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" OUTIL ROTATIF DE COUPE A PROFIL CONSTANT ET ANGLE DE DEPOUILLE
VARIABLE,, PROCEDE POUR SA FABRICATION, ET MACHINE POUR LA
FABRICATION DE LA CAME UTILISEE DANS CE PROCEDE " -On sait qu'un bon outil de coupe à dépouille et rotatif doit satisfaire aux conditions essentielles que le profil de la dent reste constant pendant les affûtages successifs et que l'angle de dépouille ne soit pas, à tous les points du profil tranchant, inférieur à une limite préa lablement établie et qui en général peut être estimée à 6 .
Les principaux types connus d'outils de coupe à dépouille et rotatifs sont les outils à spirale d'Archimède ou à spirale logarithmique, outils qui ont le grave inconvénient que, sur les flancs des dents, l'angle de dépouille
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est très petit,' et qu'un grand, angle de dépouille donnerait lieu à des vibrations à cause de l'affaiblissement dorsal qu'il entraînerait pour la dent. D'est pourquoi il y a, sur ces flancs, de grands efforts de traitement dus au travail tangentiel et engendrant une forte résistance à l'avancement et une usure rapide.
Suivant la présente invention, pour éviter ces inconvénients la dent est engendrée en faisant glisser le profil générateur le long (l'une directrice rectiligne simple on multiple et en la maintenant en même temps en direction constante radiale ou. tangentielle. De cette façon on obtient une dent à dépouille dont le profil reste rigoureusement constant au cours des affûtages successifs, radialement ou tangentiellement, et dont l'angle de dépouille, toat en étant variable, reste suffisamment grand, tant sur le clos que sur les flancs, pour éviter le frottement et l'usure excessive qui en résultent.
Lorsque la dent est engendrée de cette façon, les divers points du profil générateur décrivent des lignes légèrement courbes dont la concavité est dirigée vers la directrice rectiligne ; ces lignes courbes sont des conchotdes de Nicomède.
On a trouvé que, si l'on choisit convenablement la position, la longueur utile et l'inclinaison de la directrice rectiligne par rapport au plan du profil générateur, la variation de l'angle de dépouille peut être maintenue entre des limites étroites, et que l'angle initial de dépouille peut être choisi convenablement grand et peu variable, et tel que l'on puisse converser à l'angle de dépouille du dernier affûtage une valeur optima et supérieure en tout cas à 6 .
Ainsi, par exemple, si la directrice est rectiligne
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et se trouve à la base de la dent, et si l'on fait l'angle initial de dépouille égal à 17 , le profil du dos de la dent est un arc de conchoîde de Nicomède, dont la concavité est tournée vers la base de la dent et dont l'angle de dépouille varie, dans la partie utile de la dent, entre 17 (angle initial de dépouille) et 9 (angle final de dépouille, c'est- à-dire après le dernier affûtage). Un outil rotatif de coupe ayant ces caractéristiques ne force évidemment pas sur les flancs et après un long usage il est Ternis à neuf par de légers affûtages.
On a trouvé en outre que l'on obtient des résultats pratiquement satisfaisants et, dans des cas spéciaux, meilleurs, en utilisant comme ligne directrice, au lieu d'une ligne droite, une ligne quelconque en dehors des lignes déjà utilisées dans la dépouille des outils, c'est-à-dire la spirale d'Archimède et la spirale logarithmique. Dans ce cas les divers points du profil générateur décrivent, pendant la génération de la dent, des conchoïdes qui sont naturellement différents des conchoïdes de Nicomède et qui sont des fonctions de la ligne directrice préalablement choisie.
Les dents obtenues avec ces lignes directrices ont, comme les dents obtenues avec la directrice rectiligne, des angles de dépouille variables suffisamment grands, tant sur le dos que sur les flancs, pour assurer un rendement très élevé de l'outil.
Les lignes directrices peuvent être d'un type quelconque, du deuxième ou du quatrième ordre, simples ou multiples, et leur longueur utile est déterminée par le pas de la dent à construire, tandis que leur inclinaison donnera l'angle initial et l'angle final de dépouille préalablement choisis .
Pour des types d'outils particuliers on peut utiliser par
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exemple des directrices rectilignes, ares dtellipse,, d'hyperbole, de parabole, de spirales, de cycloïdes, etc.. ainsi que des arcs de cercle à centre déplacé et de rayon supérieur à celui de la fraise à construire. On a remarqué en effet qutavec cette directrice simple à arc de cercle déplacé on peut maintenir la variation de l'angle de dépouille par exemple de 17 à 11 de la zone utile. La variation de l'angle de dépouille permet d'éviter l'affaiblissement dorsal de la dent et par conséquent les vibrations.
En effet, l'un de ces buts essentiels de la présen- te invention consiste non seulement à améliorer le rendement des outils à aents détalonnées, mais encore à supprimer l'in- convénient de l'angle de dépouille constant, qui a toujours été lié par erreur à la nécessité reconnue du profil constant. On fixe donc que l'angle de dépouille est variable, mais maintenu entre des limites étroites préalablement établies par la longueur et le nombre des dents, ainsi que la position, l'inclinaison et la longueur utile de la directrice préalablement choisie.
Avec les systèmes connus on avait bien eu recours à ce qu'on appelle le détalonnage rectiligne, avec des dents dépouillées à lignes parallèles, mais au détriment de la constance du profil et en outre avec une variation trop grande des angles de dépouille. Ces systèmes de valeur pratique nulle furent limités à des travaux débauchage.
C'est pourquoi on revendique, par la présente invention, toutes les directrices en dehors de la spirale logarithmique et de la spirale d'Archimède et sur ces directrices simples ou multiples on fera glisser un profil générateur qui maintiendra sa position en direction constante, radiale ou tangentiel-
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le. On aura ainsi un Drofil ri.coursl1semAn 't armn-han-h nn nmoim
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de dépouille variable, mais toujours optimum et on atteindra en définitive le but consistant à supprimer le frottement, avec les avantages relatifs qui en résultent.
La caractéristique essentielle du choix de ces nombreuses directrices est celle d'avoir des outils à dents dépouillées avec un angle de dépouille toujours variable, mais opimum et par conséquent maintenu entre des limites préalablement établies, tout en conservant le profil rigoureusement constant, tandis que les outils connus sont à angle de dépouille constant, ou ont un angle de dépouille variable, mais un profil non cons- tant.
Les fraises-mûres, les fraises de tous genres, tarauds, etc.. à dents à profil constant sont fabriqués sur ce qu'on appelle des tours à détalonner équipés de façon que le chariot porte-outil soit poussé vers l'axe du tour par une came, tandis que la dent travaillée passe devant la pointe de l'outil lui-même. Dès que la dent est passée, pendant que la pointe de l'outil se trouve dans l'intervalle compris entre une dent et la suivante, la came abandonne le chariot, qui est repoussé en arrière par un ressort antagoniste. Ge mouvement à échappement se répète pour chaque dent qui passe.
Suivant les modes de fabrication connus la came qui commande le chariot porte-outil a la forme d'une spirale d'Archimède (ou logarithmique) et la dent qu'elle produit a une dépouille à directrice curviligne et précisément à spirale d'Archimède. Les outils obtenus par les procédés connus ont le grand inconvénient de travailler tangentiellement et par conséquent de forcer sur le dos et sur les flancs, de se coincer et de s'échauffer excessivement, ce qui fait qu'on ne peut pas adopter de grandes vitesses et qu'en conséquence le
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rendement est faible et que des affûtages fréquents et profonds sont nécessaires, ce qui réduit notablement la durée de l'outil.
La présente invention a pour but d'éliminer tous ces inconvénients an utilisant une came établie de façon que la dent soit engendrée par un profil qui, tout en se maintenant toujours dans un plan radial ou tangentiel, se déplace de façon que l'un de ces points convenablement choisi dans le plan se déplace le long d'une droite directrice qui se trouve dans un plan normal à l'axe de rotation de l'outil et par conséquent au plan du profil. Dans le cas de fraises-mères la droite directrice se trouvera à chaque instant dans le plan osculateur à l'hélice.du. filet.
Par suite de ce mode de génération, seule l'arête antérieure de la dent travaille et l'on supprime ainsi tout frottement sur le dos et sur les flancs de cette dernière; en d'autre termes : les dents ainsi obtenues se comportent comme les outils de tour, mais elles conservent leur profil constant, tout en tournant. le mode de génération conforme à la présente invention a en outre l'avantage que la ligne directrice peut être divisée en deux ou trois parties ayant des inclinaisons différentes; on peut ainsi maintenir la variation de l'angle de dépouille, pendant les affûtages successifs, entre les limites encore plus étroites, et améliorer ainsi toujours davantage le rendement de l'outil.
Le présent procédé pourra s'appliquer par exemple à tous les cas dans lesquels il s'agit de fabriquer une came quelconque pour des machines à dépouiller (par exemple à pointe déviée, à coulisse, à came, etc...),destinée à
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dépouiller avec un outil de tour, avec des fraises, avec une meule ou un autre outil, des fraises-mères, fraises, etc.. à profil constant à affûtage radial ou tangentiel et à directrice simple ou multiple pouvant se trouver sur n'importe quel point de la dent ou en dehors de la dent même.
Dans le cas de rectification du profil de la dent il faudra dans la construction de la came tenir compte du rayon de la meule de façon qu'elle puisse entrer et sortir.
La présente invention a en outre pour objet un procédé et un appareil perfectionnés'permettant de construire, écono- miquement et avec la précision voulue, des cames à dépouiller à directrice quelconque suivant la présente invention.
Après avoir établi les quatre données fondamentales de la fraise à construire, c'est-à-dire l'angle initial de dépouille, la longueur et le numéro des dents, ainsi que le diamètre de la fraise, on détermine la longueur utile et la position de la directrice. Cette longueur sera égale à celle de la dent plus une moitié pour une partie de la longueur de l'intervalle entre les dents, afin de permettre l'entrée et la sortie de l'outil de tour ; l'inclinaison sera égale à l'angle initial de dépouille. Si la came doit servir par contre à la rectification, il faudra tenir compte du rayon de la meule utilisée pour la rectification, et ce pour l'entrée et la sortie de la meule elle-même.
La directrice préalablement choisie, rectiligne par exemple, étant déterminée, on construit le reproducteur ou gabarit, qui n'est autre qu'un disque, sur la périphérie duquel est ménagée une rangée circulaire de surfaces planes qui reproduisent exactement la longueur utile et l'inclinai-
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son de la directrice.
Pour la fabrication de la came on peut utiliser un tour à dépouiller qui, avec de légères modifications, peut être adapté à ce travail, A cet effet le reproducteur ou gabarit est calé sur un arbre monté sur des supports latéraux, transversalement au chariot principal.
Sur le chariot est montée la meule avec son moteur et est fixée la pointe coopérant avec le reproducteur. La came est calée sur un arbre vertical saillant par rapport au banc et recevant le mouvement de l'arbre principal du tour, de façon à faire un tour complet pendant que le reproducteur se déplace d'un angle correspondant à la longueur utile de la directrice.
Grâce à cette disposition le reproducteur engendre sur la came un profil qui est fonction de la longueur utile et de l'inclinaison de la directrice choisie, du nombre des,dents de la fraise, fraise-mère, ou similaire à cons-- truire; cette came, qu'on appellera pour cela came à directrice reproduisant un angle de dépouille variable, reproduit à son tour sur la fraise, la fraise-mère ou l'outil analogue, la longueur et l'angle de dépouille préalablement choisis et le nombre des dents, c'est-à-dire qu'elle permettra de dépouiller ou de rectifier en dépouillant avec une directrice reproduisant un angle de dépouille variable, les fraises, fraises-mères ou outils analogues, sur un tour à dépouiller ordinaire; ces outils auront un angle de dépouil- le variable et un profil rigoureusement constant.
Le dessin annexé représente à titre d'exemple un mode de réalisation le plus commun du mode de fabrication d'un outil à directrice rectiligne suivant la présente invention .
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La fig. 1 représente schématiquement les parties essentielles d'un tour à dépouiller pour la fabrication de fraises à dents dépouillées à directrice rectiligne.
Las figs. 2 et 3 montrent le procédé utilisé pour tracer le profil d'une came pour la production de dents dépouillées à directrice rectiligne simple.
Les figs. 4 et 5 montrent le procédé utilisé pour tracer le profil d'une came pour la production de dents dépouillées à directrice rectiligne multiple.
Les figs. 6 et 7 représentent schématiquement deux machines pour le tracé et la production de la came au moyen d'une fraise ou d'une meule, et
La fig. 8 représente schématiquement un tour permettant d'obtenir, automatiquement et avec le maximum de précision, la came à dépouiller à directrice rectiligne suivant la présente invention.
Dans la fig. 1, 1 désigne la pièce à travailler, pièce qui est calée sur le mandrin 2 du tour à dépouiller et à laquelle un mouvement de rotation est imprimé dans le sens indiqué par la flèche F. La pièce est travaillée au moyen de l'outil 3 fixé sur le chariot 4 mobile dans une direction perpendiculaire à l'axe de rotation du mandrin.
Le chariot est actionné au moyen d'une came 5 qui agit sur un bouton 6 fixé au chariot; et d'un ressort antagoniste 7. La came 5 reçoit le mouvement de l'arbre 8 du tour au moyen d'une paire de roues coniques 9 ; les rapporta de transmiaion du mouvement sont choisis de façon que, pour une came à un seul échappement pour chaque tour complet de la came 5, la pièce à travailler 1 fasse 1/n tour, n indiquant le nombre de dents de la fraise à fabriquer.
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Le profil de la came 5 est tel que pendant la rotation de la pièce à travailler d'un angle 1/n, la pointe de l'outil 3 suive une ligne droite A B, qui, dans le préseht exemple, n'est autre que la droite directrice de la dent dépouillée à directrice rectiligne.
Le tracé du. profil de la came 5 est effectué très simplement de la façon indiquée figs. 2 et 3. Après avoir dessine le profil 10 de la dent à directrice rectiligne 11, on divise le secteur ROS, dont l'angle au centre est égal à 1/n en un certain nombre de parties égales, par exemple douze comme dans l'exemple représenté, on réunit les points de division au centre 0 et on marque les ordonnées a-b-o-d-... comprises entre l'arc RS et la droite directrice A B.
On trace ensuite séparément le cercle primitif 12 de la came; on divise ce cercle en autant de parties que le secteur ROS a été divisé et sur les rayons passant par ces points on reporte dans l'ordre des ordonnées a-b-c.. On obtient ainsi le profil cherché 13. Si la came est destinée à servir à rectifier des profils de dents le secteur devra avoir un rayon égal à la somme du. rayon de l'outil à construire et du rayon de la meule.
Pour obtenir des dents dépouillées à directrice rectiligne multiple, on procède à la construction de la came de la façon indiquée fige. 4 et 5. Dans l'exemple représenté la directrice rectiligne est constituée par le tronçon At B' C'. L'inclinaison des parties At B' C' du tronçon sur la tangente du cercle primitif est choisie de façon à maintenir la variation de l'angle de dépouille entre des limites étroites au cours des affûtages successifs. La section de
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en trois zones 15,16 et 17 respectivement ; les zones 15 et 16 constituent la partie utile de la dent, partie sur laquelle ont lieu les affûtages successifs, tandis que la zone 17 constitue la partie résistante de la dent. Les affûtages ne doivent pas s'étendre jusqu'à cette zone, parce qu'alors la dent se briserait.
Le procédé de construction de la came pour obtenir le profil à directrice rectiligne multiple est identique au procédé décrit plus haut pour le profil à directrice rectiligne simple, sauf qu'il faut avoir soin que, dans la division du secteur R' 0' S',l'une des lignes de subdivision passe par le point B'. Le profil 18 de la came présente un sommet 19 correspondant à ce point.
Après avoir tracé la came de la façon décrite cidessus on peut la faire construire à la main ou à la meule par un ouvrier exercé et spécialisé. Toutefois on n'a pas la garantie d'une construction rigoureusement exacte. On peut obtenir cette garantie, par contre, en utilisant la machine représentée schématiquement fig.6. Cette machine comporte un gabarit triangulaire 20 géométriquement semblable au triangle compris dans le secteur R 0 S (fig.3). dans le cas de dépouille à directrice rectiligne simple, ou au triangle compris dans le secteur R' O' S (fig.5) dans le cas de dépouille à directrice rectiligne double. Ce gabarit est monté à rotation sur un arbre 20' relié, par une paire de roues dentées 21 et 22, à un arbre 23 sur lequel est calée la pièce à travailler 24.
Sur le côté M N du gabarit s'appuie une pointe 25 fixée à l'extrémité d'un cadre mobile 26 actionné par un ressort 29 et coulissant dans les glissières 27 dans une direction perpendiculaire à l'axe de rotation du gabarit 20. A l'autre
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extrémité du cadre 26 est montée la fraise 28, à laquelle est imprimé un mouvement-de rotation d'une façon appropriée quelconque. La pièce 24 est travaillée par la fraise 28.
Il est clair que, grâce à cette disposition, la fraise 28 se déplace, pendant la rotation du gabarit 20, de façon à engendrer le profil de la came.
La fraise peut évidemment être remplacée par une meule.un autre outil approprié et aussi par une simple pointe à tracer, lorsqu'on désire utiliser cette machine pour le seul tracé de la came.
Dans la machine décrite ci-dessus les ordonnées de la came sont égales aux ordonnées correspondantes du gabarit. Il y a toutefois des cas dans lesquels il convient de réduire les ordonnées de la came suivant un rapport établi d'avance relativement aux ordonnées correspondantes du gabarit. Dans ce cas on utilisera'la machine représentée schématiquement dans la fig.7 et dans laquelle le gabarit 30 et la pièce à travailler 31 sont cales sur des arbres montés sur des supports fixes de la machine (supports qui, pour plus de simplicité, ne sont pas représentés dans le dessin) et reliés entre eux par une série d'engrenages à rapports de transmission variables. La pointe 32 et la fraise 33 sont actionnés par un bras 34 boulonné en 35 sur le bâti de la machine et portant un contre-poids 36 au moyen duquel la pointe est maintenue en contact avec le gabarit 30.
La pointe 32 et la fraise 33 sont portées par des curseurs 37 et 38 respectivement, qui peuvent être déplacés parallèlement à eux-mêmes suivant l'axe du bras 34, et qui sont munis de boulons 39 s'engageant dans @ @
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longitudinale 40 du bras 34,
Il est clair que cette disposition permet de faire varier à volonté le rapport entre les déplacements de la fraise 33 et de la pointe 32.
La machine représentée fig. 8 permet de construire la came d'une façon complètement automatique et avec le maximum de précision. Dans cette figure, 41 indique le banc d'un tour normal à dépouiller comportant la poupée usuelle 42 et le chariot 43, qui est muni d'organes,, non représentés, pour régler la position de l'outil par rapport au mandrin ou porte-pièce. Au chariot 43 sont fixés les supports 44 sur lesquels est monté à rotation un arbre transversal 45 portant le gabarit ou reproducteur 46.
Sur le chariot 43 est monté en outre, de façon à pouvoir se déplacer dans le sens longitudinal, un support à chariot 47 portant, à une extrémité, un montant 48 sur lequel est fixée une pointe 49 qtzi coopère avec le gabarit et, à l'autre extrémité, un montant 50 portant à sa partie supérieure une mâchoire 51 dans laquelle est fixée l'outil constitué, dans l'exemple repré- senté, par une meule 52 calée sur l'arbre d'un petit moteur électrique 53 qui peut être relié directement à la ligne de distribution de lumière.
La meule 52 agit sur la pièce 54 calée sur un axe vertical ou mandrin 55. L'arbre 45 et l'axe 55 reçoivent leur mouvement du groupe d'engrenages du tour (groupe représenté, dans l'exemple du dessin, par une seule paire de roues dentées 56, pour plus de simplicité), au moyen des arbres 57 et 58 respectivement. Le rapport des engrenages devra être tel,que la pièce 54 fasse un tour complet pour chaque déplacement d'une dent du gabarit 46.
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Un ressort 60 fixé aux montants 44 et 48 tend à écarter le chariot 47 du. mandrin porte-pièce et à mainte- nir le gabarit 46 en contact avec la pointe 49.
Le fonctionnement est le suivant : Le tour étant mis en marche, l'arbre 45 tourne et entraîne dans son mou- vément de rotation le gabarit 46, de façon que la pointe 49 passe sur le dos de chaque dent du gabarit, produisant ainsi les déplacements graduels du chariot 47 vers la droite, d'u- ne façon correspondant à la longueur utile et à l'inclinai- son de la directrice. rectiligne, comme indiqué plus haut.
Lorsque la pointe 49 arrive sur la pointe extrê- me d'une dent du gabarit, la pièce 54 a fait un tour com- plet; l'échappement se produit alors pour ramener la meule à la position primitive. Cet échappement est produit
42 par le ressort 60, dès que la pointe/se dégage de la pointe d'une dent et tombe sur le dos de la dent suivante; une nouvelle opération de la. meule commence alors.
Pour la fabrication de la came, on donnera au re- producteur ou gabarit un diamètre égal à celui de la fraise à construire; si l'on suppose par exemple que ce diamètre soit égal à 100 mm., le reproducteur engendre sur la came un profil tel qu'il permette de détalonner suivant une direc- trice rectiligne sur le dos de la dent, si la fraise a un diamètre égal à 100 mm., ou sur un autre point de la dent ou à l'extérieur de celle-ci, suivant que le diamètre de la fraise sera plus grand ou plus petit que celui du repro - ducteur.
Pour construire une came frontale le profil sera- ménagé sur la face frontale de la pièce elle-même. Dans ce cas on démontera l'axe 55 et la pièce à travailler sera
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calée à l'extrémité de l'arbre 58 pour remplacer la roue conique 59 qui transmet le mouvement à l'axe 55.
Si l'on choisit comme directrice, au lieu de la directrice rectiligne, une ligne quelconque qui donne à l'outil à construire un angle de dépouille variable, les surfaces à came du reproducteur, au lieu d'être des surfaces planes, seront des surfaces dont la ligne est précisément la ligne choisie comme directrice, sur laquelle doit se déplacer un point du profil générateur de la dent ou de son plan pendant la génération de la dent de l'outil.
Naturellement la forme et les détails de construction peuvent varier suivant les besoins des applications particulières, sans que l'on sorte pour cela du cadre de l'invention.