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PROCEDE ET DISPOSITIF POUR L ENTRAINEMENT DE SYSTEMES-OSCILLANTS FOURNISSANT
DU TRAVAIL, EN PARTICULIER POUR LE TRAITEMENT D'OUVRAGES ET DE MATERIAUX.
La présente invention est relative à un procédé pour l'entraîne- ment de systèmes oscillants à deux ou à plusieurs masses qui sont reliées de manière connue par des éléments élastiques et dans lesquels du travail doit être fourni sous forme d'amortissement du mouvement de fluides, de frottement, de chocs ou de manière analogue. Il est connu d'exciter de tels systèmes au voisinage de la résonance, que ce soit au moyen de masses excentriques tour- nantes, de champs magnétiques produits à partir de courant alternatif ou par d'autres dispositif so Tous ces systèmes d'excitation ont ceci de commun qu9ils entraînent une grande dépense ce qui réduit à néant les avantages du système oscillant simple en lui-même.
L9excitation mécanique au moyen de 'balourds nécessite, lorsqu'on doit se préoccuper de la régularité de marche deux masses excentriques cou- plées en sens contraire avec des roues dentées, des moyens de transmission élastiques et une commande sensible et progressivement réglable, que ce soit par moteurs shunt à courant continu ou par moteurs asynchrones avec transmis- sion progressive montée derrière.
Il est connu que les masses des balourds doivent être faites de grandeur telle qu'elles peuvent donner lieu à un mul- tiple de la force d'excitation pour la résonance., pour pouvoir aller dans une région de la courbe de résonance dans laquelle la chute de l'amplitude pour une force d'amotissement croissante ne soit pas trop sensible., Dans la com- mande ou entraînement par moteur asynchrone, ceux-ci doivent être surdimen- sionnés très largement pour éviter un nombre de tours trop grand et par suite une chute d'amplitude trop importante en charge.
Les excitateurs électromagnétiques sont liés à une fréquence de courant alternatif déterminée,, si l'on ne désire pas faire emploi de trans- formateurs de période compliqués 0 Ils sont difficilement réglables et sont à exclure par suite pour des appareils oscillants à conditions de marche varia-
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bles
On propose, à l'encontre de cecis de produire l'excitation au moyen d'un piston commandé à l'air comprimé, mais qui, par rapport aux com- mandes à air comprimé connues, présente des caractéristiques particulières.
Le procédé suivant l'invention se distingue en principe par le fait que l'on emploie une masse excitatrice et une ou plusieurs masses prin- cipales, et en ce que la masse excitatrice est formée par un piston, de préférence commandé à l'air comprimée mobile dans un cylindre de guidage.
Dans ce dispositif le cylindre de guidage est unepartie constitutive d'une masse principale du système oscillant et le piston est couplé au cylindre de guidage par un lien élastique et en fait de telle sorte que le piston subit , si on applique au système oscillant une résistance. d'amortissement, un décalage de phase par rapport au cylindre de guidage, qui a pour consé- quence une plus grande ouverture des canaux à air communiquant avec les chambres de travail du cylindre.
Suivant une autre particularité de l'invention, le piston exci- tateur est monté élastiquement de telle sorte que l'oscillation du piston, en cas d'oscillation non amortie, est de même phase que l'oscillation du cylindre. Le lien élastique entre le cylindre de guidage et le piston peut être formé d'une part par le matelas d'air dans les chambres de travail du cylindre, et d'autre part par des ressorts additionnels montés entre le pis- ton et le cylindre de guidage.
Suivant l'invention, le mouvement oscillant d'un porte-outil par exemple est obtenu en ce que celui-ci est un élément d'un système oscil- lant à plusieurs masses, ce système étant excité par un piston excitateur commandé à l'air comprimé. De ce fait on obtient un parfait équilibrage des masses, c'est-à-dire qu'on peut pousser les fréquences de travail très haut, sans produire d'ébranlements de la machine-outil. Pour un choix convenable de tous les éléments oscillants, on obtient un maintien rigoureux de l'am- plitude pour laquelle on a réglé l'appareil pour tous les états de charge, la consommation d'air comprimé correspondant automatiquement au travail four- ni à l'outil.
Comme, dans l'emploi du procédé suivant l'invention on n'a be- soin ni de transmission ni de moteurs etc..chers et difficiles à loger, on a un mode de construction extraordinairement simple et ne nécessitant que l'encombrement le plus faible, et qui présente en outre encore des avantages importants enraison du procédé employé.On peut atteindre un réglage très précis de l'amplitude au moyen d'une soupape à étranglement dans la conduite d'amenée d'air comprimé, Le système est très insensible à 1 égard des varia- tions de pression dans la conduite d'air comprimée la consommation en air comprimé est faible et s'ajuste automatiquement au travail demandé.
L'appareil suivant l'invention peut être employé pour les buts les plus divers, par exemple pour le traitement d'ouvrages et aussi de ma- tériauxo C'est ainsi que l'appareil peut servir pour produire des surfaces de valeur sur des ouvrages cylindriques ou plans, ainsi que pour l'alésage où l'outil, par exemple un organe de polissage ou un tampon, doit. de ma- nière connue, exécuter un mouvement oscillante tandis que louvrage tourne.
En même temps on peut communiquer à l'outil un mouvement d'avancement quel- conque .
On connaît des appareils ou instruments pour ce but, mais qui sont en général grands et lourds et qui ne peuvent être montés sur des ma- chines-outils existantes qu'au prix de changements notableso Ceux-ci obligent aussi, par suite des forces d'inertie conditionnées par les mouvements d'al- ler et retour des masses de l'outil, à maintenir basses les fréquences d'os- cillation, pour éviter des ébranlements trop importants.Pour la même rai- son, les porte-outils doivent être légers,, c'est-à-dire que le nombre d'or-
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ganes polisseurs travaillant est limité pour des raisons d'ordre mécanique.
On a aussi une usure très forte aux guidages rectilignes et aux organes de transmission, de sorte que l'on ne peut éviter de fréquentes réparations.
Sur le dessin, on a illustré le principe du procédé suivant l'invention et de son dispositif, et plusieurs exemples de forme de réali= sationo - la figure 1 représente le système oscillant suivant l'inven- tion en représentation schématique; - la figure 2 montre le même système oscillant mais sans amortis- sements; - la figure 3 représente des diagrammes pour les systèmes oscil- lants ; - les figures 4 et 5 montrent de manière schématique les circon- stances du mouvement de deux masses ; - les figures 6 et 7 représentent sous forme vectorielle un sys- tème à trois masses; - la figure 8 montre un exemple de forme de réalisation dans un dispositif pour le traitement de surfaces; - la figure 9 montre une application du dispositif suivant l'in- vention, à un outil à damer;
- la figure 10 est une coupe longitudinale dans une forme de réa- lisation modifiée de la figure 8, en coupe suivant la ligne X-X de la figure 11, l'appareil étant équipé d'un outil pour 1-'usinage d'alésages; - la figure 11 est une vue latérale de l'appareil, en coupe par- tielle, pour représenter le dispositif de basculement, l'appareil étant équi- pé d'un outil pour le travail a l'extérieur, et @ - la figure 12 montre à échelle agrandie le dispositif de distri- bution pour le piston excitateuro
A la figure 1, on a représenté un excitateur suivant linventiono On a désigné par m1 et m2 deux masses principales, qui sont accouplées par un lien élastique C1,2.
La masse principale m2 est ici en même temps cylindre de guidage pour une troisième masse, savoir la masse du piston m3 et possède donc des canaux de distribution, qui, de manière connue, par une distribution con- venable, mettent le piston en mouvement alternatifPour amorcer ce mouvement, il faut décaler une fois le piston au moyen d'un dispositif de mise en marche qui n'a pas été reproduit ici, par exemple un dispositif actionné de l'exté- rieur pour déplacer le piston, ou bien des canaux ..auxiliaires ou bien d'au- tres dispositifs connus, La masse de piston m3 est couplée à la masse princi- pale par l'intermédiaire du lien élastique C2,
3 qui est formé par l'air com= primé dans les chambres de travail du cylindre de guidage-et par des moyens élastiques comme par exemple des ressorts à boudino On propose en outre de rendre les chambres de travail réglables en grandeur, par exemple par le 'visa sage plus ou moins profond d'une vis, et de modifier ainsi la constante élas- tique de l'air et par suite les caractères de tout le lien élastique C2,3.
En plus on a représenté schématiquement à la figure 1 un amortisseur /3 agissant sur la masse m1.
A la figure 2, on a représenté le même système oscillant qu'à la
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figure 1, mais simplifié par la suppression de l'amortisseur #, les dis- tances entre les masses ml et m2 et m2 et m3 étant prises comme mesures des liens élastiques C1,2 et C2,3.
En dessous, à la figure 3, on a représenté les diverses formes d'oscillation possibles du système oscillant. Le tracé plein représente la for- me d'oscillation avec un noeud dans le lien élastique Ci,2, les distances a, b et c mesurant la grandeur des déviations des masses ml, m2 et m3. Le tracé en tirets montre la forme d'oscillation avec deux noeuds, et en fait avec chaque fois un noeud dans les lens élastiques C1,2 et C2,3.
Dans les considérations suivantes, on ne parlera que de la forme d'oscillation à un noeud, car dans celle-ci se présentent les avantages sui- vant l'invention.
A la figure 4 on a représenté le mouvement desmasses m2 et m3 pen- dant une période d'oscillation pour le cas où il ne s'exerce aucune force d'amortissement sur le système. La surface hachurée verticalement montre le mouvement de la fente de distribution de largeur 5 pratiquée dans la masse m2, tandis que la courbe pointillée montre le mouvement du bord de distribu- tion du piston m 3., qui, en position de repos, est décalé de la distance n par rapport au bord de la fente., L'amplitude de la masse m2 et avec elle de la fente de distribution s sera égale à b suivant la figure 3, celle de la masse de piston m3 et avec elle, celle du bord de distribution égale à c.
La surface quadrillée indique l'intervalle de temps dont l'air dispose pour s'écouler dans la chambre de travail du cylindre de guidage.
A la figure 5 on a dessiné les circonstances du mouvement à am- plitudes égales, toutefois le mouvement de la masse de piston m3 est décalé d'un angle de phase par rapport au mouvement du cylindre de guidage.
L'intervalle de temps quadrillé est ici sensiblementplus grand que sur la figure 4. Par conséquent, un poids d'air plus grand se détendra dans les cham- bres de travail du cylindre,, ce qui fait qu'il y aura de plus grandes dévia- tions du pistona
Le principe de l'excitateur suivant l'invention a la propriété, pour des amortissements jusqu'à une grandeur déterminée, de travailler avec de très petits angles # de décalage de phase de la masse excitatrice, puis- qu'ici, au contraire de ce qui se passe dans les excitateurs à balourds,
la partie essentielle de l'amortissement est couvert par l'acroissement de la force d'inertie de l'excitateuro C'est seulement lorsque l'amortissement augmente davantage que peut se produire un état dans lequel un autre accrois- sement de l'intervalle de temps, - par exemple, quand les fentes de distri- bution se couvrent complètement, - ne produit pas un nouvel accroissement de la déviation du piston. A partir de ce moment de "saturation", si l'amor- tissement augmente encore, il est couvert par des angles de décalage de phase plus grands.
Pour mettre en évidence par exemple les différences d'un excita- teur à balourds avec le principe suivant l'invention, on a donné à la figu- re 6 une représentation vectorielle d'un système à 3 masses avec un excita- teur à force d'inertie constante, par exemple un balourde Les vecteurs re- présentent les forces d'inertie m1# 2a, m2#2b et m3# 2c des:masses m, m2 et m3 pour la vitesse angulaire # et les amplitudes a, b et c. Dans les excitateurs à balourds, c correspond à la distance du centre de gravité du balourd à son axe de rotation.
La plus grande force d'amortissement concer- nant la masse m, ,## a', que le système puisse vaincre est obtenue lorsque
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la masse d'excitateur m3 subit un décalage de phase de # = 90 par rapport à la masse m2, comme cela est représenté en tiretso Pour assurer l'équili- bre des forces, la force d'inertie de la masse m tombe de la quantité , m1# 2a' et comme m1 et # restent constants, cela ne peut se faire qu'aux dépens de l'amplitude, c'est-à-dire que la différence m1#2a -m2#2a, est une mesure de la chute d'amplitude de la masse m1 pour l'amortissemtn ##a'.
A l'inverse de cela, on a montré à la figure 4 le diagramme vec- toriel du système suivant l'invention, où les notations ainsi que la grandeur des vecteurs pour un système non amorti sont les-- mêmes que sur la figure 60 Puisque, comme dit plus haut, la force d'inertie de l'excitateur m3#2c, n'est, par suite de l'accroissement de l'amplitude c lorsque l'amortissement S'exerce, pas une valeur constante le point final du vecteur m3#2c ne dé- crit pas, comme sur la figure 6, un arc de cercle, mais une courbe dont la forme dépend des dimensions et de la position des fentes de distribution, des sections de passage d'air, de la fréquence et d'autres grandeurs, et peut être assimilée approximativement à une partie d'une allipse.
Si sur la masse m1 s'exerce le même amortissement ##a' que celui de la figure 6, l'angle de décalage de phase est encore'inférieur de beaucoup à 90 .La chute d'amplitude de la masse m 1 = m1#2a - m1# 2a' est très petiteLa plus gran- de force d'amortissemtn ##a" que le système peut vaincre est ici sensible- ment plus grand que sur la figure 6. La masse excitatrice suivant l'invention pourrait, à amortissement égal, être réalisée sensiblement plus petite qu'une masse de balourd.
Si l'on se donne un amortissement maximum de grandeur déterminée, les chambres de travail doivent être choisies de grandeurs telles, où être réglées par le dispositif de réglage de telle sorte que, pour cet amortisse- ment maximum, # atteigne environ 90 , pour travailler avec la consommation d'air minima, Si l'on augmente l'amortissement par delà, de telle sorte que soit supérieur à 90 , on a. dans les excitateurs à balourds, une très forte chute d'amplitude jusqu'à "freinage total",, tandis que dans le système suivant l'invention il se forme alors un noeud de vibrations entre m2 et m 3 et le système travaille dans une forme de vibration plus élevée à plus haute fréquence. Pour'empêcher ceci, les chambres de travail du cylindre doivent être agrandies.
Mais on peut parfaitement se représenter que cette forme de vibration aussi sera employée pour de hautes fréquences avec de faibles ampli- tudes, ou que par un changement subit de la grandeur des 'chambres de travail on passera d'une forme d'oscillation dans l'autre lorsque le processus de travail rend souhaitable un tel changement.
L'application du procédé suivant l'invention sera exposée à la lumière de plusieurs exemples de formes de réalisation.
A la figure 8, on a représenté un outil rectifieur oscillant à haute fréquence. Au porte-outil 1 d'une machine-outil est relié à demeure le cadre de guidage 2. En 2 est montée, au moyen de galets 5, permettant son mouvement, la masse 4 portant l'outil. rectifieur A l'intérieur de la masse 4 se trouve la masse 6, qui porte le cylindre de guidage avec les canaux de distribution pour le piston 8, appuyée au moyen des ressorts principaux 7.
Le piston 8 est maintenu, relativement au cylindre 5, par des ressorts 90 Dans les couvercles 10 du cylindre 6 sont prévues des vis de réglage 11 pour le réglage des chambres de travail. Tout le système oscillant est main- tenu par rapport au cadre 2 au moyen de l'organe de maintien ou support 14, qui s'applique au noeud du système à ressorts 12 et 13.
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A la-figure 9, on a montré l'application à un outil dameur avec deux masses travaillantes. La masse 6a porte le cylindre de guidage 6' pour le piston étagé 8a, qui prend appui sur le cylindre par l'intermédiaire des ressorts 9a. Gomme à la figure 8, on a prévu des vis de réglage 11a pour les chambres de travail. La masse 6a s'appuie sur la masse 4a par des ressorts 7a. Le ressort supérieur est divisé en deux ressorts 7' et 7" de telle façon que la bague d'arrêt 14a se trouve au noeud du système de ressorts 7' - 7".
La bague d'arrêt 14a est saisie par le support en forme de fourche 15, pour- vu d'une poignée 16. A la poignée se trouve la soupape à étranglement 17, en- tre le tuyau d'amenée 18 et le tuyau de raccord 19 de l'air comprimé. 20 et 4b sont les deux surfaces de damage de l'appareil, oscillant en sens contrai- res.
Pour le travail de finissage de la surface d'ouvrages, on propose, suivant l'invention, d'adapter le cylindre de guidage du piston excitateur actionné à l'air comprimé, à l'intérieur d'un porte-outil tubulaire qui, à son tour, est entouré d'un organe de maintien ou support fixe conformé le plus avantageusement comme partie d'un tube, lui aussi. Le guidage du porte- outil par rapport au support se fait ici au moyen de minces ressorts à lames, qui sont fixés à chaque extrémité du porte-outil et du support. Pour donner à ces ressorts à lames une suffisante mobilité et pour éviter qu'ils ne de- viennent le siège de tensions trop élevées, ils sont encastrés au porte-outil et/ou au support, entre des garnitures élastiques, ce qui permet aux encas- trements de céder légèrement pour la déviation maxima.
De cette manière on obtient un guidage parallèle très précis du porte-outil, sans employer des parties sujettes à usure quelconqueso On propose en outre que le support con- formé comme morceau de tube soit relié à un fût ou berceau par sa périphérie extérieure de telle sorte que le support puisse être tourné dans le berceau conformé à la manière d'une auge et puisse être serré en toute position dé- sirée. A sa partie postérieure, le berceau est conformé de telle façon que celui-ci puisse être serré dans toutdispositif de blocage d'une machine-ou- til, par exemple d'un tour. Par cette disposition, on peut arriver à régler les outils indépendamment du système de blocage ou à ajuster de manière tou- jours radiale par rapport à l'ouvrage, la direction de l'outil qui doit ef- fectuer le travail.
On peut également adapter à une face frontale du porte-outil, un outil pour l'usinage intérieur des alésages, par exemple un outil rectifieur.
Dans cette disposition, des ouvrages tournants peuvent être usinés à l'inté- rieur, l'outil exécutant un mouvement d'oscillation rapide en direction axia- le et en même temps, si on le désire, un lent mouvement d'avancement, qui lui est donné par la machine-outil. Sous cette forme, l'outil peut, avec de petits changements par suite de ses petitesdimensions, être employé pour l'u- sinage d'alésages très profonds, l'appareil avec l'outil. étant fixé par exem- ple au bout d'une barre d'alésage et introduit dans l'alésage. De cette ma- nière on peut éviter de lourds poids de barres, dont le mouvement alternatif donnerait lieu à des difficultés à cause des forces d'inertie importantes qui y prendraient naissance.
Pour la mise en marche de l'appareil, c'est-à-dire pour mettre en train le piston excitateur, on propose un dispositif qui évite les incon- vénients des canaux auxiliaires etc.. connus. De tels dispositifs élèveraient fortement la consommation d'air, en soi petite, de ,l'appareil et ne sont pas non plus en mesure de donner l'impulsion nécessaire au piston monté entre ressorts. On obtient un lancement sûr au moyen d'un petit piston de mise en route sollicité par un ressort, ce petit pistonpouvant être, au moyen d'un poussoir, déplacé assez pour qu'il libère une voie allant de l'alésage d'ame- née d'air comprimé à une chambre de travail du cylindre de guidage et pour que de ce fait le piston excitateur soit amené à quitter sa position de repos.
Par là l'appareil commence à travailler, on abandonne le bouton poussoir et le piston de mise en marche retourne à sa position de départ sous l'action de son ressort et de l'air comprimé, et amène son bord supérieur tranchant con- tre une garniture d'étanchéité, de telle sorte qu'il ne peut se produire au-
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cune perte (Pair.
A la figure 10, on a désigné par 21 le piston excitateurs par 22 le cylindre de guidage du piston excitateur et par 23 le dispositif de mise en route monté sur le cylindre de guidage. Au moyen des ressorts principaux 24, le cylindre de guidage 22 est attelé au porte-outil tubulaire 25, qui est entouré partiellement par le support 26 conformé en partie de tube. Au support 26 sont adaptées des brides de serrage 27 à l'endroit desquelles sont encastrées les ressorts à lames 28 entre des garnitures élastiques 29, l'encastrement étant complété au moyen de la bride terminale 30.L'enca- strement des ressorts à lames se fait de manière analogue pour. le porte- outil 25 et n'est pas visible ici.
On a montré en outre un outil rectifieur 31, qui est fixé au pont 32, lequel est pour sa part relié au porte-outil 25o Du côté opposé 1-'appareil est relié à l'endroit de la bride terminale 30 par exemple à une barre d'alésage 330
A la figure 11, les désignations ont été choisies comme à là figure 100 Ici les fixations 34 des ressorts à lames 28 aux porte-outils 25, sont visibleso On a montré aussi, par une coupe partielle, le système de basculement. Le segment de serrage 35 monté sur le support 26 repose dans le berceau 36 conformé en auge et peut être basculé dans celui-ci et être fixé en toute position au moyen de la vis de serrage 37 et de l'écrou de serrage 38.
Le berceau 36 est ici fixé par exemple dans le porte-outil 39 d'un porte-chariot de tour 40.On a représenté en outre un guide-meule 41 au moyen duquel l'organe dépolissage 42 est appuyé contre un ouvrage 43.
A la figure 12, le dispositif 23 de mise en route indiqué à la figure 10 est montré de manière plus claire, ce dispositif étant monté sur le cylindre de guidage 22 du piston excitateur ?la Le canal d'amenée d'air comprimé. 44 présente un branchement 45 qui mène au guidage du piston de mise en marche 46. Lorsqu'au moyen du bouton-poussoir 47 et de la tige de pression 43, on abaisse le piston de mise en marche, l'air s'écoule par par les alésages 49 et le canal 50 dans la chambre de cylindre 51Le ressort 52 ramène le piston de démarrage en arrière et le presse contre la garniture d'étanchéité 53.
REVENDICATIONS.
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1. Procédé pour la commande de systèmes oscillants comportant une masse excitatrice et une ou plusieurs masses principales, caractérisé en ce que la masse excitatrice est formée par un piston mobile dans un cy- lindre de guidage, de préférence un piston (m3) actionné à l'air comprimé et en ce que le cylindre de guidage est une partie constitutive d'une masse principale (m2) du système oscillant, et en ce que le piston est couplé au cylindre de guidage par un lien élastique (C2,3), de telle sorte que le piston.\} à l'apparition d'une résistance d'amortissement, subit, par rapport au cylindre de guidage,
un décalage de phase qui a pour conséquence une plus grande ouverture des canaux pour 1-'écoulement de l'agent moteur qui arrive aux chambresd e travail du cylindre.
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METHOD AND DEVICE FOR DRIVING OSCILLATING SYSTEMS PROVIDING
LABOR, IN PARTICULAR FOR THE TREATMENT OF WORKS AND MATERIALS.
The present invention relates to a method for driving oscillating systems with two or more masses which are connected in known manner by elastic elements and in which work is to be provided in the form of damping the movement of fluids. , friction, impact or the like. It is known to excite such systems in the vicinity of resonance, whether by means of rotating eccentric masses, of magnetic fields produced from alternating current or by other devices so All these excitation systems have this in common that they entail a great expense which negates the advantages of the simple oscillating system itself.
The mechanical excitation by means of 'unbalances requires, when one has to be concerned with the regularity of running two eccentric masses coupled in opposite directions with toothed wheels, elastic transmission means and a sensitive and progressively adjustable control, either by direct current shunt motors or by asynchronous motors with progressive transmission mounted behind.
It is known that the unbalance masses must be made of such magnitude that they can give rise to a mul- tiple of the excitation force for resonance, in order to be able to go into a region of the resonance curve in which the drop in amplitude for increasing damping force is not too noticeable., In the control or drive by asynchronous motor, these must be greatly oversized in order to avoid too great a number of revolutions and therefore following an excessive amplitude drop under load.
The electromagnetic exciters are linked to a determined alternating current frequency, if one does not wish to use complicated period transformers 0 They are difficult to adjust and are therefore to be excluded for oscillating devices with varying operating conditions. -
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wounds
It is proposed, contrary to this, to produce the excitation by means of a piston controlled with compressed air, but which, compared to known compressed air controls, has particular characteristics.
The method according to the invention is distinguished in principle by the fact that an exciter mass and one or more main masses are used, and in that the exciter mass is formed by a piston, preferably controlled by air. compressed mobile in a guide cylinder.
In this device the guide cylinder is a constituent part of a main mass of the oscillating system and the piston is coupled to the guide cylinder by an elastic link and in such a way that the piston undergoes, if a resistance is applied to the oscillating system . damping, a phase shift with respect to the guide cylinder, which results in a larger opening of the air channels communicating with the working chambers of the cylinder.
According to another feature of the invention, the excitation piston is resiliently mounted such that the oscillation of the piston, in the event of an un-damped oscillation, is of the same phase as the oscillation of the cylinder. The elastic link between the guide cylinder and the piston can be formed on the one hand by the air mattress in the working chambers of the cylinder, and on the other hand by additional springs mounted between the piston and the cylinder. guide.
According to the invention, the oscillating movement of a tool holder for example is obtained in that the latter is an element of an oscillating system with several masses, this system being excited by an exciter piston controlled by the pressurized air. As a result, a perfect balance of the masses is obtained, that is to say that the working frequencies can be pushed very high, without producing any shaking of the machine tool. For a suitable choice of all the oscillating elements, one obtains a rigorous maintenance of the amplitude for which one has adjusted the apparatus for all the states of load, the consumption of compressed air corresponding automatically to the work carried out at the tool.
As, in the use of the method according to the invention, neither transmission nor motors, etc., are necessary and difficult to accommodate, there is an extraordinarily simple construction method requiring only the bulkiness. lower, and which also has further significant advantages due to the process employed.Very precise adjustment of the amplitude can be achieved by means of a throttle valve in the compressed air supply line, The system is very insensitive to pressure variations in the compressed air line the compressed air consumption is low and automatically adjusts to the required work.
The apparatus according to the invention can be used for a wide variety of purposes, for example for the treatment of works and also of materials. Thus, the apparatus can be used to produce valuable surfaces on works. cylindrical or planar, as well as for the bore where the tool, for example a polishing member or a pad, must. in a known manner, perform an oscillating movement while the work is rotating.
At the same time, any forward movement can be imparted to the tool.
Apparatus or instruments are known for this purpose, but which are generally large and heavy and which can only be mounted on existing machine tools at the cost of noticeable changes. These also require, as a result of the forces of 'inertia conditioned by the back and forth movements of the tool masses, to keep the oscillation frequencies low, to avoid excessive shaking. For the same reason, the tool holders must be light, that is to say that the golden number
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Working polishers are limited for mechanical reasons.
There is also a very strong wear to the rectilinear guides and to the transmission members, so that frequent repairs cannot be avoided.
In the drawing, the principle of the method according to the invention and of its device has been illustrated, and several examples of embodiment - FIG. 1 represents the oscillating system according to the invention in schematic representation; FIG. 2 shows the same oscillating system but without damping; FIG. 3 represents diagrams for the oscillating systems; - Figures 4 and 5 schematically show the circumstances of the movement of two masses; FIGS. 6 and 7 represent in vector form a system with three masses; FIG. 8 shows an exemplary embodiment in a device for the treatment of surfaces; FIG. 9 shows an application of the device according to the invention to a tamping tool;
FIG. 10 is a longitudinal section in a modified embodiment of FIG. 8, in section along the line X-X of FIG. 11, the apparatus being fitted with a tool for machining bores; - figure 11 is a side view of the apparatus, in partial section, to show the tilting device, the apparatus being fitted with a tool for working outdoors, and - 12 shows on an enlarged scale the distribution device for the exciter piston.
In Figure 1, there is shown an exciter according to the invention. We denote by m1 and m2 two main masses, which are coupled by an elastic link C1,2.
The main mass m2 is here at the same time a guide cylinder for a third mass, namely the mass of the piston m3 and therefore has distribution channels, which, in a known manner, by a suitable distribution, put the piston in reciprocating motion. to initiate this movement, the piston must be shifted once by means of a starting device which has not been reproduced here, for example a device actuated from the outside to move the piston, or else channels .. auxiliaries or other known devices, The mass of piston m3 is coupled to the main mass via the elastic link C2,
3 which is formed by the compressed air in the working chambers of the guide cylinder - and by elastic means such as for example coil springs It is further proposed to make the working chambers adjustable in size, for example by the more or less deep visa of a screw, and thus to modify the elastic constant of the air and consequently the characters of all the elastic bond C2,3.
In addition there is schematically shown in Figure 1 a damper / 3 acting on the mass m1.
In Figure 2, the same oscillating system has been shown as in
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figure 1, but simplified by the elimination of the shock absorber #, the distances between the masses ml and m2 and m2 and m3 being taken as measures of the elastic links C1,2 and C2,3.
Below, in Figure 3, the various possible forms of oscillation of the oscillating system have been shown. The solid plot represents the form of oscillation with a node in the elastic link Ci, 2, the distances a, b and c measuring the magnitude of the deviations of the masses ml, m2 and m3. The dashed line shows the shape of oscillation with two nodes, and in fact with each time a node in the elastic lenses C1,2 and C2,3.
In the following considerations, only the one-node oscillation shape will be discussed, since the advantages of the invention are presented therein.
FIG. 4 shows the movement of masses m2 and m3 during a period of oscillation in the case where no damping force is exerted on the system. The vertically hatched area shows the movement of the distribution slot of width 5 made in the mass m2, while the dotted curve shows the movement of the distribution edge of the piston m 3., which, in the rest position, is offset. of the distance n from the edge of the slot., The amplitude of the mass m2 and with it of the distribution slot s will be equal to b according to figure 3, that of the mass of piston m3 and with it, that of the distribution edge equal to c.
The grid area indicates the amount of time air has to flow into the working chamber of the guide cylinder.
In Fig. 5 the circumstances of the movement have been drawn at equal amplitudes, however the movement of the piston mass m3 is offset by a phase angle with respect to the movement of the guide cylinder.
The grid time interval here is significantly greater than in Fig. 4. Therefore, a greater weight of air will relax in the working chambers of the cylinder, so that there will be larger ones. piston deviations
The principle of the exciter according to the invention has the property, for dampings up to a determined magnitude, of working with very small angles # of phase shift of the exciter mass, since here, on the contrary of what happens in the unbalanced exciters,
the essential part of the damping is covered by the increase in the inertial force of the exciter o It is only when the damping increases further that a state can occur in which a further increase in the interval time, - for example, when the delivery slots are completely covered, - does not produce a further increase in piston deflection. From this moment of "saturation", if the damping increases further, it is covered by larger phase shift angles.
In order to demonstrate for example the differences of an unbalance exciter with the principle according to the invention, a vectorial representation of a 3-mass system with a force exciter has been given in figure 6. of constant inertia, for example an unbalance The vectors represent the forces of inertia m1 # 2a, m2 # 2b and m3 # 2c of: masses m, m2 and m3 for the angular speed # and the amplitudes a, b and vs. In unbalance exciters, c corresponds to the distance from the unbalance center of gravity to its axis of rotation.
The greatest damping force with respect to the mass m,, ## a ', that the system can overcome is obtained when
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the mass of exciter m3 undergoes a phase shift of # = 90 with respect to the mass m2, as shown in dashed lines To ensure the balance of forces, the inertia force of mass m falls from the quantity, m1 # 2a 'and as m1 and # remain constant, this can only be done at the expense of the amplitude, i.e. the difference m1 # 2a -m2 # 2a, is a measure of the drop in amplitude of mass m1 for damping ## a '.
Conversely, we have shown in figure 4 the vector diagram of the system according to the invention, where the notations as well as the magnitude of the vectors for an un-damped system are the same as in figure 60 Since, as said above, the force of inertia of the exciter m3 # 2c, is, as a result of the increase in amplitude c when the damping is exerted, not a constant value the end point of the vector m3 # 2c does not describe, as in figure 6, an arc of a circle, but a curve whose shape depends on the dimensions and the position of the distribution slots, the air passage sections, the frequency and other quantities, and can be roughly assimilated to part of an allipse.
If on the mass m1 the same damping ## a 'is exerted as that of figure 6, the phase shift angle is still much lower than 90. The drop in amplitude of the mass m 1 = m1 # 2a - m1 # 2a 'is very small The greatest damping force ## a "that the system can overcome is here appreciably greater than in figure 6. The exciting mass according to the invention could, at equal damping, be made significantly smaller than an unbalance mass.
If a maximum damping of a given size is given, the working chambers must be chosen of such sizes, or be adjusted by the adjusting device so that, for this maximum damping, # reaches about 90, for work with the minimum air consumption, If we increase the damping beyond that, so that it is greater than 90, we have. in unbalance exciters, a very strong drop in amplitude up to "total braking", while in the system according to the invention a vibration node is then formed between m2 and m 3 and the system operates in a higher vibration form at higher frequency. To prevent this, the working chambers of the cylinder must be enlarged.
But it may well be imagined that this form of vibration will also be employed for high frequencies with low amplitudes, or that by a sudden change in the size of the working chambers one will pass from a form of oscillation in the other when the work process makes such a change desirable.
The application of the method according to the invention will be explained in the light of several exemplary embodiments.
In Figure 8, there is shown a rectifying tool oscillating at high frequency. To the tool holder 1 of a machine tool is permanently connected the guide frame 2. In 2 is mounted, by means of rollers 5, allowing its movement, the mass 4 carrying the tool. rectifier Inside the mass 4 is the mass 6, which carries the guide cylinder with the distribution channels for the piston 8, supported by the main springs 7.
The piston 8 is held, relative to the cylinder 5, by springs 90. In the covers 10 of the cylinder 6 are provided adjusting screws 11 for the adjustment of the working chambers. The entire oscillating system is maintained with respect to the frame 2 by means of the retaining member or support 14, which applies to the node of the spring system 12 and 13.
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In figure 9, the application to a tamper tool with two working masses has been shown. The mass 6a carries the guide cylinder 6 'for the stepped piston 8a, which bears on the cylinder by means of the springs 9a. As in FIG. 8, adjustment screws 11a are provided for the working chambers. The mass 6a rests on the mass 4a by springs 7a. The upper spring is divided into two springs 7 'and 7 "so that the stop ring 14a is at the node of the spring system 7' - 7".
The stop ring 14a is gripped by the fork-shaped holder 15, provided with a handle 16. At the handle is the throttle valve 17, between the inlet pipe 18 and the discharge pipe. compressed air connection 19. 20 and 4b are the two tamping surfaces of the apparatus, oscillating in opposite directions.
For the work of finishing the surface of works, it is proposed, according to the invention, to adapt the guide cylinder of the exciter piston actuated with compressed air, inside a tubular tool holder which, in turn, is surrounded by a fixed holder or support shaped most advantageously as part of a tube, too. The guide of the tool holder relative to the support is done here by means of thin leaf springs, which are attached to each end of the tool holder and the support. To give these leaf springs sufficient mobility and to prevent them from becoming the seat of excessively high tensions, they are embedded in the tool holder and / or the support, between elastic gaskets, which allows snacks - possible to give way slightly for the maximum deviation.
In this way a very precise parallel guiding of the tool holder is obtained, without using any parts subject to any wear. It is further proposed that the support shaped as a piece of tube is connected to a barrel or cradle by its outer periphery of such so that the support can be rotated in the cradle shaped like a trough and can be clamped in any desired position. At its rear part, the cradle is shaped in such a way that it can be clamped in any locking device of a machine-tool, for example of a lathe. By this arrangement, it is possible to adjust the tools independently of the locking system or to adjust always radially with respect to the work, the direction of the tool which is to carry out the work.
It is also possible to adapt to a front face of the tool holder, a tool for internal machining of the bores, for example a grinding tool.
In this arrangement, rotating works can be machined therein, the tool performing a rapid oscillating movement in the axial direction and at the same time, if desired, a slow forward movement, which is given to it by the machine tool. In this form, the tool can, with small changes due to its small dimensions, be employed for cutting very deep bores, the apparatus with the tool. being fixed, for example, at the end of a boring bar and inserted into the bore. In this way, heavy bar weights can be avoided, the reciprocating movement of which would give rise to difficulties because of the large inertia forces which would arise there.
For starting the apparatus, that is to say for starting the exciter piston, a device is proposed which avoids the disadvantages of known auxiliary channels, etc. Such devices would greatly increase the air consumption, in itself small, of the apparatus and are also not able to give the necessary impetus to the piston mounted between springs. A safe launch is obtained by means of a small spring-loaded starting piston, this small piston being able, by means of a pusher, to be moved enough so that it clears a path from the core bore. - Born of compressed air to a working chamber of the guide cylinder and so that the exciter piston is caused to leave its rest position.
Thereby the device begins to work, the push button is abandoned and the starting piston returns to its starting position under the action of its spring and compressed air, and brings its sharp upper edge against. a seal, so that it cannot occur at-
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no loss (Pair.
In FIG. 10, the exciter piston 21 has been designated by 22 the guide cylinder of the exciter piston and by 23 the starting device mounted on the guide cylinder. By means of the main springs 24, the guide cylinder 22 is coupled to the tubular tool holder 25, which is partially surrounded by the support 26 shaped in part as a tube. Clamping flanges 27 are fitted to the support 26 at the location of which the leaf springs 28 are fitted between elastic gaskets 29, the fitting being completed by means of the end flange 30. is done analogously for. the tool holder 25 and is not visible here.
It has also been shown a grinding tool 31, which is fixed to the bridge 32, which for its part is connected to the tool holder 25 ° On the opposite side 1-the apparatus is connected at the location of the end flange 30 for example to a boring bar 330
In FIG. 11, the designations have been chosen as in FIG. 100 Here the attachments 34 of the leaf springs 28 to the tool holders 25 are visible. The tilting system has also been shown, by a partial section. The clamping segment 35 mounted on the support 26 rests in the cradle 36 in the form of a trough and can be tilted in the latter and be fixed in any position by means of the clamping screw 37 and the clamping nut 38.
The cradle 36 is fixed here for example in the tool holder 39 of a lathe carriage holder 40. A grinding wheel guide 41 is also shown by means of which the roughening member 42 is pressed against a work 43.
In FIG. 12 the starting device 23 indicated in FIG. 10 is shown more clearly, this device being mounted on the guide cylinder 22 of the exciter piston - the compressed air supply channel. 44 has a connection 45 which leads to the guide of the starting piston 46. When, by means of the push button 47 and the pressure rod 43, the starting piston is lowered, the air flows through through the bores 49 and channel 50 into the cylinder chamber 51 The spring 52 brings the starting piston back and presses it against the seal 53.
CLAIMS.
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1. Method for controlling oscillating systems comprising an exciter mass and one or more main masses, characterized in that the exciter mass is formed by a piston movable in a guide cylinder, preferably a piston (m3) actuated at compressed air and in that the guide cylinder is a constituent part of a main mass (m2) of the oscillating system, and in that the piston is coupled to the guide cylinder by an elastic link (C2,3), so that the piston. \} on the appearance of a damping resistance, undergoes, with respect to the guide cylinder,
a phase shift which results in a greater opening of the channels for the flow of the motive agent which arrives at the working chambers of the cylinder.