîné en rotation par le moteur de broche, auquel il est relié par une transmission mécanique appropriée. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisa- tion particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles: la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un outil de coupe selon l'invention taillant un filet sur la surface latérale d'une pièce à usiner montée sur la broche d'un tour; la figure 2 est une vue schématique en bout de l'ensemble de la figure 1; la figure 3 est une vue en perspective partiellement écorchée montrant un outil et un support d'outil selon l'invention; la figure 4 est une vue en perspective d'un outil et de son support d'outil selon une variante de l'invention; la figure 5 est une vue éclatée de l'ensemble outil-support d'outil de la figure 4; et la figure 6 illustre les profils respectifs d'outil et de pièce dans un mode de réalisation donné à titre d'exemple. Le dispositif d'usinage selon l'invention comprend un tour traditionnel, pouvant être un tour monobroche ou un tour multibroche Du fait de leur caractère traditionnel et courant, les parties essentielles d'un tel tour ne sont pas représentées sur les dessins. Ainsi, le dispositif selon l'invention est adapté sur un tour traditionnel comportant au moins une broche entraînée en rotation par des moyens d'entraînement autour d'un axe I-I de broche, représenté sur la figure 1, la broche étant conformée pour tenir une pièce à usiner 1. La pièce à usiner 1 est ainsi entraînée en rotation selon l'axe I-I de broche dans un sens de rotation représenté par la flèche 2. Le tour comprend, de manière traditionnelle, un chariot porte- outil, non représenté sur la figure 1, pouvant se déplacer en translation selon un axe de plongée III radial perpendiculaire à l'axe I-I de broche, pour fixer une valeur P choisie de plongée Dans un tour à poupée fixe, le chariot porte-outil peut en outre se déplacer en translation sur le bâti de tour selon un axe de chariotage IV Dans un tour à poupée mobile, c'est la broche qui se déplace elle-même en translation selon l'axe de chariotage IV, qui est alors parallèle à l'axe I-I de broche Ainsi, dans tous les cas, on assure un déplacement relatif du chariot porte-outil et de la broche selon l'axe de chariotage IV Pour la formation d'une surface latérale de pièce à usiner 1 généralement cylindrique l'axe de chariotage IV est parallèle à l'axe de broche I-I Pour réaliser une pièce conique, l'axe de chariotage IV peut être oblique par rapport à l'axe I-I de broche L'outil de tournage 3 est porté par le chariot porte-outil, et présente, de façon connue, au moins une arête de coupe 4 susceptible d'entrer en contact avec la surface latérale de la pièce à usiner 1 de sorte que, s'opposant à la rotation de la pièce à usiner 1 selon le sens 2, l'arête de coupe enlève de la matière sur la surface latérale de la pièce à usiner 1. Selon l'invention, l'outil de tournage 3 comprend une pluralité de portions successives d'arête de coupe, susceptibles de venir chacune successivement en prise sur la pièce à usiner 1 pour assurer l'usinage de la surface de pièce Le dispositif comprend en outre des moyens d'entraînement d'outil pour entraîner en rotation l'outil de tournage 3 selon un axe de rotation II non parallèle à l'axe de broche I-I La rotation de l'outil de tournage 3 selon son axe de rotation II permet d'amener successivement en contact avec la pièce à usiner 1 lesdites portions successives de l'arête de coupe 4 de l'outil de tournage 3. Les moyens d'entraînement d'outil sont adaptés pour entraîner l'outil de tournage 3 selon une rotation R dont la valeur est fonction de la translation C du chariot selon l'axe de chariotage IV. Selon l'invention, la rotation R de l'outil de tournage 3 est une fonction linéaire de la translation relative C du chariot et de la broche l'un par rapport à l'autre selon l'axe de chariotage IV, fonction qui peut être représentée par l'équation suivante R = k C + X dans laquelle R est la valeur de la rotation, C est la valeur de la translation relative du chariot et de la broche, k est une constante de proportionnalité, X est une valeur de rotation pouvant être soit une constante, soit une valeur qui est elle-même fonction du temps ou d'une autre variable de rotation. Dans les modes de réalisation représentés sur les figures 1 à 6, l'outil de tournage 3 comporte une arête de coupe 4 continue se développant dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation II de l'outil de tournage 3 L'arête de coupe 4 est l'arête formée à l'intersection entre une face frontale 40 d'outil avantageusement plane et une face latérale 41. Avec un tel outil de tournage 3, on peut réaliser soit des surfaces latérales de pièce à usiner 1 présentant une forme de révolution autour de l'axe I-I de broche, soit des formes hélicoïdales. Les modes de réalisation représentés sur les figures 3 à 5 permettent de réaliser indifféremment les formes de révolution et les formes héli- coidales. Dans ces modes de réalisation, l'outil de tournage 3 est entraîné en rotation, directement ou indirectement, par un pignon 5 en prise sur une vis sans fin 6 La vis sans fin 6 est montée-sur un arbre 7 orienté selon une direction V fixe par rapport au bâti du tour et parallèle à l'axe de chariotage IV Dans le cas d'un tour à poupée fixe, l'arbre 7 de vis sans fin est fixe en translation axiale sur le bâti de tour Dans le cas d'un tour à poupée mobile, l'arbre 7 de vis sans fin suit en translation axiale la broche de tour, ou, en alternative, une rotation supplémentaire est imprimée à la vis sans fin 6 pour que la surface active de l'outil suive sans glissement apparent les déplace- ments de la broche. Dans le mode de réalisation de la figure 3, le pignon 5 est monté sur le même arbre que l'outil de tournage 3 La vis sans fin 6 est alors en appui sur le pignon 5 du même côté que la partie active d'arête de coupe 4 de l'outil de tournage 3. Dans le mode de réalisation des figures 4 et 5, la vis sans fin 6 est appliquée sur le pignon 5 selon la face opposée à la partie active d'arête de coupe 4 de l'outil de tournage 3 Dans ce cas, on peut prévoir une transmission indirecte, le pignon 5 étant monté sur un arbre secondaire 9 parallèle à l'arbre 8 de l'outil de tournage 3, l'arbre secondaire 9 portant une première roue de transmission 10 en prise sur une seconde roue de transmission 11 elle-même portée par l'arbre 8 de l'outil de tournage 3 La transmission par les roues 10 et 11 inverse donc le mouvement de rotation entre le pignon 5 et l'outil de tournage 3. Les figures 3 à 5 représentent la structure générale d'un porte-outil 12 selon l'invention, monté sur la structure de tour Le porte-outil 12 comprend un ensemble fixe formé d'un support 13 et d'un organe de maintien de vis 14 Le support 13 est fixé au bâti du tour, par des moyens de fixation non représentés L'organe de maintien de vis 14 est fixé au support 13 par des moyens de fixation, par exemple des moyens de fixation autorisant un réglage par translation longitudinale selon un axe parallèle à l'axe de chariotage IV Le support 13 est muni de glissières 15 longitudinales selon l'axe de chariotage IV, destinées à recevoir une portion correspondante 16 du chariot porte-outil 17. Ainsi, le chariot porte-outil 17 est mobile en translation longitudinale sur le support 13 selon l'axe de chariotage IV Le chariot porte-outil 17 est muni d'un passage longitudinal 18 permettant le libre coulis- sement de la vis sans fin 6 et de son arbre 7 De préférence, l'organe de maintien de vis 14 maintient la vis sans fin 6 et l'arbre 7 en position longitudinale fixe sur le bâti de tour selon l'axe de chariotage IV Ainsi, pendant les mouvements de chariotage du chariot porte-outil 17, la vis sans fin 6 et l'arbre 7 restent selon des positions axiales fixes par rapport au bâti de tour. Pour réaliser sur un tour à poupée fixe une pièce 1 dont la surface latérale est de révolution, la vis sans fin 6 est maintenue fixe en rotation, et sert de crémaillère pour le pignon 5 Lors des mouvements de chariotage, l'outil de tournage 3 est ainsi pivoté selon une rotation dont la valeur R est directement proportionnelle à la valeur de la translation C du chariot 17 selon l'axe de chariotage IV. L'outil de tournage 3 comporte une arête de coupe 4 continue et dentelée, dont les portions successives sont adaptées pour réaliser la forme de surface latérale de pièce 1 désirée. Pour réaliser une telle pièce à surface latérale de révolution sur un tour à poupée mobile, on peut faire pivoter la vis sans fin 6 d'une valeur commandée par l'avance de la broche et de la pièce à usiner. Pour réaliser une pièce 1 présentant une surface latérale munie de filets hélicoïdaux, on imprime en outre à la vis sans fin 6 un mouvement de rotation, pour produire une rotation complémentaire de l'outil de tournage 3 selon une vitesse de rotation d'outil égale à un sous-multiple de la vitesse de rotation de la broche du tour. Pour cela, l'arbre 7 de vis sans fin peut être entraîné en rotation par le moteur de broche lui-même, auquel il est relié par une transmission mécanique appropriée, non représentée sur les figures. En alternative, l'arbre 7 de vis sans fin peut être entraîné par un moteur auxiliaire et un dispositif de commande de rotation. Dans les deux cas, la valeur de rotation R de l'outil de tournage 3 reste une fonction linéaire R = k C + X de la translation C du chariot 17 selon l'axe de chariotage IV, la variable X étant elle-même égale à un sous-multiple de la valeur de rotation de la broche du tour. Un procédé de tournage selon l'invention, au moyen d'un tour muni d'une broche porte-pièce et d'un outil de tournage 3 monté sur un porte-outil 17, se caractérise ainsi par le fait que, pendant le tournage, on pivote progressivement l'outil de tournage 3 par rotation autour d'un axe II non parallèle à l'axe de broche I-I pour amener successivement en contact avec la pièce à usiner 1 des portions successives de l'arête de coupe 4 de l'outil de tournage 3 - La rotation de l'outil de tournage 3 s'effectue selon une vitesse telle que le glissement longitudinal apparent entre la portion active d'arête de coupe 4 et la surface de pièce à usiner 1 est sensiblement nul. Le dispositif selon l'invention permet de réaliser sur la surface extérieure d'une pièce des formes très diverses La forme de l'outil de tournage 3 est déterminée en fonction de la forme de pièce à réaliser Il faut donc en principe un outil spécifique pour chaque forme de pièce à réaliser. Par exemple, pour réaliser sur la surface latérale d'une pièce 1 des gorges ou nervures annulaires, ou un filetage hélicoïdal, on utilise un outil de tournage 3 dont la surface latérale 41 est dentelée, comme le représente schématiquement la figure 1 Ainsi, l'arête de coupe 4 présente une forme ondulée, les ondulations étant choisies en fonction de la taille des filets à réaliser sur la pièce 1. La figure 6 illustre un exemple de réalisation d'une pièce 1 à profil variable au moyen de l'outil de tournage 3 On distingue, dans le profil longitudinal de la pièce 1 à réaliser, une face d'extrémité frontale 20, un premier segment cylindrique 21, un second segment cylindrique 22 de diamètre plus important, une gorge annulaire 23 un évidement annulaire 24, un second évidement annulaire 25, une partie cylindrique d'extrémité 26 L'outil de tournage 3 présente lui-même un profil tel que l'arête de coupe comprend des portions successives correspondant à chacune des formes spécifiques de la pièce 1 Ainsi on retrouve sur l'arête de coupe 4 une portion 30 correspondant à la face de la pièce, une portion successive 31 correspondant au segment 21, une seconde portion successive 32 correspondant au segment 22, une portion saillante 33 correspondant à la gorge annulaire 23, une portion légèrement saillante 34 correspondant à l'évidement annulaire 24, une autre portion successive 35 correspondant au second évidement annulaire , et enfin une portion circulaire 36 correspondant à la partie cylindrique d'extrémité 26, ladite portion circulaire 36 étant centrée sur l'axe de rotation II de l'outil de tournage. Dans tous les cas, la face frontale 40 de l'outil de tournage 3 est positionnée sensiblement à hauteur de centre de la pièce 1, c'est-à- dire que le plan dans lequel est située la face frontale 40 de l'outil de tournage 3 contient l'axe I-I de broche. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisa- tion qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine *des revendica- tions ci-après. REVENDICATIONS 1 Dispositif de tournage, comprenant un tour avec au moins une broche entraînée en rotation par des moyens d'entraine- ment autour d'un axe (I-I) de broche et conformée pour tenir une pièce à usiner ( 1), au moins un chariot porte-outil ( 17) pouvant se déplacer en translation selon un axe de plongée (III) radial perpendiculaire à l'axe (I-I) de broche, des moyens pour assurer un déplacement relatif en translation du chariot porte-outil ( 17) et *de la broche l'un par rapport à l'autre selon un axe de chariotage (IV), caractérisé en ce que: le dispositif comprend des moyens d'entraînement d'outil ( 5, 6, 7) pour entraîner en rotation l'outil de tournage ( 3) selon un axe de rotation (II) non parallèle à l'axe de broche (I-I), l'outil de tournage ( 3) comprend une pluralité de portions successives d'arête de coupe ( 4) susceptibles de venir chacune successivement en prise sur la pièce à usiner ( 1) pour assurer l'usinage de tronçons successifs de la surface de pièce, la rotation de l'outil de tournage ( 3) selon son axe de rotation (II) permet d'amener successivement en contact avec la pièce à usiner ( 1) lesdites portions successives de l'arête de coupe ( 4) de l'outil de tournage ( 3). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement d'outil sont adaptés pour entraîner l'outil de tournage ( 3) selon une rotation R dont la valeur est fonction de la translation (C) relative du chariot ( 17) et de la broche selon l'axe de chariotage (IV). 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la rotation (R) de l'outil de tournage ( 3) est une fonction linéaire R = k C + X de la translation (C) relative du chariot ( 17) et de la broche selon l'axe de chariotage (IV). 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caracté- risé en ce que les moyens d'entraînement d'outil comprennent une crémaillère ( 6) fixe sur le bâti de tour et en prise sur un pignon ( 5) tourillonnant dans des paliers du chariot porte-outil ( 17), le pignon ( 5) actionnant l'outil de tournage ( 3) en rotation lors des mouvements de chariotage. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que: l'outil de tournage ( 3) comporte une arête de coupe ( 4) continue dentelée, les moyens d'entraînement d'outil assurent une rotation de l'outil de tournage ( 3) selon une valeur (R) proportionnelle à la valeur du déplacement relatif (C) du chariot ( 17) et de la broche l'un par rapport à l'autre selon l'axe de chariotage (IV), dans le sens éliminant le glissement apparent longitudinal entre l'arête de coupe ( 4) et la surface de pièce à usiner ( 1), les moyens d'entraînement d'outil assurent une rotation complémentaire de l'outil de tournage ( 3) selon une vitesse de rotation d'outil égale à un sous-multiple de la vitesse de rotation de broche. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que: l'outil de tournage ( 3) est entraîné en rotation par un pignon ( 5) en prise sur une vis sans fin ( 6), la vis sans fin ( 6) est montée sur un arbre ( 7) orienté selon une direction (V) fixe sur le bâti du tour et parallèle à l'axe de chariotage (IV), l'arbre ( 7) de vis sans fin étant fixe en translation axiale sur le bâti de tour. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'arbre ( 7) de vis sans fin est entraîné en rotation par le moteur de broche, auquel il est relié par une transmission mécanique appropriée. 8 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'arbre ( 7) de vis sans fin est entraîné par un moteur auxiliaire et un dispositif de commande de rotation. 9 Procédé de tournage d'une pièce à usiner ( 1), au moyen d'un tour muni d'une broche porte-pièce et d'un outil de tournage ( 3) monté sur un porte-outil ( 17), caractérisé en ce que, pendant le tournage, on pivote progressivement l'outil de tournage ( 3) par rotation autour d'un axe (II) non parallèle à l'axe de broche (I-I) pour amener successive- ment en contact avec la pièce à usiner ( 1) des portions successives de l'arête de coupe ( 4) de l'outil de tournage ( 3). Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la rotation de l'outil de tournage ( 3) s'effectue selon une vitesse telle il que le glissement longitudinal apparent entre la portion active d'arête de coupe ( 4) et la surface de pièce à usiner ( 1) est sensiblement nul.