Brevet FR2997878A1 — publié le 20140516

La présente invention concerne l'usinage assisté par un fluide. Dans les procédés d'usinage faisant intervenir des outils tournants, tels que des procédés de fraisage ou d'usinage axial, notamment de perçage ou de fraisurage, il est souvent utile de pouvoir amener un fluide tel qu'un lubrifiant, notamment une huile entière, une huile soluble, un mélange eau/huile ou un gaz à la pointe de l'outil. Certaines machines d'usinage sont équipées de joints tournants intégrés à la broche, permettant de remplir cette fonction. Dans le cas contraire, il faut mettre en oeuvre un système d'étanchéité au niveau du porte-outil. Celui-ci doit alors assurer à la fois d'une part la fonction d'amenée du fluide dans un collecteur communiquant avec un ou plusieurs canaux internes de l'outil permettant de le véhiculer jusqu'à son extrémité, au niveau de la zone de coupe en particulier, et d'autre part la fonction de guidage et de transmission du couple nécessaire à la mise en rotation de l'outil. Des joints sont utilisés et viennent en contact avec le collecteur pour assurer l'étanchéité de la circulation du fluide depuis une arrivée de fluide. Le dimensionnement du porte-outil pour la transmission du couple oblige à utiliser un collecteur de diamètre relativement important et les joints assurant l'étanchéité viennent en contact avec une surface de glissement, définie par le collecteur, qui est d'un diamètre relativement grand. La vitesse périphérique de glissement des joints est donc élevée et la conséquence directe en est une limitation de la fréquence maximale de rotation de l'outil, ce qui interdit certains domaines de fonctionnement. Cette limite est habituellement aux alentours de 5 000 tours par minute, et d'autant plus problématique que le perçage est de petit diamètre, car la fréquence de rotation est inversement proportionnelle au diamètre de l'outil. US 7 147 410 divulgue un porte-outil dans lequel l'outil est engagé dans une bague de serrage sur laquelle s'appuient deux joints pour définir un espace dans lequel circule un fluide de refroidissement jusqu'à l'outil. Il existe un besoin pour perfectionner encore les procédés d'usinage et les porte-outils de machines d'usinage utilisant un fluide de coupe, afin notamment de permettre d'entraîner l'outil en rotation à une fréquence de rotation élevée. L'invention répond à ce besoin grâce à un système d'étanchéité pour porte-outil de machine d'usinage assisté par un fluide de coupe, comportant : au moins un premier et un deuxième joint contribuant à délimiter un espace de circulation du fluide vers au moins un canal interne de l'outil, l'un des joints s'appliquant sur l'outil ou un adaptateur éventuel portant l'outil et l'autre joint : a) s'appliquant sur l'outil ou sur l'adaptateur portant l'outil, ou b) s'appliquant sur une surface espacée de l'outil et tournant avec celui-ci, avec 0,3 La surface sur laquelle s'applique le deuxième joint dans la variante b) est définie par une paroi du porte-outil, laquelle est de préférence définie par une bague adaptatrice, qui de préférence peut venir au contact d'un moyen de serrage de l'outil, notamment une pince expansible. La bague adaptatrice peut être au moins partiellement engagée à l'intérieur d'un écrou de serrage de la pince. Ladite paroi est en contact d'un côté avec la surface de glissement du joint et du côté opposé s'étend à distance de l'outil pour permettre la circulation du fluide entre l'outil et le porte-outil jusqu'audit canal interne de l'outil. Cette paroi est de préférence la plus mince possible et la plus rapprochée possible de l'outil. Lors d'un changement d'outil, la bague adaptatrice peut être remplacée par une autre, adaptée au nouveau diamètre d'outil. Les joints sont avantageusement portés par une bague porte-joints du système d'étanchéité, adaptée au diamètre de l'outil ou de l'adaptateur portant l'outil, disposée au contact d'un stator servant au raccordement d'une arrivée en fluide, en liaison pivot avec l'écrou de serrage par le biais d'un roulement. Lors du changement d'outil et du passage d'un outil d'un premier diamètre à un outil d'un autre diamètre, cette bague porte-joints peut être remplacée par une nouvelle bague adaptée au nouveau diamètre de l'outil. Le système d'étanchéité peut être proposé avec des composants qui sont les mêmes pour tous les diamètres d'outil, notamment l'écrou de serrage de la pince et certains éléments du stator, et d'autres qui sont changés en fonction du diamètre d'outil, notamment la bague porte-joints, les joints, la bague adaptatrice, voire la pince (si l'utilisateur n'en dispose pas déjà). Tous les composants qui sont changés en fonction du diamètre d'outil peuvent ainsi définir des gammes de bagues adaptatrices, de bagues porte-joints et de joints adaptés à différents diamètres d'outil, qui sont proposés à l'utilisateur avec les autres composants du système d'étanchéité, qui eux peuvent être invariants. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une gamme dé systèmes d'étanchéité ou de composants d'un système d'étanchéité, adaptés à des outils respectifs de diamètres différents, dont un outil ou adaptateur de diamètre Dl et un outil ou adaptateur de diamètre D2, supérieur à Dl. L'invention a ainsi encore pour objet une gamme d'au moins un premier et un deuxième système d'étanchéité ou un ensemble d'au moins un premier système d'étanchéité et d'une gamme de composants permettant de modifier ce premier système d'étanchéité pour former un deuxième système d'étanchéité en reprenant des composants du premier système d'étanchéité, les deux systèmes d'étanchéité étant destinés à un même porte-outil de machine d'usinage assisté par un fluide de coupe, adaptés à des diamètres d'outils ou d'adaptateurs différents Dl et D2, avec D2 supérieur à Dl, chaque système d'étanchéité comportant au moins un premier joint d'étanchéité contribuant à délimiter un espace de circulation du fluide vers au moins un canal interne de l'outil, le joint s'interposant entre des surfaces animées d'un mouvement de rotation relatif, lors de la rotation de l'outil, le diamètre intérieur du premier joint du premier système d'étanchéité étant destiné à coopérer avec l'outil ou l'adaptateur de diamètre Dl et le diamètre intérieur du premier joint du deuxième système d'étanchéité étant destiné à coopérer avec l'outil ou l'adaptateur de diamètre D2. Chaque système d'étanchéité comporte également un deuxième joint d'étanchéité contribuant également à délimiter l'espace de circulation du fluide, le deuxième joint du premier système d'étanchéité étant destiné à coopérer avec l'outil ou l'adaptateur de diamètre Dl, le deuxième joint du premier système d'étanchéité étant de diamètre intérieur inférieur au diamètre intérieur du deuxième joint du deuxième système d'étanchéité, destiné à coopérer avec l'outil ou l'adaptateur de diamètre D2. On peut ainsi proposer à l'utilisateur, dans un même conditionnement, deux systèmes d'étanchéité adaptés à des diamètres d'outils différents, ou mieux un premier système d'étanchéité et les composants permettant de modifier ce premier système d'étanchéité en reprenant certains de ses composants et en les complétant avec des composants spécifiques aux autres diamètres d'outils ou d'adaptateurs. Le conditionnement peut ainsi contenir le stator du système d'étanchéité et l'écrou de serrage, et des gammes de joints, de bagues porte-joints et de bagues adaptatrices adaptés aux différents diamètres d'outils. L'invention a encore pour objet un procédé d'usinage, comportant les étapes consistant à : sélectionner un outil parmi plusieurs outils ayant des diamètres différents, sélectionner en fonction de l'outil choisi un système d'étanchéité selon l'invention ou les composants permettant de modifier le système d'étanchéité pour l'adapter au diamètre de l'outil ou de son adaptateur éventuel, ce système d'étanchéité étant choisi parmi au moins deux systèmes d'étanchéité adaptés à des outils de diamètres différents ou les composants étant choisis parmi des gammes de composants adaptés à des diamètres d'outils différents, mettre en place l'outil et le système d'étanchéité adapté ou les composants permettant de modifier le système d'étanchéité en place pour l'adapter au diamètre de l'outil ou de l'adaptateur éventuel, procéder à l'usinage avec l'outil et le système d'étanchéité ainsi mis en place. Le choix des composants peut se limiter, outre le choix d'un moyen de serrage adapté tel qu'une pince expansible, au choix d'une bague porte-joints (avec les joints) adaptée au diamètre de l'outil ou de l'adaptateur portant l'outil, notamment quand les deux joints viennent chacun en contact avec l'outil ou avec un adaptateur sur lequel est fixé l'outil, ou au choix d'une bague porte-joints (avec les joints) et d'une bague adaptatrice, lorsque Fun seulement des joints s'applique directement sur l'outil et l'autre sur la bague adaptatrice. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : la figure 1 est un schéma simplifié d'une variante de l'invention, donnée à titre d'introduction, - les figures 2A, 3A, ...,6A sont des vues de face de porte-outils selon l'invention, avec des outils et systèmes d'étanchéité adaptés, - les figures 2B, 3B, ..., 6B sont des coupes longitudinales, respectivement selon III3-HB, IIIB-IIIB, , VIB-VIB des figures 2A, 3A, ..., 6A, et les figures 2C, 3C, ..., 6C sont des vues de côté des porte-outils des figures 2A, 3A, ..., 6A, respectivement. Sur les figures, l'outil a été représenté schématiquement. L'invention n'est pas limitée à un outil particulier, et celui-ci peut être autre qu'un foret. Sur la figure 1, on a représenté de façon simplifiée un porte-outil 10 réalisé conformément à l'invention, notamment conformément à la variante b) définie plus haut, où l'un des joints s'applique sur une surface du porte-outil et l'autre directement sur l'outil. Le porte-outil 10 reçoit un outil 20, représenté schématiquement, comportant un canal interne 21 permettant d'acheminer le fluide depuis une entrée 22, située par exemple comme illustré à l'extrémité proximale (queue) de l'outil, vers une ou plusieurs sorties 23 situées à proximité d'une arête de coupe 24 de l'outil. Ce fluide est typiquement un lubrifiant. L'outil est maintenu par le porte-outil de façon à permettre la transmission du couple et la circulation de fluide jusqu'à l'entrée 22 et comporte une structure qui définit un espace 41 de circulation. Ce dernier est délimité notamment par deux joints d'étanchéité 50 et 60 qui s'appliquent sur des surfaces respectives 51 et 61, formées respectivement sur la structure et sur l'outil 20. Les joints 50 et 60 sont portés par un stator 70, représenté schématiquement. La surface 51 sur laquelle s'applique le joint 50 est de diamètre Din,' et celle 61 de l'outil 20 sur laquelle s'applique le joint 60 est de diamètre Do. Sur la figure 1, schématique, le ou les roulements de guidage éventuels n'ont pas été représentés. Conformément à l'invention, Do et Dim' vérifient la relation 0,3 pour Do dans l'intervalle [1 ; 3] en mm ou 0,5 On a représenté aux figures 2A à 2C d'une part et 3A et 3C d'autre part deux exemples d'un porte-outil équipé de deux systèmes d'étanchéité adaptés à des diamètres d'outils respectifs différents, selon la variante b) de l'invention. Le porte-outil comporte un corps 40 pourvu d'un évidement conique 49 coopérant avec une pince 30 et un écrou 47 de serrage de la pince 30 est vissé sur un filetage 45 du corps 40. Le corps 40 tourne avec l'outil 20 en guidant un roulement 80 dont l'une des bagues, référencée 81, la plus radialement externe, est fixe par rapport au stator 70. Le porte-outil comporte une bague adaptatrice 101 ayant une paroi amincie 100 sur laquelle s'applique la surface de glissement 51 du joint 50. Cette paroi 100 s'étend à une faible distance de la surface de l'outil 20, de façon à minimiser le diamètre interne du joint 50. La bague adaptatrice 101 est assemblée à ['écrou de serrage 47 avec interposition d'un joint torique 103, pour assurer l'étanchéité de l'assemblage. La bague adaptatrice 101 vient en contact avec l'extrémité de la pince 30, dans l'exemple considéré, ce qui assure son immobilisation complète dans le porte-outil. Les joints 50 et 60 sont portés par une bague porte-joints 73, montée sur un corps 78 du stator 70, la bague 73 définissant avec les joints 50 et 60 une chambre 74 dans laquelle est injecté par des orifices 130 le fluide provenant d'un embout de raccordement 75. La bague porte-joints 73 est maintenue sur le corps 78 du stator 70 avec interposition de joints toriques 79, pour assurer l'étanchéité de l'assemblage. Des vis sans tête 110 assurent le maintien du roulement 80, en coopérant avec une bague extérieure 113 montée sur le corps 78 du stator 70. Dans l'exemple illustré aux figures 3A à 3C, l'outil 20 est de diamètre plus petit que dans l'exemple des figures 2A à 2C, par exemple 16 mm au lieu de 20 mm. La pince 30 est différente, étant adaptée au nouveau diamètre d'outil 20. Le corps 40 est inchangé, de même que l'écrou de serrage 47. La bague adaptatrice 101 est remplacée par une nouvelle bague de diamètre intérieur plus petit pour compenser la diminution du diamètre de l'outil 20. Le remplacement de la bague adaptatrice 101 permet de maintenir entre la paroi amincie 100 et la surface de l'outil 20 le jeu le plus faible possible, convenant à la circulation du fluide. Dans l'exemple des figures 3A à 3C, la bague porte-joints 73 est également remplacée par une bague adaptée aux joints qu'elle doit maintenir et présente des alésages de diamètres différents. Les autres pièces du porte-outil sont inchangées. Ainsi, l'utilisateur peut disposer de plusieurs composants adaptés à différents diamètres d'outil, tels qu'une gamme de bagues porte-joints 73 (avec leurs joints) et de bagues adaptatrices 101 adaptées à des diamètres d'outils spécifiques. L'exemple des figures 4A à 4C est similaire à celui des figures 3A à 3C, pour un autre diamètre d'outil, plus petit encore, par exemple 12 mm. Dans l'exemple des figures 5A à 5C, les deux joints 50 et 60 s'appliquent directement sur l'outil 20, ce qui permet de minimiser les vitesses de glissement desdits joints. En variante, ces joints s'appliquent sur un adaptateur sur lequel est fixé l'outil, comme décrit plus loin. Dans l'exemple des figures 5A à 5C, pour assurer l'alimentation en fluide de l'outil 20, ce dernier est pourvu d'au moins un canal interne 27 débouchant dans l'espace de circulation du fluide 74, entre les joints 50 et 60. Par exemple, comme illustré, l'outil 20 comporte plusieurs canaux radiaux 27 communiquant avec le canal interne longitudinal 21, lequel est obturé par un bouchon 28 à son extrémité proximale (queue de l'outil). La bague adaptatrice 101 des exemples des figures 3A et 3B n'est plus nécessaire, puisque les joints s'appliquent directement sur l'outil 20 et que l'entrée du fluide ne se fait plus par son extrémité proximale. Dans la variante des figures 6A à 6C, l'outil 20 est porté par un adaptateur 120. L'outil 20 présente par exemple, comme illustré, une queue 29 vissée dans un taraudage 121 de l'adaptateur. Le canal 21 de l'outil de communique avec une chambre 122 dans laquelle débouchent des canaux radiaux 127 de l'adaptateur ayant la même fonction que les canaux 27 précédemment décrits. Les joints 50 et 60 s'appliquent sur l'adaptateur 120. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples illustrés. Il est notamment possible de modifier la forme du porte-outil et de réaliser d'autres assemblages permettant de rapprocher au mieux la surface de glissement des joints de la surface de l'outil. D'autres moyens de serrage qu'une pince expansible peuvent être utilisés, par exemple une frette thermique, mécanique ou un serrage radial. L'expression "comportant un" doit être comprise comme étant synonyme de "comportant au moins un" et « compris entre » s'entend bornes incluses. REVENDICATIONS1. Système d'étanchéité pour un porte-outil (10) de machine d'usinage assisté par un fluide, comportant : au moins un premier (50) et un deuxième (60) joint contribuant à délimiter un espace (41) de circulation du fluide vers au moins un canal interne (21) de l'outil, l'un (60) des joints s'appliquant sur l'outil (20) ou un adaptateur éventuel portant l'outil et l'autre joint (50) a) s'appliquant sur l'outil ou sur l'adaptateur portant l'outil OU 10 b) s'appliquant sur une surface (100) espacée de l'outil et tournant avec celui- ci, avec 0,3 2. Système selon la revendication 1, comportant un écrou (47) de serrage d'une pince expansible (30) de maintien de l'outil ou de l'adaptateur, fixé sur un corps (40) du porte-outil. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, les deux joints (50, 60) s'appliquant sur l'outil (20) ou l'adaptateur selon la variante a). 20 4. Système selon la revendication 1 ou 2, l'un des joints (60) s'appliquant sur l'outil (20) et l'autre (50) sur la surface (100), selon la variante b). 5. Système selon la revendication 4, la surface (100) étant définie par une bague adaptatrice (101), et de préférence, notamment dans le cas du rattachement de la revendication 5 à la revendication 2, venant au contact de la pince (30) expansible. 25 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, les joints (50, 60) étant portés par une bague (73) adaptée au diamètre de l'outil ou de l'adaptateur, de préférence disposée au contact d'un corps (78) de stator servant au raccordement d'une arrivée en fluide, notamment en liaison pivot avec l'écrou (47) par le biais d'un roulement (80), dans le cas du rattachement de la revendication 6 à la revendication 2. 30 7. Gamme d'au moins un premier et un deuxième système d'étanchéité, selon l'une des revendications 1 à 6, ou un ensemble d'au moins un premier systèmed'étanchéité, selon l'une des revendications I à 6, et d'une gamme de composants permettant de modifier ce premier système d'étanchéité pour former un deuxième système d'étanchéité en reprenant des composants du premier système d'étanchéité, les deux systèmes d'étanchéité étant destinés à un même porte-outil de machine d'usinage assisté 5 par un fluide de coupe, adaptés à des diamètres d'outils ou d'adaptateurs différents Dl et D2, avec D2 supérieur à Dl, chaque système d'étanchéité comportant au moins un premier joint d'étanchéité (50) contribuant à délimiter un espace de circulation du fluide vers au moins un canal interne (21) de l'outil, le joint (50) s'interposant entre des surfaces animées d'un mouvement de rotation relatif, lors de la rotation de l'outil, le diamètre intérieur du 10 premier joint (50) du premier système d'étanchéité étant destiné à coopérer avec l'outil ou l'adaptateur de diamètre Dl et le diamètre intérieur du premier joint (50) du deuxième système d'étanchéité étant destiné à coopérer avec l'outil ou l'adaptateur de diamètre D2, chaque système d'étanchéité comportant également un deuxième joint d'étanchéité (60) contribuant également à délimiter l'espace de circulation du fluide, le 15 deuxième joint (60) du premier système d'étanchéité étant destiné à coopérer avec l'outil ou l'adaptateur de diamètre Dl, le deuxième joint du premier système d'étanchéité étant de diamètre intérieur inférieur au diamètre intérieur du deuxième joint (60) du deuxième système d'étanchéité, destiné à coopérer avec l'outil ou l'adaptateur de diamètre D2. 8. Procédé d'usinage, comportant les étapes consistant à: 20 sélectionner un outil parmi plusieurs outils ayant des diamètres différents, sélectionner en fonction de l'outil choisi un système d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 ou les composants (50, 60, 73 ; 50, 60, 73, 101) permettant de modifier le système d'étanchéité pour l'adapter au diamètre de l'outil ou de son adaptateur éventuel, ce système d'étanchéité étant choisi parmi au moins deux 25 systèmes d'étanchéité adaptés à des outils de diamètres différents ou les composants étant choisis parmi des gammes de composants (50, 60, 73 ; 101) adaptés à des diamètres d'outils différents, - mettre en place l'outil et le système d'étanchéité adapté ou les composants permettant de modifier le système d'étanchéité en place pour l'adapter au diamètre de 30 l'outil ou de l'adaptateur éventuel, - procéder à l'usinage avec l'outil et le système d'étanchéité ainsi mis en place. 9. Procédé selon la revendication 8, le choix des composants se limitant, outre le choix d'un moyen de serrage adapté tel qu'une pince expansible (30), au choix d'une bague porte-joints (73) avec les joints (50, 60), adaptée au diamètre de l'outil ou de l'adaptateur portant l'outil, notamment quand les deux joints viennent chacun en contact avec l'outil ou avec un adaptateur sur lequel est fixé l'outil, ou au choix d'une bague porte- joints (73) avec les joints (50, 60) et d'une bague adaptatrice (101), lorsque l'un seulement des joints s'applique directement sur l'outil et l'autre sur la bague adaptatrice (101).