Brevet FR2700128A1 — publié le 19940708

i La présente invention est relative à un chariot d'avance pour machine de brochage et, plus particulièrement, à un tel chariot supportant un porte-outil conçu pour s'accoupler à l'entraîneur d'un outil de brochage introduit dans un pré-perçage formé dans une pièce à percer d'un trou de dimensions prédéterminées, le chariot d'avance étant mobile de manière à entraîner le porte-outil et l'outil dans une direction prédéterminée pour tirer l'outil à travers le pré-perçage et former ainsi ledit trou. Des machines de brochage équipées de tels chariots d'avance sont bien connues dans la technique L'outil de brochage devant être tiré à travers le pré-perçage pour agrandir celui-ci par arrachage de copeaux jusqu'aux dimensions du trou à usiner, on comprend qu'il est nécessaire de centrer l'outil et le porte-outil, présentés de part et d'autre du pré-perçage, sur l'axe de celui-ci. Quand la pièce à usiner est de petites dimensions, celle-ci s'autocentre automatiquement sur l'outil de brochage, ou broche, pendant l'usinage du trou Par contre, si la pièce n'est pas mobile, par exemple du fait de son encombrement et/ou de son poids importants, il faut pouvoir centrer manuellement ou automatiquement la broche dans le pré- perçage si l'on veut éviter un décentrement du trou final par rapport au pré-perçage. On connaît aussi des machines de multibrochage, capables de percer plusieurs trous simultanément dans une même pièce Il arrive que les tolérances de fabrication de telles pièces soient plus sévères en ce qui concerne le diamètre des trous à percer qu'en ce qui concerne les entre- axes de ces trous Dans cette situation, il importe que chacune des broches puissent s'autocentrer sur le pré- perçage prévu pour elle de manière à assurer l'usinage de trous parfaitement calibrés, quand bien même les entre-axes de ceux-ci seraient soumis à des tolérances moins strictes. C'est le cas par exemple de plaques servant d'entretoises pour des faisceaux de tubes dans des échangeurs thermiques de grande capacité Un centrage correct des broches dans les pré-perçages correspondants présente en outre l'avantage d'éviter d'appliquer des contraintes de flexion aux outils de brochage et donc d'altérer leurs capacités de coupe et éventuellement leur durée de vie. La présente invention a donc pour but de réaliser un chariot d'avance pour machine de brochage conçu de manière à permettre l'autocentrage d'un outil de brochage dans un pré-perçage formé dans une pièce à brocher. La présente invention a aussi pour but de réaliser un tel chariot d'avance utilisable dans une machine de multibrochage. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un chariot d'avance pour machine de brochage, supportant un porte-outil conçu pour s'accoupler à l'entraîneur d'un outil de brochage introduit dans un pré- perçage formé dans une pièce à percer d'un trou de dimensions prédéterminées, le chariot d'avance étant mobile de manière à entraîner le porte-outil et l'outil dans une direction prédéterminée pour tirer l'outil à travers le pré- perçage Suivant l'invention, le chariot d'avance comprend des moyens pour supporter le porte-outil avec deux degrés de liberté perpendiculairement à la direction prédéterminée, de manière à autoriser un autocentrage de l'outil suivant l'axe du pré-perçage, pour l'usinage du trou. Suivant un mode de réalisation préféré du chariot selon l'invention, lesdits moyens de support comprennent un plateau de montage du porteoutil sur une platine du chariot prévue pour développer un effort de traction sur l'outil et le porte-outil, ce dernier étant monté mobile sur le plateau suivant un axe perpendiculaire au sien alors que le plateau est monté mobile sur la platine de traction suivant un axe perpendiculaire à ces deux axes, de manière à établir entre le porte- outil et la platine un couplage mécanique du type "joint d'Oldham" En outre, une bague est montée sur le porte-outil pour supporter celui-ci à coulissement suivant un axe parallèle à la direction prédéterminée de traction. Grâce à ce couplage et à ce montage, le porte-outil peut "suivre" l'outil quand celui-ci se centre dans le pré- perçage, dès que la platine applique une traction sur ceux- ci Les axes de l'outil et du porte-outil étant alors parfaitement centrés sur celui du pré-perçage, le trou à usiner est lui-aussi parfaitement centré sur le pré-perçage, quand bien même celui-ci serait quelque peu décentré par rapport à sa position nominale En outre, la coaxialité des axes de l'outil et du pré-perçage par rapport à celui du porte-outil suivant lequel s'exerce l'effort de traction appliqué à l'outil de brochage, assure que l'outil ne subit aucun effort de flexion ou de cintrage susceptible de le fatiguer et donc de diminuer sa durée de vie utile. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel: la figure 1 représente une vue partielle du chariot d'avance suivant l'invention, en coupe axiale suivant le trait de coupe I-I de la figure 2, et la figure 2 est une vue d'un chariot multibroche selon l'invention, prise suivant la flèche F 1 de la figure 1. Le chariot d'avance représenté à la figure 1 comprend un porte-outil 1 traversant un alésage 2 d'une platine 3 A son extrémité droite, du point de vue de la figure 1, le porte-outil reçoit une pièce de butée 4 pouvant glisser sur sa surface extérieure, cette pièce étant adjacente à une rotule 5 en appui sur une partie élargie de la pièce 4, la rotule étant arrêtée par un écrou 6 fixé à l'extrémité droite du porte-outil Un capteur d'effort 7 est pincé entre la partie élargie de la pièce 4 et une bague d'appui 8 montée sur cette pièce de manière à déborder de l'extrémité gauche 9 de celle-ci, jusqu'au voisinage de la platine 3. Ainsi, en fonctionnement, lorsqu'un effort de traction est appliqué sur la platine 3 par des moyens (non représentés) tels qu'un vérin hydraulique, la platine s'appuie sur l'extrémité adjacente de la bague 8, après rattrapage d'un faible jeu j, L'effort de traction ainsi développé est transmis au porte-outil 1 par l'intermédiaire de la bague 8 alors que le capteur 7, pincé entre cette bague et la pièce 4, délivre un signal représentatif de l'amplitude de cet effort à des moyens (non représentés) de surveillance de celui-ci, pour un but que l'on expliquera plus loin. Comme cela apparaît sur les demi-vues en coupe axiale de l'extrémité gauche (du point de vue de la figure 1) du porte-outil 1, celui-ci comprend des moyens de fixation de l'entraîneur d'un outil de brochage 10, ou broche, également partiellement représenté à cette figure Ces moyens comprennent classiquement une bague 11 montée coulissante sur le porte-outil et des doigts 12 montés mobiles dans des trous radiaux du porte-outil Celui-ci est percé d'un alésage axial 13 propre à recevoir complémentairement un entraîneur 14 formant partie de l'outil 10 Cet entraîneur comporte une surface d'entraînement 15 sur laquelle les doigts 12 viennent en prise quand ils sont repoussés vers l'axe du porte-outil par la bague 11 (voir la demi-coupe inférieure de l'extrémité gauche du porte-outil) de manière à coupler l'outil 10 et le porte-outil 1 en translation vers la droite quand la platine 3 est tirée dans le sens de la flèche F. Suivant une caractéristique essentielle du chariot selon la présente invention, le porte-outil est monté sur la platine 3 de manière à disposer de deux degrés de liberté perpendiculairement à son axe, dans l'alésage 2 de la platine Le montage est tel que l'axe du porte-outil est libre de se déplacer parallèlement à lui-même pour se centrer sur un pré-perçage (non représenté) prévu dans une pièce à brocher, alors que cette pièce est traversée par une partie de l'outil de brochage 10 dont l'entraîneur 14 est fixé au porte-outil 1 par les moyens 11,12. Une telle capacité trouve son utilité par exemple dans l'application mentionnée ci-dessus au brochage d'une plaque de support de tubes pour échangeur thermique de grande capacité Une telle plaque peut être munie de plusieurs milliers de pré-perçages, une certaine tolérance devant être admise quant à la valeur des entre-axes de ces pré-perçages, par exemple de l'ordre du millimètre, pour des trous à brocher à un diamètre de l'ordre de 10 mm à partir de pré- perçages de diamètres inférieurs. Pour qu'une broche passée dans un tel pré-perçage se centre correctement sur celui-ci, il est indispensable que le porte-outil puisse se déplacer transversalement sous l'action des forces appliquées à l'outil par la pièce pré- percée, lorsqu'un effort de traction commence à être exercé sur le plateau 3 pour faire passer la broche à travers le pré-perçage Le déplacement transversal possible de l'axe du porte-outil doit ainsi pouvoir absorber toute variation d'entre-axes entre perçages Dans l'hypothèse envisagée plus haut o cette variation est de l'ordre du millimètre, le déplacement transversal autorisé de l'axe du porte-outil devra être du même ordre, donc faible mais pas inexistant. Pour obtenir un tel montage "flottant" du porte-outil, on installe entre celui-ci et la platine 3 un plateau de montage 16 en forme de disque (voir figure 2), le porte- outil 1 étant mobile par rapport au plateau suivant un diamètre perpendiculaire au plan de la figure 1 alors que le plateau est mobile par rapport à la platine 3 suivant un axe perpendiculaire à celui du porte-outil, dans le plan de la figure 1, de manière à établir entre le porte-outil et la platine un couplage mécanique du type de celui du joint dit "d'Oldham" classiquement établi entre deux arbres aboutés, parallèles et désaxés, pour transmettre à l'un une rotation imprimée à l'autre. Le plateau 16 est monté contre une bague 17 glissée sur la partie médiane du porte-outil, auquel cette bague est solidarisée par une liaison à cannelures 18 autorisant un glissement du porte-outil suivant l'axe de la bague, perpendiculaire à la platine 3 Deux tenons 19,19 ' diamétralement opposés et débordant de la bague 17 coulissent dans deux rainures complémentaires 20,20 ', respectivement, découpées aux extrémités d'un diamètre dans le plateau 16, comme cela est plus apparent sur la partie centrale de la figure 2 Ainsi, du point de vue de la figure 2, le porte -outil 1 est-il mobile de droite à gauche et de gauche à droite par rapport au plateau de montage 18, dans la limite offerte par le débattement des tenons 19,19 ' dans les rainures 20,20 ' respectivement. Sur la figure 2, il apparaît aussi que le plateau de montage 16 est monté mobile verticalement sur une base 21 fixée par des moyens (non représentés) sur la platine 3. Pour ce faire, le plateau 16 est découpé de deux autres rainures 22,22 ' diamétralement opposées sur un diamètre du plateau 16 perpendiculaire à celui sur lequel sont centrées les rainures 20,20 ', ces dernières coopérant à glissement avec des tenons complémentaires 23,23 ' respectivement, fixés sur la base 21 par des boulons 24,24 ' respectivement. On comprend que, grâce aux deux jeux de rainures et de tenons complémentaires décrits ci-dessus, le porte-outil 1 peut se déplacer dans toutes les directions du plan de la figure 2, avec un débattement maximum limité par le jeu j 2 (voir figure 1) établi entre la base 21 et une partie élargie de la bague 17 contre laquelle glisse le plateau 16. Des ressorts de rappel (non représentés) centrent le porte-outil dans l'alésage 2 de la platine, lorsque le porte-outil n'est pas soumis à des efforts autres que son poids Les efforts développés par ces ressorts sont établis à un niveau tel que, dès qu'un outil attaché au porte-outil est en contact avec les bords d'un pré-perçage alors que la platine 3 commence à tirer sur le porte-outil pour tirer l'outil à travers ce pré-perçage, les efforts développés à l'interface outil/pré- perçage l'emportent sur les efforts développés par les ressorts de rappel et tendent à entraîner le porte-outil dans une position centrée sur le pré-perçage en équilibrant les efforts transversaux exercés à cette interface. La liberté de déplacement transversal du porte-outil, à partir d'une position centrale nominale définie par les ressorts de rappel, est assurée par la présence d'une butée, à billes par exemple, généralement repérée 25 à la figure 1. Celle-ci comprend deux cages à billes 26,26 ' séparées par un chemin de roulement 27 bloqué sur la base 21 par une bague vissante 28 La butée à billes est elle-même bloquée axialement sur la bague 17 par un écrou 29 Ainsi, grâce au montage "flottant" du porte-outil, en l'absence d'efforts développés entre un outil et une pièce à brocher, le porte- outil reste-t'il centré dans l'alésage 2, porté par la butée à billes 25 dans la base 21 Sous effort de traction, l'autocentrage de l'outil et du porte-outil s'établit sans contrainte grâce à la butée à billes 25. On notera qu'il faut empêcher l'outil de basculer par rapport à la direction de traction, pendant les phases de centrage et d'usinage Le montage à coulissement du porte- outil 1 dans la bague 17 empêche, suivant la présente invention, un tel basculement Ce montage permet, pendant l'absorption du jeu j 1, aux deux pièces de se déplacer l'une par rapport à l'autre en conservant leur orientation. On notera aussi que l'écrou 29 permet de précontraindre la butée à billes 25 et garantit un déplacement parfaitement radial de l'outil et du porte-outil, qui reste parallèle à lui-même pendant la phase d'autocentrage Ainsi, l'axe de la broche reste parallèle à l'axe du préperçage ce qui permet de supprimer l'application de toute contrainte de cintrage sur la broche et donc les fatigues et usures supplémentaires qui pourraient en résulter pour celle-ci. On notera encore qu'en cours de brochage, la butée à billes 25 ne supporte pas de surefforts axiaux En effet, l'effort de traction appliqué à la platine 3 est transmis directement au porte-outil 1 par l'intermédiaire de la bague d'appui 8 après suppression du jeu axial jl. Le capteur d'effort 7 peut être de tout type connu, par exemple piézoélectrique ou à jauge de contrainte Il fournit un signal à des moyens électroniques de surveillance de l'amplitude de l'effort axial encaissé par le porte-outil et donc par l'outil En cas de dépassement par cet effort d'une valeur prédéterminée, ces moyens peuvent commander un arrêt ou une réduction de l'effort de traction exercé sur la broche, afin d'éviter une détérioration de la machine de brochage Suivant l'invention, on surveille en permanence les variations de l'effort encaissé, de manière que l'imminence d'un dépassement puisse être détectée et des mesures correctrices prises en conséquence. Comme représenté à la figure 2, le chariot d'avance suivant l'invention peut être adapté à une machine de multibrochage, par assemblage de plusieurs platines et porte-outils associés à l'aide de tirants transversaux ,31,32,33 Ainsi, à la figure 2, trois platines 3,3 ',3 " de supports de porte-outils 1,1 ',1 " respectivement sont-elles assemblées avec interposition d'entretoises 34,35 d'épaisseur 1 calculée pour établir des entre-axes nominaux prédéterminés entre les broches portées par les porte- outils. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple Ainsi, on pourrait remplacer la butée à billes par des paliers hydrostatiques, aérostatiques ou par tout autre moyen autorisant un déplacement radial du porte- outil avec un minimum de frottement Egalement, on pourrait remplacer les entretoises 34,35 du chariot de multibrochage représentées à la figure 2 par un support de platine en forme de "peigne", ce peigne étant conformé pour disposer les porte-outils les uns par rapport aux autres avec des entre-axes nominaux prédéterminés On pourrait encore substituer au mécanisme décrit ci-dessus, du type "joint d'Oldham" combiné au coulissement axial du porte-outil dans la bague 17, tout autre moyen connu autorisant une translation du porte-outil avec conservation de son orientation. REVENDICATIONS 1 Chariot d'avance pour machine de brochage, supportant un porte-outil ( 1) conçu pour s'accoupler à l'entraîneur d'un outil de brochage ( 10) introduit dans un pré-perçage formé dans une pièce à percer d'un trou de dimensions prédéterminées, le chariot d'avance étant mobile de manière à entraîner le porte-outil et l'outil dans une direction prédéterminée pour tirer l'outil à travers le pré- perçage, caractérisé en ce que le chariot d'avance comprend des moyens ( 16,25) pour supporter le porte-outil ( 1) avec deux degrés de liberté perpendiculairement à la direction prédéterminée, de manière à autoriser un autocentrage de l'outil sur l'axe du pré-perçage, pour l'usinage du trou. 2 Chariot conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de support comprennent un plateau de montage ( 16) du porte-outil ( 1) sur une platine ( 3) du chariot prévue pour développer un effort de traction sur l'outil ( 10) et le porte-outil ( 1), ce dernier étant monté mobile sur le plateau suivant un axe perpendiculaire au sien alors que le plateau est monté mobile sur la platine de traction ( 3) suivant un axe perpendiculaire à ces deux axes, de manière à établir entre le porte-outil et la platine un couplage mécanique du type "joint d'Oldham". 3 Chariot conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'une bague ( 17) est montée sur le porte-outil ( 1) pour supporter celui-ci à coulissement suivant un axe parallèle à la direction prédéterminée de traction. 4 Chariot conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que le plateau ( 16) est monté sur la bague ( 17), cette bague portant en outre au moins une butée ( 25) s'appuyant sur un chemin de roulement ( 27) solidaire de la platine ( 3) de traction et perpendiculaire à l'axe du porte-outil, un jeu (j 2) étant ménagé entre la périphérie de la butée ( 25) et la platine pour autoriser un déplacement du porte-outil perpendiculairement à son axe lors du centrage de l'outil dans le pré-perçage. Chariot conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que le plateau de montage prend la forme d'un disque encoché de rainures ( 20,20 '; 22, 22 ') aux extrémités de deux diamètres perpendiculaires, deux tenons ( 19,19 ') solidaires de la bague ( 17) coopérant avec les rainures d'un diamètre pour assurer un montage à coulissement du porte-outil ( 1) sur le plateau ( 16), suivant ce diamètre, et deux autres tenons ( 23,23 ') solidaires de la platine de traction ( 3) coopérant avec les deux autres rainures ( 22,22 ') pour assurer un montage à coulissement du plateau ( 16) sur la platine de traction ( 3). 6 Chariot conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le porte- outil ( 1) traverse la platine de traction ( 3) et comprend un capteur d'effort ( 7) monté sur la partie du porte-outil ( 1) qui déborde de la platine ( 3), du côté de celle-ci qui est opposé à celui o se trouve l'outil ( 10), le capteur ( 7) étant pincé entre des moyens ( 4,8) quand ceux-ci encaissent l'effort de traction exercé par la platine ( 3) sur le porte- outil ( 1). 7 Chariot conforme à la revendication 6, caractérisé en ce qu'un jeu (ji) est établi entre la platine de traction ( 3) et un moyen d'appui ( 8) en l'absence d'effort de traction. 8 Chariot conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de rappel du porte-outil ( 1) dans une position nominale de centrage sur la platine ( 3) de traction. 9 Chariot d'avance pour machine de multibrochage, caractérisé en ce qu'il est constitué par la réunion de plusieurs chariots d'avance conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, des moyens d'entretoise ( 34,35) étant interposés entre deux chariots adjacents pour régler l'entre-axe nominal de leurs porte-outils. Chariot conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens d'entretoise prennent la forme d'un support en forme de "peigne" conformé pour disposer les porte-outils les uns par rapport aux autres avec des entre- il axes nominaux prédéterminés. 11 Utilisation d'un chariot d'avance conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans une machine de brochage ou de multibrochage.