Brevet FR2881366A1 — publié le 20060804

La présente invention concerne une machine d'usinage du type comprenant - un moteur pneumatique, -un circuit pneumatique de raccordement du moteur à une source d'air comprimé,et comprenant une vanne d'alimentation du moteur, -une broche porte-outils, - un mécanisme d'entrainement reliant mécaniquement le moteur à la broche pour l'entrainer,le mécanisme comprenant un organe de sélection mobile entre une première position de sélection d'un premier mode d'entrainement de la broche,et une deuxième position de sélection d'un deuxième 1;0 mode d'entraînement de la broche différent du premier mode d'entrainement, -un dispositif de commande du fonctionnement de la machine pour commander l'exécution d'un cycle d'entraînement comprenant au moins une étape d'entrainement de la broche selon le premier mode d'entrainement,puis une étape d'èntrainement de la broche selon le deuxième mode d'entraînement, puis commander l'arrêt en alimentation en air du moteur. La première étape du cycle est généralement une étape d'avance et de rotation simultanée de la broche,et la deuxième étape une étape de recul et de rotation simultanée de la broche. Le dispositif de commande du fonctionnement de la machine permet 20 d'arrêter automatiquement le fonctionnement d'une telle machine à l'issue de l'exécution d'un cycle. Ainsi,lorsqu'un utilisateur a installé plusieurs de ces machines sur une grille de support et qu'il a déclenché leurs fonctionnements,les machines s'arrêtent automatiquement sans qu'il n'ait besoin d'intervenir spécifiquement sur chacune d'entre elles. Dans des machines du type précité,le dispositif de commande du fonctionnement comprend des éléments du circuit pneumatique dédiés à la commande de la fermeture de la vanne d'alimentation du moteur à l'issue de l'étape de recul de la broche. Ces machines sont utilisées principalement pour le perçage et le fraisage, particulièrement dans la construction aéronautique. On constate que la stucture du dispositif dq commande est relativement complexe et coûteuse,notamment en raison de ces éléments pneumatiques dédiés. Le but de l'invention est de fournir une machine du type précité qui soit plus légère,moins encombrante,de structure plus simple et de coût plus réduit; Une machine d'usinage selon l'invention comprend: - un moteur pneumatique(1), - un circuit pneumatique de raccordement du moteur(1) à une source d'air comprimé par l'intermédiaire d'une vanne(20) permettant son fonctionnement et son arrêt, - une broche porte-outils(12), - un mécanisme d'entrainement reliant le moteur(1) à la broche(12) pour 1' entrainer,le mécamisme comportant un ensemble de sélection(6-8a-8) mobile entre une première position déterminant un premier mode d'entrainement en rotation et en translation axiale de la broche(12) vers le bas correspondant à l'étape d'usinage du cycle,et un second mode d'entrainement en rotation et en translation axiale de la broche(12) vers le haut correspondant à l'étape de retour en fin de cycle, - un dispositif pneumatique pour l'exécution du cycle et commander l'arrêt de l'alimentation en air comprimé du moteur(1) en fin de cycle. Les faces en regard du pignon-craboteur(6) de l'organe de sélection mobile (6-8a-8) et du pignon d'entrée(3)du mécanisme,comportent, sur une même couronne,des èlèments saillants identiques entr'eux, en:mêmenombre que des cavités identiques entre-elles et aptes à les recevoir.La section des éléments saillants est nulle à leur extrèmité,et, de l'élément saillant et de la cavité,la section d'au moins l'un d'entr'eux se réduit progressive-ment par rapporta sa section de base.La section des élément saillants et celle des cavités à leurs bases respectives ne laissent sur la surface annulaire de leur interpénétration aucune surface plane offrant un appui aux extrèmités des éléments saillants.L'organe de sélection(6-8a-8) est constamment sollicité vers le pignon d'entrée(3) par un ressort(8c) agissant sur la face inférieure d'un piston(8) et dont la force maintient le crabotage des pignons(6 et 3) pendant l'étape d'usinage.Le pignon(3) étant en rotation,le blocage du pignon-craboteur(6) entraine son décrabotage par 1' obliquité de la trajectoire des appuis glissants des éléments saillants sur la paroi des cavités desquelles ils sortent;cette trajectoire oblique imprime à l'organe de sélection(6-8a-8) un mouvement axial. Pendant l'arrêt de la machine et l'étape d'usinage,le piston(8) obture par un joint(8b) sur sa face supérieure,l'orifice d'un canal(10a) d'amenée d'air comprimé dans la paroi supérieure de la chambre(9) du piston(8);et le mouvement axial résultant du décrabotage du pignon(6) du pignon.d'entrée(3),libère le débit d'air comprimé arrivant par le canal(10a) qui s'-exerce sur le piston(8) en tirant le pignon(6) en crabotage sur l'élément fixe(11) par l'interpénétration de leurs dentures de crabotage(6c,11d). La pression régnant au dessus du piston(8) est conduite par un passage (13c) issu de la partie supérieure de la chambre(9) du piston(8) et aboutissant à l'entrée d'alimentation d'un capteur pneumatique agissant en fer- meture de la vanne(20) pour arrêter le moteur en fin de cycle. Le débit de la pression arrivant dans la chambre(21) de maintien en ouverture de la vanne(20) monostable à rappel en fermeture par son ressort (19) et celle arrivant dans le canal(10a),est limité à travers un ajutage calibré(15) raccordé en piquage du débit de sortie de la vanne(20) alimentant le moteur(1). Le capteur (13) est un capteur à fuite,dont le clapet(13a) est enfoncé à la fin de l'étape de translation axiale de la broche(12) vers le haut, par son bossage(12b),et vide à l'atmosphère la chambre(21) de maintien'. en., ouverture de la vanne(20) avec un débit supérieur à celui de la pression traversant l'ajutage calibré(15),provoquant ainsi la fermeture de la vanne (20) par l'action de son.ressort(19),et l'arrêt du moteur(1). Selon un mode de réalisation conforme à l'invention,ladenture(6d) de crabotage sur la face supérieure du pignon(6) et la denture(3d) de crabotage sur la face inférieure du pignon(3),sont identiques,et présentent un aspect de dents de scie s'étendant radialement en une succession de dents prismatiques. Selon un autre mode de réalisation conforme à l'invention,l'une des faces en regard des pignons(6 et 3) comporte des éléments saillants de forme sensiblement semi-sphérique,sur une même couronne et de même nombre que des cavités sensiblement coniques sur la face de l'autre pignon,telles que les cercles de leur base sont tangeants. Selon un autre mode de réalisation de l'invention,chacune des faces en regard des pignons(6 et 3) comporte sur une même couronne,le même nombre d'éléments saillants dont la surface de leur section à leur extrémité est nulle,alternant avec des des cavités dont les parois sont obliques par rapport à leur plan de perçage;la surface des éléments saillants et celle des cavités à leurs bases,ne laissent subsister entr'elles aucune surface plane. Dans une machine selon l'invention,le pignon conique(3a) d'entrée du mécanisme engrenant avec le pignon conique(2) du moteur(1),le pignonengrenage à denture droite(3b) et les éléments permettant le crabotage avec le pignon-craboteur(6) ,constituent un ensemble de fabrication monobloc. Dans une machine conforme à l'invention,la butée(12a) règlable le long de la partie supérieure de la broche (12),vient en appui sur l'épaulement(4a) du pignon(4) émergeant à l'extérieur du carter(10) de la machine:la butée (12a) et son appui(4a) tournant à:même,v:itesse. L'invention sera mieux comprise à la lecture des descriptions qui vont suivre,données uniquement à titre d'exemples,et faites en se réfèrant aux dessins annexés,sur lesquels: - Les figures 1 à 4 sont des vues détaillant le mécanisme d'entrainement et le dispositif de commande du fonctionnement de machines selon l'in- vention.Les figures 1 à 3 représentent,en coupe,une même machine dans trois états différents. La figure 4 représente en coupe,une seconde machine con-forme à l'invention, en position d'arrêt. Dans les descriptions qui suivent,les termes "inférieur"et"supérieur", "horizontal"et"vertical","droite"et"gauche", "haut"et"bas", "dessus"et"dessous 15,s'entendent par rapport aux figures. Suivant la figure 1,la machine est à l'arrêt;elle comprend essentiellement: - un moteur pneumatique classique 1,fixé au carter 10 de la machine. -une broche 12 porte-outils reçue dans le carter 10 pour être mobile en rotation et en translation le long de son axe A par rapport au carter 10. -de manière classique,des outils de perçage peuvent être montés amo- vibles à l'extrèmité inférieure 12c de la broche 12. Le mécanisme comprend; -un pignon d'engrenage 2 solidaire en rotation de l'arbre de sortie 25 du moteur 1, - un premier double pignon 3 sur l'axe B comportant un premier pignon 3a engrenant avec le pignon 2 moteur,et un second pignon 3b engrenant avec un pignon 4 sur l'axe A entrainant en rotation la broche 12,ladite broche pouvant coulisser le long de son axe A par rapport à ce pignon;les axes A et B étant paralèlles. - un deuxième pignon-double crabot 6 en dessous du pignon 3 engrenant avec un pignon 5 à denture droite sur l'axe A,dessous le pignon 4.1e pignce 5:est vissé sur la longueur filetée de la broche 12,sa rotation étant indépendante de celle du pignon 4 par un chemin de billes 45,et l'ensemble des deux pignons 4 et 5 est immobilisé dans le sens vertical dans le carter 10. -Un plateau 11 à crabots 11d fixe dans le carter 10,centré sur l'axe B en dessous du pignon double/crabot 6. Le premier double pignon/crabot 3 est monté rotatif autour de la tige 7 fixée selon l'axe B dans le carter 10. Le second pignon/double crabot 6 est monté rotatif autour de l'extrè mité de la partie tubulaire 8b du piston pneumatique 8 qui peuvent coulisser par leurs joints périphériques de façon étanche dans leurs alésages respectifs cylindriques dans le carter 10;1'ensemble 6,8a, 8 coulissant le long de la tige 7 constitue l'organe de selection des étapes du cycle de la machine. La denture de crabotage sur la face supérieure du pignon 6 présente un aspect de dents de scie sen:siblement-trïangu.lairés,'aptes à s'engager dans la denture 3d à arêtes vives sur la face inférieure du pignon 3;dans cette position de repos,le piston 8 èquipé d'un joint plat annulaire 8b monté autour de 8a sur sa face supérieure,obture l'orifice d'un canal 10a débouchant dans la surface supérieure de sa chambre cylindrique 9,par la force d'un ressort ac s'exercant sur la face inférieure du piston 8 pour maintenir l'organe de sélection 6-8a-8 en position haute. La machine comprend également une vanne 20 de type normalement fermée monostable à rappel en fermeture par son ressort 19 et apte à se maintenir en ouverture par une pression pneumatique s'exerçant sur la face de son tiroir opposée au ressort 19 dans sa chambre 21 de pilotage en:ouver ture. La vanne 20 d'alimentation en air comprimé de la machine,comporte une commande manuelle 22 mécaniquement reliée au tiroir pour permettre son ouverture et la mise en marche de la machine. -Un circuit pneumatique comprenant; - une liaison 17 de la sortie de la vanne 20 à l'entrée la du moteur, - une conduite 16 piquée sur la liaison 17 et raccordée à *un ajutage calibré 15 limiteur de débit, - une première conduite.14a reliant la sortie de l'ajutage 15 à l'entrée du canal 10a dans le carter 10,et une seconde- tonduite 14b issue égale-ment de la sortie de l'ajutage 15 et raccordée à la chambre de pilotage 21 de la vanne 20. - un canal 13c dans la partie supérieure de la paroi cylindrique de.la chambre du piston 8,et débouchant dans la chambre d'un capteur à fuite 13 en arriere de son clapet 13a sollicité en fermeture par un res-sort 13b. La machine comporte encore; - Une butée supérieure 12a réglable le long de la broche 12 et venant en appui sur un épaulement 4a du pignon 4 et débordant à l'extérieur-du car-ter 10;la butée 12a et l'épaulement d'appui 4c tournant à même vitesse. -un bossage 12b fixe sur la partie inférieure de la broche 12,apte a enfoncer la commande 13a du capteur à fuite 13 en fin de remontée de la broche 12, marquant la fin du cycle de fonctionnement. Lorsque la machine est à l'arrêt comme représenté sur la figure 1, la denture 6d à profil de dent triangulaire est solidement maintenue en engagement dans son homologue 3d du pignon 3 par la poussée vers le haut du ressort de manière que pendant l'étape d' usinage de la machine,le pignon 6 soit entrainè par le pignon 3 pour résister au couple nécessaire à 1!usinage;.laÉpoussée du ressort. assure pendant cette première étape l'obturation de l'orifice du canal 10a. Une traction sur la commande manuelle 22 de la vanne 20 libère le passage de la pression de service vers l'orifice la du moteur 1 qui démarre;un petit débit d'air traversant l'ajutage calibré 15 remplit la conduite 14a et le canal 10a,ainsi que la conduite 14b et la chambre 21 de la vanne 20 qui se maintient ouverte. Suivant la figure 2,1'arrivée de la butée 12a de la broche 12 sur l'épaulement 4â du pignon 4 marque la fin de l'étape d'usinage,l'outil ayant atteint la profondeur de coupe détermimée par le réglage de ladite butée 12a.L'immobilisation en translation de la broche provoque,par l'effet différentiel résultant du rapport entre les diamè- tres primitifs. des pignons 3-4 et 6-5,le blocage en rotation du pignon 6. L'obliquité des faces en appui des dents 3d et 6d entraine une amorce dé translation vers le bas de l'ensemble 6-8a-8;1'orifice du canal 10a ainsi ouvert,le débit de pression s'exerce sur la face active du piston 8 qui tire le pignon 6 vers le bas,et dont la denture de crabotage 6c s'engage dans la denture de crabotage 11d du plateau fixe 11.La pression au des-sus du piston 8 remplit,par le canal 13c,le capteur 13 en.arrière de son clapet 13a:encore:.fermé_. La figure 3 représente la machine dans son étape de remontée de la broche 12 se dévissant dans le filet du pignon.5 bloqué en rotation par l'immobilisation du pignon 6.Le bossage 12b de la broche 12 arrivant à hauteur du capteur à fuite 13 enfonce son clapet qui vide,à un débit très supérieur à celui pouvant traverser l'ajutage 15,toute la pression au dessus du piston 8 et dans la chambre 21 de maintien en ouverture de la vanne 20 qui se ferme automatiquement et arrête le moteur pneumatique 1. La Figure 4 est une représentation en coupe d'un mécanisme d'une ma-chine selon l'invention. Dans ce mécanisme,la face supérieure du pignon craboteur 6 comporte un nombre d'éléments saillants 6d de forme sensiblement semi-sphèrique disposés en couronne;la face inférieure en regard du pignon 3 est perçée d'un même nombre de cavités sensiblement coniques,disposées sur le même cercle que la couronne des éléments saillants,tel que les cercles de perçage qu'ils présentent sont tangents et ne laissent sur ce cercle,que des arêtes vives;dans ces conditions les éléments saillants 6d ne rencontrent, à leur pénétration dans les cavités 3d propres à les recevoir,aucune sur-face plane pouvant s'y opposer;et le blocage du pignon 6,tandis que tour-ne le pignon 3,entraine le dégagement des éléments saillants 6d des cavités 3d selon la trajectoire oblique de leurs contacts en appui glissant, conduisant à un mouvement axial vers le bas de l'ensemble pignon 6-liai- son 8a - piston 8.Le canal 10a d'amenée d'air comprimé maintenant ouverte la vanne d'alimentation du moteur pneumatique,débouche,dans le mécanisme, sur une chambre cylindrique crée par le jeu plus important à cet endroit entre la liaison 8a et son alèsage de coulissement dans le carter 10. Le mouvement axial vers le bas le l'ensemble 6-8a-8,à pour effet de libèrer le débit de pression venant du canal 10a sur la face active du piston 8, par la perte d'étanchéité jusqu'alors assurée par le joint torique 8b sur la face du piston 8 entourant l'élément de liaison 8a à sa base. Comme précédemment exposé,la pression agissant sur le piston 8 entrai ne le crabotage des èléments saillants cylindro-coniques 6b dans les trous tronco-cylindriques 11d leur correspondant dans la pièce fixe 11, marquant ainsi la fin de l'étape d'usinage du cycle de la machine.La pres sion au-dessus du piston 8 se répand par une ouverture 13c dans un capteur à fuite 13 en arrière de son clapet 13a. Dans une autre exécution d'un mécanisme non représenté conforme à 1' invention,chacune des faces en regard des pignons 6 et 3,comportent en nombre égal et sur un même cercle,une alternance d'éléments saillants dont la surface de leur section devient nulle à leur extrèmité,et de cavités propres à les acceuillir,dont surface de section qu'elles présentent sur la face des pignons,diminue progressivement avec leur profondeur. Le contour des sections des éléments saillants à leur base et celui des cavités se touchent sur le cercle de leur implantation pour ne laisser aucune surface plane sur laquelle puisse s'appuyer l'extrémité des éléments saillants au momentÉde leur pénétration dans les cavités. REVENDICATIONS 1.Machine d'usinage du type comprenant: -un moteur pneumatique(1) -un circuit pneumatique de raccordement du moteur(1) à une source d'air 5 comprimé per l'intermédiaire d'une vanne(20)permettant son fonctionnement et son arrêt, -une broche porte outils(12), un mécanisme d'entrainement reliant le moteur(1) à la broche(12) pour l'entrainer,le mécanisme comportant un ensemble de sélection(6-8a-8)mobile entre une première position déterminant un premier mode d'entrainement en rotation et en translation axiale vers le bas le la broche(12)correspondent à l'étape d'usinage du cycle,et un second mode d'entrainement en rotation et en translation axiale vers le haut de la broche(12)correspondant à l'étape de retour en fin de cycle, -un dispositif pneumatique pour l'exécution du cycle et commander l'arrêt le l'alimentation en air comprimé du moteur(1) en fin de cycle, caractèrisée en ce que les façes en regard du. pignon craboteur(6) de l'organe de sélectibnmobile(6-8a-8) et du pignon d'entrée(3)du mécanis me,comportent,sur une même couronne des éléments saillants identiques entr' eux,en même nombre que des cavités identiques entre'elles et aptes à les recevoir;que la surface de section des éléments saillants est nulle à leur extrèmité;que,de l'élément saillant et de la cavité,la section d'au moins l'un d'entre eux se réduit progressivement par rappàrt à sa section à sa base;que la section des éléments saillants et celle des cavités à leurs bases respectives ne laissent sur la surface annulaire de leur interpénétration aucune surface plane horizontale offrant unÉappui aux extrémités des éléments saillants; et que l'organe de sélection(6-8a-8)est constamment sollicité vers le pignon d'entrée(3) par un ressort(8c) agissant sur la façe inférieure du piston(8) et dont la force maintient le crabotage des pignons(6,3) pendant l'étape d'usinage;et que,le pignon (3)étant en rotation,le blocage du pignon craboteur(6) entraine son décrabotage par l'obliquité de la trajectoire des appuis glissants des éléments saillants sur laparoides cavités desquelles ils sortent;et que cette trajectoire oblique imprime à l'organe de sélection(6-8a-8)-un mouvement axial. 2. Machine selon la revendication 1 caractèrisée en ce que, pendant son arrêt et l'étape d'usinage,le piston(8)obture par un joint(8b) sur sa façe supérieure,l'orifice d'un canal (10a)d'amenée d'air comprimé dans la paroi supérieure de la chambre(9) du piston(8) et que le mouvement axial résultant du décrabotage du pignon(6) du pignon d'entrée(3), libère le débit d'air comprimé arrivant par le canal(10a) qui s'exerce sur le piston(8) eh tirant le pignon(6) en crabotage sur l'élément fixe(11) par 1' interpénétration de leur dentures de crabotage(6t,11d). 3. Machine selon les revendications 1 et 2,caractèrisée en ce que la pression régnant au dessus du piston(8) est conduite par un passage (13c) issu de la partie supérieure de la chambre(9)du piston(8) et au dessus du piston dans sa position haute,et aboutissant à l'entrée_d'alimentation d'un capteur pneumatique agissant en fermeture de la vanne(20) pour arrêter le moteur en fin de cycle. 4. Machine selon les revendications 1,2 et 3,caractèrisée en ce que le débit de la pression arrivant dans la chambre(21) de maintien en ouverture de la vanne(20) monostable à rappel en fermeture par son ressort(19) et celle arrivant dans le canal(10a),est limité à travers un ajutage calibré(15) raccordé en piquage du débit de sortie de la vanne(20) alimentant le moteur(1) 5. Machine selon les revendications 1 à 4, caractèrisée en ce que le capteur(13) est un capteur à fuite,dont le clapet(13a) est enfoncé à la fin de l'étape de translation axiale de la broche(12) vers le haut,par son bossage(12b),et vide à l'atmosphère la chambre(21) de maintien en ou- verture de la vanne(20) avec un débit supérieur à celui de la pression traversant l'ajutage calibré(15), provoquant ainsi la fermeture de la vanne(20) par l'action de son ressort(19),et l'arrêt du moteur(1). 6. Machine selon la revendication 1,caractèrisée en ce que _la de, riture(6d) de crabotage sur la face supérieure du pignon(6) et la denture(3d) de crabotage sur la face inférieure du pignon(3),sont identiques,et pré-sentent un aspect de dents de scie s'étendant radialement en une succession de dents prismatiques. 7. Machine selon la revendication 1,caractèrisée en ce que l'une des faces en regard des pignons(6 et 3)comporte des éléments saillant::de for- me sensiblement semi-sphèrique,sur une même couronné et de même nombre que des cavités sensiblement coniques sur la face de l'autre pignon,et que les cercles de base de ces cavités coniques sont tangents. 8.Machine selon la revendication 1,caractèrisée en ce que chacune des faces en regard des pignons(6 et 3) comporte sur une même couronne,le même nombre d'éléments saillants dont la surfacé de leur section à leur extrémité est nulle,alternant avec des cavités dont les parois sont obliques par rapport à leur plan de perçage,et que la surface des éléments saillants et celle des cavités à leurs bases,ne laissent subsister entr'el les,aucune surface plane. 9. Machine selon toutes les revendications,caractèrisée en ce que le pignon conique(3a) d'entrée du mécanisme engrenant avec le pignon conique (2)du moteur(1),le pignon-engrenage à denture droite(3b) et les éléments permettant le crabotage avec le pignon-craboteur(6)constituent,-:un:-en, sei- ble de fabrication monobloc(3). 10. Machine selon toutes les revendications caractèrisée en ce que la butée(12a) règlable le long de la partie supérieure de la broche(12) vient en appui sur l'épaulement(4a) du pignon(4) émergeant à l'extérieur du carter(10) de la machine;la butée(12a)et son appui(4a) tournant à même Vitesse.