Règle pour le calcul des conditions de coupe sur une machine-outil. Les conditions de coupe pour tout usinage sur une machine-outil quelconque, quels que soient la matière à usiner et le métal ou com posé de coupe, sont définies par quatre élè- ments, à savoir la vitesse de coupe, l'avance par outil, dent ou lèvre d'outil et par tour ou coup d'outil, la profondeur de passe, mesurée normalement à la surface usinée et la durée de l'outil. Ces quatre éléments, qui seront dé nommés par la suite respectivement V, <I>A, P,</I> T, sont liés les uns aux autres par une loi impérieuse dénommée loi de coupe.
Le choix de certains de ces éléments est imposé ou limité par les conditions d'usinage et les possibilités de la machine-outil. Il est clair que la détermination des autres en har monie avec la loi de coupe, permet de réaliser tout usinage dans les conditions les plus ra tionnelles possibles, donc de porter la pro duction au maximum, tout en réduisant la consommation d'outil de coupe au minimum.
Des règles de coupe ont été proposées, mais leur champ d'applications est limité à des outils invariables et/ou à des conditions déterminées de travail.
La présente invention a pour objet une règle pour le calcul des conditions de coupe, et l'on verra par la suite que les formes d'exécution proposées de cette règle ne pré sentent pas les limites ci-dessus et permettent de déterminer de façon aisée et rapide:
a) les conditions de coupe pour une durée déterminée de l'outil, b) la durée de l'outil de coupe pour des conditions imposées de coupe, c) pour une durée connue ou imposée de l'outil de coupe, les conditions de coupe don nant le débit maximum dans l'unité de temps, compatible avec les conditions d'usinage im posées ou recherchées et les possibilités de la machine-outil, d) pour toute forme d'outil, tous usi nages, toutes matières à usiner, actuelles ou futures, tous métaux, alliages ou composés de coupe actuels ou futurs, que l'outil de coupe soit simple ou multiple, monobloc, à lames fixées par un dispositif quelconque, immobile même relativement,
ou animé d'un mouve ment quelconque, continu ou alternatif, même relatif, à vitesse constante ou variable, et quelle que soit la nature du travail d'usinage, c'est-à-dire que ce travail s'opère à sec, arrosé, lubrifié ou ventilé, de façon quelcon que, avec ou sans pression.
La règle faisant l'objet de l'invention présente une graduation A pour l'avance, une graduation P pour la profondeur de passe et une graduation V pour la vitesse, disposées de façon à figurer les conditions de coupe d'un outil défini, dit outil-type, pour une na ture de travail définie, outil et nature du tra vail choisis arbitrairement et, en outre, au moins une graduation mobile coopérant avec la graduation V et figurant un coefficient correctif dit C de la vitesse V de coupe, coefficient correctif fonction de l'outil et de la nature du travail.
Dans une forme d'exécution particulière de l'invention, la règle comprend deux sup ports mobiles, un de ces supports déplaçant une des graduations, d'un groupe de gra duations logarithmiques A et P par rapport à l'autre, et l'autre support déplaçant la gra duation logarithmique V par rapport à un repère; un desdits supports mobiles porte l'échelle C également logarithmique, permet tant d'apporter à la valeur de la vitesse V de l'outil-type, la correction correspondante.
Le repère coopérant avec la graduation V fait en général partie d'une graduation défi nissant la matière à usiner par un coefficient ou norme dénommé équivalence E.
La règle ne comprenant que les gradua tions ci-dessus est incapable, dans la plupart des cas, de permettre la résolution des pro blèmes de coupe posés qui, en général, exigent qu'il soit tenu compte de la durée T de l'outil.
Pour répondre à cette exigence, et per mettre de faire varier à volonté la durée de l'outil, la règle comprend, dans une forme d'exécution particulière, une graduation de cette durée T, correspondant à l'outil-type, conjuguée à une graduation d'un coefficient correctif dit r?,, et un curseur ou autre permet de faire coopérer cette graduation "a avec la graduation C par rapport à laquelle elle est mobile.
On comprend qu'il suffit d'établir, en général par expérience, pour chaque outil dé fini et chaque nature de travail, les coeffi cients correctifs<I>C et n,</I> dénommés normes de l'outil, pour que la règle fournisse les conditions de coupe de cet outil, à partir des conditions de coupe de l'outil-type.
Dans la méthode conçue par l'invention, la norme n est destinée à multiplier le loga rithme de la durée T et, par suite, à modifier l'échelle de la graduation figurant cette don née sur la règle.
Pour la mise en aeuvre de cette méthode, il est avantageux de figurer en regard, sur un même support mobile, les graduations T logarithmique et n arithmétique.
Ce support mobile présentant les gradua tions T et n peut être celui des supports dont il a été question ci-dessus et qui ne porte pas la graduation C.
Dans une forme d'exécution simplifiée, celui des supoprts mobiles précités, qui ne porte pas la graduation C présente, au lieu des graduations<I>T</I> et<I>n,</I> un repère ou autre coopérant avec ladite graduation C, et cor respondant à une durée définie dite de base.
La règle ainsi constituée, appelée règle d'essai, est destinée plus particulièrement à la détermination des normes C et "a.
La règle peut être rectiligne, circulaire ou autre. Dans la description qui va suivre, il a été jugé utile d'insérer un exposé de la base scientifique de l'invention, en référence au dessin annexé qui représente, en outre, deux formes d'exécution de la règle faisant l'objet de l'invention, données à titre d'exemples: La fig. 1 est une vue d'une première forme d'exécution de la règle selon l'inven tion; les fig. \? et 3 sont des abaques à l'appui de la base scientifique de l'invention;
les fig. 4 et 5 montrent, en profil et section selon la ligne V-V de la fig. 4, un outil-type choisi; la fig. 6 illustre une application de la règle selon la fig. 1; la fig. 7 est un abaque illustrant la dé termination des normes; les fig. 8 et 9 montrent une seconde forme d'exécution simplifiée, dite règle d'essai, pour la détermination de ces normes.
Pour mettre en aeuvre l'invention, les conditions de coupe d'un outil dit outil-type, auquel les autres outils seront, par la suite, comparés, ont été établies par expérience. On a représenté à la fig. 2 ces conditions pour un outil de nature définie et de forme dessi née de profil et en section droite aux fig. 4 et 5 et en travail à sec. Il est d'ailleurs évi dent que l'outil-type pourrait être de nature quelconque, de forme différente et en travail arrosé, par exemple, sans modifier autre chose que la base choisie.
En référence à la fig. 2, un axe présente dans sa partie OA une graduation logarith mique de l'avance A en millimètres par outil, lèvre ou dent d'outil, et par tour ou coup d'outil, et, dans sa partie 0'V, une gradua tion logarithmique de la vitesse de coupe V (en mètres-minutes). Les axes d'ordonnées oy et o'z sont parallèles.
Dans le tableau OAy, on a représenté un certain nombre de droites P, inclinées, espa cées selon les logarithmes des profondeurs de passe et dont la valeur est inscrite sur chaque droite, en millimètres mesurés normalement à la surface usinée. Chaque point tel que a sur les droites P définit un point a' sur l'axe oy, correspondant à une avance et à une pro fondeur de passe déterminées, en l'espèce: avance 0,5 et profondeur de passe 5.
L'expérience montre que pour une durée d'outil de coupe constante, qui, en l'espèce, a été fixée arbitrairement 60 minutes, à titre bien entendu nullement limitatif, les vitesses d'un même outil, travaillant dans les mêmes conditions, sont représentées, pour chaque matière à usiner, par rapport aux axes O'Y et 0'Z, par des droites E. Ces droites peuvent être graduées selon un coefficient E définis sant la matière et dénommé équivalence.
Ce coefficient ou équivalence, commune mesure à toutes les matières à usiner, est pris, dans l'exemple représenté, relatif à l'usinage d'acier martensitique, égal à la charge de rupture à la traction en kilogrammes par m2. Pour l'outil-type, la vitesse de coupe est 38 mètres-minute, pour E égalant 100, dans les conditions d'avance et de profondeur de passe prises comme exemple ci-dessus, et comme le montrent les lignes de coordonnées en traits pointillés.
L'abaque de la fig. 2 permet ainsi de ré soudre tous les problèmes de coupe pour l'outil-type, en travail à sec et de durée 60 minutes.
On sait, par ailleurs, que pour un outil quelconque, une nature de travail quelconque et constante, la vitesse V et la durée T (les autres conditions de coupe restant invariables et n étant un coefficient) sont liées par la loi de Taylor:
EMI0003.0044
loi reconnue unanimement comme très ap prochée sinon exacte.
Si l'on représente la vitesse de coupe par <I>C</I> Vo, Vo étant une vitesse arbitraire, inva riable en même temps que les autres condi tions de coupe mentionnées ci-dessus, et C un coefficient correctif, cette loi peut s'écrire:
EMI0003.0048
Les travaux de l'inventeur ont prouvé que le coefficient correctif C, pour une durée dé terminée<I>T,</I> est indépendant de<I>E, A</I> et P et ne dépend que de la nature de l'outil, de sa forme et de la nature du travail. Il en est de même du coefficient n.
La loi ci-dessus, dénommée loi du coeffi cient correctif, indépendante des conditions de coupe E, A et P, est représentée par un abaque logarithmique unique, dit abaque ca ractéristique, fonction uniquement de l'outil, de sa forme et de la nature du travail d'usi nage (à sec, arrosé, etc.).
L'inclinaison ri, de cet abaque en coordon nées logarithmiques définit une des normes de l'outil dont l'autre est prise égale à la valeur du coefficient C pour T = 60 mi nutes. On a fixé arbitrairement la norme C = 1, pour l'outil-type en travail à sec et pour une durée de 60 minutes, dont Vo est alors la vitesse, vitesse qui varie bien entendu avec les conditions de la coupe.
C'est sur ces bases qu'une série d'abaques caractéristiques avec l'outil-type et des outils différents<I>A, B, C, D</I> et<I>0,</I> 31, <I>L,</I> à sec et arrosés sont illustrés à, la, fig. 3 dans laquelle les abcisses logarithmiques représentent les durées de l'outil en minutes et les ordonnées logarithmiques, les coefficients correctifs.
Ces abaques ont entre eux une commune mesure, la norme C = 1 de l'outil-type, en travail à sec, pour T = 60. Les valeurs des normes C correspondant à ces outils et à ces natures de travail sont lues à l'intersection de ces abaques et de l'ordonnée T = 60, repré sentées en traits pointillés.
L'inclinaison de chacun de ces abaques définit la norme n, qui est égale, deux points de coordonnées<I>Cl,</I> T, et C2, T2 étant dé finis, à:
EMI0004.0010
Les valeurs ainsi calculées sont inscrites à l'extrémité de l'abaque.
Les normes<I>C et</I> n sont ainsi aisées à dé terminer pour un outil quelconque, pour toute nature de travail (à sec, arrosé, etc.).
La règle que l'on va décrire met en appli cation les résultats ci-dessus qui, dans leur majorité, sont dus aux travaux de l'inventeur.
Elle a été tracée en application de l'aba que de la fig. 2, pour déterminer dans chaque position, les conditions de coupe de l'outil- type, pour une durée de cet outil de soixante minutes en travail à sec (c'est-à-dire pour C = 1), pour toutes les équivalences E. Elle permet d'apporter, lors d'outils différents, de conditions différentes ou de travaux dif- férents, les corrections C et ii qui définissent l'outil de coupe et la nature de son travail.
L'application de la correction C à la vi tesse résulte du simple produit de cette norme par la vitesse de l'outil-type travail lant à sec, de durée 60 minutes, en d'autres termes de l'addition de logarithmes.
L'application de la correction ii résulte de l'application de la loi du coefficient cor rectif indiquée ci-dessus.
C et ii étant les normes de l'outil, pour un travail de rature donnée, le coefficient Cl à appliquer, pour une durée d'outil Tl, pour le même travail, découle de la loi du coeffi cient correctif:
EMI0004.0022
La graduation T étant logarithriique et faite pour u = 1, c'est-à,-dirc de même échelle que la graduation C, la norme )i, différente de 1, implique le cliangenient de l'échelle de T par rapport ii l'échelle de C, la mesure des différences de durée ayant pour origine T = 60 minutes.
Cela, étant fixé, la règle comprend deux groupes de graduations relativement mobiles, à savoir E (équivalence de la matière à usi ner), t' (vitesse en mètres-minute), A et P (avance et profondeur de passe). Toutes ces graduations, sauf E. sont logarithmiques.
Dans la forme d'exécution représentée, les deux graduations<I>E et P</I> sont fixes et les graduations A et V sont mobiles et tracées sur des réglettes distinctes en regard des gra duations fixes coopérantes. Les graduations E et V de même que A et P sont de sens contraires.
Une des réglettes mobiles, soit celle qui présente la graduation V, porte également une graduation logarithmique de sens opposé à V, à savoir T, durée de l'outil de coupe, et une graduation arithmétique n, norme de l'outil de coupe. L'origine de la graduation ia se trouve en regard de T = 60, durée de base. L'autre réglette mobile, soit celle qui pré sente la graduation A, porte la graduation logarithmique C, norme de l'outil, de même échelle que la graduation T et de même sens, c'est-à-dire de sens contraire à Y.
L'ensemble est complété par un curseur. Les échelles ont été tracées pour que, lorsque la graduation T = 60 est amenée à l'aplomb (au moyen du curseur) de C = 1, la règle détermine dans chacune de ses posi tions des conditions de coupe de l'outil-type pour une durée de 60 minutes, en travail à sec, et pour toutes les équivalences.
Pour un outil différent et une nature de travail différente, l'utilisation de la règle sera mieux comprise au moyen de l'exemple ci-dessous, en référence à la fig. 6.
Soit un outil de coupe dont la nature et la forme ainsi que la nature du travail d'usi nage déterminent comme normes C=0,8 et n=10 La matière à usiner a une équivalence E = 100.
Les conditions de coupe imposées sont: A = avance, au maximum 1,5 mm P =profondeur de passe 5 mm T = durée de l'outil de coupe 200_minutes. Dans une opération préliminaire, on fait coïncider A = 1,5 avec P = 5;
ensuite, par l'intermédiaire du curseur mobile, on fait coïncider C = 0,8 avec une graduation loga rithmique, ici 6,5, sur l'échelle n en partant du 0 de cette échelle, correspondant à L/10, L étant la distance, ici 65, mesurée sur la graduation n, séparant<I>T =</I> 60 de T, = 200 et représentant log<I>T -</I> log T,., comme exposé ci-dessus.
On lit ensuite, en coïncidence avec E = 100, la vitesse de coupe en mètres- minutes, Y = 16,5.
Si la machine-outil ne permet pas cette vitesse, on choisit une vitesse de coupe aussi voisine que possible, mais plus grande pour ne pas dépasser A = 1,5, que l'on fait en suite coïncider avec E = 100, soit Y = 18.
Par l'intermédiaire du curseur, on fait à nouveau coïncider n = '/jo avec C = 0,8 et on lit en coïncidence avec P = 5 la nouvelle avance, soit A. = 1,24.
Si cette avance n'est pas permise par la machine-outil, on choisit une avance aussi voisine que possible de cette nouvelle avance, soit A = 1,2.
On fait coïncider cette avance définitive A = 1,2 avec P = 5; on place ensuite le curseur sur C = 0,8. Cette position du cur seur détermine sur la graduation n en par tant du 0, une longueur L' = 7. La longueur 10 L' = 70 mesurée sur la graduation n en partant du 0 est en coïncidence avec T = 2,18 qui sera la durée de l'outil de coupe en mi nutes. (C'est cette position que montre la fig. 6.) On peut de même figer Y. <I>Règle de débit.</I>
Pour déterminer en lecture directe et en coupe continue le débit en em3-minute, la règle représentée comprend en outre: deux réglettes fixes portant les gradua tions logarithmiques <I>D',</I> débit, et<I>Y',</I> vitesse de coupe; une réglette mobile porte les graduations logarithmiques conjointes A', avance, et P'. profondeur de passe.
L'utilisation sera bien comprise au moyen d'un exemple correspondant à la position re présentée à la fig. 6: En faisant coïncider V' = 18 avec A' = 1,2, on lit en coïncidence avec P' = 5, le débit D' = 108 cm' par minute.
Règle <I>de force motrice.</I>
Enfin, la force motrice F nécessaire pour la coupe est donnée par les formules em piriques
EMI0005.0038
EMI0005.0039
D' est le débit en cm' par minute et E, l'équivalence de la matière usinée. Pour calculer cette force motrice, la règle représentée comporte une graduation fixe F et une graduation mobile en F, toutes deux logarithmiques. La graduation F' porte les repères CV = 3200 et kW = 4350. L'autre, soit F, porte le repère -r servant à calculer la vitesse de coupe Y.
A titre d'exemple d'utilisation, en réfé rence à la fig. 6, on voit qu'en faisant coïnci der E -f- 70, soit 170, de la graduation F par exemple, avec le repère CV de la graduation F, on lit en coïncidence avec D' = 108 de la graduation F' la force motrice nécessaire, soit 5,75 CV, sur la, gmaduation F. Ces deux graduations peuvent également servir au calcul de la réduction sur l'échelle T.
<I>Règle d'essai.</I>
Pour déterminer les normes C et n. d'un. outil de coupe de manière simplifiée, on .a recours avantageusement à. une autre forme d'exécution, dite règle d'essai, représentée aux fig. 8 et 9.
Cette règle ne diffère de la règle de coupe décrite ci-dessus qu'en ce que les graduations <I>T</I> et n en sont supprimées et remplacées par un repère porté par la réglette Y en regard de la réglette<I>CA.</I>
Ce repère correspond à T = 60, de sorte que la règle d'essais représente pour C = 1. les conditions de coupe A, P et Y de l'outil- type de forme standard en travail à sec et pour toutes les équivalences.
Pour déterminer les normes C et ra d'un outil quelconque, pour une nature de travail quelconque, on construit l'abaque caracté ristique de cet outil (droite 1, fi-. 7) par rap port aux axes de coordonnées<I>OC</I> et OT, abaque similaire à ceux représentés en fi-. 3.
Chaque point de cet abaque est défini par un essai fait à un coefficient correctif C, arbitrairement choisi, sur une matière dont on connaît l'équivalence E, soit E = 100.
Au moyen de la règle d'essai, on harmo nise les conditions de vitesse de coupe, avance et profondeur de passe, d'après les possibi lités de la machine-outil utilisée, soit: <I>P = 2,5 A = 1 Y =</I> 29,5 On poursuit l'essai jusqu'à usure ou émoussage de l'outil de coupe et l'on obtient la durée T = 60 minutes.
Le point 5 correspondant, de l'abaque ca ractéristique 1, est défini par les coordonnées logarithmiques C=0,8 T=60 Pour les essais suivants, on fait varier la norme C pour obtenir les durées dans la fourchette 10 minutes = T = 100 minutes On détermine ainsi un certain nombre de points 1 à 6, dont la majeure partie est en ligne droite, qui est l'abaque caractéristique 1.
Nornz-e <I>C.</I> La norme C, qui est le coeffi cient correctif de vitesse de coupe pour la durée T = 60 minutes, est définie par l'or donnée du point de l'abaque, d'abscisse 60 mi nutes, soit dans cet exemple: C" = 0,8.
Nornte->a. La norme )a est donnée par la formule déjà indiquée ci-dessus:
EMI0006.0020
T,, Cl et T_, Cétant les coordonnées de deux points quelconques de l'abaque caractéris tique, et si l'on prend Tl = 10 et Tr = 100, ce qui donne Cl = 1,01 et C= 0,752
EMI0006.0027
soit dans cet. exemple: n = 7,864.
<I>Norme E.</I> La norme E ou équivalence d'une matière à usiner est une commune mesure constante et arbitraire qui, par dé finition, est la charge de rupture à la traction en kg par mm= des aciers Martin Martensitiques.
Pour déterminer la norme E d'une ma tière à usiner quelconque, il faut construire un abaque analogue à l'abaque caractéristi que, avec un outil de coupe de forme stan- dard dont on connaît l'abaque caractéristique et, par suite, les normes<I>C et</I> n, en supposant une équivalence Eh de la matière à usiner, soit Eh = 80.
Cet abaque se construit par points 11, 12, 13, 14, comme l'abaque caractéristique ser vant à déterminer les normes d'un outil de coupe.
On obtient ainsi un abaque parallèle<I>II</I> à l'abaque caractéristique de l'outil de coupe utilisé (fig. 7).
Pour une durée T = 60 minutes, l'abaque caractéristique de l'outil de coupe donne une norme C = 0,8 et l'abaque de la matière en essai une norme Ch = 0,64.
La norme E de la matière en essai est:
EMI0007.0007