Brevet FR2719353A1 — publié le 19951103

Dispositif de compensation de masses, notamment pour une tête de perçage rotative La présente invention concerne un dispositif de compensation de masses, notamment pour une tête de perçage rotative, et plus particulièrement pour une tête de perçage rotative utilisée pour la finition de perçages de haute précision. On connaît actuellement des têtes de perçage du type fixé sur la broche principale d'une machine- outil, dans lesquelles le centre de gravité de l'élément coulissant mobile du porte- outil et de l'outil de coupe proprement dit, ne coïncide avec l'axe de rotation de la tête de perçage que dans une seule position. On sait que du fait du déplacement des parties mobiles de la tête de perçage, la position d'équilibre du centre de gravité des masses, normalement située au-dessus de l'axe de rotation, varie, ce qui entraîne un déséquilibre de la tête de perçage. Ce déséquilibre s'accroit d'autant plus que l'élément coulissant de la tête de perçage se déplace radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe de rotation. Les conséquences préjudiciables des vibrations engendrées par le déséquilibre des masses pour la précision et la finition des perçages en cours d'usinage, a conduit les techniciens à ajouter des dispositifs d'équilibrage. Etant donné que la précision de perçage est micrométrique et que la vitesse de rotation des têtes de perçage actuelles atteint des niveaux extrêmement élevés, tout déséquilibre, si minime soit-il, entraîne une perte de qualité du travail d'usinage, car, dans ce cas, des tolérances très étroites de l'ordre de millièmes de millimètre sont en cause. A plusieurs reprises, on a, dans la technique, tenté de remédier à cet état de déséquilibre, grâce à l'action de contrepoids pour compenser le déplacement des masses. Toutefois, les solutions enseignées ne permettent pas d'atteindre des degrés élevés de graduation d'équilibre, adaptés à chaque situation. La présente invention a par conséquent pour but de proposer un dispositif de compensation de masses, notamment pour une tête de perçage rotative, dispositif qui supprime totalement les problèmes liés à un déséquilibre provoqué par le déplacement de parties mobiles de la tête de perçage, d'une manière sélective et graduelle, adaptée à chaque situation. La présente invention a également pour autre but de proposer un dispositif de compensation de masses applicable à une tête de perçage rotative polyvalente, pouvant être monté sur des structures de tête de perçage différentes, puisqu'il agit indépendamment des moyens de déplacement de l'outil de la tête de perçage. Les buts ci-dessus et bien d'autres buts de la présente invention sont atteints grâce à un dispositif de compensation de masses, notamment pour une tête de perçage rotative du type comprenant un corps principal de tête de perçage sensiblement cylindrique; un porte-outil; une contreplaque apte à être fixée au corps cylindrique; et des moyens de guidage ainsi qu'un élément coulissant de porte-outil à déplacement radial. Conformément à la présente invention, il est proposé un dispositif de compensation de masses qui se compose de contrepoids de forme annulaire porteurs de masses concentrées le long d'une partie déterminée de leur couronne circulaire respective; de moyens pour déplacer angulairement les contrepoids de forme annulaire entre des positions d'équilibrage de masses maximale et minimale et comprenant des moyens d'engrenage extérieurs et intérieurs; et d'une bague rotative graduée extérieure, prévue sur la tête de perçage. Les buts, caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés de celle- ci, donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation d'une tête de perçage rotative connue, montrant, partiellement en coupe, la position du dispositif de compensation de masses de l'invention en relation avec la tête de perçage; la figure 2 est une vue en coupe transversale, réalisée suivant la ligne A-A de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe longitudinale partielle et simplifiée, réalisée suivant la ligne B-B de la figure 1, montrant la bague rotative du dispositif et des parties mobiles de la tête de perçage; la figure 4 est une vue en plan frontale schématique du dispositif de l'invention installé sur la tête de perçage; la figure 5 est une vue en coupe du dispositif de l'invention, réalisée suivant la ligne C-C de la figure 4; la figure 6 représente une configuration proposée à titre de variante pour les contrepoids de forme annulaire; la figure 7 est une vue en coupe de la configuration proposée à titre de variante, réalisée suivant la ligne D-D de la figure 6; et la figure 8 est une vue en coupe, semblable à celles des figures 5 et 7 d'une autre version de construction, mais montrant une structure proposée à titre de variante de moyens pour déplacer angulairement les contrepoids du dispositif de l'invention. Sur ces figures, le dispositif de compensation de masses est représenté relié à une tête de perçage qui présente un élément coulissant du type décrit dans la demande de brevet brésilien PI 940 0542-7 déposée par la présente demanderesse. Il convient toutefois de signaler que cette tête de perçage est mentionnée uniquement à titre de référence et que le dispositif de compensation de la présente invention n'est pas limité à une tête de perçage équipée d'éléments de structure de ce type. En référence aux figures, le dispositif de compensation de masses est installé dans une tête de perçage rotative comprenant un corps principal interne de tête de perçage 1 sensiblement cylindrique et fixé par l'intermédiaire de moyens de fixation 4 à une contreplaque de support 2, cette dernière comportant une partie terminale 3 pourvue d'un filetage pour permettre la fixation d'un mandrin (non représenté) adaptable sur la broche principale d'une machine- outil. Une traverse mobile 5 apte à être déplacée radialement sur des chemins de guidage pourvus de billes de roulement 5a et 5b est montée transversalement dans le renfoncement de la face d'extrémité du corps cylindrique 1 entouré d'un manchon cylindrique 8 destiné à protéger la traverse mobile 5 contre une détérioration. Un porte-outil 6 est fixé sur la traverse mobile 5 à l'aide de moyens de fixation 6a. Dans la partie intérieure du corps cylindrique 1 de la tête de perçage, il est prévu, montée d'une manière conventionnelle, une vis micrométrique 12 (figure 2) dont le déplacement angulaire est, dans cette structure spécifique, mais d'une manière nullement limitative, assuré par un groupe d'éléments d'ajustement micrométrique comprenant une bague d'ajustement 7 et plusieurs roues dentées 7a, 7b, 7c et 7d (figure 2) connues dans la technique. Entre le corps principal cylindrique 1 de la tête de perçage et le groupe d'éléments d'ajustement micrométrique 7, 7a, 7b, 7c, 7d, est disposé un dispositif de compensation de masses 20. Le dispositif de compensation de masses 20 comprend une bague rotative graduée 21 qui possède des contrepoids de forme annulaire 22a, 22b disposés contre sa face intérieure de telle façon qu'un premier rebord orthogonal intérieur fait saillie depuis l'un des bords de ladite bague rotative 21 pour définir une première roue dentée intérieure 23. Un second rebord orthogonal intérieur qui s'étend depuis le bord adjacent à l'anneau du contrepoids 22b définit une seconde roue dentée intérieure 24. La fonction de la première roue dentée intérieure 23 et de la seconde roue dentée intérieure 24 sera expliquée ultérieurement. L'accouplement de la bague rotative 21 avec l'un 22a des contrepoids 22a, 22b s'effectue par l'intermédiaire d'une goupille 21a, de manière à permettre leur rotation conjointe. Des premier et second moyens 25, 26 pour déplacer angulairement les contrepoids 22a, 22b sont prévus dans un creux 27 du corps principal cylindrique 1 de la tête de perçage, tourné vers la surface intérieure de la bague rotative 21. Dans le mode de réalisation illustré ici, les masses d'équilibrage des contrepoids 22a, 22b sont désignées par les références ml, m2 (figures 1, 4 et 5). Le premier moyen de déplacement 25 est défini par une double roue dentée, formée par deux roues dentées 25a, 25b de même diamètre, tandis que le second moyen de déplacement consiste en une seule roue dentée 26 engrenée simultanément avec la denture de la roue dentée intérieure 23 de la bague graduée 21 et avec la denture de la roue dentée 25a qui constitue l'une des roues dentées du premier moyen de déplacement 25, l'autre roue dentée 25b du premier moyen de déplacement 25 étant engrenée avec la denture de la roue dentée intérieure 24 du contrepoids 22b, comme on peut le voir sur les figures 4 et 5. Les contrepoids 22a, 22b sont montés côte à côte et ont leurs masses ml, m2 disposées d'une manière concentrée suivant un segment annulaire ayant une amplitude angulaire a égale ou légèrement inférieure à 180 degrés. Le moment de ces masses d'équilibrage ml, m2 mesuré en gramme- millimètre (g.mm) ou en livre-pouce (lb.in) est calculé pour contrebalancer au maximum le déséquilibre des parties mobiles de ladite tête de perçage, ce qui est le cas lorsque les masses ml, m2 sont positionnées côte à côte, comme illustré sur les figures 4 et 5, et d'une manière diamétralement opposée par rapport à la position du déplacement le plus éloigné desdites parties mobiles, c'est-à-dire de la traverse mobile 5 et du porte-outil 6, respectivement. Naturellement, dans la position d'un déplacement nul (figure 1) des parties mobiles (position de retrait la plus éloignée de l'outil de coupe), le centre de gravité (le barycentre) des masses de ces parties mobiles est situé sur l'axe géométrique de rotation de la tête de perçage ou à proximité de celui-ci, de sorte que les masses ml, m2 des contrepoids 22a, 22b sont, comme illustré sur les figures 4 et 5, à nouveau positionnées côte à côte mais à 180 degrés par rapport à la position précédente, c'est-à-dire dans la position la plus éloignée des parties mobiles. Les masses ml, m2 des contrepoids 22a, 22b sont définies par des différences de rayons Ri, R2 et R3, par l'épaisseur des contrepoids et par leur amplitude angulaire a, comme illustré sur les figures 1, 4 et 5, ainsi que par leurs poids spécifiques. La bague rotative graduée 21 présente une échelle métrique ou en pouces E (figure 1) indiquant des diamètres (correspondant à la position réelle de la pointe de l'outil) ou également, en gramme-millimètre (g.mm), le moment des masses mobiles ml, m2 de la tête de perçage, correspondant aux déplacements du centre de gravité desdites masses mobiles par rapport à l'axe de rotation de la tête de perçage rotative. A titre de variante, l'échelle peut être graduée en pouces pour indiquer des diamètres ou en livre-pouce (lb.in) pour indiquer un moment des masses. La compensation d'un déséquilibre grâce au dispositif de la présente invention s'effectue en faisant tourner la bague graduée 21 qui va déplacer les contrepoids 22a, 22b dans une direction opposée par l'intermédiaire des roues dentées 25, 26 en combinaison avec les roues dentées intérieures 23, 24, afin que les masses ml, m2 des contrepoids compensent le déplacement du centre de gravité des masses de la traverse mobile 5 du porte-outil 6 et de l'outil de coupe 6b. Bien que dans la configuration préférée, les masses constituent une partie intégrante des contrepoids, celles-ci peuvent, dans une autre configuration possible, être conçues sous la forme de masses indépendantes ml', m2' logées intérieurement dans des parties correspondantes d'anneaux 122c, 122d de contrepoids 122a, 122b, comme illustré sur les figures 6 et 7, le contrepoids 122b étant pourvu d'un rebord denté formant une roue dentée intérieure 124 engrenée avec l'une 125b de roues dentées 125a, 125b d'une double roue dentée extérieure 125, tandis que l'autre roue dentée 125a de la double roue dentée est engrenée avec une roue dentée extérieure unique 126 elle-même engrenée avec une roue dentée intérieure 123 définie sur le bord d'une bague graduée 121. Dans ce cas, les masses (ml', m2') sont de préférence formées d'un matériau différent de celui utilisé pour les anneaux (122c, 122d). Cette option de construction est particulièrement avantageuse dans la mesure o le poids spécifique des masses peut être sélectionné d'une manière appropriée pour chaque situation, et, dans un mode de réalisation préféré de têtes de perçage, on peut citer à titre d'exemple une plage de poids spécifique allant de 2,5 à 20 kg/dm3. Les masses ml', m2' des contrepoids 122a, 122b sont définies par les différences de rayons Rl, R2 et en combinaison avec leur épaisseur et leur amplitude angulaire a, comme illustré sur les figures 6 et 7, ainsi que par leurs poids spécifiques. Dans une autre configuration proposée à titre de variante pour les moyens de déplacement angulaire, des contrepoids de forme annulaire 222a, 222b présentent des couronnes dentées 223, 224 intégrées à leurs faces intérieures et engrenées avec une roue dentée droite 225 supportée d'une manière mobile en rotation sur une goupille 226 supportée intérieurement par des moyens de fixation 227 (figure 8), ladite goupille 226 étant disposée entre les contrepoids 222a, 222b. Dans ce cas, les contrepoids sont entourés par la bague graduée 221, une goupille 221a reliant la bague graduée 221 au contrepoids annulaire 222a. On notera par ailleurs que selon une disposition particulière les contrepoids respectifs de chaque paire de contrepoids (22a, 22b; 122a, 122b; 222a, 222b) tournent dans des directions opposées l'un par rapport à l'autre en déplaçant angulairement les masses d'équilibrage (ml, m2; ml', m2') par rapport à l'axe de rotation de la tête de perçage. Bien que la description précédente ait porté sur des modes de réalisation préférés de l'invention, il est bien entendu que celle-ci n'est pas limitée aux exemples particuliers décrits et illustrés ici, et l'homme de l'art comprendra aisément qu'il est possible d'y apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1- Dispositif de compensation de masses, notamment pour une tête de perçage rotative du type comprenant un corps principal de tête de perçage (1) sensiblement cylindrique; un porte-outil (6); une contreplaque (2) apte à être fixée au corps cylindrique (1); des moyens de guidage (5a, 5b) et une traverse mobile (5) destinés à déplacer radialement le porte-outil, caractérisé en ce qu'il comprend des contrepoids de forme annulaire (22a, 22b; 122a, 122b; 222a, 222b) porteurs de masses concentrées (ml, m2; ml', m2') le long d'une certaine partie de leur couronne circulaire respective; des moyens (25, 26; 125, 126; 225) pour déplacer angulairement les contrepoids (22a, 22b; 122a, 122b; 222a, 222b) entre des positions d'équilibrage maximale et minimale des masses (ml, m2; ml', m2') comprenant des moyens formant roues dentées extérieures (25a, 25b, 26; a, 125b, 126; 225) et des moyens formant roues dentées intérieures (23, 24; 123, 124); et une bague graduée rotative extérieure (21; 121; 221) disposée dans la tête de perçage. 2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens formant roues dentées intérieures se composent d'une première roue dentée intérieure (23) et d'une seconde roue dentée intérieure (24) respectivement définies par un premier rebord orthogonal intérieur qui fait saillie depuis la bague rotative (21) et par un second rebord orthogonal intérieur qui s'étend depuis le bord adjacent à l'anneau (22b) de l'un des contrepoids (22a, 22b). 3- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second rebord orthogonal s'étend depuis le bord de l'un (22b; 122b) des anneaux des contrepoids de forme annulaire (22a, 22b; 122a, 122b). 4- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de déplacement angulaire comprennent des premier et second moyens de déplacement angulaire (25, 26) respectivement définis par une double roue dentée formée par deux roues dentées extérieures (25a, 25b) de diamètre égal et par une seule roue dentée extérieure (26), l'une (25b) des roues dentées du premier moyen de déplacement (25) étant engrenée avec la première roue dentée intérieure (24); tandis que l'autre roue dentée (25a) du premier moyen de déplacement (25) est engrenée avec la roue dentée extérieure du second moyen de déplacement (26) qui est elle-même également engrenée avec la roue dentée intérieure (23) de la bague rotative (21). - Dispositif selon la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce que les moyens de déplacement (25, 26) sont disposés dans un creux (27) défini dans le corps cylindrique principal (1) en face de la surface cylindrique intérieure de la bague rotative (21), cette dernière étant montée concentriquement par rapport à l'axe de rotation de la tête de perçage. 6- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les masses concentrées (ml, m2; ml', m2') sont définies par des rayons (R1, R2 et R3) et en combinaison avec leur épaisseur et leur amplitude angulaire a ainsi que par leurs poids spécifiques. 7- Dispositif selon la revendication 1 ou 6, caractérisé en ce que le poids spécifique de chaque masse (ml, m2; ml', m2') se situe dans la plage de 2,5 à 20 kg/dm3, les masses (ml, m2) étant intégrées à leurs contrepoids de forme annulaire (22a, 22b; 222a, 222b) respectifs. 8- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les contrepoids de forme annulaire (122a, 122b) comportent respectivement des masses (ml', m2') et des anneaux (122c, 122d), lesdites masses (ml', m2') étant de préférence formées d'un matériau différent de celui utilisé pour les anneaux (122c, 122d). 9- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les contrepoids respectifs de chaque paire de contrepoids (22a, 22b; 122a, 122b; 222a, 222b) tournent dans des directions opposées l'un par rapport à l'autre en déplaçant angulairement les masses d'équilibrage (ml, m2; ml', m2') par rapport à l'axe de rotation de la tête de perçage. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les contrepoids (22a, 22b; 122a, 122b; 222a, 222b) sont montés côte à côte, la bague rotative (21; 121; 221) étant pourvue d'une échelle E. 11- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les masses d'équilibrage (ml, m2; ml', m2') sont concentrées suivant un segment annulaire d'amplitude angulaire égale ou légèrement inférieure à 180 degrés. 12- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les contrepoids de forme annulaire (22a, 22b; 122a, 122b; 222a, 222b) atteignent une capacité d'équilibrage maximale lorsque les masses (ml, m2; ml', m2') sont positionnées ensemble à 180 degrés par rapport à la position de déplacement la plus éloignée de parties mobiles radialement de la tête de perçage et par rapport à l'axe de rotation. 13- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'accouplement de la bague rotative (21; 121; 221) avec l'un (22a; 122a; 222a) des contrepoids est réalisé à l'aide d'une goupille (21a; 121a; 221a). 14- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les contrepoids de forme annulaire (222a, 222b) comportent des couronnes dentées (223, 224) intégrées à leurs faces intérieures et engrenées avec une denture extérieure (225) supportée d'une manière mobile en rotation par une goupille (226) supportée intérieurement par des moyens de fixation (227).