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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION formée par Ex-Cell-0 Corporation pour : "Procédé et dispositif de conditionnement de meule à compensation double automatique"
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Priorité d'une demande de brevet aux Etats-Unis
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d'Amérique déposée le 14 septembre Ij82, sous le n 418 103.
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"Procédé et dispositif de conditionnement de meule à compensation double automatique" La présente invention est relative d'une manière générale à un dispositif de meulage et, d'une manière plus spécifique, à un procédé amélioré pour conditionner la surface d'une meule en nitrure de bore cubique, par déplacement intermittent de la meule vers une unité de conditionnement de meule stationnaire qui est montée d'une manière adjacente à la meule, l'unité de conditionnement présentant un élément usable ou consumable, entrant en prise avec la meule et destiné conditionner la meule.
Il est bien connu, dans la technique des dispositifs de meulage, de rhabiller la périphérie externe d'une meule abrasive consumable par différents procédés ou formes, comme un diamant à pointe unique, un diamant à pointes multiples, un diamant rotatif, ou une molette diamantée. Le type de travail effectué prescrit le procédé de rhabillage qui fournira des résultats optimum. L'appareillage de meulage le plus automatique est basé sur l'utilisation d'une meule relativement consumable, notamment à base d'oxyde d'aluminium ou de carbure de silicium, qui est périodiquement conditionnée (rectifiée ou rhabillée) par un outil relativement non consumable, com-
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me un diamant à pointe unique ou un faisceau fixe de plusieurs pointes de diamant ou une roue diamantée rotative (appelée molette ou fraise).
Comme la meule relativement consumable perd généralement la capacité de meuler de manière appropriée avant de perdre une valeur importante de précision de dimension, elle est généralement reconditionnée (rhabillée) avant que la précision de dimension des pièces à usiner ne soit affectée. Puisque la distance entre la surface d'une pièce finie et la surface de taille de l'outil de conditionnement de la meule reste fixe, tout ce qui est nécessaire de la part de l'appareil automatique est la diminution périodique de la distance entre la meule et la combinaison dispositif de rhabillage/ pièce à usiner. Cette diminution est appelée"compensation"ou"compensation du rhabillage". En fonction de la construction de l'appareil, soit la meule est compensée, soit le porte-pièce supporte l'organe de rhabillage et le porte-pièce est compensé.
Dans l'un ou l'autre cas, la compensation a habituellement lieu juste avant que la meule n'ait défilé devant l'outil de rhabillage, et l'outil de rhabillage enlève cette valeur de la meule, en laissant les positions relatives des surfaces critiques de la meule et de la pièce à usiner et de l'organe de rhabillage essentiellement juste comme elles étaient avant que la compensation n'ait lieu.
Des abrasifs supérieurs modernes, tels que du diamant et du nitrure de bore cubique, sont plus difficiles à incorporer dans un processus totalement automatique. Le problème est causé par la
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propriété même de ces abrasifs qui les rend si attrayants : leur résistance extrême à l'usure. Les meules réalisées en ces matières s'usent extrêmement lentement et, dans la plupart des cas, très uniformément. Dans certaines applications qui utilisent du nitrure de bore cubique, le besoin d'un reconditionnement de la surface de meule est démontré par une augmentation de la rugosité de la surface de la pièce finie. Dans ces cas, le remède approprié est de compenser d'une petite valeur, par exemple de 2,54 u, et de faire ensuite passer la meule devant une fraise en diamant rotative.
Cela constitue encore l'utilisation d'une meule quelque peu consumable et d'un outil de conditionnement de meule, relativement non consumable, comme décrit précédemment. Une rectification initiale d'une meule en nitrure de bore cubique, pour éliminer l'excentricité après le montage, tombe également dans cette catégorie. Cependant, dans beaucoup d'applications, le besoin d'un reconditionnement de la surface de meule est démontré par une réduction de la facilité avec laquelle la meule rode, et par une augmentation de force et de température. La cause de ces effets est la perte de "saillie 18 des grains abrasifs individuels de diamant ou de nitrure de bore cubique par rapport à la matière qui les lie ensemble.
Le remède consiste à user ou éroder un peu de la matière de liaison sans user ou extraire de manière importante les particules de diamant ou de nitrure de bore cubique. Cela est obtenu en faisant effectuer à la meule un certain meulage sur de l'oxyde d'aluminium ou du carbure de silicium relativement doux, soit sous la for-
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me d'une tige stationnaire soit sous la forme d'une molette rotative. Cette dernière est soit entraînée par un moteur soit équipée d'un dispositif de freinage qui limite la vitesse de rotation que peut atteindre la molette douce à la suite de l'action d'entraînement de la meule super-abrasive.
La présente invention concerne un procédé de conditionnement de la surface de meulage d'une meule super-abrasive par un organe de rhabillage con- sumable. Puisqu'une tige ou molette de conditionnement douce s'use de manière importante, un procédé automatique suivant la présente invention tient compte de la valeur de cette usure et il ne la perd pas de vue. Comme les particules super-abrasives s'usent également, mais à la suite du meulage d'un grand nombre de pièces à usiner et non pas comme le résultat du processus de reconditionnement, le procédé suivant la présente invention tient également compte de cela.
Un objet de la présente invention est en particulier d'améliorer l'usure et le conditionnement de la surface d'usure d'une meule super-abrasive qui comprend un constituant super-abrasif et un constituant à base d'une matière liante qui peut entrer en prise avec un outil de reconditionnement consumable, ce perfectionnement étant obtenu par un procédé comprenant la sélection d'une profondeur prédéterminée de l'usure de meule à laquelle un reconditionnement doit avoir lieu, l'ajustement, pendant chaque étape de meulage de pièce à usiner, de la position de la meule en plus des mouvements d'avance normaux entre la meule et la pièce à usiner
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pour compenser l'usure additionnelle de la meule, en vue de maintenir l'usure apparente de la meule dans la gamme de tolérance de la pièce en cours de meulage,
jusqu'à ce que la profondeur prédéterminée d'usure de meule soit atteinte, et ensuite le positionnement de la meule par rapport à l'outil de reconditionnement consumable pour avoir pour effet que l'outil soit consumé par la meule à une profondeur d'un ordre de grandeur plus grand que la profondeur prédéterminée d'usure de meule de façon à assurer que des grains individuels du constituant super-abrasif de la meule fassent saillie au-delà du constituant à base de matière liante de la meule pour maintenir l'efficacité de taille de la meule à la suite de l'étape de reconditionnement.
Un autre objet de la présente invention consiste à prévoir un procédé de conditionnement à compensation double d'une meule super-abrasive, ce procédé comprenant le meulage d'un nombre prédéterminé de pièces à usiner pour établir une première profondeur prédéterminée d'usure de meule super-abrasive, le conditionnement périodique de la surface de meule en consumant une seconde profondeur prédéterminée d'une surface d'outil de reconditionnement consumable,
et la production d'une première compensation d'une meule par commande de la position de la meule super-abrasive par rapport à la pièce à usiner en vue de maintenir une profondeur d'usure de meule apparente dans la gamme de tolérance souhaitée de la pièce à usiner et la production d'une seconde compensation d'un organe de conditionnement de meule
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par mise en contact de la surface d'usure de la meule super-abrasive et de la surface d'outil de reconditionnement, et l'avance de la meule dans le sens de la surface d'outil et dans le sens opposé d'une distance égale à la seconde profondeur prédéterminée, chaque fois que la meule est reconditionnée.
Un autre objet de la présente invention consiste encore à prévoir un procédé perfectionné, à double compensation, pour conditionner la surface d'usure d'une meule super-abrasive, ce procédé comprenant la disposition d'un porte-pièce et d'un support d'outil de reconditionnement en des endroits fixes et la disposition d'une meule super-abrasive sur une plate-forme mobile, l'entraînement de la plate-forme par des moyens d'entraînement sous la commande d'un dispositif de commande programmable, la programmation du dispositif de'commande pour déplacer la meule de façon qu'elle entre en prise avec une surface d'outil de reconditionnement ccnsumable sur le support d'outil,
uniquement à la suite d'un nombre prédéterminé de séquences de meulage dans lesquelles la meule traite un nombre prédéterminé de pièces à usiner sur le porte-pièce fixe de façon à produire une première profondeur d'usure prédéterminée, correspondante, de la surface de meulage de la meule, la programmation du dispositif de commande pour produire une première compensation de la meule super-abrasive par une avance de la meule en fonction du nombre prédéterminé de pièces à usiner en plus du mouvement d'avance normal de la meule et suivant un plan prédéterminé, pour maintenir l'usure
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apparente de la surface d'usure de la meule dans les gammes souhaitées de tolérance de la pièce à usiner, et, en outre,
la programmation du dispositif de commande pour produire une seconde compensation de la meule super-abrasive pendant chaque étape de reconditionnement par avance de la meule vers la surface de l'outil de reconditionnement consumable et retrait de la meule à partir de celle-ci sur une profondeur prédéterminée d'un ordre de grandeur plus grand que la première profondeur d'usure prédéterminée.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif et avec référence à la figure unique annexée. Celle-ci représente une vue en perspective qui illustre une meule, un portepièce et un outil de reconditionnement consumable, appropriés pour la mise en oeuvre du procédé suivant la présente invention.
Si l'on se réfère à présent à la figure, la référence 10 désigne d'une manière générale un appareil de meulage- interne ; électro-mécanique, à une station, comprenant un mandrin de meule sur un chariot transversal entraîné par des moteurs d'entraînement à commande CNC qui mettent en oeuvre les principes décrits dans une demande de brevet aux Etats-Unis d'Amérique nO 152. 286. Ainsi qu'il a été constaté dans cette demande de brevet, tout dispositif de commande programmable approprié peut être utilisé, comme un dispositif de commande programmable Bryant Séries 75 qui est mis sur le marché par la Westinghouse Electric
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Corporation de Gateway Center, Pittsburgh, Pennsylvanie 15222, Etats-Unis d'Amérique.
Une commande appropriée de l'avance est rendue disponible sur le marché par Intel Corporation de Santa Clara, Californie 95054, Etats-Unis d'Amérique, et elle est vendue sous la dénomination de"INTEL" (marque de fabrique) 80/05 Single Boàrd Computer. Le moyen d'entraînement peut être n'importe quel moyen d'entraînement asservi approprié, comme par exemple un entraînement asservi de Hyper Loop, Inc., de 7459 W. 79 Street, Bridgeview, Illinois 60455, Etats-Unis d'Amérique, sous la marque de fabrique"HYAMP".
L'entraînement asservi"HYAMP"est un entraînement asservi monophasé, à quatre ondes, commandé par un redresseur au silicium commandé bidirectionnel et destiné à des moteurs en courant continu, et il procure une puissance d'entraînement en courant continu pour la commande et le réglage-d'une vitesse précise sur une large gamme de vitesses. Un autre entraînement asservi approprié, qui a reçu la désignation de Size 50, est mis sur le marché par General Electric Company, 685 West Rio Road, Charlottsville, Virginie 22906, EtatsUnis d'Amérique.
Le moteur d'entraînement pour chaque axe est un servo-moteur en courant continu. Les servomoteurs en courant continu appropriés de ce type sont mis sur le marché par Torque Systems Incorporated, 225, Crescent Street, Waltham, Massachusetts 02154, Etats-Unis d'Amérique, sous la marque de fabrique de "SNAPPER", et ils sont identifiés par les dimensions de chassis de 3435 et 5115. Un grand moteur de ce type
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est également rendu disponible par la H. K. Porter Co., de 301 Porter Street, Pittsburgh, Pennsylvanie 15219, Etats-Unis d'Amérique.
Des tachymètres sont une partie des servomoteurs en courant continu. Des dispositifs de résolution, des encodeurs ou des transducteurs "INDUCTOSYN"sont utilisés dans le système de renvoi et ils peuvent être n'importe quel dispositif de renvoi de position courant, approprié, disponible sur le marché. Des dispositifs de résolution de ce type sont rendus disponibles par la Clifton Precision Company de Clifton Heights, Pennsylvanie 19018, Etats-Unis d'Amérique. Des transducteurs de position linéaire et rotative de précision"INDUCTOSYN"sont mis sur le marché par Farrand Controls, une division de Farrand Industries, Inc., de 99 Wall Street, Valhalla, New York 10595, Etat-Unis d'Amérique.
Un codeur de position angulaire optique approprié, désigné par Model n DRC-35 est rendu disponible par la Dynamics Research Corporation de 60 Concord Street, Wilmington, Maryland 01887, Etats-Unis d'Amérique.
Le dispositif de moulage 10 comprend un bati ou pont courant 12 sur lequel est montée de manière fonctionnelle une poupée porte-pièce 13 fixée de manière courante. La poupée porte-pièce 13 peut avoir une structure courante appropriée quelconque et elle comprend un organe de montage 15 pour supporter une pièce à usiner. L'organe de montage est adapté pour être entraîné en rotation par un moteur et il est relié de manière fonctionnelle au moyen de poulie, décrit dans la demande de brevet aux Etats-Unis
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d'Amérique 152. 286.
Ainsi qu'il ressort de la figure unique annexée, une meule en bore 17 est supportée de manière fonctionnelle sur l'unité de chariot composite 19, qui est située à l'extrémité droite du dispositif lO et qui comprend les chariots longitudinal et transversal décrits dans la demande de brevet aux Etats-Unis d'Amérique précitée. On peut comprendre que le système de commande de la présente invention soit capable de commander n'importe quelle combinaison de mouvements d'une meule sur l'unité composite de chariots.
La meule 17 est une meule super-abrasive qui présente des particules de diamant ou de nitrure de bore cubique qui forment un constituant superabrasif de la meule, et un constituant liant approprié maintient les particules de façon que des segments d'extrémité de chaque particule fassent saillie hors de la matière liante pour former sur la meule la surface d'attaque ou de taille de la pièce à usiner.
Une unité de conditionnement de meule, consumable, 20 est montée sur le bati 12 de la poupée porte-pièce, sur un élément de base en extension 21, qui s'étend ou est en porte-à-faux au-dessus du centre de la surface de meulage du dispositif. L'unité 20 présente une base 31 fixée au moyen de boulons 23 et capable de coulisser dans des fentes en forme de T 25 de l'élément de base en extension 21. une unité de base coulissante 35 est fixée de manière ajustable pour effectuer un mouvement transversal sur la base 31. L'unité 35 présente une partie transversale 43 qui s'étend vers le haut pour former une paroi de support latérale pour l'unité de rhabillage 45. Un outil
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de reconditionnement consumable 47 est agencé sur l'unité 45.
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En fonctionnement, la meule 17 est entratnée en rotation pour meuler l'alésage ou la face d'une pièce à usiner ou n'importe quelle combinaison de ceux-ci. Le chariot longitudinal procure à la meule 17 une séquence de mouvements comme une translation avant rapide, une lente avance, un mouvement alternatif à haute vitesse et un retrait de dégagement. Le chariot transversal procure à la meule 17 des mouvements de positionnement et des mouvements de compensation pour compenser l'usure de la meule lors du meulage de chaque pièce. Le système de commande de la présente invention est décrit dans la demande de brevet aux Etats-Unis d'Amérique précitée et elle n'a pas besoin d'être illustrée de manière plus détaillée.
Pendant le conditionnement, la meule 17 est supportée sur le chariot composite jusqu'à l'unité de conditionnement 20 oÙ aie est conditionnée au rhabillée par un élément de conditionnement doux 47 réalisé à partir de matières, telles que de l'oxyde d'aluminium ou du carbure de silicium. Ces matières sont caractérisées comme étant plus douces que les particules super-abrasives de la meule 17 et comme ayant une dureté suffisante pour éliminer par frottement le constituant liant de la meule 17.
A la suite de séquences de meulage allongées, rendues possibles par l'amélioration du pouvoir à l'usure des particules super-abrasives de la meule 17, il peut se produire la condition dans laquelle les extrémités exposées des particules ne font plus saillie
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ou ne s'étendent plus à partir de la surface de la meule 17. Le remède consiste à user ou éroder un peu la matière liante à partir de la meule de façon à exposer des particules super-abrasives sans user ou extraire de manière importante les particules superabrasives.
Suivant l'invention, une tige ou molette de conditionnement douce est utilisée comme outil de reconditionnement dans un procédé de conditionnement de meule à double compensation, en vue de maintenir l'efficacité du dispositif de meulage. L'unité stationnaire de l'organe de conditionnement est serrée de manière rigide et formée par des segments de plaque relativement raides qui forment une plate-forme stable, positionnée de manière précise, pour l'outil de reconditionnement qui présente un indice d'élasticité réduit. L'outil de reconditionnement 47 est positionné pour assurer un procédé plus précis et plus stable de rhabillage de la meule, qui soit non seulement simple et plus fiable mais qui augmente le reconditionnement de la meule super-abrasive 17.
Un exemple du procédé suppose les critères suivants. La meule 17 est reconditionnée après que 100 pièces sont meulées. La meule s'use de 25,4 p pendant cet intervalle. La tolérance de la pièce à usiner est telle que l'usure de meule doit être conservée à une valeur de 2,54 ou moins. L'usure de l'outil de reconditionnement est de 635 chaque fois que la meule est totalement reconditionnée (un ordre de grandeur plus grand que l'usure de surface de meule). Le support de la pièce à usiner et le support d'outil de re-
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conditionnement présentent des positions fixes et la meule est déplacée par un dispositif de commande CNC.
La première des doubles compensations est utilisée pour maintenir l'usure de meule apparente à 2,54 p ou moins. Le dispositif de commande CNC est par conséquent programmé pour avancer la meule vers la pièce de 2,54 p après le meulage de dix pièces ou de 0, 254 p après chaque pièce, ou suivant n'importe quelle combinaison appropriée entre ces deux valeurs.
Cette avance est en addition des mouvements d'avance normaux.
La seconde des compensations doubles est utilisée pour assurer deux choses : le fait que la meule entre en contact avec l'outil de reconditionnement de manière appropriée et avance dans ce dernier de 635 , de manière exacte à chaque fois, et le fait que la meule fasse en arrière depuis l'outil de reconditionnement 635 p supplémentaires à chaque fois suivante de façon à être dans la position appropriée pour être amené en contact avec la pièce à usiner.
Le dispositif de commande CNC est par conséquent programmé pour avancer la meule vers l'outil de reconditionnement après le meulage de cent pièces à usiner, soit vers la position qu'elle avait lorsqu'eue a été la dernière fois avancée dans l'outil de reconditionnement, soit de 635 au-cela de la position qu'ElLe avait lorsqu'elle a été avancéela dernière fois jusqu'à l'outil de reconditionnement (ces deux solutions voulant dire la même chose), puis pour l'avancer dans l'outil de reconditionnement de 635 (Jt à une vitesse spécifiée, puis
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pour l'arrêter pendant une durée optimum, puis pour la retirer vers la position appropriée pour qu'elle soit miseen contact avec la pièce à usiner.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.