Tête d'usinage destinée à être montée sur un organe principal de machine-outil Jusqu'à maintenant, les opérations d'usinage de pièces creuses qui se présentent sous la forme de deux demi-coquilles, par exemple des corps de tur bine, ou qui comportent des paliers rapportés de grandes dimensions, ce qui est le cas des moteurs Diesel ou des carters de réducteurs de certains gros appareils moteurs marins ou terrestres, étaient tou jours effectuées au moyen de longues barres d'alé sage supportées dans des lunettes et entraînées à une extrémité par la broche de la machine. Les outils étaient fixés, soit directement sur la barre d'alésage pour exécuter les petits diamètres, soit sur des plateaux pour les diamètres de grandes dimen sions, soit encore sur des chariots pourvus d'avance radiale pour les surfaçages intérieurs.
Cette méthode d'usinage comportait de nombreuses difficultés ne permettant pas d'obtenir facilement une précision élevée et conduisait toujours à une grande lenteur d'exécution.
En effet, la barre d'alésage de grande longueur utilisée comme moyen de transmission de la puis sance de coupe ne pouvait fréquemment avoir qu'un diamètre très réduit pour passer à l'intérieur des paliers de la pièce, mais devait néanmoins entraîner des plateaux ou supports de grand rayon pour per mettre l'exécution des usinages internes les plus grands. Il en résultait la nécessité de limiter à l'ex trême la puissance de coupe sur les outils, afin de réduire les vibrations de flexion et de torsion sur la barre, en vue d'obtenir une précision satisfaisante quoique forcément limitée par les mauvaises condi tions de travail.
Dans le cas de pièces constituées par deux demi- coquilles, les constructeurs devaient aussi affronter de grandes difficultés pour effectuer les usinages in- ternes complexes que présentent ces pièces et pour lesquels il est nécessaire de désaccoupler les deux demi-coquilles à chaque réglage d'outil ou vérifica tion de cotes.
On comprend aisément les difficultés de ce tra vail en aveugle et les risques encourus si un inci dent de coupe se produit - rupture, mauvais affû tage ou mauvais réglage d'un outil - car il est impossible de contrôler le travail exécuté, au fur et à mesure de son avancement.
Cette conception d'usinage nécessitait de toute façon un personnel spécialisé et malgré cela, les chances de rebut par loup d'usinage restaient grandes.
Pour éviter une partie de ces inconvénients, certains constructeurs ont été amenés à usiner les deux demi-coquilles séparément. Par ce moyen, . il a été possible de mieux suivre le travail et de le contrôler facilement, mais les difficultés résultant de l'utilisation d'une barre de grande longueur devant être réglée parfaitement, une première fois sur l'une des demi-coquilles, une deuxième fois sur l'autre demi-coquille et matérialiser un axe parfaitement rectiligne, ont introduit une source supplémentaire d'imprécision d'usinage, qui dans certains cas s'est révélée absolument inadmissible.
Enfin, même dans ce cas le manque de rigidité de la barre, en flexion et en torsion, ne permettait pas d'obtenir des conditions de production satis faisantes.
La présente invention a pour but de remédier aux différentes difficultés précitées. Elle a pour objet une tête d'usinage destinée à être montée sur un organe principal de machine-outil, notamment sur la poupée d'une fraiseuse-aléseuse horizontale, caractérisée par le fait qu'elle comporte une broche rotative porte-outil logée dans un carter présentant une partie de forme demi-cylindrique en saillie sur une face de ladite tête.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution et une variante de détail de la tête d'usinage objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue de face de cette forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue de profil correspondante, observée dans la direction de la flèche II de la fig. 1. La fig. 3 est une vue en plan correspondant à la fig. 1.
La fig. 4 est une vue analogue à celle de la fig. 3 et montre le montage d'un petit plateau sur la broche de la tête.
La fig. 5 est une vue de face du plateau de la fig. 4.
La fig. 6 est une vue analogue à celle de la fig. 3 et montre le montage d'un grand plateau sur la broche de la tête.
La fig. 7 représente schématiquement une va riante dans laquelle la broche occupe un autre em placement sur la tête.
La fig. 8 est, à plus grande échelle, une coupe faite suivant la ligne VIII-VIII de la fig. 1.
La fig. 9 est une coupe faite suivant la ligne IX-IX de la fig. 8.
La fig. 10 est une coupe faite suivant la ligne X-X de la fig. 9.
La fig. 11 est, à la même échelle que les coupes de détail précédentes, une coupe partielle faite sui vant la ligne XI-XI de la fig. 1.
La fig. 12 est une coupe partielle faite suivant la ligne XII-XII de la fig. 11.
La fig. 13 est une coupe partielle faite suivant la ligne XIII-XIII de la fig. 11.
La fig. 14 est une vue de profil partielle obser vée dans la direction de la flèche XIV de la fig. 12. La fig. 15 est une coupe partielle faite suivant la ligne XV-XV de la fig. 12, et la fig. 16 est une coupe analogue à celle de la fig. 10 et montre comment on peut, sur la même tête, monter des broches de capacités différentes.
En se référant d'abord aux fig. 1 à 3, on voit que la tête d'usinage se compose d'un corps 1 sur la face avant duquel on peut fixer sélectivement des porte-broches 2, dans chacun desquels tourillonne une broche porte-outil 3, les différents porte-broches et broches étant de capacités différentes. La face arrière du corps 1 est une surface plane 4 dressée sur toute son étendue de façon à pouvoir être appliquée contre une surface plane de support d'un organe principal de machine-outil, notamment la surface avant dressée d'une poupée de fraiseuse- aléseuse. On pourrait également fixer cette tête sur un bras mobile le long d'un montant vertical, par exemple.
Dans la forme d'exécution représentée, le corps peut être fixé sur son support au moyen de boulons dont les écrous s'appuient sur la face supé rieure de bossages 5.
On peut fixer des outils sur les deux extrémités de la broche 3. On peut également y fixer, soit un petit plateau 6, comme indiqué sur la fig. 4, soit un grand plateau 7, comme indiqué sur la fig. 6. On peut fixer ces plateaux indifféremment sur une extré mité de la broche ou sur l'autre. Dans le cas où les outils sont montés directement sur la broche, on entraîne celle-ci en rotation au moyen d'un pignon intérieur, comme on le verra plus loin. Dans le cas où les outils sont montés sur un plateau, on entraine celui-ci en rotation au moyen d'un pignon 8 qui en grène avec une couronne dentée solidaire du pla teau, couronne extérieure 11 dans le cas du petit plateau (fig. 4), et couronne intérieure 12, dans le cas du grand plateau (fig. 6).
Lorsqu'un plateau n'est pas monté sur la broche, le pignon de commande 8 correspondant est protégé par un capot 13 (fig. 2 et 3). Un pignon de com mande 8 est disposé de chaque côté de la tête pour assurer l'entraînement des plateaux montés sur l'une ou l'autre extrémité de la broche 3.
Les plateaux peuvent être munis de chariots à déplacement radial, tels que le chariot indiqué en 14 sur la fig. 5, et sur la commande duquel on reviendra en détail plus loin.
Il est très important de remarquer que la partie du porte-broche en saillie sur le corps présente une forme générale demi-cylindrique de façon à pouvoir pénétrer dans une pièce à usiner en forme de demi- coquille, l'axe du porte-broche étant amené en coïn cidence avec l'axe de la pièce, comme cela est repré senté sur la fig. 4. Pour travailler dans les meil leures conditions, on choisira donc le porte-broche de plus gros diamètre qui peut pénétrer dans l'alé sage de la pièce à usiner. S'il s'agit d'alésages de grandes dimensions, on montera alors un plateau de diamètre correspondant, comme on peut le voir sur les fig. 4, 5 et 6.
Dans la forme d'exécution représentée, la tête est destinée à être montée sur la face avant dressée de la poupée d'une fraiseuse-aléseuse horizontale et le corps 1 présente un alésage 16 pour le passage de la broche 17 de la fraiseuse-aléseuse (voir fig. 1, 2 et 8), de façon qu'on puisse travailler avec la broche de la machine sans être obligé de démonter la tête d'usinage.
Le mouvement de rotation de la broche de la tête est assuré à partir d'un arbre 18 (fig. 8) de prise de mouvement (on reviendra plus loin sur la structure de cette commande), dont l'axe est indiqué en 18 sur la fig. 1. On conçoit que l'on peut faire pivoter l'ensemble de la tête dans le plan de la face arrière de support de son corps 1, autour de cet axe 18 et réaliser ainsi une tête dont la broche peut occuper toutes les inclinaisons désirées entre les posi tions limites horizontale et verticale.
Bien entendu, si l'on désire pouvoir travailler avec la broche de la machine pendant que la tête est en place, dans d'autres positions que la position horizontale, et no tamment dans la position verticale de la broche de la tête, il faudra prévoir, à travers le corps de la tête, le passage correspondant pour la broche de la machine.
Dans la forme d'exécution que l'on vient de décrire, la disposition du porte-broche permet de travailler sur des pièces en forme de demi-coquille dont le plan de joint est placé verticalement sur la machine pour les opérations d'usinage, c'est-à-dire que le porte-broche est situé sur la face avant de la tête, mais on pourrait aussi envisager de placer le porte-broche sous la tête, comme indiqué en 21 sur la fig. 7, ce qui permettrait de travailler sur des pièces dont le plan de joint serait disposé horizon talement. Sur cette fig. 7, on a également indiqué, en 17, l'extrémité de la broche de la fraiseuse-alé seuse que l'on a fait passer à travers la tête d'usi nage 22, la broche de la tête d'usinage portant le même chiffre de référence 3 que dans les autres figures.
Après avoir exposé les dispositions générales de la tête d'usinage, on va décrire maintenant, d'une part, les moyens qui permettent d'assurer la rota tion de la broche et des plateaux et, d'autre part, les moyens qui permettent d'assurer le mouvement d'avance radiale des chariots sur les plateaux indé pendamment de la vitesse de rotation de la broche.
Les organes qui assurent l'entraînement de la broche et des plateaux sont visibles sur les fig. 8, 9 et 10. L'arbre 18 est susceptible d'être entramé en rotation, par l'intermédiaire d'un accouplement à griffes 24,à partir d'un arbre 25 qui tourillonne dans la poupée de la fraiseuse-aléseuse sur laquelle la tête est montée et qui est entraîné directement par le moteur de la broche de cette machine. L'arbre 18 tourillonne dans deux paliers à rouleaux 26, 27, montés respectivement dans les parois avant et arrière du corps 1. Sa partie centrale est taillée en vis sans fin 28, en prise avec une roue tangente 29 à denture creuse, qui comporte un long moyeu 31 tourillonnant dans deux roulements à rouleaux 32, 33, montés dans un manchon 34 enfilé dans un alé sage 35 du corps 1.
Le manchon 34 est immobilisé dans le corps 1 au moyen de vis indiquées sim plement par leurs axes 36 qui traversent une colle rette d'extrémité du manchon 34 et qui se vissent dans le corps 1.
Le moyeu 31 de la roue 29 sert de manchon d'accouplement en rotation de deux demi-arbres de commande 37, 38, qui portent, à leurs extrémités extérieures, les deux pignons 8 de commande des plateaux dont on a parlé plus haut. Chacun de ces deux demi-arbres est supporté, d'une part, par le moyeu 31 de la roue 29 et, d'autre part, par deux roulements à rouleaux 41 et 41' montés dans le corps 1. La partie de l'arbre 38 engagée dans le moyeu 31, ainsi que l'alésage de ce dernier, sont cannelés pour assurer la liason en rotation désirée. Le demi-arbre 37 est cannelé sur une plus grande longueur et porte un pignon coulissant 42 qui, dans la position représentée sur le dessin, est en prise avec un pignon 43 monté fou sur un arbre fixe 44. Le pignon 43, à son tour, est toujours en prise avec un pignon 45 claveté sur la broche 3 de la tête.
La broche est, en réalité, composée de deux demi- broches 3, 3', rendues solidaires par un emmanche- ment à canelures 46 ; la demi-broche 3 est suppor tée par un palier 47 à deux rangées de rouleaux, et la demi-broche 3' par deux paliers 48 à une rangée de rouleaux, tous ces paliers étant évidemment mon tés dans le porte-broche 2.
Lorsqu'un plateau est monté sur la broche, le pignon coulissant 42 est rapproché de la roue 29 de façon à ne plus être en prise avec le pignon 43. Le coulissement du pignon 42 est assuré à partir de deux leviers 51 (voir fig. 2) disposés sur chaque côté de la tête et montés sur un axe 52 qui touril- lonne dans la tête dans une direction parallèle à la broche 3. Sur l'axe 52 est fixé un pignon à denture hélicoïdale 53 en prise avec un autre pignon à den ture hélicoïdale 54 calé sur un axe 55 perpendicu laire à l'axe 52. Sur l'axe 55 est fixé une fourchette 56 dont les extrémités des branches sont engagées dans une gorge annulaire du pignon 42.
On comprend que, lorsqu'on fait passer le levier de la position horizontale représentée en traits pleins sur la fig. 2, à la position verticale représentée en traits mixtes, ou vice-versa, on provoque une rota tion de un quart de tour des axes 52 et 55, ce qui permet de mettre le pignon coulissant 42 en prise avec le pignon monté fou 43 ou, au contraire, de le dégager de celui-ci.
En résumé, on voit que la chaîne cinématique du mouvement de rotation de la broche comporte les organes suivants : arbre 25, accouplement 24, arbre 18, vis sans fin 28, roue tangente 29, demi- arbre 37, pignon 42 (en position embrayé), pignon monté fou 43, pignon 45, broches 3, 3'. La chaîne cinématique du mouvement de rotation des plateaux comporte comme pour la broche, les organes sui vants : arbre 25, accouplement 24, arbre 18, vis sans fin 28, roue tangente 29, demi-arbre 37, puis l'un des deux pignons 8 montés en bout des demi- arbres 37, 38, suivant l'extrémité sur laquelle est monté le plateau.
Sur la fig. 9, on a représenté un petit plateau 6, comme sur la fig. 4, entraîné par une couronne extérieure 11, en prise avec le pignon 8. C'est avec ce même pignon 8 que serait en prise la couronne intérieure 12 d'un grand plateau 7, comme représenté sur la fig. 6. Le moteur qui commande l'arbre 25, c'est-à- dire le moteur de commande de la broche de la fraiseuse-aléseuse sur laquelle est montée la tête d'usinage, est un moteur à vitesse variable, de sorte qu'on peut régler à volonté la vitesse de rotation de la broche de la tête ou des plateaux.
On voit que, d'après le montage même des organes, la vi tesse de rotation du petit plateau est plus faible que la vitesse de rotation de la broche, et que la vitesse du grand plateau est plus faible que celle du petit plateau. De cette façon, on obtient des vitesses li néaires de coupe qui sont approximativement les mêmes pour une même valeur de vitesse du moteur d'entraînement, donc pour une même puissance de celui-ci.
Les mouvements d'avance de la broche porte- outil, dans les trois directions de l'espace, sont obte nus par les mouvements correspondants de l'organe de machine sur lequel est montée la tête, en l'espèce, la poupée de la fraiseuse-aléseuse.
On va décrire maintenant les moyens qui per mettent aux chariots montés sur les plateaux, de se déplacer d'un mouvement d'avance radiale à une vitesse indépendante de la vitesse de rotation de la broche. Pour cela, on va se référer plus particuliè rement aux fig. 11 à 15.
Le chariot à déplacement radial 14 (fig. 15) monté sur le plateau 6 est solidaire d'un écrou 61 qui est en prise avec une vis de commande 62 supportée dans le plateau 6 par deux roulements à rouleaux 63, 64, dans lesquels elle peut tourner sans se déplacer axialement. Sur la vis 62 est claveté un pignon conique 65 en prise avec un autre pignon conique 66 solidaire d'un arbre 67 monté dans deux roulements à rouleaux 68 dans l'axe de la broche 3. L'arbre 67 est relié, par un accouplement 69,à un arbre central 71 supporté dans l'axe de la broche 3, par deux roulements à billes 72 et relié, à son tour, par l'intermédiaire d'un accouplement 73, à un arbre 74 supporté également dans l'axe de la broche par deux roulements à rouleaux 75.
Sur l'extrémité extérieure de l'arbre 74 est clavetée une roue dentée 76 et sur l'extrémité adjacente à la broche est fixée une autre roue dentée 77. Ces deux roues dentées sont respectivement en prise avec deux roues den tées 78, 79 (fig. 12 et 14) montées sur un axe 81 et reliées entre elles par un différentiel dimensionné de telle façon que la vitesse de rotation des broches 3 et 3' soit sans influence sur la vitesse de rotation de l'arbre 74, donc sur la vitesse de déplacement du chariot 14.
L'ensemble du différentiel et des roues dentées 76 et 77 est protégé par un carter 91. L'arbre 81 est relié, par l'intermédiaire d'un accouplement 92, à un arbre 93 dont l'autre extrémité est munie d'un accouplement 94 identique à l'accouplement 92. La disposition générale est telle que l'on peut mon ter tout l'ensemble du différentiel de l'autre côté du corps de la tête, l'arbre 81 étant alors en prise avec l'accouplement 94, et cela pour pouvoir commander le mouvement d'avance du chariot d'un plateau qui serait monté à l'autre extrémité de la broche. Les arbres 67 et 74 sont, à cet effet, interchangeables et peuvent être en prise avec l'arbre central 71, indifféremment par l'une ou l'autre des extrémités de celui-ci, par les accouplements 69 ou 73.
Sur l'arbre 93 est clavetée une roue creuse 95 en prise avec une vis sans fin 96 solidaire d'un arbre 97 (voir aussi fig. 11). Sur l'arbre 97 est claveté coulissant un crabot 98 qui peut être amené en prise soit avec un arbre 99 de commande d'avance qui se trouve sur l'organe de machine qui porte la tête, soit avec une douille 101 solidaire d'une roue tan gente 102 (voir aussi fig. 13), en prise avec une vis sans fin 103 solidaire d'une roue dentée 104, elle-même en prise avec un pignon 105 monté sur l'arbre d'un moteur électrique 106,à vitesse varia ble. La manouvre du déplacement axial du crabot 98 s'effectue à partir d'une manette 107 (voir fig. 11 et 2) qui actionne une fourchette 108 pivotant sur un arbre 109, par l'intermédiaire d'une com mande quelconque (non représentée).
En ce qui concerne le fonctionnement du mou vement d'avance du chariot 14 sur le plateau 6, on voit donc que, par l'intermédiaire du différentiel, on peut donner à ce chariot toute vitesse d'avance désirée indépendamment de la vitesse de rotation du plateau, et cela, soit à partir de l'arbre 99 qui se trouve dans la poupée de la fraiseuse-aléseuse, soit à partir du moteur 106 monté dans la tête elle- même, suivant qu'au moyen de la manette 107, on met le crabot 98 en prise avec l'arbre 99 ou avec la douille 101.
Pour augmenter la capacité de la tête, on peut monter, sur le même corps, des porte-broches de diamètres différents. C'est ainsi que, si l'on se re porte à la fig. 10, on voit un porte-broche 2 d'une certaine capacité, fixé sur le corps 1 au moyen de vis 111, la broche étant entraînée en rotation par le pignon 45 en prise avec le pignon 43. Si l'on examine maintenant la fig. 16, on voit un porte- broche 112 de plus forte capacité, qui utilise d'ail leurs les mêmes vis de fixation 111 à sa partie inférieure, mais dont les vis de fixation, à la partie supérieure, ont été déplacées, comme indiqué par leurs axes, en 113, sur le dessin. La broche 110, également de plus forte capacité, est entraînée par une roue dentée 114 en prise avec le même pignon 43.
Une tête telle que celle que l'on vient de décrire permet d'exécuter une grande variété d'opérations d'usinage. La fig. 3 montre comment, en montant un outil 121 sur la broche de la tête, ou peut effec tuer des opérations d'alésage dans un corps de tur bine 122 qui se présente sous la forme d'une demi- coquille dont le plan de joint est disposé vertica lement ainsi qu'on le montre aussi sur la fig. 2.
Sur cette figure 2, on peut voir comment on peut dresser le plan de joint de cette demi-coquille au moyen d'une fraise 123 montée sur l'extrémité de la broche 17 de la fraiseuse-aléseuse sur laquelle est montée la tête, puisque, ainsi qu'on l'a dit plus haut, la broche de la machine peut passer à travers la tête. La broche 17 est dans ce cas supportée dans un palier à deux rangées de rouleaux 125 (voir fig. 8). Pour effectuer des opérations d'alésage sur un plus grand diamètre, on peut utiliser un porte- broche de capacité plus forte, ou bien un plateau, comme indiqué à titre d'exemple sur la fig. 4, un ou des outils 124 étant fixés sur le chariot du pla teau (voir aussi fig. 5).
On peut disposer plusieurs outils les uns derrière les autres, décalés de l'épais seur du copeau à enlever.
On a vu aussi que l'on peut disposer la broche de la tête dans une direction verticale, et même dans toute direction oblique désirée dans un plan vertical perpendiculaire à l'axe de la broche de la fraiseuse-aléseuse, ce qui augmente considérablement les possibilités d'usinage.
Si l'on désire travailler sur des pièces se pré sentant sous la forme d'une demi-coquille dont on place le plan de joint horizontalement, on a vu également que l'on peut prévoir des têtes d'usinage dont la broche serait disposée sous le corps, comme sur la fig. 7.