Brevet FR2690368A1 — publié le 19931029

DISPOSITIF A MEULES MULTIPLES NOTAMMENT POUR LE TRONCONNAGE, LE DECOUPAGE OU LE SURFACAGE La présente invention a trait à un dispositif à meules multiples destiné notamment au tronçonnage d'éléments allongés tels que des tubes et des barres ou profilés, au découpage de pièces planes et au surfaçage de plans. L'invention vise bien entendu le traitement des matériaux métalliques mais plus particulièrement encore celui des matériaux composites. Certains tubes ou viroles, notamment dans le domaine aéronautique, sont réalisés en matériau composite à base de fibres de natures diverses telles que carbone, verre, "Kevlar", carbure de silicium, liées par une matrice durcie par tous moyens appropriés à la nature des matériaux utilisés pour obtenir ledit matériau composite. Ce type de pièces est habituellement tronçonné à la meule diamant qui est un outil en forme de disque d'un diamètre pouvant aller jusqu'à 450 mm, entraîné en rotation, soit en prise directe, soit par l'intermédiaire d'un réducteur, par un moteur électrique ou une électrobroche. Toutefois, ce type d'outil présente plusieurs inconvénients. Pour une utilisation correcte, les fabricants préconisent des vitesses de coupe variant de 8 à 32 m/s, soit 400 à 1900 m/mn, ce qui implique, avec une meule diamant d'un diamètre de 300 mm, des vitesses de rotation variant de 400 tr/mn à plus de 2000 tr/mn. En pratique, on se limite à 800 tr/mn, ce qui est, d'une part, beaucoup pour la vitesse de rotation et, d'autre part, trop peu en certaines circonstances, pour la vitesse de coupe optimale. Une vitesse de rotation de l'ordre de 800 tr/mn est génératrice - de fortes vibrations vis à vis des pièces et des outils et qui sont transmises au support de la pièce et à la broche d'entraînement, - d'échauffement en continu de la meule, responsable en majeure partie du phénomène de "collage" des copeaux, la résine thermoplastique devenant poisseuse et permettant alors de colmatage des grains d'abrasif, - d'une usure accélérée des broches, transmissions et moteurs des machines-outils. Afin de remédier aux phénomènes d'encrassaqe et d'échauffement on pratique des encoches à la périphérie des meules, mais ceci présente deux inconvénients - limitation de la quantité de grains abrasifs, et donc du pouvoir tranchant, jusqu'à 50%, la périphérie des meules pouvant être entamée à 50% par la présence des encoches, - production de chocs et vibrations. Par ailleurs, afin d'éviter le pincement de la meule dans la saignée de tronçonnage il est impératif de la voiler ce qui implique - une très légère diminution du pouvoir de coupe, - une discontinuité cyclique de coupe due au battement de la meule, engendrant des vibrations. Le but de l'invention est de pallier ces divers inconvénients en proposant des dispositifs à meule notamment pour le tronçonnage de tubes, viroles ou analogues en matériaux composites, permettant de travailler ces matériaux à la bonne vitesse de coupe, laquelle peut s'échelonner de 8 à 32 m/s selon les cas, en limitant l'encrassage des meules et en augmentant leur durée de vie et, ce, sans recourir, la plupart du temps, à des encoches périphériques. L'invention part de l'idée de multiplier le nombre de meules sur le même dispositif de tronçonnage, découpage ou surfaçage, en les montant à la périphérie d'une cage mobile en rotation. Un tel principe est connu et illustré par le document SU-755.461 qui décrit une scie à découper les profilés comprenant une cage montée libre en rotation sur un arbre central et portant à sa périphérie deux disques de tronçonnage diamétralement opposés calés sur deux arbres parallèles audit arbre central et disposés dans un même plan perpendiculaire à l'axe du profilé à découper. La cage comporte une couronne externe en prise avec un arbre moteur, cependant que les arbres des disques sont reliés cinématiquement audit arbre central par des trains d'engrenages. Enfin, l'arbre central est monté libre en rotation sur un bâti fixe. Le fonctionnement de ce dispositif est tout à fait particulier puisque le tronçonnage d'un profilé est réalisé par l'un des deux disques qui sectionne de part en part le profilé, l'énergie étant fournie essentiellement par l'énergie cinétique accumulée, à la manière d'un volant, par les disques et les trains d'engrenages lors de la mise en rotation préalable par ledit arbre moteur de ladite cage, et restituée au premier des disques qui vient en contact avec le profilé à tronçonner dès que la cage est remise en rotation pour effectuer le tronçonnage. Un tel dispositif ne solutionne aucunement les problèmes que vise la présente invention, car le profilé est tronçonné dans sa totalité par un seul et même disque. Par ailleurs, la vitesse de rotation du disque au cours du tronçonnage n'est pas rigoureusement constante, mais décroît du fait qu'il s'agit d'énergie cinétique restituée, aucun lien cinématique n'existant, au cours du tronçonnage, entre les arbres des disques et le moteur actionnant la scie. La présente invention a pour objet un dispositif à meules multiples notamment pour le tronçonnage, le découpage ou le surfaçage, comprenant plusieurs meules disposées sensiblement dans un même plan et à la périphérie d'une cage entraînée en rotation par un moteur approprié, caractérisé en ce que chaque meule est solidaire d'un arbre monté fou sur ladite cage et solidaire d'un pignon en prise avec une couronne fixe, des moyens étant prévus pour réaliser un mouvement relatif entre la pièce à usiner et le dispositif afin d'effectuer le tronçonnage, la découpe ou le surfaçage désire. De préférence, la couronne fixe est externe et solidaire d'une cage fixe enveloppant la cage mobile, un tel agencement offrant une meilleure sécurité d'utilisation du fait de la fixité de la cage externe enveloppant le mécanisme d'entraînement des meules. L'agencement inverse, à savoir la solidarisation de la couronne fixe d'une cage interne enveloppée par la cage mobile est cependant mécaniquement réalisable. Le dispositif comporte au moins deux meules et, d'une manière générale, n meules régulièrement réparties angulairement et à égale distance de l'axe de rotation de la cage mobile, en sorte que, la rotation de la cage mobile entraînant celle des arbres des meules autour de l'axe de ladite cage, l'ensemble des meules se comporte comme une meule unique de grand diamètre, avec cette différence que la partie travaillante d'une telle meule serait constituée par la succession des meules individuelles, lesquelles tournent à une vitesse très supérieure à celle de la cage mobile du fait de la démultiplication apportez par la liaison cinématique entre les pignons solidaires des arbres porte-meules et la couronne fixe. Un tel dispositif permet d'obtenir des vitesses de coupe appropriées tout en ménageant le système d'entraînement du dispositif. La quantité de grains abrasifs au travail est considérablement augmentée du fait que toutes les meules participent à tour de rôle à l'usinage, le nombre des meules pouvant être relativement important, ce qui ralentit ltencrassage. On peut dès lors se dispenser de ménager des encoches anti-encrassage à la périphérie des meules et, si de telles encoches sont néanmoins à envisager, il ne sera pas nécessaire d'en prévoir un aussi grand nombre que s'il s'agissait d'une meule classique D'autre part, la disposition, la rotation élevée et le travail fractionnaire, à chaque tour de la cage mobile, des meules, augmentent très fortement les déperditions caloriques et diminuent l'échauffement des meules. La multiplication des meules, conjuguée avec leur diamètre réduit, permet d'augmenter la raideur des meules tout en réduisant la largeur de l'entaille du tronçonnage ainsi que l'épaisseur des meules. En outre, il est possible de décaler légèrement latéralement le plan d'au moins l'une des meules du dispositif, ce qui évite le pincement des meules dans la saignée et supprime le risque de voilement des meules. Enfin, le dispositif se comporte comme une meule de fort diamètre ce qui permet d'usiner davantage de matière en même temps et donc de réduire les temps d'usinage. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation du dispositif de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels - Figure 1 est une vue schématique en coupe verticale axiale d'un dispositif conforme à l'invention ; - Figure 2 est une vue de gauche du dispositif de la figure 1 - Figure 3 est une vue similaire à la figure 2 illustrant une variante de réalisation ; - Figure 4 est une vue similaire à la figure 1 d'un dispositif équipé d'un système de refroidissement central, et - Figure 5 illustre une autre variante à systèmes de refroidissement individuels des meules. Sur la figure 1, on a représenté très schématiquement en 1 une cage cylindrique fixe d'axe horizontal, ouverte à une extrémité et fermée par un flasque 2 à son autre extrémité. Au voisinage de son extrémité ouverte, la cage fixe 1 porte intérieurement une couronne dentée circulaire 3 en prise avec une pluralité de pignons 4 calés chacun sur un arbre 5 dit porte-meule. Les arbres 5 sont parallèles à l'axe de la cage fixe 1, dépassent par l'une de leurs extrémités de la cage fixe et portent chacun, à leur extrémité libre, une meule 6. Chaque arbre porte-meule 5 est monté libre en rotation, par l'intermédiaire de roulements à billes 7 et 8 disposés de part et d'autre du pignon 4, dans deux tourillons 9 et 10 solidaires d'une cage mobile 11, symbolisée sur la figure 1 par un cylindre similaire au cylindre 1, de dimensions réduites par rapport à la cage fixe 1 et disposé tout entier à l'intérieur de cette dernière. Le cage mobile 11 est coaxiale à la cage fixe 1 et entraînée en rotation par un moteur approprié (non représenté) par l'intermédiaire d'un arbre 12 traversant le flasque 2. Les arbres porte-meule 5 sont répartis (figure 2) angulairement régulièrement et leur nombre dépend en particulier du diamètre des meules 6 et de celui de la couronne fixe 3. Les meules 6 sont identiques et constituées par exemple par des disques à tronçonner disposés dans un même plan vertical perpendiculaire à l'axe de rotation de la cage mobile 11, bien qu'un certain déport latéral entre meules puisse être prévu comme il sera expliqué plus loin. L'ensemble des meules 6 forme un système rotatif de diamètre externe DT appelé diamètre de travail du dispositif de tronçonnage, ledit ensemble étant équivalent à une meule unique de diamètre DT. La différence entre le diamètre de travail DT et le diamètre externe de la cage fixe 1 détermine la capacité de coupe C c du dispositif, l'élément à tronçonner, par exemple une virole cylindrique 13 (figure 2), étant disposé avec son axe longitudinal parallèle à l'axe de rotation (12) du dispositif de tronçonnage. Lors de la rotation de la cage mobile 11, les pignons 4 roulent sur la couronne fixe 3 en sorte que, les arbres 5 tournant à la fois sur eux-mêmes et autour de l'axe de l'arbre 12, un point périphérique quelconque, M par exemple sur la figure 2, d'une meule 6 décrit une hypocycloïde par rapport au cercle de diamètre DT, la vitesse linéaire du point M étant définie par la relation vectorielle VM = VM/S + if 12 VM/5 étant la vitesse de rotation de la meule par rapport à son axe (5) et Vu/12 étant la vitesse de rotation de la meule par rapport à l'axe de rotation (12) de 1a cage mobile 11. La rotation des meules 6 autour de leur axe (5) se fait en sens contraire de celui de la cage mobile 11. VM/5 étant égal à ENmeuîe x EeuleS 2 T VM/12 étant égal à moteur x 2 tuf Dç et N meule étant égal à x N moteur Dp avec Meule = vitesse de rotation de chaque meule 6 Rmeule = rayon de chaque meule 6 Nmoteur = vitesse de rotation de l'arbre 12 Dc = diamètre de la couronne fixe 3 DD = diamètre de chaque pignon 4 il s'ensuit: D D VM = 2 TF Nmoteur D Rmeule 2 A titre d'exemple, avec un diamètre de couronne Dc de 530 mm et un diamètre de pignon Dp de 30 mm et des meules 6 d'un diamètre de 100 mm, on obtient une vitesse linéaire périphérique des meules de 12 m/s pour une vitesse de rotation de l'arbre 12 de 200 tr/mn et de 24 m/s pour une vitesse de 400 tr/mn dudit arbre 12. Ces vitesses conviennent pour l'usinage de pièces en matériaux composites. On peut ainsi tronçonner une virole 13 d'une diamètre de 2,3 m et d'une épaisseur pouvant atteindre 20 mm. Au cours du tronçonnage, la pièce 13 est entraînée en rotation autour de son axe et l'axe (12) du dispositif de tronçonnage se rapproche de celui de la pièce 13 en continue, le tronçonnage s'effectuant de préférence sans interruption. Il convient alors de prévoir un déplacement relatif contrôlé entre les axes de la pièce à usiner et du dispositif de tronçonnage, ceci étant réalisé à la manière connue par déplacement du dispositif de tronçonnage (flèche 14, figure 2) en direction de l'axe de la pièce. Le nombre des meules 6 peut être variable. On peut en prévoir au minimum deux, diamétralement opposées, mais on cherchera avantageusement à en mettre le plus grand nombre possible afin de limiter les phénomènes de rupture de coupe, les meules travaillant à tour de rôle à chaque tour de la cage mobile 11. Le dispositif selon l'invention permet ainsi d'augmenter très fortement la quantité de grains en travail, ce qui ralentit ltencrassage. A titre d'exemple, en comparaison avec une meule classique de diamètre 600 mm avec 40% d'encoches donnant 1130 mm de longueur d'abrasif, un dispositif selon l'invention avec 15 meules 6 de diamètre 100 mm, sans encoches, donne une longueur d'abrasif de 4720 mm, soit plus de quatre fois plus de grains abrasifs. La vitesse de coupe des meules peut être choisie de manière appropriée, à l'aide d'un réducteur interposé entre l'arbre 12 et le moteur d'entraînement, en conservant une vitesse de rotation tout à fait acceptable pour l'arbre 12. Du fait du travail à tour de rôle des meules 6 et de leur vitesse de rotation élevée, on réduit substantiellement leur échauffement, les temps de séjour de chaque meule au contact de la pièce étant réduits et entrecoupés de phase de refroidissement lorsque les meules tournent dans le vide. Le diamètre substantiellement réduit des meules 6 pour un diamètre de travail DT néanmoins important, permet d'augmenter la raideur des meules, de réduire leur épaisseur ainsi que la largeur de tronçonnage, ce qui, par ailleurs, diminue d'autant les chutes de matière. Par ailleurs, en vue de supprimer ou réduire le voilement de meule, on peut décaler latéralement mutuellement (le long de l'axe des arbres porte-meule 5) une ou plusieurs des meules 6, ce qui permet d'obtenir la voie de coupe par l'intervention combinée des meules qui ne risquent pas, ainsi, d'être coincées ou serrées dans la saignée de tronçonnage. La figure 3 illustre une variante de réalisation dans laquelle un pignon intermédiaire 15 est interposé entre la couronne fixe 3 et chaque pignon 4' de meule. Chaque pignon 15 est monté sur la cage mobile 11 comme le pignon 4 du dispositif de la figure 1. Le but de cet agencement est d'obtenir une rotation de la cage mobile 11 et des meules 6 dans le même sens par rapport à leur axe. La figure 4 illustre une variante de réalisation dans laquelle est prévu un système de refroidissement du dispositif constitué par un brasseur d'air symbolisé en 16, solidaire de la cage mobile il et coaxial à l'arbre 12. Ce système, utile lorsque des vitesses très élevées doivent être obtenues, permet aussi d'évacuer vers l'extérieur les copeaux, le dispositif 16 étant tourné vers l'extrémité ouverte (côté meules 6) de la cage mobile 11. Dans la variante de la figure 5, le système refroidisseur est individuel pour chaque meule 6 et constitué, par exemple, de deux petits brasseurs d'air 17 calés sur l'arbre portemeule 5, de part et d'autre du pignon 4 (ou 4'). Outre le tronçonnage de pièces cylindriques tubulaires ou pleines, le dispositif peut tronçonner tous profilés ou pièces allongées, le plan de tronçonnage étant perpendiculaire ou non à l'axe de la pièce. Il peut également découper des pièces planes de faible épaisseur. De même, les meules 6 peuvent être des meules de surfaçage auquel cas la surface à usiner est disposée orthogonalement à l'arbre 12. Les meules 6 sont bien entendu choisies en fonction du type d'usinage, de la pièce à usiner et du matériau de celleci. Dans le mode de réalisation préférentiel décrit ci-dessus, la couronne fixe 3 est externe et solidaire de la cage fixe 1 enveloppant la cage mobile 11. Un tel agencement offre une meilleure sécurité d'utilisation du fait de la fixité de la cage externe 1 enveloppant le mécanisme d'entraînement des meules 6, mais l'agencement inverse, à savoir la fixation de la couronne fixe 3 sur la face externe d'une cage fixe interne (aux lieu et place de la cage 11) enveloppée par une cage mobile (aux lieu et place de la cage 1) serait mécaniquement réalisable, les arbres porte-meule 5 étant toujours interposés entre les deux cages et solidaires en rotation de la cage mobile externe. Enfin, l'invention ncst évidemment pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes notamment en ce qui concerne la nature et l'agencement de la liaison cinématique entre l'arbre moteur 12 et les arbres porte-meule 5 dans la mesure où ces derniers sont entraînés en rotation à la fois autour de leur axe propre et autour de l'axe dudit arbre moteur. REVENDICATIONS 1. Dispositif à meules multiples notamment pour le tronçonnage, le découpage ou le surfaçage, comprenant plusieurs meules (6) disposées sensiblement dans un même plan et à la périphérie d'une cage (11) entraînée en rotation par un moteur approprié, caractérisé en ce que chaque meule (6) est solidaire d'un arbre (5) monté fou sur ladite cage (11) et solidaire d'un pignon (4) en prise avec une couronne fixe (3), des moyens étant prévus pour réaliser un mouvement relatif entre la pièce à usiner (13) et le dispositif afin d'effectuer le tronçonnage, la découpe ou le surfaçage désiré. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couronne fixe (3) est externe et solidaire d'une cage fixe (1) enveloppant la cage mobile (11). 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux meules (6) et, d'une manière générale, n meules régulièrement réparties angulairement et à égale distance de l'axe de rotation (12) de la cage mobile (11). 4. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le plan d'au moins l'une des meules (6) est déporté légèrement latéralement. 5. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque pignon (4') calé sur l'arbre porte-meule (5) est en prise avec ladite couronne fixe (3) par l'intermédiaire d'un pignon intermédiaire (15). 6. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif refroidisseur par brassage d'air (16,17). 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit dispositif refroidisseur est un brasseur d'air (16) solidaire en rotation de la cage mobile (11) et agencé à l'intérieur de cette dernière qui est, en outre, ouverte sur sa face tournée vers les meules (6). 8. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit dispositif refroidisseur est constitué de brasseurs d'air individuels (17) entraînés en rotation par les arbres porte-meule (5). 9. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3 et 5 à 8, caractérisé en ce que les meules (6) sont des meules de surfaçage disposées dans le même plan.