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"Procédé pour le fraisage de rotors.
La présente invention concerne un procédé perfec- tionné pour le formage de rainures convenablement espacées sur une ébauche,les ébauches formées servant de rotors dans des pompes à fluide à écoulement axial telles que des souf- flantes, des compresseurs, etc.
Les pompes, les soufflantes, etc. sont munis clas- siquement d'éléments tournants en forme de vis, engrenant entre eux qui ont respectivement des lobes hélicoïdaux et des rai- nures hélicoïdales complémentaires. Ces éléments sont désignée habituellement sous les termes de rotor mâle et de rotor fe- melle, le rotor mâle lyant des lobes de pénétration et le ro-
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tor femelle ayant des rainures de réception. Dans les rotors du genre que l'on va considérer maintenant, les lobes et les rainures des rotors ont des formes engendrées, les flancs aon- vexes de lobe étant décrits d'une manière générale par dépla- cement des bords de crête des rainures et les rainures ainsi que les flanos concaves de rainure étant décrits d'une manière générale par les bords de crête mobiles des lobes.
Les bords de crête à l'ouverture d'une rainure de rotor femelle sont dé- terminée par les intersections des flancs concaves de la rai- nure avec la surface extérieure cylindrique du rotor. En rai- son de la forme engendrée des flancs de rainure, les bords de crête de la rainure peuvent être quelque peut rentrants, ce qui signifie que dans un plan perpendiculaire à l'hélice de la rainure, la distance entre les bords de crête de la rainu- re est un peu inférieure à la distance entre les flancs de rainure aux points où la distance de séparation entre ces flancs est la plus grande.
Dans la fabrication de tels rotors, le taillage des parties de crête rentrantes des rainures de rotor femel- le constitue une opération d'usinage difficile qui jusqu'à. présent n'a pas été exécutée d'une manière satisfaisante à l' aide d'un appareil classique pour le formage de formes héli- coïdales sur des corps métalliques. Différentes machines de la technique antérieure et différents procédés utilisés conjoin- tement aveo ces machines ont été proposés comme solutions pour le problème défini ci-dessus, mais les machines et les procé- dés proposés impliquent un équipement spécial ainsi que des outils spéciaux coûteux et une formation coûteuse des opéra- teurs.
Ces inconvénients des machines et des procédés de la technique antérieure ont entravé sérieusement l'exploitation commerciale des pompes à fluide à écoulement axial comprenant
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des rotors du type engendré ; en conséquence beaucoup de fa- bricants de ce type d'appareil ont adopté des rotors ayant des configurations que l'on considère comme étant moins souhaita- bles que celles qui ont été définies plus haut.
L'un des buts de la présente invention est de four- nir un procédé perfectionné pour le formage des rainures en- gendrées de rotor femelle, rainures ayant des bords de crête rentrants.
Conformément à la présente invention, un procédé de formage sur une ébauche de rainures espacées ayant des bords de crête rentrants consiste à mettre l'ébauche en posi- tion de chariotage de formage de rainures par rapport à une paire de moyens de formage de @inures convenablement espacés, à effectuer des passes de formage de rainure entre l'ébauche et les moyens de formage de rainure et à former les crêtes opposées d'une rainure donnée pendant les passes successives de formage des rainures.
On décrira ci-après l'invention d'une manière plus détaillée, à titre d'exmple, à l'aide des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 est une vue en plan fragmentaire d'une, machine à fraiser destinée à la mise en oeuvre du nouveau pro- cédé suivant l'invention pour le formage d'une ébauche munie de rainures ;
La figure 2 est une vue en plan d'un élément de taillage représenté sur la figure 1 ;
La figure 3 est une vue fragmentaire à plus grande échelle des éléments de taillage et de l'ébauche de rotor re- présentés sur la figure 1 ;
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La figure 4 est une vue fragmentaire en plan des éléments de taillage et de l'ébauche de rotor, représentés . sur la figure 1 ;
La figure 5 est une vue en coupe à plus grande é- ohelle, faite suivant un plan perpendiculaire à l'hélice du rotor femelle ;
Les figures 6, 7 et 8 sont des vues en bout d'un ' rotor mâle et d'un rotor femelle engrenant entre eux qui mon- trent, respectivement, le rotor mâle pénétrant dans le rotor femelle, les rotors en position d'engagement complet, et le rotor mâle quittant le rotor femelle. ,
Les pompes pour fluide à écoulement axial du type à vis comprennent classiquement une paire de rotors accouplés ayant respectivement des lobes hélicoïdaux et des rainures hé- ' licoldales, formés de manière appropriée et qui engrènent lors-; que les rotors tournent en sens opposés.
Sur les figures 6 à
8, on a représenté schématiquement l'action d'engrènement d'un ' rotor femelle 10 avec un rotor mâle 12, dans laquelle les rai- nures hélicoïdales 14 du rotor femelle reçoivent les lobes hé- licoïdaux 16 du rotor mâle lorsque les rotors tournent en re- lation synchronisée. Dans la pratique, les rotors sont suppor- tés à l'intérieur d'un carter (non représenté) ayant un orifi- ce d'entrée et un orifice de sortie. L'orifice d'entrée four- nit du fluide à une chambre de travail mobile axialement et l'orifice de sortie assure l'échappement du fluide hors d'une chambre de travail mobile axialement, ces chambres étant li- mitées par les rotors et par le carter.
Etant donné que lea caractéristiques générales de structure et de fonctionnement du type de pompe Indiqué ci-dessus sont bien connues, il n' est pas nécessaire de procéder à'une description plus poussée de ces caractéristiques.
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Le profil des rainures de rotor et le profil des lobes de rotor, vus des extrémités des rotors et représentés sur les figures 6 à 8 peuvent être de toute configuration choi- sie, à condition seulement que les rotors coopèrent pour four- nir des chambres de travail pour le fluide sans qu'il y ait d'interférence destructrice entre les rainures 14 et les lo- bes 16 d'engrènement. Un type de profil de rotor qui convient particulièrement bien pour une soufflante de gaz et pour un appareil compresseur est le profil dit profil engendré qui est décrit par des points générateurs se trouvant sur les ro- tors lorsque les rotors engrènent entre eux.
Cette action de génération est illustrée dans ses phases successives sur les figures 6 à 8 qui montrent le lobe 16 quand il pénètre dans la rainure 14. quand il engrène complètement avec la rainure et quand il est sur le point de quitter la rainure. Il est bien évident que les arêtes de crête 18 et 20 du lobe engagé fournissent des points de génération successifs' qui décrivent le contour de la r.-inure 14 du rotor femelle. D'une manière analogue, les crêtes 22 et 24 de la rainure engagée fournis- sent des points de génération qui décrivent le contour du lo- be. Une considération favorisant le choix d'un profil de ro- tor à génération est que dans un appareil de manipulation d' un gaz, les arêtes de créte des rotors respectifs fournissent en tout temps deux lignes d'obturation entre rotors ou plus.
Dans la pratique, le profil des rainures et des lobes de ro- tor peut s'écarter un peu de celui qui est produit par une gé- nération véritable afin de fournir un jeu de fonctionnement prédéterminé entre les rotors et pour simplifier le contour du fond de la rainure du rotor femelle. Toutefois, étant don- né qu'une certaine capacité d'obturation du fluide est norma- lement souhaitable entre les rotors, il est préférable que cet
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écart soit aussi petit que possible. Bien que d'autres dispo- sitions puissent être choisies, les figures 6 à 8 indiquent que la circonférence primitive des rotors engrenés coïncide avec la circonférence extérieure du rotor 10 femelle et avec la circonférence du moyen intérieur du rotor principal 12, ce qui fournit des rainures de réception complète et des lobes de pénétration complète.
La vue à plus grande échelle du rotor femelle 10 représenté sur la figure 5 illustre un profil de rainure qui ' est engendré sensiblement par le procédé à décrire. Considé- rée perpendiculairement à l'hélice du rotor femelle 10, cha- que rainure 14 comprend des surfaces de flanc 22-24 et 26-28 se faisant vis à vis et un petit plat de jonction 24-26 qui est au fond de la rainure. Les arêtes de crête 22 et 28 sont. déterminées à angle vif par les intersections des surfaces des flancs avec les surfaces cylindriques extérieures 30 du rotor 10.
Les arêtes de crête 22 et 28 de chaque rainure ten- dent à fermer l'ouverture de la rainure 14 à la périphérie du rotor femelle 10, ce qui signifie que la dimension D à l' ouverture de la rainure est plus petite que la dimension D' à l'endroit où la séparation est la plus grande entre des points correspondants, appartenant respectivement au flanc 22-24 et au flanc 26-28. A cette caractéristique décrite d'un profil engendré de rainure on fera allusion dans ce qui va ' suivre sous la désignation d'état rentrant des arêtes de crê- te de la rainure.
Bien que les profils engendrés du type décrit ci- dessus soient connus de la technique depuis de nombreuses an- nées, ces profils n'ont pas été bien accueillis d'une manière générale par les fabricants de dispositifs de pompage pour le
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fluide du type dont il s'agit ici. Ce manque d'intérêt com- meroial provient dans une large mesure du fait que les rainu., res de rotor femelle ayant des profils engendres ou sensible- ment engendrés ont été jusqu'à présent extrêmement difficiles à usiner, cet usinage étant en outre très coûteux. Dans le passé ; les machines de formage du rotor ont été conçues pour découper des rainures hélicoïdales de rotor par doublage de l'action de génération, décrite ci-dessus des lobes de rotor mâle.
Toutefois, on estime que ces machines spéciales coûteu- ses conviennent médiocrement pour une fabrication rapide, peu coûteuse de rotors, sur la base d'une production en série.
Des tentatives faites pour former des rotors ayant des.crêtes rentrantes sans le secours de machines spéciales, c'est-à- dire par l'utilisation d'un équipement d'atelier avec machi- nes standard, ont été infructueuses dans une large mesure en raison du manque de vitesse et de précision. En outre, l'ajus- tage à la main et le finissage à la main, coûteux, du rotor mâle et du rotor femelle accouplés, rend ce procédé de forma- ge des rotors commercialement inapplicable dans la pratique.
En conséquence, la plupart des fabricants sont actuellement dans l'obligation de faire usage de profils semi-circulaires dans l'ensemble parce que ces derniers présentent un travail d'usinage plus simple et moins coûteux.
En conséquence, le but principal de la présente in- vention est de surmonter les difficultés énumérées ci-dessus, que l'on rencontre dans les procédés dont on dispose pour former des rainures engendrées de rotor femelle, et cela en fournissant un procédé perfectionné pour une fabrication ra- pide, précise et peu coûteuse de ces articles au moyen d'un équipement d'atelier constitué par des machines standard.
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Un moyen préféré pour l'exécution du procédé per- fectionné est constitué par une machine à fraiser universel- le classique, à console de table et à colonne, qui est illus- trée sous une forme simplifiée sur les figures 1, 3 et 4. La machine à fraiser représentée comprend dans l'ensemble une colonne 32 ayant une face 34 qui guide une console de table 36 pour un déplacement vertical le long de la colonne. La console de table est supportée par une vis élévatrice (non représentée) qui permet de procéder à un réglage vertical de la console de table. La console de table 36 fait saillie ho- rizontalement à partir de la colonne et supporte une selle 38, un support de table 40 et une table 42.
La selle 38 sup- porte la table 40 de façon pivotante ; est en outre ré- glable transversalement sur des surfaces de guidage horizon- tales qui sont placées sur le dessus de la console. La selle 38 supporte le support de table 40 pour un mouvement de pivo- tement dans des plans horizontaux et elle porte la table 42 pour un déplacement longitudinal le long de mortaises de gui- dage prévues sur le dessus du support de table. On peut fai- ; re avancer et reculer longitudinalement la table 42 le long du support de table 40 à l'aide d'une vis-mère, commandée par un moteur, ou à l'aide d'un moyen équivalent à une vites- se d'avancement pouvant être choisie à l'avance.
Le dessus ou surface de travail de la table 42 est muni d'une série de mortaises 44 en T représentées sur la figure 4, qui reçoivent des boulons en T pour la mise en place et le serrage d'une contre-pointe 48, d'une paire de pièces 50 de support de la pièce à usiner et d'un appareil diviseur universel 52. La pièce à usiner, qui est dans le cas présent une ébauche 53 de rotor femelle, est centrée entre l'appareil diviseur 52 et la
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contre-pointe 48 et elle est supportée de manière à pouvoir tourner par les éléments fixes 50, pour être entraînée dans un mouvement de rotation, par l'arbre de sortie 54 de l'ap- pareil diviseur 52.
D'une manière bien connue, l'arbre d'en- trée 56 de l'appareil diviseur est commandé par la vis-mère de table mentionnée ci-dessus par l'intermédiaire d'un ohan- gement de vitesse monté dans un carter d'engrenages 58, de telle sorte que l'on peut faire tourner l'ébauche de rotor 53 en synchronisme avec le mouvement longitudinal de la table 42.
Les engrenages du changement de vitesse permettent de faire varier la relation entre la vitesse d'avancement de la table et la vitesse de rotation de l'ébauche de rotor et en consé- quence le pas des rainures hélicoïdales 14 formées par la- dite ébauche. L'appareil diviseur 52 contient le mécanisme habituel d'avancement pas à pas pour espacer avec précision les rainures 14 autour de la périphérie de l'ébauche de rotor, La poignée de manoeuvre 60 et la plaque d'index 62 du méca- nisme d'avancement pas à pas sont représentés sur la figure 1.
Un ensemble d'arbre, désigné d'une manière généra- le par le repère 64 et comprenant un arbre 66, des colliers d'espacement 68 et des colliers de portée 69 reçoit un mouve- ment de rotation qui lui est communiqué par une broche 70 s'étendant à partir de la face 34 de la oolonne et qui est commandée par un moteur. L'ensemble d'arbre est supporté par des supports 72 convenablement espacés qui sont portés de ma- nière réglable par le bras supérieur 74 de la maohine à frai- ser. Deux fraises 76 et 78 sont fixées à l'arbre 6 au moyen de clavettes 80 et elles sont maintenues d'une manière pré- oise et rigide sur l'arbre 66 au moyen de manchons d'écarte- ment 68.
Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 3, les frai- ses peuvent être espacées d'une manière choisie avec une gran- de précision au moyen d'un manchon d'écartement 68 agissant
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en combinaison avec une ou plusieurs cales d'épaisseur 82.
Ainsi qu'on peut le voir en particulier sur les figures 2 et 3, les fraises préférées sont du type à profil formé et elles comprennent d'une manière générale un corps 84 ayant un certain nombre d'ouvertures 86 également espa- cées, débouchant vers le périmètre du corps et un nombre égai. de dents de taillage droites 8 qui sont portées dans les ou+ , vertures et fixées dans ces dernières de manière amovible au moyen de coins 90. Une ouverture centrale 92, ménagée dans le corps de fraise, reçoit l'arbre 66 de mandrin auquel le corps de fraise est fixé d'une manière lui interdisant tout mouve- ment de rotation relatif par rapport au mandrin au moyen d'une:' clavette 80.
Chaque dent 88 de fraise a un bord tranchant 94 qui présente un profil frontal préféré illustré sur les figurée 3 et 5. Les bords tranchants des dents de la fraise 76 sont inversés par rapport aux bords tranchants des dents de la frai- se 78 et les dents des deux fraises sont montées sur des corps de fraise associés d'une manière telle que le bord tranchant de chaque dent fait saillie radialement et latéralement à par- tir des fentes 86. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 3, les bords tranchants de la fraise 76 font saillie latéralement vers la gauche et les bords tranchants de la fraise 78 font saillie latéralement vers la droite.
Dans ce qui va suivre le terme de "fraise à gauche" sera appliqué à la fraise 76 ou à son équivalent et le terme de "fraise à droite" sera appliqué à la fraise 78 ou à son équivalent.
L'ébauche 53 de rotor femelle sur laquelle les rai- nures hélicoïdales 14 doivent être taillées peut-être moulée avec des dimensions supérieures à celles que doitprésenter la forme générale du rotor femelle 10 dans son état de fini- tion. Suivant l'importance de la quantité de manière à enle- ver en surface, l'opération de fraisage peut comprendre un ou
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plusieurs taillages de dégrossissage et un taillage de fini- tion. Ainsi que cela apparaîtra plus loin, la présente inven- tion considère que le taillage de finition sera exécuté par les fraises 76 et 78 décrites ci-dessus. Toutefois, le tailla- ge de dégrossissage, s'il est nécessaire, peut être fait de toute manière appropriée.
De préférence, la surface extérieure circonférentielle du rotor femelle et les arbres 96 de rotor, s'étendant axialement sont tournées aux dimensions voulues avant de procéder au fraisage des rainures 14.
On va examiner maintenant certaines des opérations comprises dans le procédé perfectionné pour le formage des rai- nures 14 de rotor femelle. Tout d'abord, on monte l'ébauche 53 de rotor sur la table 42 au moyen de la contre-pointe 48 et des pièces 50 qui maintienrpnt et supportent les arbres 96 de rotor tout en permettant à l'ébauche de rotor de tourner autour de son axe longitudinal. On règle l'ébauche de rotor en direction verticale à l'aide de la console de table 36, pour espacer l'ébauche par rapport aux fraises 76 et 78 pour une profondeur de taillage choisie à l'avance et conforme à la profondeur désirée pour les rainures 14.
On place l'axe de l'ébauche de rotor de manière qu'il fasse un angle choisi à l'avance avec l'axe de rotation des fraises 76 et 78 en fai- sant pivoter le support de table 40 et la table 42 par rapport à la selle 38. Cet angle est indiqué en A sur la figure 4 et la valeur choisie pour l'angle A dépend de facteurs tels que le contour des rainures à tailler, le profil des dents de frai- se, les dimensions des fraises et de l'ébauche de rotor ainsi que du pas de l'hélice des rainures.
Le rotor 53 d'ébauche étant monté sur la table 42, pour obtenir des valeurs appropriées de l'angle de table, de la profondeur de coupe, de la position des rainures et de la
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relation entre l'avancement et la rotation, on fait avancer l'ébauche longitudinalement vers les fraises tournantes, de la droite vers la gauche, en observant les figures 1 et 4, au moyen d'un mécanisme de vis-mère (non représenté) commandé par un moteur et commandant la table 42 pour lui communiquer un mouvement horizontal de va-et-vient. Pendant l'opération d'avancement, l'ébauche tourne dans le sens indiqué par la flèche sur la figure 3, en relation de synchronisme avec l'ac- tion d'avancement longitudinal de la table 42.
Cette relation synchronisée entre l'avancement et la rotation de l'ébauche est produite d'une manière classique par l'appareil diviseur 52 ainsi que par les engrenages de changement de vitesse, qui sont disposés dans le carter d'engrenages 58. Il est bien é- vident que l'on déterminera la relation entre l'avancement et la rotation de l'ébauche de rotor conformément à l'angle d'hé- lice désiré pour les rainures 14.
Sur la figure 3, les fraises 76 et 78 sont repré- sentées en position de taillage de deux rainures de l'ébauche 53 et l'on remarquera que les dents 88 des fraises respecti- ves sont en contact de formage d'une rainure avec les flancs opposés de rainures adjacentes 14. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 3, les dents de la fraise à gauche 76 sont des- tinées à former la surface de flanc 22-24 d'une rainure et les dents de la fraise à droi-te 78 sont destinées à former la sur- face de flanc 26-28 d'une rainure adjacente. Après chaque pas- se des fraises 76 et 78 sur l'ébauche 53, l'ébauche est dépla- cée angulairement au moyen de l'appareil diviseur 52 d'une ma- nière telle que les fraises sont disposées en position de tail- lage par rapport à une paire adjacente de rainures.
Suivant la figure 3, le changement de position relative de l'ébauche,
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lors de l'achèvement de la passe indiquée, placerait la fraise à gauche 76 dans la rainure antérieurement occupée par la frai- se 78 de droite et en conséquence la fraise de droite serait' déplacée vers la droite jusqu'à la rainure suivante. De préfé- rence, les dents 88 de fraise sont destinées à former un peu , plus de la moitié du fond plat 24-26 pendant chaque passe des fraises dans l'ébauche. En fait, une rainure complète est tail- lée pendant chaque passe des fraises dans l'ébauche. En consé- quence, le nombre nécessaire de passes correspond au nombre des rainures du rotor femelle.
Si l'on examine plus particulièrement l'action de taillage des dents 88, il apparaît que le profil des dents ne correspond pas au profil du flanc de rainure engendré par les dents. Cela serait le car pour toute dent de fraise destinée à engendrer une forme en hélice sur une pièce à usiner. Le profil de dent sera déterminé par rapport à l'angle d'hélice et par la position de la pièce par rapport aux fraises. Dans la pratique, on peut déterminer empiriquement la configuration nécessaire pour le. dents de fraise du moyen de procédés con- @us, ou bien on peut la calculer.
La différence mentionnée ci- dessus entre le profil de rainure et le profil de dent de frai- se est illustrée sur la figure 5 sur laquelle une dent 88 d' une fraise à droite 78, représentée en traits mixtes, est en contact avec le flanc 26-28 d'une rainure terminée, ainsi qu' on peut le voir dans un plan perpendiculaire à l'hélice de rainure. On se rendra compte qu'à un instant donné pendant l'opération de taillage il n'y a qu'une petite partie du bord de taillage 94 de la dent 88 qui soit disposé en contact de taillage avec le profil du flanc. Toutefois, étant donné que l'ébauche de rotor avance en tournant à travers les fraises,
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la partie de taillage active de la dent engendre progressive- ment le profil entier de flanc 26-28 ainsi qu'une partie ad- jacente du plat 24-26.
En outre, la partie de taillage active des dents de la fraise 78 de,droite se déplace progressivement depuis le plat 24-26 de fond vers le bord de crête 28, tandis que la partie de taillage active des dents de la fraise 76 de gauche se déplace progressivement depuis le bord de crête 29 jusqu'au plat de fond. Cette caractéristique des opérations successives de taillage résulte de la manière dont la matière de l'ébauche de rotor est présentée aux dents de fraise qui tournent.
Un aspect important de la présente invention rési- de en ce qu'il est prévu un procédé au moyen duquel des fiance opposés de rainures adjacentes sont taillés simultanément, tandis que les flancs opposés d'une rainure donnée sont tail- lés successivement par des fraises de forme espacées, savoir par une fraise à droite et par une fraise à gauche. Ces opérations, conjointement avec d'autres opérations précédemment décrites, donnent la possibilité de fraiser des rotors femel- les ayant des bords de crête rentrantes, tels que les bords
22 et 28.
Des tentatives faites en vue de l'utilisation d'une ' fraise de forme unique pour fraiser simultanément les deux flancs de la même rainure ont échoué en raison de l'action de rétro-taillage des fraises qui taille les bords tranchants.
L'application d'une paire de fraises de forme tour- nantes espacées pour le formage de rotors femelles fournit d' autres avantages subordonnés aux précédents. Par exemple, la précision de l'espacement angulaire entre des rainures 14 ad- jacentes peut être contrôlée avec le même degré d'exactitude fourni par le dispositif d'avancement pas à pas de l'appareil à diviser 52.
Etant donné que les fraises travaillent sur des
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surfaces opposées de l'ébauche de rotor, certaines déforma- tions de l'ébauche se trouvent réduites, ce qui augmente la précision de l'emplacement et du contour des rainures, En ou- tre, le fait qu'il est prévu un procédé dans lequel on peut utiliser des machines classiques et l'habileté antérieurement acquise de l'opérateur s'oppose aux dépenses afférentes à l'achat d'un équipement spécial et à l'entraînement de l'opé- rateur. En outre la vitesse avec laquelle le procédé décrit ci-dessus peut être utilisé pour le taillage de matières de rotor classiques facilite une production rapide et moins coû- teuse du rotor.
On remarquera que le procédé décrit ci-dessus pour le formage de rotors n'est pas limité à l'application, pour l'exécution dudit procédé, de 1@ machine à fraiser représentée à titre d'exemple. Le procédé peut être utilisé avec tout ap- pareil équivalent ou toute machine équivalente pour effectuer des passes entre une ébauche et une paire de fraises, sensi- blement de la manière décrite. Bien que le procédé décrit con- vienne particulièrement bien pour former des rainures hélicot- dales ayant des contours engendrés avec bords de crête ren- trants, on se rendra compte que la vitesse et la précision pou- vant être obtenues au moyen de ce procédé faciliteront le tail- lage de rainures ayant des contours non engendrés.
Enfin, le procédé n'est pas limité aux applications concernant l'engrè- nement de rotors mais peut servir avantageusement pour former plusieurs rainures hélicoïdales espacées sur une ébauche.