Brevet FR2902680A1 — publié le 20071228

Porte-outil de forme allongée, en particulier pour l'usinage de corps creux. L'invention concerne un porte-outil de forme allongée, en particulier destiné à l'usinage de forme de corps creux tels que des boîtiers de différentiels. L'usinage de l'intérieur d'un boîtier de différentiel se caractérise par des contraintes mécaniques importantes, dues d'une part au fait que la surface usinée présente des discontinuités, et d'autre part au fait que la surface brute, obtenue par moulage de fonte peut présenter un désaxage important par rapport à la forme finale à obtenir. Les discontinuités proviennent en particulier des paliers pour le support des satellites et des planétaires. Ces contraintes mécaniques sont associées à des contraintes géométriques qui obligent, pour l'accès des surfaces à usiner, à prévoir un outil avec un long porte-à-faux. Toutes les conditions sont réunies pour générer et entretenir un phénomène vibratoire qui se traduit par un mauvais état de la surface usinée. On réduit actuellement ce phénomène en prévoyant des passes d'usinage d'épaisseur limitée, ce qui oblige à prévoir plusieurs passes successives avant d'obtenir la surface finie. On connaît par le document US 5,413,318 une barre porte-outil d'alésage. Ce porte-outil comporte un corps allongé destiné à être fixé à une extrémité 2 dans une broche de machine-outil, et apte à supporter un outil à l'autre extrémité du corps. Le corps comporte un logement dans lequel une masselotte est ajustée avec un faible jeu. La masselotte est suspendue par des anneaux en élastomère, tandis que le jeu est rempli par un liquide visqueux. Un tel assemblage permet un amortissement de la flexion de la barre. Une telle barre s'avère en pratique encore 10 insuffisamment adaptée pour l'usinage des boîtiers de différentiels tel que décrit plus haut. L'invention vise à fournir un porte-outil permettant de réaliser des opérations d'alésage, même avec de fortes passes et l'usinage de surfaces 15 discontinues, sans générer de phénomènes oscillatoires. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un porte-outil comportant un corps s'étendant selon un axe de corps, des moyens d'encastrement à 20 une extrémité du corps destinés à lier le porte-outil à une broche de machine-outil, rotative autour d'un axe de broche sensiblement parallèle à l'axe de corps, des moyens de support pour la fixation d'un outil à l'autre extrémité du corps. Les moyens de 25 support sont reliés au corps par l'intermédiaire de moyens d'amortissement en torsion. On a constaté qu'en disposant des moyens d'amortissement en torsion avec les moyens de support, on obtenait une réduction importante des 30 vibrations du porte-outil et un meilleur état de la surface usinée. La disposition de ces moyens 3 d'amortissement en torsion à proximité de la partie coupante de l'outil permet d'éviter de transmettre des mouvements de torsion du corps et d'éviter de la mettre en résonance dans une mode de vibration en torsion. De préférence, le corps comporte en outre des moyens d'amortissement en flexion à proximité des moyens d'amortissement en torsion. L'amortissement en torsion est complété par un amortissement en flexion, de manière complémentaire. De plus, les moyens d'amortissement en flexion sont placés près de l'extrémité du porte-outil, du côté de l'outil, pour absorbés les mouvements qui sont susceptibles d'être de la plus grande amplitude, afin d'optimiser leur efficacité. De manière complémentaire, le corps comporte un renfort à proximité des moyens d'encastrement, le renfort étant réalisé dans une matière plus rigide que celle du corps. Les matières les plus rigides que l'on connaisse sont en général plus fragiles. Cependant, en les utilisant sous forme d'insert, on associe les propriétés de ténacité de la matière du corps, telle que de l'acier, avec celles de rigidité de l'insert. L'insert est placé de manière avantageuse du côté des moyens d'encastrement afin de renforcer la zone ou les contraintes en flexion sont les plus importantes. Il est fixé au corps par exemple par frettage ou par brasage dans un logement, ou sous forme de barrettes longitudinales sur les faces externes du corps. Le renfort est par exemple en carbure de tungstène. 4 Selon un mode de réalisation particulier, les moyens d'amortissement en torsion comportent au moins deux plaques métalliques perpendiculaires à l'axe de corps, reliées entre elles par une couche de matière élasto-visqueuse. La matière élasto-visqueuse est par exemple un élastomère, qui a des propriétés intrinsèques d'élasticité et de d'amortissement visqueux. Un tel assemblage privilégie un mouvement relatif des plaques sous forme de glissement, d'autant plus si on utilise plusieurs plaques intermédiaires avec des couches d'élastomère entre toutes les plaques. De préférence, les moyens d'amortissement en torsion comportent un centreur fixé au corps, s'étendant perpendiculairement aux plaques, les plaques étant montées pivotantes sur le centreur. Ainsi, le mouvement autorisé des plaques est un pivotement relatif autour de l'axe du centreur. Selon un mode de réalisation, les moyens d'amortissement en flexion comportent une masselotte dans un logement du corps, un liquide visqueux emplissant l'espace entre la masselotte et les parois du logement. La circulation du liquide entre les parois du logement et la masselotte lorsque le corps est soumis à des oscillations permet d'absorber de l'énergie de ce mouvement et de diminuer l'amplitude des oscillations. De manière particulière, la masselotte est reliée au corps par des supports élastiques. Selon une disposition avantageuse, les moyens d'amortissement en torsion sont amovibles. Ainsi, il est possible d'adapter le même porte-outil en fonction des opérations d'usinage à réaliser, en choisissant des caractéristiques de rigidité et d'amortissement différentes. 5 L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d'un porte- outil conforme à l'invention ; la figure 2 est une vue de côté du porte-outil de la figure 1 équipé d'un outil la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne 15 III-III de la figure 2 la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 2. Un porte-outil 1 conforme à un mode de réalisation de l'invention est représenté sur les 20 figures 1 à 3. Il comporte un corps 10 allongé s'étendant selon un axe de corps A. A l'une de ses extrémités, il comporte des moyens d'encastrement 13, destinés à lier le porte-outil 1 à une broche de machine-outil, non représentée. Les moyens 25 d'encastrement 13 sont par exemple un cône mâle normalisé pour le montage des porte-outils. L'axe de broche B, confondu avec l'axe du cône, et l'axe du corps A sont parallèles et légèrement décalés, mais ils pourraient être alignés. 30 Le porte-outil 1 est destiné à recevoir une 6 tête 12 formant des moyens de support à l'autre extrémité du corps 10. La tête 12 supporte l'outil de coupe proprement dit, ayant par exemple la forme d'une plaquette 120. Différents modèles de tête 12 peuvent être utilisés, en fonction de l'usinage à réaliser. Conformément à l'invention, des moyens d'amortissement en torsion 11 sont interposés entre le corps 10 et la tête 12. Les moyens d'amortissement en torsion 11 ont la forme extérieure d'un disque amovible s'étendant transversalement à l'axe de corps A. La tête 12 est fixée par des vis 121 traversant le disque et venant se visser dans le corps 10. Les moyens d'amortissement en torsion 11 comportent une pluralité de plaques 110 métalliques perpendiculaires à l'axe du corps et reliées entre elles par des couches 111 d'élastomère vulcanisé sur les plaques 110. Les plaques 110 sont percées en leur centre de manière à être montées pivotantes sur un centreur 109 fixé au corps 10 et s'étendant perpendiculairement aux plaques 110. Le corps 10 comporte un alésage 100 central s'étendant sur presque toute sa longueur, et débouchant sur une face sur laquelle les moyens d'amortissement en torsion 11 s'appuient. L'alésage forme un logement 100 pour un insert 101 en carbure de tungstène, plus rigide que l'acier du corps 10, et réalisant un renfort du corps 10. L'insert 101 est placé dans l'alésage 100 par frettage à chaud, de telle sorte qu'il est parfaitement lié au corps 10. L'insert 101 se trouve ainsi du côté des moyens d'encastrement 13. 7 On trouve ensuite, formant les moyens d'amortissement en flexion, empilés dans le logement 100 et dans l'ordre depuis l'insert 101, une première rondelle souple 102, une masselotte 103, une deuxième rondelle souple 104, une rondelle rigide 105 et un bouchon 106. Le diamètre de la masselotte 103 est inférieur à celui du logement 100 de manière à laisser subsister un jeu entre sa périphérie et les parois du logement 100, dans lequel un liquide visqueux tel que de l'huile est versé. La masselotte 103 comporte deux gorges circonférentielles 1030 dans lesquelles deux joints toriques 107 sont placés. Les joints 107 servent d'une part de support élastique à la masselotte 103, en la plaçant de manière centrée par rapport au logement 100, et d'autre part à réaliser une étanchéité pour le liquide visqueux. Le corps 10 comporte deux orifices radiaux 150 débouchant dans le logement 100 en regard de la masselotte 103 pour amener ou évacuer le liquide visqueux. Les orifices radiaux 150 sont obturés par des vis 15. Les moyens d'amortissement en flexion sont ainsi placés à proximité des moyens d'amortissement en torsion 11. Les rondelles souples 102, 104 sont réalisées par exemple en élastomère. La rondelle rigide 105 est par exemple métallique. Le bouchon 106 permet de fermer le logement 100. Il est fixé par deux vis- pointeau 16 coopérant avec une gorge circonférentielle 1060 du bouchon 106. Il comporte en son centre une vis de pression 108 destinée à agir axialement sur la rondelle rigide, de manière à comprimer les rondelles souples 102, 104 contre la masselotte 103. 8 Le corps 10, l'insert 101, les rondelles souples 102, 104 et rigide 105, la masselotte 103, le bouchon 106, la vis de pression 108 et le centreur 109 sont percés selon leurs axes de manière à former un conduit de lubrification 14, pour conduire du liquide de lubrification depuis la broche jusqu'à la tête 12. Lors de l'usinage d'une surface discontinue ou présentant de fortes variations d'épaisseur, des efforts très variables sont générés sur la plaquette 120. Ces efforts peuvent mettre en résonance le porte-outil 1, dans un mode de torsion selon l'axe du corps A et dans un mode de flexion entre les moyens d'encastrement 13 et la tête 12. Bien que présentant une souplesse augmentée, par rapport à un corps plein, les moyens d'amortissement en torsion 11 autorisent un pivotement relatif des plaques 110 entre elles autour du centreur 109. Cependant, les couches 111 d'élastomère absorbent une partie de l'énergie de vibration en torsion, diminuant ainsi rapidement l'amplitude de celles-ci. Cet amortissement entraîne aussi une diminution des sollicitations en flexion transmises par la tête 12 au corps 10. Par ailleurs, par le battement inertiel de la masselotte 103 dans le logement 100, ainsi que par la flexion du logement 100 lui-même, le liquide visqueux est mis en mouvement, par exemple par des effets de cisaillement. Le liquide absorbe ainsi de l'énergie, ce qui diminue l'amplitude des oscillations de flexion. REVENDICATIONS 1. Porte-outil comportant un corps (10) s'étendant selon un axe de corps (A), des moyens d'encastrement (13) à une extrémité du corps (10) destinés à lier le porte-outil (1) à une machine-outil, des moyens de support (12) pour la fixation d'un outil à l'autre extrémité du corps (10), caractérisé en ce que les moyens de support (12) sont reliés au corps par l'intermédiaire de moyens d'amortissement en torsion (11). 2. Porte-outil selon la revendication 1, dans lequel le corps (10) comporte des moyens d'amortissement en flexion à proximité des moyens d'amortissement en torsion (11). 3. Porte-outil selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le corps (10) comporte un renfort (101) à proximité des moyens d'encastrement (13), le renfort (101) étant réalisé dans une matière plus rigide que celle du corps (10). 4. Porte-outil selon la revendication 3, dans lequel le renfort (101) est en carbure de tungstène. 5. Porte-outil selon la revendication 1, dans lequel les moyens d'amortissement en torsion (11) comportent au moins deux plaques (110) métalliques perpendiculaires à l'axe de corps (A), reliées entre elles par une couche (111) de matière élasto-visqueuse.lo 6. Porte-outil selon la revendication 5, dans lequel les moyens d'amortissement en torsion (11) comportent un centreur (109) fixé au corps (10), s'étendant perpendiculairement aux plaques (110), les plaques (110) étant montées pivotantes sur le centreur (109). 7. Porte-outil selon la revendication 2, dans lequel les moyens d'amortissement en flexion comportent une masselotte (103) dans un logement (100) du corps (10), un liquide visqueux emplissant l'espace entre la masselotte (103) et les parois du logement (100). 8. Porte-outil selon la revendication 7, dans lequel la masselotte (103) est reliée au corps (10) par des supports élastiques (102, 104, 107). 9. Porte-outil selon la revendication 5, dans lequel les moyens d'amortissement en torsion (11) sont amovibles.