Brevet FR2779191A1 — publié le 19991203

-1 - DISPOSITIF DE GUIDAGE EN ROTATION DE PIECES DE REVOLUTION, NOTAMMENT DE VILEBREQUINS, LORS DE LEUR USINAGE La présente invention a trait au domaine de l'usinage de pièces de révolution, notamment de vilebrequins et concerne plus particulièrement les adaptations permettant d'assurer pour certaines applications spécifiques un usinage des portées, manetons et extrémités de telles pièces dans les meilleures conditions. Le concept original de l'invention a été décelée par la demanderesse en menant des recherche sur une machine- outil de l'art antérieur décrite dans son brevet français n 94 14826. Ce brevet décrit et représente une machine- outil pour l'usinage de vilebrequins, le procédé de travail et la chaîne d'usinage d'une telle machine-outil ayant pour objet de diminuer les temps morts dus aux opérations dites auxiliaires telles celles de débridage, de bridage, de chargement, de déchargement et d'indexage de la pièce sur la machine-outil. La machine-outil, affectée notamment à l'usinage par tournage-arasage de vilebrequins pour des moteurs à quatre cylindres en ligne, comprend, agencés sur un bâti le long de l'axe de transfert d'une chaîne d'usinage desdits vilebrequins et dans un même plan horizontal: un poste d'usinage équipé d'au moins un disque porte-outils assurant les opérations de tournage-arasage des vilebrequins, - et deux stations de travail qui, assurant l'entraînement en rotation de deux vilebrequins, sont disposées parallèlement en amont et en aval du poste d'usinage, de telle sorte que le disque porte- outils de ce dernier monté mobile le long de l'axe de transfert puisse évoluer selon un mouvement de va-et-vient d'une station de travail à l'autre et assurer l'usinage d'un vilebrequin pendant les opérations auxiliaires nécessaires à l'installation d'un nouveau vilebrequin sur l'autre -2- station de travail, et vice-versa. Bien que répondant parfaitement aux besoins des utilisateurs d'une chaîne de fabrication de vilebrequins complètement automatisée, la demanderesse a remarqué que ce type de machine-outil pouvait avoir une contrainte pour certaines applications en ne proposant qu'une accessibilité limitée aux différents postes de travail, notamment lors d'une installation manuelle des pièces à usiner. En effet, la disposition d'un poste d'usinage entre deux stations de travail réduit les possibilités d'accès, ce qui oblige les concepteurs à prévoir un portique muni de bras de préhension assurant le passage des pièces ou vilebrequins à usiner d'une première station de travail à une autre, ou pour changer le ou les outils du poste d'usinage. En outre, une autre contrainte de la machine-outil telle que précédemment conçue réside dans le fait que la préhension du vilebrequin formant la pièce de révolution à usiner est réalisée par les mandrins qui, situés à chaque extrémité du vilebrequin, referment leurs mors sur ces dernières afin d'entraîner et guider en rotation le vilebrequin lors de l'opération d'usinage. Cette disposition empêche l'usinage sur ces stations de travail des extrémités de vilebrequins. Aussi, l'usinage complet d'une pièce de révolution n'est pas possible à partir d'une telle installation. Une solution à ces contraintes, développée par la demanderesse, réside dans la réalisation d'une machine- outil adoptant des stations de travail comprenant une seule broche et donc un seul mandrin pour réaliser l'entraînement en rotation de la pièce de révolution. Cette solution présente notamment les avantages suivants, à savoir: - de faciliter l'accès au poste d'usinage ainsi qu'aux deux stations de travail, - d'autoriser un manipulateur à assurer la pose et -3- la dépose des pièces à usiner dans les stations de travail, - et de permettre l'usinage des extrémités des pièces de révolution dès lors qu'un seul mandrin est utilisé pour la tenue de la pièce. Néanmoins, cette solution est difficilement applicable pour l'usinage de certaines pièces de révolution, dont les pièces de révolutions longues, telles les vilebrequins. En effet, lors de la rotation de la pièce de révolution, son extrémité libre peut être soumise à un débattement radial qui peut se révéler être un inconvénient pour l'opération d'usinage dans de bonnes conditions et notamment lors de l'usinage de l'extrémité de la pièce de révolution. Partant de cet état de fait, la demanderesse a mené des recherches visant à garantir un guidage efficace d'une pièce de révolution longue lors de sa mise en rotation à une de ses extrémités par un actionneur tout en autorisant une accessibilité optimale avec un usinage complet. Ces recherches ont abouti à la conception d'un dispositif de guidage d'une pièce de révolution, particulièrement avantageux en pouvant s'appliquer aussi bien à la machine- outil décrite dans l'art antérieur qu'à d'autres applications impliquant un guidage auxiliaire. Selon l'invention, le dispositif de guidage d'une pièce de révolution, telle un vilebrequin, est du type de celui dont une des extrémités de la pièce de révolution est insérée dans un dispositif d'entraînement en rotation classique, tels les mors d'un mandrin, à des fins d'usinage de ladite pièce selon tout procédé, l'extrémité laissée libre de ladite pièce de révolution étant guidée au niveau d'une surface sensiblement cylindrique de la pièce de révolution et théoriquement coaxiale avec celle insérée dans les mors du susdit mandrin d'entraînement par au moins un palier de guidage en rotation. Selon la caractéristique principale de l'invention, -4- ledit palier de guidage est alimenté en fluide et interpose un film dudit fluide entre ladite surface cylindrique extérieure de la susdite pièce de révolution à guider et la surface intérieure du palier. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse en ce qu'elle permet d'assurer l'usinage de portées cylindriques intérieures ou extérieures concentriques à des portées fonctionnelles déjà réalisées, en guidant la pièce de révolution au niveau de ces portées. D'autre part, ce choix technologique judicieux permet de ne pas détériorer l'état des surfaces de guidage lors de la mise en rotation. L'interposition d'un fluide a pour effet d'auto-centrer l'extrémité de la pièce de révolution par rapport à l'extrémité en prise dans les mors du mandrin. Un autre avantage de l'interposition d'un film de fluide pour assurer le guidage permet au dispositif de guidage de reproduire le contexte d'utilisation réel de la pièce, notamment lorsque la pièce de révolution est un vilebrequin. Un autre avantage dans l'utilisation d'un fluide réside dans le fait que ledit fluide assure un équilibre optimal lors de la rotation de la pièce de révolution. En effet, un fluide permet de corriger les défauts de forme de la surface cylindrique que le palier guide. Selon un mode préféré de réalisation, ledit fluide est du type liquide. Selon un autre mode de réalisation, le fluide constituant le film de guidage dudit palier est du type air. L'utilisation de l'air comme fluide d'un palier de guidage est particulièrement avantageuse en ce qu'elle évite les problèmes de pollution et de recyclage du liquide. Cet air pourra être de type sec ou bien entendu, éventuellement additionné d'un lubrifiant quelconque. Selon une caractéristique particulièrement -5- avantageuse de l'invention, ledit palier de guidage s'ouvre pour autoriser l'insertion de ladite surface cylindrique coaxiale de l'extrémité libre de ladite pièce de révolution sur ledit palier et se referme de façon précise pour en assurer le guidage en rotation lors de la mise en mouvement en rotation réalisée par le mandrin d'entraînement. Cette caractéristique est remarquable en ce qu'elle autorise le guidage au niveau de l'extrémité laissée libre de pièces longues telles un vilebrequin non seulement à l'extrémité elle-même mais aussi sur un des paliers de guidage présents le long d'un vilebrequin. En fait, un tel dispositif a pour avantage de permettre le guidage d'une surface cylindrique pré- usinée quelle qu'en soit sa position par rapport à l'extrémité de ladite pièce. Bien entendu, la position optimale se situe lorsqu'il est possible de rapprocher la zone de guidage le plus près possible de la zone d'enlèvement des copeaux. Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit, donnant à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, un mode de réalisation d'un dispositif de guidage conforme à l'invention. Cette description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue schématique d'ensemble d'un mode de réalisation d'un dispositif de guidage conforme à l'invention, La figure 2 est une vue de côté du dispositif de guidage de la figure 1. Tel qu'illustré sur le dessin de la figure 1, le dispositif de guidage référencé dans son ensemble D est solidaire d'un bâti référencé B d'une machine-outil ayant pour fonction l'usinage d'une pièce de révolution longue , ici un vilebrequin. -6- Une des extrémités 110 est insérée dans les mors d'un mandrin référencé M de ladite machine-outil, à des fins d'usinage dudit vilebrequin 100 par un outil O, l'extrémité 120 laissée libre dudit vilebrequin 100 est, quant à elle, guidée au niveau d'une surface sensiblement cylindrique du vilebrequin et théoriquement coaxiale avec celle insérée dans les mors du mandrin M d'entraînement par un palier de guidage en rotation constituant ledit dispositif de guidage et référencé D. Selon l'invention et comme illustré sur le dessin de la figure 2, ledit palier de guidage D interpose un film F de liquide entre ladite surface cylindrique extérieure du vilebrequin 100 à guider et la surface intérieure du palier D. Ce dispositif de guidage D a non seulement pour avantage d'assurer le guidage d'une pièce longue entraînée à une extrémité seulement mais également de corriger les défauts de cylindricité de la surface qu'elle guide du fait de la nature même du liquide qui, lors de la rotation du vilebrequin, auto-centre ce dernier par rapport à un axe de rotation fictif. Un autre avantage d'un dispositif à interposition de fluide réside dans le fait que, contrairement à un dispositif à galets, il évite un échauffement prématurée de la zone guidée lors de l'usinage de par la circulation du liquide. D'autre part, dès lors que l'élément de guidage lui même à savoir le liquide, est inusable, un palier de guidage utilisant une telle technologie offre une durée de vie très longue. Selon le mode de réalisation illustré, le palier de guidage 200 est constitué au niveau de sa surface de guidage d'une succession de chambres C accueillant chacune le liquide de guidage de façon à ce que lorsque ledit palier 200 accueille la pièce à usiner 100, la surface sensiblement cylindrique guidée de cette dernière forme -7- une paroi supplémentaire auxdites chambres C, le jeu laissé entre la surface intérieure du palier et ladite surface cylindrique autorisant la création d'un film de liquide de guidage. Ce liquide, selon un mode préféré mais non limitatif de réalisation, est du type liquide de coupe. Aussi, l'utilisation d'un palier à interposition de liquide entre la surface du palier 200 et la surface à guider permet l'utilisation d'un liquide déjà utilisé sur la machine- outil sur laquelle est installé ledit dispositif de guidage D. Ainsi, selon le liquide utilisé sur ladite machine- outil, le liquide de coupe utilisé pour alimenter le palier peut être du type liquide à huile entière ou bien du type aqueux. Selon un premier mode préféré de réalisation, ledit palier de guidage 200 est du type hydrostatique. Le liquide est alors envoyé sous pression vers les chambres C du palier 200. Selon un autre mode préféré de réalisation, ledit palier de guidage 200 est du type hydrodynamique. Dans cette application, c'est le mouvement de la pièce de révolution à usiner qui crée une pression dans le film de liquide. Suivant l'invention, le palier de guidage en rotation comprend deux parties 210 et 220, qui assemblées, forment les parois intérieures d'un cylindre, à savoir: - une première partie inférieure 210 fixe solidaire du bâti B auquel est liée la partie fixe dudit dispositif d'entraînement M, et - une deuxième partie supérieure 220 mobile se séparant de la partie inférieure 210 afin d'autoriser l'insertion de la pièce de révolution, ici le vilebrequin , dans le palier 200 avant de reprendre sa position initiale par rapport à la susdite partie inférieure 210 afin d'assurer le guidage dudit vilebrequin 100. -8- Selon un mode préféré de réalisation, la translation permettant au palier de guidage 200 de passer d'une position ouverte autorisant l'insertion de la pièce à guider à une position fermée autorisant le guidage de ladite pièce à guider est assurée par un dispositif à vérin. Le fonctionnement d'une machine-outil comprenant un tel dispositif de guidage D est simple et le suivant. Le vilebrequin 100 est mis en place avec son extrémité 110 dans les mors du mandrin M d'une broche d'entraînement et un des paliers usinés dans une phase d'usinage précédente dans le berceau constitué par la partie inférieure 210 du palier de guidage 200, la partie supérieure étant escamotée. La partie supérieure 220 du palier est remise en place en coiffant la partie inférieure 210 et le palier reconstitué est alors alimenté en liquide pour créer le film de guidage F avec l'extrémité 110 de guidage enserrée dans les mors du mandrin M, Le vilebrequin est alors mis en rotation par le mandrin M et l'outil O est approché de façon classique pour réaliser l'usinage voulu. L'outil peut être aussi bien fixe que tournant, unique que multiple, ou même de type meule. Le dessin schématique d'un autre outil tournant O' illustre une des possibilités précitées. On comprend que le dispositif de guidage en rotation qui vient d'être cidessus décrit et représenté, l'a été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple ci- dessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention pris dans ses aspects et dans son esprit les plus larges. -9- REVENDICATIONS 1. Dispositif de guidage d'une pièce de révolution (100), tel un vilebrequin, dont une de ses extrémités (110) est insérée dans un dispositif d'entraînement en rotation classique, tels les mors d'un mandrin (M), à des fins d'usinage de ladite pièce (100) selon tout procédé, l'extrémité laissée libre (120) de ladite pièce de révolution (100) étant guidée au niveau d'une surface sensiblement cylindrique de la pièce de révolution (100) et théoriquement coaxiale avec celle insérée dans les mors du susdit mandrin d'entraînement (M) par au moins un palier de guidage en rotation (D), CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ledit palier de guidage (D) est alimenté en fluide et interpose un film (F) dudit fluide entre ladite surface cylindrique extérieure de la susdite pièce de révolution (100) à guider et la surface intérieure du palier (D). 2. Dispositif de guidage selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ledit fluide est du type liquide. 3. Dispositif de guidage selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ledit fluide est du type air. 4. Dispositif de guidage selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ledit palier de guidage (D) est du type hydrostatique. 5. Dispositif de guidage selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ledit palier de guidage (D) est du type hydrodynamique. 6. Dispositif de guidage selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ledit liquide s'interposant entre la surface sensiblement cylindrique à guider de la pièce de révolution (100) et le palier de guidage (D) est du type liquide de coupe. 7. Dispositif de guidage selon la revendication 6, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ledit liquide de coupe est du type liquide à huile entière. 8. Dispositif de guidage selon la revendication 6, - 10- CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ledit liquide de coupe est du type aqueux. 9. Dispositif de guidage selon l'ensemble des revendications de 1 à 8 prises ensemble, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ledit palier de guidage (D) s'ouvre pour autoriser l'insertion de ladite surface cylindrique coaxiale de l'extrémité libre (120) de ladite pièce de révolution (100) sur ledit palier et se referme de façon précise, pour en assurer le guidage en rotation lors de la mise en mouvement10 en rotation réalisée par le mandrin d'entraînement (M). 10. Dispositif de guidage selon la revendication 9, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ledit palier de guidage en rotation (D) comprend deux parties (210 et 220), qui assemblées, forment les parois intérieures d'un cylindre, à savoir: - une première partie inférieure fixe (210) solidaire d'un bâti (B) auquel est liée la partie fixe dudit dispositif d'entraînement, et - une deuxième partie supérieure mobile (220) se séparant de la partie inférieure (210) afin d'autoriser l'insertion de la pièce de révolution (100) dans ledit palier (D) avant de reprendre sa position initiale par rapport à la susdite partie inférieure (210) afin d'assurer le guidage de ladite pièce de révolution (100).