Brevet FR2903035A1 — publié le 20080104

La présente invention concerne les outils d'usinage rotatifs, et en particulier les outils coupants rotatifs dont le corps a une forme générale allongée et axiale notamment du genre foret ou fraise. L'usinage de certains matériaux, notamment le bois massif, les panneaux de bois aggloméré ou le métal, génère des quantités importantes de poussières et de copeaux que l'on cherche à capter efficacement pour garantir une bonne qualité d'usinage, pour réduire l'usure des outils et aussi pour limiter la salissure des machines-outils ainsi que des locaux. A cet effet, dans la plupart des cas, les machines-outils d'usinage sont équipées de dispositifs de captage par aspiration des copeaux et des poussières. La conformation de ces dispositifs de captage est notamment conditionnée par le type d'outils d'usinage équipant la machine-outil et par les caractéristiques d'émission des particules (selon la direction et l'amplitude de leur projection notamment). Cependant, les dispositifs de captage actuellement mis en oeuvre n'assurent pas une collecte optimale des particules générées lors de l'usinage ; c'est notamment le cas pour les outils rotatifs de forme générale allongée et axiale comme par exemple les forets et les fraises. Pour remédier à cet inconvénient, la demanderesse a développé une nouvelle structure d'outil d'usinage rotatif qui optimise la prise en charge des poussières et des copeaux par le dispositif de captage équipant la machine-outil associée. En particulier, l'objectif de cette invention est de profiter de la rotation de l'outil pour générer un flux d'air assurant l'évacuation efficace des copeaux ou poussières de la zone de travail. L'outil d'usinage rotatif correspondant est du genre comprenant un corps de forme générale allongée et axiale, composé d'une partie avant de coupe, muni d'arêtes ou de lèvres coupantes, et d'une partie arrière d'attachement, permettant son montage sur l'arbre d'entraînement rotatif d'une machine-outil adaptée. Selon l'invention, le corps d'outil en question comporte des moyens structurels complémentaires formant turbine d'aspiration, munis de plusieurs pales, aubes ou ailettes, aptes à générer, lors de la mise en rotation dudit outil d'usinage, un flux d'air circulant depuis la bordure avant desdites pales, orientée du côté de ladite partie avant de coupe, vers leur bordure arrière, orientée du côté de ladite partie arrière d'attachement ; ce flux d'air est alors apte à entraîner au moins une partie des poussières et/ou des copeaux générés lors de l'usinage, en particulier vers des organes de captage équipant la machine-outil associée. 2903035 2 Selon une forme de réalisation préférée, les moyens formant turbine sont agencés entre les parties de coupe et d'attachement, et ils sont centrés sur l'axe de rotation du corps d'outil. Selon une première forme de réalisation possible, les moyens formant turbine 5 comportent plusieurs pales s'étendant radialement entre d'une part, le corps de l'outil d'usinage associé, de forme générale cylindrique, et d'autre part, un anneau périphérique coaxial audit corps d'outil. Cet ensemble pales radiales/anneau périphérique vise en particulier à optimiser l'intensité et l'orientation du flux d'air créé. 10 Dans ce cas, l'anneau périphérique peut avoir une conformation générale cylindrique, de diamètre constant sur sa hauteur ; le flux d'air généré est alors de section sensiblement constante. Dans une variante de réalisation, cet anneau périphérique présente une conformation générale tronconique ; en fonction du flux d'air souhaité, la grande base de ce tronc de cône peut être située du côté de la partie de 15 coupe ou du côté de la partie d'attachement. Toujours pour optimiser le flux d'air généré par la mise en rotation de la turbine de cette première forme de réalisation, la bordure avant des pales s'étend avantageusement en saillie par rapport à la bordure avant de l'anneau périphérique associé. 20 Selon une seconde forme de réalisation possible, les moyens formant turbine comportent une paroi de fond de forme générale tronconique ou sensiblement tronconique qui s'étend coaxialement ou sensiblement coaxialement par rapport à l'axe de l'outil associé, et des pales dites principales , ménagées sur la face avant de cette paroi de fond, s'étendent entre les bordures avant et arrière de ladite face avant. 25 Dans ce cas, la mise en rotation de l'outil d'usinage génère un flux d'air circulant le long de la face avant de la paroi de fond de ladite turbine, depuis sa bordure avant jusqu'à sa bordure arrière ; l'orientation de cette bordure arrière définissant la direction appliquée au flux d'air généré. Dans le cadre de cette seconde forme de réalisation, la paroi de fond des 30 moyens formant turbine présente avantageusement une forme générale en pavillon de trompette ; son extrémité avant a une forme générale cylindrique qui s'étend coaxialement ou sensiblement coaxialement à l'axe de l'outil associé, et son extrémité arrière s'étend dans un plan perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à l'axe dudit outil, cela pour assurer une déflection latérale et centrifuge du flux d'air généré. Toujours selon cette seconde forme de réalisation, les moyens formant turbine comportent avantageusement des pales complémentaires ménagées également sur la 2903035 3 face avant de la paroi de fond, chacune à égale distance entre deux pales principales ; ces pales complémentaires s'étendent chacune depuis la bordure arrière de la paroi de fond, ceci sur une partie seulement de la longueur de la face avant de ladite paroi de fond en direction de sa bordure avant. 5 Encore selon une autre caractéristique de cette seconde forme de réalisation, les moyens formant turbine comportent avantageusement une couronne périphérique fixée sur la bordure libre des pales principales opposée à la paroi de fond, et le cas échéant sur la bordure libre des pales complémentaires, laquelle couronne périphérique s'étend à proximité et parallèlement ou sensiblement parallèlement à 10 l'extrémité arrière de ladite paroi de fond. Cette couronne périphérique a pour fonction d'optimiser les caractéristiques du flux d'air généré par la mise en rotation de la turbine d'aspiration. Ces moyens formant turbine peuvent être réalisés monoblocs avec le corps de l'outil d'usinage associé. De manière alternative, ils consistent en une structure 15 rapportée sur le corps d'outil, pour former un accessoire amovible ; cet accessoire comporte à cet effet une bague cylindrique permettant sa fixation sur ledit corps d'outil associé. L'invention sera encore illustrée, sans être aucunement limitée, par la description suivante de deux formes de réalisation particulières, données uniquement à 20 titre d'exemple, et représentées sur les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue générale et schématique d'un premier ensemble outil d'usinage rotatif/turbine d'aspiration, représenté selon une perspective orientée du côté de la partie avant de coupe dudit outil d'usinage ; - la figure 2 est une vue de dessus de l'ensemble outil d'usinage/turbine d'aspiration de 25 la figure 1 ; - la figure 3 est une vue de côté de l'ensemble outil d'usinage/turbine d'aspiration des figures 1 et 2 ; - la figure 4 est encore une vue de côté de l'ensemble outil d'usinage/turbine d'aspiration conforme à la figure 3, dont l'anneau cylindrique périphérique n'est pas 30 représenté pour faciliter la compréhension ; - la figure 5 est une vue générale, en perspective, d'une seconde forme de réalisation possible d'une turbine d'aspiration selon l'invention (l'outil d'usinage associé n'est pas représenté) ; - la figure 6 est une vue de côté de la turbine d'aspiration de la figure 5 ; 35 - la figure 7 est une vue de dessous, du côté de sa face avant, de la turbine d'aspiration des figures 5 et 6 ; 2903035 4 - la figure 8 est encore une vue générale de la turbine d'aspiration des figures 5 à 7, selon une perspective orientée du côté de la face arrière de sa paroi de fond. Sur les figures 1 à 4, l'outil de coupe 1, de type fraise, est associé à des moyens rapportés formant turbine d'aspiration 2 (dont la structure est détaillée par la 5 suite). Cet outil d'usinage 1 consiste en un corps 3 de forme générale cylindrique et allongée, comportant un axe central longitudinal 4 ; il se compose d'une partie avant 5 de coupe et d'une partie arrière 6 d'attachement à une machine-outil adaptée (non représentée). 10 La partie de coupe 5 est munie, de manière classique, d'une pluralité d'arêtes ou de lèvres coupantes 5', qui sont adaptées et conformées en fonction du type d'usinage que l'on souhaite réaliser. La partie arrière d'attachement 6 est quant à elle adaptée pour permettre le montage de cet outil 1 sur le porte-outil de l'arbre central rotatif de la machine-outil 15 associée. De manière générale, l'outil d'usinage 1 en question est destiné à être mis en rotation autour de son axe longitudinal 4 (ce dernier correspond alors également à son axe de rotation) ; le sens de rotation appliqué à l'outil est symbolisé par la flèche repérée 7 sur la figure 1. 20 Cette machine-outil comporte, en outre, des dispositifs (non représentés) de captage par aspiration des copeaux et/ou des poussières générées lors de l'usinage. De manière classique, l'ensemble peut être placé à l'intérieur d'un capotage de cloisonnement. La turbine d'aspiration 2 est adaptée pour produire un flux d'air favorisant 25 l'évacuation des copeaux et/ou des poussières générés tout au long de l'usinage d'une pièce à manufacturer par la partie avant de coupe 5, lorsqu'elle est entraînée en rotation avec l'outil d'usinage 1 dans le sens de la flèche 7 précitée ; ce flux d'air vise en particulier à favoriser le guidage des copeaux et/ou des poussières en direction du dispositif de captage de la machine-outil. 30 Plus précisément, la turbine d'aspiration 2 en question est rapportée entre les partie de coupe 5 et d'attachement 6 de l'outil d'usinage 1. Cette position de la turbine d'aspiration 2, juste en amont de la partie de coupe 5, permet en particulier une prise en charge rapide et efficace des particules à évacuer. Cette turbine d'aspiration 2 rapportée est de préférence réalisée monobloc en 35 matériau métallique de type acier. 2903035 5 Elle comporte plusieurs pales 10 (en l'occurrence au nombre de trois), réparties régulièrement et radialement autour de l'axe de rotation 4 de l'outil 1 (formant également l'axe central de la turbine d'aspiration 2) ; ces pales 10 s'étendent chacune entre d'une part, une bague tubulaire centrale 11 (adaptée pour la fixation de la turbine 5 d'aspiration 2 au corps d'outil 3), et d'autre part, un anneau périphérique cylindrique 12 ; cet anneau périphérique 12 intervient en particulier pour favoriser l'orientation du flux d'air, cela ici coaxialement à l'axe de rotation 4 de l'outil d'usinage 1. La fixation de la bague centrale 11 de la turbine 2 sur le corps d'outil 3 peut être du type nervure/clavette, filetage ou frettage. 10 Les pales 10 ont chacune une forme générale hélicoïdale (figure 4) ; elles sont convenablement conformées pour générer le flux d'air selon une orientation depuis la partie avant 5 vers la partie arrière 6, cela lors de la rotation de l'outil d'usinage 1 dans le sens de la flèche 7 précitée. Ces pales 10 sont chacune délimitées notamment par une bordure avant 10a, 15 située du côté de la partie avant de coupe 5, et une bordure arrière 10b, située du côté de la partie arrière d'attachement 6. Comme on peut le voir sur les figures 3 et 4, les bordures avant 10a et arrière 10b de ces pales 10 s'étendent chacune dans un même plan perpendiculaire à l'axe 4 de l'outil d'usinage 1. La bordure avant 10a des pales 10 s'étend en légère saillie par 20 rapport à la bordure avant 12a de l'anneau périphérique 12 ; cette particularité structurelle a pour fonction d'améliorer encore l'orientation du flux d'air généré et le captage des particules par ce flux d'air. Le secteur angulaire défini par les bordures avant 10a et arrière 10b de chacune de ces pales 10 présente un angle compris entre 95 et 110 . La bordure 25 avant 10a d'une pale 10 s'étend presque dans le même plan radial que la bordure arrière 10b d'une pale 10 juxtaposée ; en l'occurrence, l'angle du jour entre les bordures en regard de deux pales 10 juxtaposées est compris entre 10 et 25 (figure 3). A titre indicatif, la turbine d'aspiration a un diamètre de 110 mm ; l'anneau 12 a 30 une hauteur de 20 mm, et les pales radiales 10 ont quant à elles une hauteur de 25 mm ; la bordure avant 10a de ces pales 10 est en saillie de 4 mm par rapport à la bordure avant 12a de l'anneau périphérique 12. En pratique, lors de la mise en rotation de l'outil d'usinage 1 pour travailler une pièce à manufacturer, la turbine d'aspiration 2 associée génère un flux d'air (illustré par 35 le repère 13 de la figure 3) circulant entre ses pales 10, depuis leur bordure avant 10a vers leur bordure arrière 10b, et canalisé par l'anneau périphérique cylindrique 12. 2903035 6 Ce flux d'air favorise l'orientation des copeaux et des poussières produites par l'opération de coupe en direction du dispositif de captage de la machine-outil équipée. De manière alternative, les trois pales 10 de la turbine d'aspiration 2 s'étendent chacune selon un secteur angulaire compris entre 15 et 35 ; l'angle du jour entre 5 deux pales 10 est compris entre 85 et 105 . Encore de manière alternative, l'anneau périphérique 12 peut avoir une forme générale tronconique, sa bordure avant ayant un diamètre inférieur par rapport à sa bordure arrière, ou inversement. Selon le cas, le flux d'air ainsi généré est respectivement soit divergent, soit 10 convergent, dans un sens s'étendant depuis l'avant vers l'arrière de l'outil d'usinage associé. Une variante de réalisation d'une turbine d'aspiration conforme à l'invention est représentée sur les figures suivantes 5 à 8. La turbine d'aspiration 15 en question, réalisée en matériau métallique de type 15 acier, se compose d'un organe tubulaire central 16 (visible en particulier sur la figure 8), entouré d'une paroi de fond 17, de forme générale tronconique (et en particulier en forme de pavillon de trompette) munie sur sa face avant 18 d'une pluralité de pales adaptées pour générer le flux d'air recherché. Cette turbine d'aspiration 15 est destinée à équiper un outil d'usinage tel que décrit ci- 20 dessus en relation avec les figures 1 à 4 (en remplacement de la turbine 2), et elle est destinée à venir se fixer entre les parties avant de coupe et arrière d'attachement de cet outil. Plus précisément, la face avant 18 de la paroi de fond 17 présente une surface engendrée par une génératrice de forme générale demi-parabolique, s'appuyant sur un 25 axe central 19 (cet axe 19 correspond aussi à l'axe de rotation de la turbine d'aspiration 15). Ainsi, l'extrémité avant 18a de la face avant 18 de la turbine d'aspiration 15, destinée à venir du côté de la partie avant de l'outil d'usinage associé, présente une forme cylindrique qui s'étend coaxialement par rapport à l'axe 19 de la turbine d'aspiration 30 15 ; l'extrémité arrière 18b de cette face avant 18 s'étend quant à elle dans un plan perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à cet axe 19. D'autre part, la face avant 18 de la paroi de fond 17 de la turbine 15 est équipée de deux types de pales, certaines 20 dites principales et d'autres 21 dites secondaires . 2903035 7 Les pales principales 20, de forme générale hélicoïdale, s'étendent sur toute la longueur de la face avant 18 de la paroi de fond 17, c'est-à- dire entre ses extrémités avant 18a et arrière 18b. Les bordures avant 20a de ces pales principales 20, du côté de l'extrémité avant 18a 5 de la paroi de fond 17, s'étendent dans un même plan perpendiculaire à l'axe 19 de la turbine 15 ; leurs bordures arrière 20b, du côté de l'extrémité arrière 18b de la paroi de fond 17, sont orientées parallèlement les unes aux autres et parallèlement à l'axe de rotation 19 précité. Les pales secondaires 21 sont ménagées chacune entre deux des pales 10 principales 20 précitées ; ces pales secondaires 21 concourent à renforcer le flux d'air généré par les pales principales 20, lors de la mise en rotation de la turbine. Ces pales secondaires 21 s'étendent depuis l'extrémité arrière 18b de la paroi de fond 17, et seulement sur une partie de la longueur de sa face avant 18, en direction de son extrémité avant 18a. Les bordures arrière 21b des pales secondaires 21 s'étendent 15 parallèlement les unes aux autres, parallèlement aux bordures arrière 20b des pales principales 20, et parallèlement à l'axe 19 de la turbine d'aspiration 15. Une couronne annulaire 22 est, de plus, fixée sur la bordure longitudinale libre des pales principales 20 et secondaires 21, cela du côté de leur bordure arrière 20b et 21b. Cette couronne annulaire 22 s'étend à proximité et en regard de l'extrémité arrière 20 18b de la face avant 18 de la paroi de fond 17. Elle a pour fonction de renforcer le flux d'air généré par les pales principales 20 et secondaires 21. L'organe tubulaire central 16 sert à la fixation de la turbine d'aspiration 15 sur le corps de l'outil d'usinage ; cette solidarisation peut s'effectuer par des moyens structurels de type rainure/clavette, filetage ou frettage. 25 Comme on peut le voir sur la figure 8, cet organe tubulaire 16 est solidarisé avec la face arrière 23 de la paroi de fond 17, par le biais de quatre flasques radiaux 24 monoblocs, disposés en croix. A titre indicatif, la face avant 18 de la paroi de fond 17 peut avoir un diamètre de l'ordre de 20 à 25 mm au niveau de son extrémité avant 18a et de l'ordre de 100 à 30 110 mm au niveau de son extrémité arrière 18b ; la hauteur séparant ces deux extrémités 18a et 18b est de l'ordre de 35 mm. Les pales principales 20 et secondaires 21 ont une hauteur de 5 mm. Enfin, la couronne annulaire 22 a une largeur de 10 mm. En pratique, l'outil d'usinage rotatif à équiper est inséré et fixé au travers de l'organe tubulaire central 16 de la turbine d'aspiration 15. 35 Ensuite, en fonctionnement, lors de l'usinage d'une pièce à manufacturer, la rotation de l'outil d'usinage entraîne en rotation la turbine d'aspiration 15 associée. 2903035 8 Les pales 20, 21 et la couronne annulaire 22 de cette turbine d'aspiration génèrent alors un flux d'air cheminant selon une direction partant de la bordure avant 20a des pales principales 20 jusqu'à leur bordure arrière 20b ; c'est-à-dire un flux d'air cheminant tout d'abord selon une direction parallèle à l'axe de rotation 19 de la turbine 5 15 et subissant ensuite une déflection latérale centrifuge selon un sens perpendiculaire audit axe de rotation 19. Ce flux d'air permet alors l'entrainement des poussières et des copeaux produits par l'action de l'outil d'usinage sur la pièce à manufacturer. De manière générale, les turbines d'aspiration selon l'invention ont l'intérêt 10 d'assurer une évacuation optimale des copeaux et des poussières produits par l'outil d'usinage associé, vers les moyens de captage de la machine-outil. Cet avantage concourt à garantir une bonne qualité d'usinage, à réduire l'usure des outils et aussi à limiter la salissure des machines-outils ainsi que des locaux. De manière alternative à ces turbines d'aspiration rapportées, les outils 15 d'usinage peuvent être conçus pour comporter une turbine d'aspiration réalisée monobloc avec leur corps allongé axial. REVENDICATIONS - 1.- Outil d'usinage rotatif, en particulier de type outil coupant rotatif, comprenant un corps (3) de forme générale allongée et axiale, composé d'une partie avant (5) de coupe, munie d'arêtes ou de lèvres coupantes (5'), et d'une partie arrière (6) 5 d'attachement, permettant son montage sur l'arbre d'entraînement rotatif d'une machine-outil adaptée, caractérisé en ce que ledit corps d'outil (3) comporte des moyens structurels complémentaires (2, 15) formant turbine d'aspiration, munis de plusieurs pales, aubes ou ailettes (10, 20), aptes à générer, lors de la mise en rotation dudit outil d'usinage, un 10 flux d'air circulant depuis la bordure avant (10a, 20a) desdites pales (10, 20), orientée du côté de ladite partie avant (5) de coupe, vers leur bordure arrière (10b, 20b), orientée du côté de ladite partie arrière (6) d'attachement, ledit flux d'air étant apte à entraîner au moins une partie des poussières et/ou des copeaux générés lors de l'usinage, en particulier vers des organes de captage équipant ladite machine-outil. 15 2.- Outil d'usinage rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens formant turbine (2, 15) sont agencés entre les parties de coupe (5) et d'attachement (6), et sont centrés sur l'axe de rotation (4, 19) dudit corps d'outil (3). 3.- Outil d'usinage rotatif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens formant turbine (2) comportent plusieurs pales (10) 20 s'étendant radialement entre d'une part, le corps (3) dudit outil d'usinage (1), de forme générale cylindrique, et d'autre part, un anneau périphérique (12) coaxial audit corps d'outil (3). 4.- Outil d'usinage rotatif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'anneau périphérique (12) a une conformation générale cylindrique, de diamètre 25 constant sur toute sa hauteur. 5.- Outil d'usinage rotatif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'anneau périphérique a une conformation générale tronconique, sa grande base étant située du côté de la partie de coupe (5) ou du côté de la partie d'attachement (6) en fonction des caractéristiques du flux d'air souhaité. 30 6.- Outil d'usinage rotatif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la bordure avant (10a) des pales (10) s'étend en saillie de la bordure avant (12a) de l'anneau périphérique (12) associé. 7.- Outil d'usinage rotatif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens formant turbine (15) comportent une paroi de fond 35 (17) de forme générale tronconique ou sensiblement tronconique, qui s'étend coaxialement ou sensiblement coaxialement par rapport à l'axe (19) dudit outil rotatif, 2903035 10 des pales principales (20) étant ménagées sur la face avant (18) de ladite paroi de fond (17) et s'étendant entre les bordures avant (18a) et arrière (18b) de ladite face avant (18). 8.- Outil d'usinage rotatif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la paroi de fond (18) des moyens formant turbine (15) présente une forme générale de pavillon de trompette dont l'extrémité avant (18a) a une forme générale cylindrique, et dont l'extrémité arrière (18b) s'étend dans un plan perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à l'axe (19) dudit outil rotatif, cela pour assurer une déflection latérale et centrifuge du flux d'air généré lors de la mise en rotation dudit outil d'usinage. 9.- Outil d'usinage rotatif selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que les moyens formant turbine (15) comportent des pales complémentaires (21) ménagées également sur la face avant (18) de la paroi de fond (17), chacune à égale distance entre deux pales principales (20), lesquelles pales complémentaires (21) s'étendent chacune depuis la bordure arrière (18b) de ladite paroi de fond (17) et sur une partie seulement de la longueur de sa face avant (18) en direction de sa bordure avant (18a). 10.- Outil d'usinage rotatif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les moyens formant turbine (15) comportent une couronne périphérique (22) fixée sur la bordure libre des pales principales (20) opposée à la paroi de fond (17), et le cas échéant sur la bordure libre des pales complémentaires (21), laquelle couronne périphérique (22) s'étend à proximité et parallèlement ou sensiblement parallèlement à l'extrémité arrière (18b) de ladite paroi de fond (17). 11.- Outil d'usinage rotatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les moyens formant turbine (2, 15) sont réalisés monoblocs avec le corps d'outil (3). 12.- Outil d'usinage rotatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les moyens formant turbine (2, 15) sont rapportés de manière amovible sur le corps d'outil, pour former un accessoire audit outil d'usinage, et comportent une bague cylindrique (11, 16) permettant leur fixation sur ledit corps d'outil. 13.- Accessoire formant turbine selon la revendication 12, apte à équiper un outil d'usinage rotatif.