Brevet FR2707198A1 — publié le 19950113

La présente invention se rapporte à un système de lubrification pour un porte-outil, et se rapporte plus particulièrement à l'amélioration de la lubrification d'un porte-outil utilisé d'une manière générale pour la découpe vibrante telle que le forage vibrant ou le perçage vibrant. Une telle découpe vibrante est largement connue du public et utilisée pour la fabrication réelle de différentes pièces mécaniques. Un exemple de découpe vibrante est divulgué par la publication de brevet japonais Hei 2-7769 faite en 1990. Dans la découpe vibrante, un outil maintenu par un porte-outil tourne autour de son axe longitudinal tout en effectuant une révolution autour de l'axe principal, habituellement l'axe géométrique, du porte-outil. L'outil est maintenu par un arbre de porte-outil du porte-outil qui est relié de manière opérationnelle à un arbre d'entraînement monté de façon rotative sur un boîtier du porte-outil. En fonctionnement, l'arbre de porte-outil doit être entraîné pour la rotation avec vibration, qui se compose d'une rotation lente autour de son axe longitudinal et d'une révolution rapide autour de l'axe principal du porte-outil. Plus spécialement, l'arbre d'entraînement est monté de façon rotative sur le boîtier tubulaire pour rotation autour de l'axe principal et est relié à son extrémité proximale à une source d'entraînement donnée. L'arbre d'entraînement est pourvu à son extrémité distale d'un axe excentrique ayant un axe secondaire décalé par rapport à l'axe principal. Un support rotatif est disposé dans le boîtier entourant l'axe excentrique sur l'arbre d'entraînement pour rotation autour de l'axe principal à une vitesse inférieure à celle de l'arbre d'entraînement. Le support rotatif peut être relié à l'arbre d'entraînement par l'intermédiaire d'une unité de réduction ou à une source d'entraînement séparée à faible vitesse de rotation. L'arbre de porte-outil est porté de manière coaxiale par le support rotatif suivant un agencement tel qu'il peut tourner autour de son axe longitudinal tout en effectuant dans le même temps une rotation autour de l'axe principal. Une pièce de vibration est insérée de façon rotative sur l'axe excentrique, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un palier. La pièce de vibration est pourvue d'une tige de transmission s'étendant radialement qui est reçue au niveau de son extrémité extérieure dans le support rotatif d'une façon longitudinalement coulissante et latéralement rotative. Une barre de transmission est reliée de façon coulissante à l'extrémité distale de la pièce de vibration et est reliée à l'extrémité proximale de l'arbre de porte-outil en un point écarté de l'axe principal. Lorsque l'arbre d'entraînement tourne, l'axe de vibration est entraîné pour un mouvement qui se compose d'une rotation à faible vitesse autour de l'axe secondaire et d'une révolution à grande vitesse autour de l'axe principal. Ce mouvement composite de la pièce de vibration est transmis, par l'intermédiaire de la barre de transmission, à l'arbre de porte-outil afin d'entraîner la rotation avec vibration de ce dernier. Dans la construction décrite ci-dessus, la jonction entre l'axe excentrique et la pièce de vibration constitue le coeur du porte-outil et est soumise au contact de glissement maximum. De manière conventionnelle, de l'huile de lubrification se trouve initialement dans un espace dans la jonction ou dans un palier qui se trouve au niveau de la jonction et il n'y a pas d'alimentation positive en huile de lubrification vers la jonction. La lubrification initiale d'une valeur limitée ne peut supporter le contact de glissement maximum au niveau de la jonction pendant une longue période d'utilisation. Une détérioration de la qualité de la lubrification souvent accompagnée d'une réduction progressive de la quantité tend à provoquer un grippage sérieux au niveau de la jonction. C'est le but principal de la présente invention que d'assurer une alimentation positive constante en huile de lubrification de la jonction entre l'axe excentrique et la pièce de vibration sur porte- outil, minimisant ainsi l'apparition d'un grippage sérieux au niveau de la jonction. Selon l'aspect principal de la présente invention, un support rotatif définit un réservoir d'huile extérieur tubulaire entouré par un boîtier alors qu'une pièce de vibration définit un réservoir d'huile intérieur tubulaire entouré par le support rotatif. La première unité de pompe est disposée dans la première conduite d'huile s'étendant entre les réservoirs d'huile intérieur et extérieur et permet l'écoulement d'huile du réservoir d'huile intérieur vers le réservoir d'huile extérieur uniquement. La deuxième conduite d'huile est formée dans la pièce de vibration afin de faire communiquer le réservoir d'huile extérieur avec la jonction entre l'axe excentrique et la pièce de vibration. Le mouvement composite de la pièce de vibration obtenu à partir de la rotation de l'arbre d'entraînement crée une différence de pression entre les deux réservoirs d'huile et cette différence de pression force la première unité de pompe à permettre l'écoulement d'huile du réservoir d'huile intérieur vers le réservoir d'huile extérieur et en outre du réservoir d'huile extérieur vers la jonction entre l'axe excentrique et la pièce de vibration. Dans une forme de réalisation préférée du système de lubrification selon la présente invention, une réserve d'huile entourée par le boîtier est formée autour de l'arbre de porte-outil et communique avec le réservoir d'huile extérieur par l'intermédiaire de la deuxième conduite d'huile formée dans le support rotatif. La deuxième unité de pompe est disposée dans la deuxième conduite d'huile afin de permettre l'écoulement d'huile de la réserve d'huile vers le réservoir d'huile extérieur uniquement. La figure 1 est une vue de côté, partiellement en coupe, d'un porte-outil incorporant une forme de réalisation du système de lubrification selon la présente invention, La figure 2 est une vue en perspective de la partie principale du porte-outil représenté sur la figure 1, dans un état démonté, La figure 3 est une coupe le long d'une ligne III-III de la figure 1, La figure 4 est une vue en coupe analogue destinée à montrer le fonctionnement de la première unité de pompe pendant le mouvement composite de la pièce de vibration, et La figure 5 est une vue de côté en coupe destinée à montrer le fonctionnement de la deuxième unité de pompe pendant le mouvement composite de la pièce de vibration. Une forme de réalisation typique du porte- outil auquel s'applique avantageusement la présente invention est représentée sur les figures 1 à 3. Sur les dessins, l'extrémité supérieure (extrémité proximale) du porte-outil est reliée à une source d'entraînement appropriée (non représentée) et l'extrémité inférieure (extrémité distale) du porte- outil est reliée à un outil approprié tel qu'un outil de coupe (non représenté). Dans le cas de cette forme de réalisation, une unité de réduction est utilisée afin de réduire la vitesse de rotation pendant sa transmission de l'extrémité proximale vers l'extrémité distale du porte-outil. Au niveau de l'extrémité proximale du porte- outil, un arbre d'entraînement 1 est monté de façon rotative sur un boîtier tubulaire 2 au moyen d'un palier 32. L'axe de cet arbre d'entraînement 1 est appelé par la suite " axe principal ". L'arbre d'entraînement 1 est relié à son extrémité proximale à une source d'entraînement appropriée telle qu'un arbre principal d'un centre d'usinage associé ou un moteur d'une perceuse. L'arbre d'entraînement 1 est en outre relié à son extrémité distale à une unité de réduction 3 qui est constituée d'un arbre à grande vitesse du côté entrée 4 et un arbre à faible vitesse du côté sortie 5. Une telle unité de réduction 3 est disponible sur le marché, par exemple sous la dénomination commerciale " transmission harmonique. Cette unité de réduction a une construction coaxiale à trois couches comprenant un générateur de vibration, des cannelures flexibles et des cannelures circulaires. Un support rotatif tubulaire 7 est fixé sur l'extrémité distale de l'unité de réduction 3, c'est-à- dire l'arbre à faible vitesse du côté sortie 5. Un palier 33 est interposé entre le boîtier 2 et le support rotatif 7. Le support rotatif 7 est pourvu à proximité de son extrémité distale d'un taraudage 8. Lorsque le porte-outil est utilisé pour la formation de trous taraudés, le pas de ce taraudage 8 doit de préférence être proche de celui des trous taraudés. Un arbre de porte-outil 9 est en engagement vissé à proximité de son extrémité proximale avec le taraudage 8 dans le support rotatif 7 tout en laissant un léger jeu de vis qui permet la rotation avec vibration de l'arbre de porte-outil 9 décrite plus tard. L'extrémité distale de l'arbre de porte-outil 9 dépasse du boîtier 2 et est pourvue d'un mandrin de serrage d'outil 34 destiné à tenir un outil devant être monté sur le porte-outil. L'arbre d'entraînement 1, le support rotatif 7 et l'arbre de porte-outil 9 s'étendent ainsi en alignement sensiblement coaxial. L'arbre d'entraînement 1 est pourvu à son extrémité distale d'un axe excentrique 10 qui s'étend dans le support rotatif 7. L'axe géométrique de cet axe excentrique 10 est appelé par la suite " axe secondaire ". La valeur de l'écart de l'axe secondaire II par rapport à l'axe principal I est choisie en fonction de l'amplitude de la vibration devant être impartie à l'arbre de porte-outil 9 en fonctionnement. Une pièce de vibration tubulaire 11 est insérée de façon concentrique sur l'axe excentrique 10 au moyen d'un palier 12. La pièce de vibration 11 est pourvue d'une tige de transmission dépassant radialement 13. Comme cela se voit mieux sur la figure 3, l'extrémité extérieure de la tige de transmission 13 est reçue dans le support rotatif 7. Plus spécialement, une découpe radiale 14 est formée dans le support rotatif 7 et est définie par une paire de parois arrondies opposées qui s'étendent parallèlement à l'axe principal I. Une pièce de support 16 est reçue de façon libre dans la découpe radiale 14 suivant un agencement rotatif autour d'un axe qui est parallèle à l'axe principal I. Un trou débouchant 15 est formé dans la pièce de support 16 et s'étend perpendiculairement à l'axe principal I afin de recevoir de façon coulissante la tige de transmission 13 de la pièce de vibration 11. Ainsi, lorsque le support rotatif 7 tourne autour de l'axe principal I à la suite de la rotation de l'arbre d'entraînement 1, la pièce de vibration 11 tourne autour de l'axe secondaire II, c'est-à-dire l'axe de l'axe excentrique 10. Dans le même temps, l'axe excentrique 10 effectue une révolution autour de l'axe principal I. Du fait que la pièce de vibration 11 est insérée de façon concentrique sur l'axe excentrique 10, la pièce de vibration 11 effectue également une révolution autour de l'axe principal I. Par conséquent, la pièce de vibration 11 réalise un mouvement composite qui comprend une rotation autour de l'axe secondaire II et une révolution autour de l'axe principal I. Pendant ce mouvement composite, la tige de transmission 13 de la pièce de vibration 11 coulisse dans le trou débouchant 15 dans la pièce de support 16. Ce mouvement composite de la pièce de vibration 11 est transmis à l'arbre de porte-outil 9 grâce à l'agencement suivant afin d'entraîner la rotation avec vibration de l'arbre de porte-outil 9. Une fente de transmission droite 17 est formée dans l'extrémité distale de la pièce de vibration 11 tout en s'étendant perpendiculairement à l'axe secondaire II comme cela se voit mieux sur la figure 3, et une barre de transmission 18 est reçue de façon coulissante dans la fente de transmission 17. Un trou débouchant 19 est formé à proximité d'une extrémité de la barre de transmission 18 tout en s'étendant parallèlement à l'axe secondaire II. L'arbre de porte-outil 9 est pourvu au niveau de son extrémité proximale d'une extension radiale 6 qui est pourvue d'un axe excentrique 20 qui s'étend en direction de la pièce de vibration 11. L'axe excentrique 20 est inséré de façon libre dans le trou débouchant 19 dans la barre de transmission 18. En fonctionnement, la rotation du moteur d'entraînement 1 entraîne la rotation simultanée du support rotatif 7 autour de l'axe principal I à une vitesse réduite. Cette rotation du support rotatif entraîne le mouvement composite décrit ci-dessus de la pièce de vibration 11 du fait de l'agencement excentrique de la pièce de vibration 11 par rapport à l'axe principal I. Le mouvement composite de la pièce de vibration 11 est transmis, par l'intermédiaire de la barre de transmission 18 et de l'extension radiale 6, à l'arbre de porte-outil 9. En conséquence, l'arbre de porte-outil 9 réalise une rotation avec vibration. C'est-à-dire que l'arbre de porte-outil 9 tourne autour dé son axe tout en effectuant une révolution autour de l'axe principal I. Il est à noter que cette rotation découle de la rotation du support rotatif 7 à une vitesse réduite par rapport à la vitesse de rotation de l'arbre d'entraînement 1 du fait de la présence de l'unité de réduction 3. La révolution décrite ci-dessus découle de la révolution de l'axe excentrique 10 qui est directement fixé sur l'arbre d'entraînement 1. Il en résulte que l'arbre de porte-outil 9 tourne lentement tout en effectuant rapidement une révolution. Le système de lubrification selon la présente invention est incorporé dans le porte-outil de la construction et du fonctionnement décrits ci-dessus. Un réservoir d'huile extérieur 21 est formé entre le support rotatif 7 et le boîtier 2 et un réservoir d'huile intérieur 22 est formé entre le support rotatif 7 et la pièce de vibration 11 comme cela se voit mieux sur la figure 3. Une conduite radiale 23 est formée à travers le support rotatif 7 afin de faire communiquer le réservoir d'huile extérieur 21 et le réservoir d'huile intérieur 22. La première unité de pompe 24 est disposée dans la conduite - radiale 23 afin de forcer l'huile dans le réservoir d'huile intérieur 22 à passer dans le réservoir d'huile extérieur 21. La première unité de pompe 24 comporte un clapet anti-retour 25. Lorsque la pression d'huile dans le réservoir d'huile intérieur 22 dépasse celle dans le réservoir d'huile extérieur 21, le clapet anti- retour s'ouvre afin de permettre l'écoulement d'huile du réservoir d'huile intérieur 22 vers le réservoir d'huile extérieur 21. Lorsque la pression d'huile dans le réservoir d'huile extérieur 21 dépasse celle dans le réservoir d'huile intérieur 22, le clapet anti-retour se ferme afin d'empêcher l'écoulement d'huile du réservoir d'huile extérieur 21 vers le réservoir d'huile intérieur 22. Une conduite d'huile 26 est formée à travers la pièce de vibration 11 et la tige de transmission 13 afin d'introduire de l'huile dans le réservoir d'huile extérieur 21 dans un espace qui se trouve entre l'axe excentrique 10 et la pièce de vibration 11 et occupé principalement par le palier 12. Une réserve d'huile 27 est définie par le boîtier 2 à proximité de l'extrémité distale du porte-outil (voir la figure 1). Une conduite axiale 28 est formée dans le support rotatif 7 afin de faire communiquer le réservoir d'huile extérieur 21 décrit ci-dessus et la réserve d'huile 27. Un tube 29 est relié à l'extrémité distale de la conduite axiale 28 tout en s'ouvrant dans la réserve d'huile 27. Au niveau d'une sortie du réservoir d'huile extérieur 21, la deuxième unité de pompe 30 est disposée dans la conduite axiale 28 afin de forcer de l'huile dans la réserve d'huile 27 dans le réservoir d'huile extérieur 21 à l'aide de la rotation de la pièce de vibration 11. Plus spécialement, la deuxième unité de pompe 30 comprend un clapet anti-retour 31. Lorsque la pression d'huile dans la réserve d'huile 27 dépasse celle dans le réservoir d'huile extérieur 21, le clapet antiretour 31 s'ouvre afin de permettre l'écoulement d'huile de la réserve d'huile 27 vers le réservoir d'huile extérieur 21. Lorsque la pression d'huile dans le réservoir d'huile extérieur 21 dépasse celle dans la réserve d'huile 27, le clapet anti-retour 31 se ferme afin d'empêcher l'écoulement d'huile dans le sens inverse. Le système de lubrification selon la présente invention fonctionne comme suit. Lorsque la pièce de vibration 11 effectue une révolution à l'intérieur du support rotatif 7, la tige dé transmission 13 coulisse de manière alternative dans le trou débouchant 15 afin de modifier les volumes effectifs des réservoirs d'huile extérieur et intérieur 21, 22. Lorsque le volume effectif du réservoir d'huile extérieur 21 augmente, celui du réservoir d'huile intérieur 22 diminue et vice-versa (voir la figure 3). Lorsque le volume effectif du réservoir d'huile extérieur 21 augmente, la pression d'huile dans le réservoir d'huile extérieur 21 diminue en conséquence et celle dans le réservoir d'huile intérieur 22 augmente. Cette différence de pression force la première unité de pompe 24 à ouvrir son clapet anti-retour 25 de sorte que de l'huile dans le réservoir d'huile intérieur 22 s'écoule dans le réservoir d'huile extérieur 21 par l'intermédiaire de la conduite radiale 23 dans le support rotatif 7 (voir la figure 4). Lorsque le volume effectif du réservoir d'huile intérieur 22 augmente, la pression d'huile dans le réservoir d'huile intérieur 22 diminue en conséquence et celle dans le réservoir d'huile extérieur 21 augmente. Cette différence de pression force la première unité de pompe 24 à fermer son clapet anti-retour 25 de sorte que l'écoulement d'huile entre les deux réservoirs d'huile 21 et 22 est empêché. Du fait de l'augmentation de pression, l'huile dans le réservoir d'huile extérieur 21 est forcée de s'écouler, par l'intermédiaire de la conduite d'huile 26, dans le palier 12 qui se trouve entre l'axe excentrique 10 et la pièce de vibration 11. L'huile introduite dans le palier 12 passe en outre dans le réservoir d'huile intérieur 22 par des espaces entre les éléments qui coopèrent. Une révolution continue de la pièce de vibration 11 induit ainsi un changement continu et répété du volume des deux réservoirs d'huile 21 et 22 de façon à forcer constamment l'huile à s'écouler dans le palier 12 qui se trouve entre l'axe excentrique 10 et la pièce de vibration. Lorsque le volume effectif du réservoir d'huile extérieur 21 diminue avec une augmentation correspondante de la pression due à la révolution de la pièce de vibration 11, la deuxième unité de pompe 30 est forcée de fermer son clapet anti-retour 31 (voir la figure 5). Lorsque le volume effectif du réservoir d'huile extérieur 21 augmente avec une diminution correspondante de la pression, le clapet anti- retour 31 s'ouvre de sorte que l'huile dans la réserve d'huile 27 s'écoule dans le réservoir d'huile extérieur 21 en passant par la conduite axiale 28 dans le support rotatif 7. Une révolution continue de la pièce de vibration 11 entraîne ainsi un écoulement répété de l'huile de la réserve d'huile 27 dans le réservoir d'huile extérieur 21 et en outre dans le palier 12 qui se trouve entre l'axe excentrique 10 et la pièce de vibration 11. Comme cela ressort clairement de la description précédente, une révolution continue de la pièce de vibration 11 qui découle de la rotation de l'arbre d'entraînement 1 induit un changement répété et proportionnellement inverse de la pression dans les réservoirs d'huile extérieur et intérieur 21, 22 et la différence de pression résultante commande le fonctionnement des deux unités de pompe (clapets anti- retour) communiquant avec les deux réservoirs d'huile 21 et 22. Il en résulte que l'huile est constamment amenée vers le palier 12 qui se trouve entre l'axe excentrique 10 sur l'arbre d'entraînement et la pièce de vibration 11 maintenue par le support rotatif 7. Une telle lubrification constante empêche un grippage indésirable entre les éléments qui coopèrent, assurant ainsi un long fonctionnement continu du porte-outil auquel est appliquée la présente invention. Dans le cas de la forme de réalisation décrite ci-dessus, le support rotatif 7 est relié de manière opérationnelle à l'arbre d'entraînement 1 par l'intermédiaire de l'unité de réduction 3 pour rotation à vitesse réduite. En variante, le support rotatif 7 peut être relié à une source d'entraînement séparée à faible vitesse de rotation. L'unité de réduction 3 peut dans ce cas être omise. REVENDICATIONS. 1. Système de lubrification pour un porte-outil, caractérisé en ce qu'il comporte: un boîtier tubulaire (2), un arbre d'entraînement (1) monté de façon rotative sur ledit boîtier (2) afin de tourner autour d'un axe principal (I), et pourvu sur son extrémité distale d'un axe excentrique (10) ayant un axe secondaire (II) parallèle mais décalé par rapport audit axe principal (I), un support rotatif (7) disposé dans ledit boîtier (2) entourant ledit axe excentrique (10) afin de tourner autour dudit axe principal (I) à une vitesse inférieure à celle dudit arbre d'entraînement (1), et définissant un réservoir d'huile extérieur tubulaire (21) entouré par ledit boîtier (2), un arbre de porte-outil (9) porté coaxialement par ledit support rotatif (7) suivant un agencement tel que ledit arbre de porte-outil (9) peut tourner autour de son axe longitudinal tout en effectuant une révolution autour dudit axe principal (I), une pièce de vibration (11) insérée de façon rotative sur ledit axe excentrique (10) sur ledit arbre d'entraînement (1), et pourvue d'une tige de transmission s'étendant radialement (13) qui est reçue au niveau de son extrémité extérieure dans ledit support rotatif (7) d'une façon longitudinalement coulissante et latéralement rotative, ladite pièce de vibration (11) définissant un réservoir d'huile intérieur tubulaire (22) entouré par le dit support rotatif (7), une barre de transmission (18) reliée de façon coulissante à une extrémité distale de ladite pièce de vibration (11), et reliée à une extrémité proximale dudit arbre de porte-outil (9) en un point décalé par rapport audit axe principal (I), et une première unité de pompe (24) disposée dans une première conduite d'huile (23) destinée à faire communiquer lesdits réservoirs d'huile tout en permettant l'écoulement d'huile dudit réservoir d'huile intérieur (22) dans ledit réservoir d'huile extérieur (21) uniquement, ladite pièce de vibration (11) et ladite tige de transmission (13) étant pourvues d'une deuxième conduite d'huile (26) afin de faire communiquer ledit réservoir d'huile extérieur (21) avec un espace entre ledit axe excentrique (10) et ladite pièce de vibration (11). 2. Système de lubrification selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit support rotatif (7) est relié audit arbre d'entraînement (1) par l'intermédiaire d'une unité de réduction (3). 3. Système de lubrification selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que: une réserve d'huile (27) est formée dans ledit boîtier (2) autour dudit arbre de porte-outil (9), une troisième conduite d'huile (28) est formée dans ledit support rotatif (7) afin de faire communiquer ladite réserve d'huile (27) et ledit réservoir d'huile extérieur (21), et une deuxième unité de pompe (30) est disposée dans ladite troisième conduite d'huile (28) afin de permettre l'écoulement d'huile de ladite réserve d'huile (27) dans ledit réservoir d'huile extérieur (21) uniquement. 4. Système de lubrification selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que: une découpe radiale (14) est formée dans ledit support rotatif (7) en ayant une paire de parois arrondies opposées, une pièce de support (16) est logée de façon rotative dans ladite découpe radiale (14) en ayant un trou débouchant (15) qui reçoit de façon coulissante ladite extrémité extérieure de ladite tige de transmission (13) sur ladite pièce de vibration (11).