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"Procédé pour le fraisage circulaire des corps de révolution profilés et en particulier des trains de roues des véhicules de chemins de fer, et fraiseuse circulaire pour la mise en application de ce procédé'.'
Les corps de révolution profilés, par exemple les trains de roues des véhicules de chemins de fer, ou les cy- lindres de laminoirs, sont fabriqués aujourd'hui sur des tours qui fonctionnent avec des vitesses de coupe relativement petites et de grandes forces de coupe. Ces tours constituent par conséquent des machines relativement importantes pour les- quelles il faut de grandes puissances. La présente invention a pour objet des moyens permettant d'exécuter l'usinage des corps de révolution de ce genre à l'aide d'un procédé de fraisage circulaire.
Ce procédé est caractérisé par le fait qu'il
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emploie au moins un plateau porte-outils tournant auquel est fixé au moins un jeu d'outils qui comprend plusieurs outils en métal dur présentant la forme d'outils de tour et donnant le profil de la pièce, tout au moins en partie, et par le fait que le plateau, porte-outils est mis en mouvement directement, au moyen d'un or- gane de transmission de l'énergie disposé sur sa périphérie, le- quel est en liaison avec un organe de transmission de l'énergie correspondant, monté sur l'arbre d'un moteur, le plateau porte- outils agissant comme masse tournante, de telle sorte que soient exclues les déformations élastiques entre la commande des fraises et l'outil, qui sont inadmissibles, en particulier dans le cas des métaux durs.
L'invention comporte en outre une fraiseuse circulaire pour la mise en application de ce procédé. Cette machine est caractérisée par un plateau porte-outils au moins, réalisé sous la forme d'une masse tournante, qui repose à chacune de ses extrémités dans un palier et qui présente à sa périphérie un organe de transmission de l'énergie se trouvant en liaison avec un organe de transmission de l'énergie correspondant monté sur l'arbre d'un moteur, le pla- teau porte-outils étant muni d'un jeu au moins d'outils qui comprend plusieurs outils en métal dur présentant la forme d'outils de tour et donnant le profil à la pièce, au moins en partie, tout cela étant réalisé de telle sorte qu'il ne puisse se produire, en service, entre la commande des fraises et l'outil, des déforma- tions élastiques inadmissibles pour les outils en métal dur.
L'invention sera expliquée d'une manière plus détaillée à l'aide de l'exemple de réalisation représente sur le dessin joint.
Cet exemple montre une disposition convenant pour la fraisage circulaire d'un train de roues de véhicule de chemin de fer.
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La fig. 1 représente une coupe longitudinale du plateau porte-outils.
La fig. 2 représente une coupe transversale du plateau porte- outils.
La fig. 3 représente une vue en plan de détail correspondant à la fig. 2.
Les fig. 4 à 10 représentent les différents outils, en plan et en élévation.
La fig. 11 représente schématiquement la commande de la pièce.
Les fig. 12 et 13 représentent schématiquement des détails de cette commande.
Le plateau porte-outils a qui, grâce à ses dimensions, agit comme masse tournante, est supporté à chacune de ses deux extrémités, dans un palier à roulement à reouleaux b. En employant des paliers de ce genre, on évite la nécessité de monter un ou deux paliers de butée, et malgré l'absence de paliers de butée, le plateau porte-outils peut être supporté sans jeu axial sensible. On pourrait aussi utiliser dtautres genres de paliers, mais il faudrait alors prévoir dans certains cas des paliers de butée supplémentaires.
Le plateau porte-outils présente sur son pourtour un organe de transmission de la force qui, dans l'exemple représenté, est une couronne à vis sans fin ± montée à la presse et immobilisée par des vis. Cette couronne est en prise avec la vis sans fin d qui est accouplée avec l'arbre e d'un moteur électrique non repré- senté. Le plateau porte-outils est équipé avec deux jeux d'outils comprenant chacun treize outils en métal dur, en forme d'outils de tour. Chaque jeu est réparti sur tout le profil, de sorte qu'il n'y a pas à donner d'avance dans le sens de l'axe du train de roues.
On peut aussi monter deux outils supplémentaires pour l'usinage des surfaces latérales se raccordant au profil ou
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encore disposer séparément dans un groupe de fraisage du même genre prévu du côté arrière de la machine, les deux outils en métal dur destinés à l'usinage des surfaces latérales. Comme le plateau porte-outils lui-même exerce la fonction d'une masse tournante, qu'il ne fait qu'une seule et même pièce avec l'arbre de fraisage, et que la commande agit directement sur lui de la manière décrite, il ne peut se produire, entre la commande des fraises, c'est à dire la commande par vis sans fin, et l'outil, aucune déformation élastique, Ces déformations sont, comme, on le sait, défavorables, quand on emploie des outils en métal dur.
Cette élimination des déformations élastiques entre la commande des fraises et l'outil est extrêmement importante, parce qu'autre- ment, le plateau porte-outils pourrait être le siège de vibra- tions qui pourraient provoquer rapidement la rupture des outils en métal dur. De telles déformations élastiques ou vibrations peuvent se produire à tous les endroits où il y a rétrécissement de la matière, et par exemple, sur les arbres qui portent à un endroit un outil de fraisage et qui sont commandés d'une manière quelconque à un autre endroit, éloigné du précédent. Il peut se produire dans l'arbre, de cette manière, des vibrations de torsion, provoquées par la rencontre des différentes arêtes tranchantes de la fraise avec la pièce. Les chocs se produisant sur l'outil conduisent alors la plupart du temps à la rupture de l'outil en métal dur.
De tels phénomènes se produisent fréquemment dans les cas où l'on emploie des outils en métal dur sur des machines-outils qui ne sont pas prévues pour cela.
Le plateau porte-outils constitue une seule et même pièce avec l'arbre de fraisage et présente de ce fait un maximum de rigidité.
La disposition des outils sur la périphérie du plateau porte-outils est conque de telle sorte qu'il y ait au maximum un outil en prise avec la pièce. Sfil y avait, par moments,
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deux outils par exemple qui soient en prise avec la pièce, cela présenterait l'inconvénient suivant : chaque fois qu'un outil s'engage sur la pièce et chaque fois qu'un outil se dégage de la pièce, cela agit sur le plateau porte-outils comme le ferait un choc et ce choc peut agir à son tour sur un autre outil en métal dur en prise avec la pièce, en produisant une destruction prématurée du taillant (émiettement). La durée de résistance des outils se trouverait par suite plus ou moins réduite.
On peut se rendre compte sur les figures 11 à 13 d'une autre mesure que l'on peut prendre pour s'opposer à une des- truction prématurée des taillants. Le train de roues à usiner est fixé normalement à des plateaux que l'on fait tourner. Dans le cas présent, un tel plateau (non représenté) est commandé directement au moyen d'une roue r engrenant avec deux vis sans fin s et t, diamétralement opposées qui sont mises en mouvement, chacune indépendamment.
Sur la fig. 11 on peut voir, partiellement représentée la pièce qui est usinée par le plateau porte-outils a. Les sens de rotation sont indiquée, à titre d'exemple, par des flèches. Les deux vis sans fin! et t agissent de la manière suivante. La vis sans fin! est, par exemple la vis sans fin de commande qui fait tourner la pièce dans le sens de rotation indiqué. S'il n'y avait pas une autre vis sans fin, la roue r et par suite la pièce pourraient, après qu'un outil s'est dégagé de la pièce, faire ressort dans le sens de l'avancement d'une quantité égale au jeu entre la vis sans fin! et la roue r. La prise dans la pièce de l'outil suivant aurait immédiatement pour effet de faire engrener de nouveau la roue r et la vis sans fin s de la manière représentée sur la figure 13.
Il pourrait donc se produire dans la pièce des vibrations qui sont nuisibles,
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comme on le sait, pour les outils en métal dur. Pour empêcher des phénomènes de cette nature, on prévoit la seconde vis sans fin, ! qui est constamment en prise avec la roue r de la manière représentée sur la fig. 12. Ainsi que le montre le dessin, cette vis sans fin empêche que la pièce ne fasse ressort dans le sens de l'avancement d'une quantité égale au jeu entre la vis sans fin! et la roue r, après qu'un outil s'est dégagé de la pièce. La vis sans fin t sert donc d'arc-boutement, pour éviter la vibration de la roue r, et par suite de la pièce.
Elle agit comme une butée se déplaçant dans le sens de l'avancement, et elle empêche une vitesse de rotation trop élévée de la pièce, si l'on admet que la vis sans fin s fasse avancer constamment la roue à vis sans fin dans le sens de la flèche tracée sur la fig. 13.
On donne à la vis sans fin d'arc-boutement t le nombre de tours désiré, qui détermine le nombre de tours de la pièce.
Pour que simultanément la vis sans fin de commande s reste tou- jours en prise avec la roue r conformément à la fig. 13, il faut qu'elle soit elle-même entraînée un peu plus rapidement que la vis sans fin t. Mais comme le nombre de tours de la vis sans fin s est donné par le nombre de tours de la roue r et par son pas, il faut qu'elle soit reliée à sa commande par l'interméà diaire d'un organe intermédiaire produisant un glissement, de telle manière qu'elle tourne un peu plus lentement que sa commande. Il faut donc qu'entre la vis sans fin! et sa commande, il y ait un glissement. Comme organe intermédiaire produisant le glissement, on peut employer par exemple un accouplement à friction ou un mécanisme hydraulique.
Mais on peut aussi éviter de tels dispositifs en produisant le glissement nécessaire au moyen de phénomènes électrodynamiques, les deux vis sans fin pouvant alros être accouplées rigidement chacune avec son mo-
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teur électrique.
On voit d'après la description du mécanisme qui vient d'être donnée, qu'il est prévu pour la commande du mouvement d'avance circulaire de la pièce, deux organes de transmission de l'énergie exerçant leur influence sur le mouvement de rotation de la pièce. L'un d'eux agit comme une butée se déplaçant dans le sens de l'avancement, tandis que l'autre est en prise menante, d'une manière permanente, par l'entremise d'un organe intermédi- aire, produisant un glissement, avec l'organe de transmission de l'énergie qui exécut le mouvement d'avance circulaire, de sorte que ce dernier est maintenu entre les deux organes de transmission de l'énergie mentionné tout d'abord, ce qui permet d'empêcher les vibrations de la pièce que produiraient sans cela l'engagement des outils avec la pièce et leur dégagement de la pièce.
En principe, il est possible aussi d'employer la même disposition quand la commande par vis sans fin décrite est rem- placée par une commande par engrenages droits et pignons. On peut obtenir aussi un effet analogue sous une forme simplifiée en montant à la place de la vis sans fin de butée ou du pignon de butée un frein à friction.
En utilisant la disposition représentée, on emploie par exemple pour le fraisage circulaire d'un train de roues d'un véhicule de chemin de fer, les caractéristiques suivantes: Vitesse de coupe V : 300 m/minute Qualité du métal dur Widia: SI Diamètre moyen du plateau porte-outils df: 400 mm Nombre des outils dans un plan de coupe z : 2 Nombre total des outils Z : 26 Nombre de tours du plateau porte-outils nf: 240 t/minute Puissance du moteur de commande N/ 45 CV Avance à l'outil à la circonférence de la pièce Sz; 1,5 mm Profondeur de pénétration h :
5 mm
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Avance à la circonférence de la pièce S = S .Z.n = 720 mm/min. w Pour une roue dont la circonférence de roulement a un diamètre de 800 mm nombre de tours de la pièce nw Sw = 720 = 0,29 t/minute @ @ / d Ò 800 Ò w Durée du fraisage:
I tour + 0,2 pour la commande de la profondeur: tf=1,2 1/nw= 4,1 minute
Pour le mouvement d'avance circulaire de la roue de véhicule de chemin de fer, il suffit d'une puissance de 4 CV environ, le mouvement s'effectue d'une manière complètement indépendante de la rotation du plateau porte-outils.
Il n'est pas nécessaire de procéder à un refroidissement artificiel des outils, et l'on obtient des surfaces de roule- ment absolument polies. En principe, la roue est terminé de fraisage en un tour.
On peut dire à titre de comparaison que, dans l'état actuel de la technique, il faut sur les tours à trains de roues modernes une puissance 'pouvant atteindre jusquà 100 CV, et que la durée du tournage pour une roue de 800 mm de diamètre est de 6 à 7 minutes environ. Mais l'avantage principal de la con- struction décrite réside dans le fait que l'on peut employer des vitesses de coupe relativement élevées, qui sont par exempte de l'ordre de grandeur de celle qui a été indiquée. Jusqu'à présent, de telles valeurs n'étaient pas usitées dans la fabri- cation des trains de roues.
L'emploi de vitesses de coupe élevées, et par suite de nombre de tours élevés, abaisse les moments des couples dont la valeur se réduit jusqu'à n'être plus qu'une fraction des valeurs en usage jusqu'à présent dans les tours à trains de roues.
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On se rend compte sur les figures I et 2 de la manière dont les différents outils sont répartis sur la largeur du profil de la roue ainsi que sur la circonférence du plateau porte- outils. Les outils d'un 'jeu sont numérotés de 1 à 13. L'ajus- tage de chaque outil à la même longueur, après chaque affutage, s'effectue au moyen d'une vis à tête f que l'on visse dans un taraudage prévu à l'extrémité de l'outil opposée au taillant, en la règlant dans un vérificateur et qu'on bloque ensuite au moyen d'un contre-écrou g. Ce réglage peut être fait par exemple à l'atelier d'outillage. On fait pénétrer l'outil dans une ouverture radiale du plateau porte-outils jusqu'à ce qui la tête de la vis f vienne buter contre un manchon i se trouvant dans un alésage axial h du plateau porte-outils.
L'outil 13 trouve sa butée dans le plateau. Puis on bloque l'outil dans son alésage au moyen d'un coin k. Le coin k est lui-même fixé au moyen d'une vis 1 qui se visse dans le plateau et qui em- pêche le coin, de glisser hors du plateau. Ainsi qu'on le voit sur la fig. I, le manchon i est fixé dans l'alésage h au moyen d'une vis m entre cuir et chair.
On arrive par cette disposition à ce que l'affutage puisse être fait pour chaque outil individuellement et non pour l'ensemble des outils du plateau. L'avantage obtenu réside donc en ce que l'on n'a besoin de remplacer que les outils détériorés et non l'ensemble de l'équipement du plateau. En ou tre, on n'a besoin pour l'affutage que de dispositifs de meulage simples, analogues à ceux que l'on emploie pour l'affutage des outils de tour.
Les deux roulements à rouleaux coniques b reposent sur un bâti n qui forme, avec son couvercle ± un carter étanche à l'huile pour le mécanisme de commande par vis sans fin c-d.
On procède au réglage du jeu axial du plateau au moyen d'une bague
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p qui est filetée extrérieurement et qui se visse dans une partie, formant écrou, du carter du mécanisme de commande par vis dans fin. La bague ± présente des trous destinés à l'introduction des clés. Les deux paliers sont fermés extéri- eurement par des oouvercles q.
Le graissage du mécanisme de commande par vis sans fin est assuré par de l'huile qui asperge, de par en haut, la vis sgcns fin. L'huile se rassemble dans la partie inférieure du bâti d'où elle est aspirée. On se rend compte sur le dessin que les fraiseur ses représentées sont dimensionnées pour une utilisation spé- ciale, c'est à dire pour le fraisage de trains de roues de vé- hicules de chemin de fer. Elles ne constituent donc pas des machines outils universelles, mais il est possible de ce fait d'adopter la disposition la meilleure possible pour ce cas spécial.