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"PROCEDE ET APPAREIL POUR LA FABRICATION
D'ORGANES DE COMMANDE DE LA DIRECTION DES
VEHICULES ET PRODUIT EN RESULTANT". formée par Société dite t ROSS GEAR AND TOOL COMPANY
L'invention vise un procédé et une machine pour tailler des rainures hélicoïdales variables dans les or- ganes de commande de la direction des véhicules.
Ces organes de commande sont des corps cylindri- ques munis d'une ou de plusieurs rainures hélicoïdales , le pas de chacune des rainures variant depuis le milieu jusqu'à chacune des extrémités. La rainure hélicoïdale de ces organes de commande est disposée de façon à recevoir
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un bras (ou un ergot porté par le bras) d'un arbre oscillant disposé à angle droit de cet organe ; il en résulte que la rotation de cet organe de commande sur son axe donne un mou- vement d'oscillation variable à cet arbre oscillant ; les mouvements relatifs de l'organe de commande et de l'arbre oscillant variant suivant le point où le bras est en prise avec la rainure.
La rainure de l'organe de commande doit être faite avec une grande précision et sur le dessin annexé ,on a représenté une partie d'une machine à faire ces rainures. suffisante pour permettre de comprendre de façon complète la présente invention. La description qui suit est faite avec référence à ce dessin sur lequel :
La figure 1 est une vue en élévation par l'avant d'une machine permettant de tailler des rainures hélicoïdales variables dans les organes de commande de direction.
La figure 2 représente celle-ci en plan vue par le dessus.
La figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2.
La figure 4 est une vue schématique montrant le procédé de taille des rainures sur une ébauche d'organe de commande.
La figure 5 est une vue de détail de l'un des organes de commande rainurés.
La figure 6 représente un détail.en coupe suivant la ligne 6-6 de la figure 4.
Les figures 7 et 8 sont des schémas représentant différentes positions relatives de l'ébauche et de la fraise pendant la taille.
Ainâi que cela est représenté , la machine com- prend un plateau 1 sur lequel sont montés les organes de travail ce plateau peut être de toute construction
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convenable telle par exemple celle du plateau d'une machine ordinaire à fraiser les vis. Sur le plateau , sont disposées une poupée fixe 2 et une poupée mobile 3 qui peuvent être montées sur le plateau de façon à pouvoir être réglées à la manière habituelle ,si on le désire.
L'ébauche dans laquelle sera taillée l'organe de commande est désignée sur le dessin par B ; elle est montée entre le centre jjf de la poupée mobile 3 et le centre 2a de la poupée fixe 2 à la façon habituelle dont on monte les pièces métalliques dans une machine à fraiser les vis.
Sur le plateau 1 se trouve un porte-outil 4 qui peut être monté à glissement de toute façon appropriée et qui lorsqu'il est en position ,peut être bloqué à sa place de toute façon convenable. e porte-outil 4 est placé entre les poupées 2 et 3 et est muni sur ses côtés opposés d'oreilles .4 en saillie vers le haut et percées de façon à recevoir l'arbre 4b. L'arbre 4b présente un évidement 4c dans l'une des extrémités duquel est fixée une pièce filetée qui est en prise avec l'extrémité filetée 4e d'un axe 4x qui tourillonne dans une douille 4, emmanchée dans un manchon monté dans l'extrémité extérieure de l'un des paliers 4a concentrique à l'arbre 4b.
L'extrémité intérieure du manchon 4g est ajustée sur l'extrémité voisine de l'arbre 4b et est de préférence calée sur celui-ci comme en 4k de sorte que l'arbre 4b et le manchon 4g peuvent tourner solidairement l'un de l'autre ; on empêche le jeu longitudinal du manchon 4g de toute façon appropriée ; sur la figure 3 ,on a repré- senté une bague 4a portant contre l'extrémité extérieure du manchon et fixée à l'oreille . au moyen de vis 4t.
Sur l'axe 4 est fixé un volant ± au moyen duquel on peut faire tourner l'extrémité filetée 4e de
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celui-ci de façon à régler longitudinalement l'arbre 4 sur le porte-outil On empêche le jeu longitudinal de l'axe 4x par rapport à son support au moyen d'un collier 4i porté par l'axe et qui est serré fortement contre l'extrémité extérieure de la douille 4g au moyen d'un écrou 4? placé sur l'extrémité extérieure de l'axe $ comme on le voit sur la figure 3.
Une pièce 5 portant l'outil est montée sur l'arbre 4b entre les oreilles 4a ; cette pièce est maintenue sur l'axe par une broche 4p comme on le voit sur la figure 3.
La pièce est munie de deux saillies 5a et 5b placées au dessus de l'arbre 4b et qui sont alésées suivant leurs axes pour recevoir les douilles 5c et 5d dans lesquelles est monté ,de façon à pouvoir tourner le porte-outil 6. La pièce 5 peut être réglée longitudinalement par rapport au support 4 en faisant tourner le volant qui fait tourner à son tour l'axe ±* et déplace en bloc l'arbre 4/ et la pièce 5 longitudinalement sur l'arbre. Comme il est repré- senté , l'oreille 4a dans laquelle est monté le manchon 4g est fendue longitudinalement et peut être serrée sur le manchon au moyen de boulons transversaux représentés en 47 sur la figure 3.
Le porte-outil jg est représenté comme fixé en po- sition au moyen d'écrous de blocage 6c vissés sur la tige de l'outil de part et d'autre de la saillie 5b et des ron- delles convenables (qui peuvent être des paliers à billes si on le désire) sont placées entre les écrous 6c et la pièce 5b,comme représenté. Ce montage permet de maintenir en position fixe ,après réglage , la fraise et tient compte de la poussée exercée en bout sur celle-ci. A l'extrémité intérieure du porte-outil 6 est fixée une fraise' C, disposée de façon à tailler,la rainure dans l'ébauche comme indiqué ci-dessous.
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Sur la partie arrière du porte-outil ± .se trouve un pignon 6p qui engrène avec un pignon 6q porté par un axe 6r dont la partie avant tourillonne dans un trou axial ménagé à l'extrémité arrière de l'arbre 4b, comme repré- senté en 6s sur la figure 3. Cet arbre 6r porte sur son extrémité externe ,un pignon d'angle 6t qui engrène avec une roue d'angle 9a montée sur un arbre 9 ; à son extrémité inférieure cet arbre porte une roue 9b,engrenant avec une roue d'angle 9c oalée sur un arbre 9d s'étendant le long de la machine et actionné par tous moyens appropriés , tel qu'un réducteur de vitesse , à partir de l'arbre moteur principal. La roue dentée 6q est suffisamment large pour permettre à l'outil ± de s'éloigner et de se rapprocher de la pièce à travailler sans dégager la roue 6p de la roue 6q.
Le porte-outil .µ. peut se déplacer le long de la pièce 1 comme on l'a indiqué ci-dessus ; il peut en outre, tourner en décrivant un arc en travers de cette pièce 4.
Pour commander le mouvement de rotation du porte-outil 5 , un secteur denté 5e est venu sur la pièce 5b, ou en est solidaire ce secteur est concentrique à l'arbre 4. et il engrène avec une crémaillère 2. dont l'une des extrémités pas- se dans un guide convenable 7a porté par la machine.
L'autre extrémité de la crémaillère ± est fixée à l'une des extrémités d'une tige recourbée 7c (voir figure 1) dont l'autre extrémité est articulée en 7d sur le grand bras 7e d'un levier coudé qui pivote à l'endroit de son coude sur un axe fixé à une oreille 8a de la pièce coulissante 8 montée sur le bâti de façon à se déplacer le long de celui-ci en se rapprochant ou s'éloignant du support comme on va l'expliquer.,
Le levier 7e est commandé par une came appropriée, de sorte que lorsque la pièce coulissante 8 effectue-* @
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son mouvement de va et vient en entraînant le levier 7e vers la pièce ±, ou en l'en éloignant,
elle donne également un mouvement de va et vient à la crémaillère 2. qui fait tour** ner le secteur 5e et la pièce 5,la came donnant un mouve-
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/au ment déterminé/préalable qui peut être variable ou cons- tant ou peut être la combinaison d'un mouvement constant et d'un mouvement variable de la crémaillère comme on va l'expliquer*
Dans le dispositif représenté,un bras est solidaire du bras 7e et porte un galet 7g qui vient porter sur une came plate 10 portée par le support 10 p fixé à demeure sur le bâti* La came 10 est de préférence cons- tituée par une barre dont la partie inférieure forme la came sur laquelle porte le galet 7g.
La :face fortant come de la barre 10 présente un* parti* plus basse 10a et une partie plus haute 10b reliées par des éléments de came in- clinés en sens contraire et se raccordant ,10c et 10d de sorte que la crémaillère 1 a n'importe quel mouvement voulu déterminé au préalable (de préférera* un mouvement variable) lorsque la pièce coulissante effectue son mouvement de va et vient et pendant que @ la fraise C taille une rainure dans l'organe de commande comme on va l'expliquera
La pièce coulissante µ,
peut recevoir son mouvement de va et vient au moyen de tout dispositif approprié de préférence au moyen d'une vis 8s disposée le long du bâti 1 et en prise avec une partie filetée intérieurement de la pièce coulissante 8; il est prévu un dispositif appro- prié grâce auquel la vis 8a tourne d'abord dans un sens puis dans l'autre vitesses convenables et aux moments voulus de façon ce que la pièce coulissante 8 déplace le levier 2e et la crémaillère 7 dans un sens pendant l'opéra- tion de taille de la rainure dans l'ébauche de 1* organe ,7-:
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de commande ,puis ramène le levier et la crémaillère lorsque la rainure est faite pour préparer la taille d'une rainure dans une autre ébauche.
La vis 8s peut être actionnée par l'arbre de la poupée fixe au moyen de tout dispositif convenable tel par exemple ceux qui sont couramment employés dans les fraiseu- ses ,fraiseuses à vis Pratt & Whitney par exemple ,et qui sera facilement compris de ceux qui sont de la partieo La vis à avancement est faite de façon à faire avancer la pièce coulissante 8 de toute longueur voulue par tour de l'arbre dans la poupée fixe.
Pour empêcher toute vibration du bras 7f, le galet 7g porté par le bras 7f du levier 7e doit rester constam- ment en contact étroit avec la came pendant l'opération de taille de la came maîtresse. On pourrait employer un ressort mais de préférence une chaîne ou câble 7m est fixé à la partie supérieure du levier 7e et passe sur une poulie 7n ;un poids 70 est fixé à l'extrémité pendante du câble ;l'action exercée par ce poids ,qui est multipliée par le rapport des bras de levier le et 7f,est suffisante pour maintenir le galet 7g en contact étroit avec la surface de la came 10 à tout moment.
L'amplitude du mouvement de va et vient de la pièce coulissante 8 est suffisante pour que la crémaillère 7 fasse tourner le porte-outil 5 d'environ 70 à chaque course complète dans un sens ou dans l'autre , de la pièce coulissante 8. ; il en résulte que l'outil Ç décrit latéralement un arc de 70 à chaque course de la crémaillère 7.
L'outil C est de préférence une fraise faite en acier à outil de la meilleure qualité ; il a de préférence une forme extérieure correspondant exactement à la section trans- versale de la rainure à tailler dans l'organe de commande.
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L'ébauche B de l'organe de commande est faite en un acier approprié et oomporte une partie exactement cylindri- que ayant la longueur et le diamètre voulus. Elle est de préférence munie de tourillons b et b' aux deux extrémités , au moyen desquels elle peut être montée de façon à pouvoir tourner dans la machine ou le mécanisme dans lequel l'organe de commande terminé doit être utilisé.
Le tourillon b' est de préférence plus long que le tourillon b et comporte à son extrémité extérieure une série périphérique de rainures longitudinales parallèles b' prévues pour Tenir en prise avec une douille rainurée inté- rieurement de façon correspondante d'une pièce de centrage 2a de la poupée remplaçant la pointe de centrage habituel- le ;
il en résulte que lorsqu'une ébauche de ce genre est mi- se en place dans la machine ,avec son tourillon rainuré b* puis dans la pièce de centrage 2a et son tourillon b pris dans la pièce décentrage 3a , elle se trouve en position convenable sur la machine et est centré exactement entre les poupées 2 et 1 la pièce 2a l'entraînant et la faisant tourner comme elle-même
En se reportant aux figures 4 et 7 on voit qu'en taillant l'ébauche , l'outil Ç parcourt un arc représenté par la ligne a-a sur les figures 4 et 7 ,cet arc s'étendant longitudinalement par rapport à l'ébauche ,dans le plan m-m ,figure 8 ; l'outil se déplace sur cet arc dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre b désigné par sur les figures 4 et 7.
Comme on l'a dit ci-dessus la machine représentée a été établie pour tailler des rainures spirales à pas variables dans les organes de commande de direction des automobiles. Sur le dessin (Figure 7) , [serait l'axe de l'arbre tournant * le rayon R serait le bras de l'arbre tournant et le cercle 0¯ (Figure 7) serait l'ergot porté par
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ce bras ;on n'a pas représente sur le dessin la direction elle-même. En supposant que l'ergot du bras de l'arbre tour- ' nant n'ait pas de mouvement longitudinal pendant qu'il décrit l'arc ou larainure de l'organe de commande , il ne serait pas nécessaire d'avoir un mouvement longitudinal de l'outil, pendant l'opération.
Aux extrémités de ses déplacements latéraux, du fait du porte-outil 5 l'axe de l'outil Ç se trouvera en dessous du plan de l'axe de l'ébauche B montée entre les centres 2a et 3a comme indiqué en ± et d sur les figures 4 et 7. Dans la partie centrale de son déplacement l'axe de la fraise sera au dessus du plan de l'axe de l'ébauche comme indiqué en ±, sur les figures 4 et 7.
Les schémas des figures 7 et 8 ,montrent différen- tes positions relatives prises par l'outil Ç et l'ébauche formant came pendant l'opération de taille. Dans la figure 7 la ligne Y-S coupe l'axe de l'arbre tournant (cet axe est représenté en S) et la ligne Y-S indique la position moyenne du bras monté sur l'arbre tournant et qui porte l'ergot lequel vient en prise dans la rainure de l'organe de commande. Les figures 7 et 8 montrent aussi la variation de profondeur de la rainure spirale taillée dans l'organe de commande. Aux positions extrêmes désignées par c,d et dans la position centrale désignée par l'outil ne pénètre- ra pas aussi profondément dans l'ébauche que dans les positions indiquées en k, i.
Comme indiqué sur la figure 7, à mesure que l'outil Ç se déplace longitudinalement sur l'ébauche il parcourt un plan m , m (figure 8) qui est à angle droit
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/lequel de la ligne centrale du bras oscillant -(indiqué en S dans plan est paral- lele au plan la figure 7) ,/lequel plan est indiqué par la ligne h, A contenant l'axe , de l'ébauche, (Figure 8) et est perpendiculaire au plan de l'axe de la fraise. Aux extrémités de déplacement de la fraise le long de l'ébauche (dans les positions indiquées par c et d.
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sur la fig. 7) le fond de la rainure est le plus loin du centre du cylindre ,comme indiqué en 1. sur la fig. 8.
Aux points k et , figure 7 l'extrémité de la fraise Ç, se déplaçant dans le plan m , m , rencontre le diamètre maximum ou ligne axiale e, e de l'ébauche et le fond de la rainure est le plus près de l'axe de la came comme in- diqué en n sur la figure 8. Au point f.figure 7 (position centrale) le fond de la rainure est légèrement plus loin de l'axe de la came qu'aux points k, i,comme indiqué en sur la figure 8. En d'autres termes , la'rainure a une profondeur correspondante aux points intermédiaires k, i a une profondeur légèrement moindre au point central et a la profondeur la plus faible aux points extrêmes c d.
La fraise Ç correspond à l'ergot qui est porté par l'arbre oscillant de la came et cet ergot suit exacte- ment la rainure faite par la fraise ; l'ergot s'enfoncera plus profondément dans la rainure aux points k, i,où en fait l'effort sera ordinairement le plus grand.
La machine fonctionne de la façon suivante t
Lorsqu'elle est prête à mettre en route la fraise Ç doit être retirée du chemin de l'étauche B,en réglant convenablement l'arbre 4b avant que l'ébauche B soit placée entre les centres 2a et 3a. La pièce coulis- santé 1 se retire d'abord , par exemple à droite ,comme dans le cas de la fig. 1 , de sorte que la fraise Ç sera en alignement avec le point ± , figures 4 et 7 et en dessous de l'axe de l'ébauche B, qui est montée entre les centres 2a et 3a.
Lorsque l'ébauche B a été convenablement montée entre les centres 2a et a , on fait tourner la fraise Ç et l'ébauche B est maintenue fixe entre les centres pendant que l'opérateur approche la fraise Ç de l'ébauche en faisant
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tourner l'arbre ± jusqu'à ce que la fraise soit entrée de la profondeur voulue dans l'ébauche. Dans la machine représentée la fraise est rentrée au début dans l'ébauche en un point qui se trouve un peu en dessous du plan de l'axe de l'ébauche comme indiqué en ± sur les figures 4 et
7.
Pour faciliter la pénétration de la fraise dans l'ébauche on peut forer un trou convenable dans celle-ci avant de la placer entre les centres. Pendant l'opération initiale de pénétration de la fraise Ç dans l'ébauche ,celle- ci est maintenue fixe et la pièce coulissante ,8 est également maintenue fixe.
Lorsque la fraise a pénétré de façon convenable dans l'ébauche , cette fraise tourne continuellement à la vitesse voulue et l'opérateur met en route le mécanisme qui fait tourner la via de commande 8s et le mécanisme qui fait tourner le centre qui entraîne l'ébauche. La fraise C est entraînée continuellement à la vitesse voulue ,la vis 8s et l'ébauche tournent toutes deux très lentement à des vitesses relatives déterminées à l'avance et du fait de la combinaison des deux mouvements , la fraise C taille une rainure hélicoïdale dans l'ébauche cylindrique B en se déplaçant du point C au point 1,(figures 4 et 7) et le pas de cette rainure hélicoidale varie constamment du milieu f aux deux extrémités ± et d, sous l'action de la came 10 sur la crémaillère 7.
Si la créamillère 7 se déplaçait absolument d'accord avec la pièce coulissante 8 , la fraise Ç se déplacerait de façon sensiblement uniforme du point au point d (figures 4 et 7. Cependant à mesure que la pièce coulissante ± ,se déplace vers l'intérieur , le galet 7g commence à parcourir la partie 10. de la came 10 et permet au bras 7f de s'élever légèrement de faon graduelle ; ceci provoque un retard
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variable du mouvement de la barre de crémaillère 7 par rap- port à la pièce coulissante 8,il en résulte que la barre de crémaillère 7. se déplace de plus en plus lentement que la pièce coulissante ± et cela pendant que le galet 7g par- court la partie 10 de la came jusqu'au point neutre de celle-ci.
La partie 10c de la came est parcourue par le galet 7g pendant que la fraise Ç se déplace du point .0. au point . 1 figure 76 Le galet 7? commence alors immédiate- ment à parcourir la partie 10d de la came et on a un mouve- ment graduellement accéléré de la crémaillère 2 par rapport au mouvement de la pièce coulissante ,µ. pendant ce temps , la fraise 1 se déplace du point ±, au point d et le galet 7¯* du bas 7f se déplace en partant du point central en passant sur la partie 10d de la came.
Comme on l'a indiqué ,on a un mouvement graduel- lement retardé de la crémaillère 7 par rapport à la pièce coulissante 8 , à mesure que la fraise se déplace du point C au point f et on a un mouvement graduellement accéléré de la crémaillère 2 par rapport à la pièce coulissante 8 à mesure que la fraise se déplace de f à d. Pendant ce temps l'ébauche ]3 a tourné de la quantité voulue pendant que la fraise s'est déplacée de c en d La quantité dont B a tourné pendant la taille de la rainure dépend du rap- port d'engrenage ;elle est approximativement la suivante t pour le plus petit rapport l'ébauche tourne de 540 , pour le rapport au dessus de 630 , pour celui au dessus de 720 , pour le suivant de 810 et pour le suivant de 900 .
Dans l'exemple représenté , on a supposé que l'on faisait tourner l'ébauche B à vitesse uniforme pendant l'o- pération de taille avec ce résultat que la rainure hélicoï- dale taillée dans l'ébauche (voir figure 5) a un pas d'en- viron 90 par rapport à l'axe de l'ébauche en son centre (où
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la fraise est au point f $ figure 7) et le pas de cette rai- nure augmente graduellement du centre f (voir fig. 7) de la rainure jusqu'à chacune des extrémités de celle-ci le pas le plus élevé se trouvant aux extrémités en ± et d.
On pourrait obtenir le même résultat si l'on donnait à l'ébauche un mouvement de rotation variable en donnant à la fraise une vitesse uniforme sur son arc mais la vitesse d'avancement sur la poupée devait être augmentée pour obtenir ce résultat ; si l'avance au départ était l'avance maxima que la fraise puisse prendre , l'avance en position moyenne serait trop grande pour avoir une taille douce et pourrait abîmer l'outil. D'autre part , si l'avance.au départ était faible et augmentait jusqu'à un maximum au centre le temps de taille serait probablement trop long.
Il est évident que l'on peut faire différentes modifications à la construction de la machine , tout en restant dans le cadre de l'invention ; on peut employer différente dispositifs mécaniques pour produire les mouve- ments relatifs désirés et nécessaires en forme d'arc de la fraise et de l'ébauche et le mouvement de rotation de l'é- bauche par rapport à la fraise pendant l'opération de taille en vue de produire la rainure spirale variable sur l'ébauche. En conséquence , l'invention n'est pas limitée strictement à la forme d'exécution décrite ci-dessus et représentée sur le dessin.