Machine destinée au perçage des matières dures Le présent brevet a pour objet une machine des tinée au perçage des matières dures, notamment de métaux durs, de céramique, de pierres industrielles, de pierres pour filières, de pierres pour l'horlogerie. Cette machine comprend une broche porte-foret sou mise à des moyens électromagnétiques lui imprimant un mouvement vibratoire axial se superposant à son mouvement rotatif.
Des machines de ce type sont décrites dans les brevets N-e 352946 et 361235.
La machine selon l'invention est caractérisée par le fait que la broche tourne dans des paliers à cous sinets d'air.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'objet de l'invention et des variantes de détail.
Les fig. 1 et 2 sont des vues en élévation et en plan de la première forme d'exécution.
Les fig. 3 et 4 sont des vues en coupe par les lignes III-III et IV-IV de la fig. 2.
La fig. 5 est une vue en coupe transversale au niveau de la ligne V-V de la fig. 3.
La fig. 6 est une vue en élévation, partiellement en coupe, de la seconde forme d'exécution.
La fig. 7 est une vue en coupe partielle corres pondant à la fig. 4.
La fig. 8 est une vue en coupe selon la ligne VIII-VIII de la fig. 7 (correspondant à la fig. 5 de la première forme d'exécution).
La fig. 9 est le schéma électrique de la première forme d'exécution.
La fig. 10 est une variante de ce schéma.
La fig. 11 est le schéma électrique de la seconde forme d'exécution.
Les fig. 12 à 16 sont des variantes de ce dernier schéma. La première forme d'exécution représentée (fig. 1 à 5 et 9) comprend un carter formé d'une enve loppe 20, d'un corps cylindrique 21 placé dans cette enveloppe et fermé à ses deux extrémités par deux chapeaux 22 et 23.
La broche porte-foret 24 tourne dans deux pa liers à coussinets d'air 25 et 26 montés respective ment dans le corps 21 et dans le chapeau inférieur 23. Dans sa partie médiane la broche 24 porte le rotor 27 d'un moteur triphasé haute fréquence dont le stator 28 est logé dans une chambre annulaire 29 du corps 21. L'indice 30 désigne le canal par lequel les fils non représentés arrivent au stator et 31, une fiche hexapolaire où ces fils sont connectés.
Ce moteur permet de faire tourner la broche à des vitesses de l'ordre de 60 à 120 000 tours/minute. Les paliers sont du type à chambres 32 (fig. 5) et sont alimentés en air sous pression par une ouver ture 33 et un conduit 34 débouchant au centre des deux paliers.
Sur l'extrémité supérieure de la broche 24 est rapporté un téton conique 35 s'engageant dans une creusure de forme correspondante d'une pièce tubu laire 36 vissée dans le chapeau 22. Cette pièce cons titue le noyau d'un électro-aimant dont la bobine 37 est encastrée dans la partie supérieure du corps 2,1.
Le jeu axial de la broche 24 est limité vers le bas par le palier 26 et vers le haut par le palier 25. Ce jeu peut être réglé avec précision en déplaçant axialement le palier 26 au moyen d'un dispositif à excentrique 38.
La bobine 37 est alimentée par un courant alter natif monophasé prélevé sur le réseau de l'alternateur selon le cas (fig. 9) par l'intermédiaire de la fiche 29 et d'un potentiomètre 42 de manière qu'à chaque al ternance la broche 24 soit soulevée à l'encontre de son poids puis retombe sous l'action de ce dernier. L'amplitude de ce mouvement vibratoire axial est liée au poids de la broche et à l'amplitude du champ magnétique ; elle est limitée par le jeu axial de la broche entre les paliers 25 et 26. Elle peut être réglée en agissant sur le potentiomètre 42 et en dé plaçant le noyau 36, ce dernier agissant sur l'entrefer et le laminage d'air 40.
Une partie de l'air traversant les paliers passe par 41 et 41' et est évacuée par un conduit 39, (fig. 4), une autre par la partie inférieure du palier 26, une troisième à travers la pièce 36. Cet air s'écoule donc en partie à travers les passages 41 et 41' qui forment deux coussins d'air empêchant la broche d'entrer en contact avec les pièces qui limitent son mouvement axial.
En définitive la broche tourne et vibre en suspen sion dans l'air ce qui se traduit par un minimum d'usure et un fonctionnement très silencieux.
Dans la variante du schéma électrique représen tée à la fig. 10, on a prévu une diode 43 dans le cir cuit d'alimentation de la bobine 37 ce qui supprime une alternance sur deux et dédouble la fréquence du mouvement vibratoire. La seconde forme d'exécution (fig. 6, 7, 8 et 11) se distingue de la première d'une part, par le fait que l'électro-aimant comporte deux bobines 37 et 37' disposées coaxialement l'une au- dessus de l'autre, et d'autre part, par le fait que les paliers 25 et 26 sont des paliers à trous 44 (fig. 8).
Dans cette forme d'exécution l'extrémité de la broche est placée entre les deux bobines 37 et 37' de manière à être alternativement attirée vers le haut et repoussée vers le bas.
La bobine 37 est excitée par le courant du réseau redressé par un pont 45. L'intensité de ce courant peut être réglée à l'aide du potentiomètre 42. Cette intensité et la position axiale de la pièce 36 sont fixées de manière que la broche se maintienne dans sa position supérieure, à l'encontre de son poids, lorsque la bobine 37 est excitée.
Le mouvement vibratoire est engendré par la bobine 37' qui est parcourue par le courant de la source 50 dont une alternance sur deux est suppri mée par la diode 43. Ce courant engendre un champ périodique en opposition avec le champ de la bobine 37 qui provoque une répulsion magnétique entre la pièce 35 et le noyau 36 et la descente périodique de la broche. L'amplitude du courant traversant la bo bine 37' se règle en même temps que l'intensité du courant parcourant la bobine 37 au moyen du poten tiomètre 42.
La seule différence existant entre cette seconde forme d'exécution et sa variante représentée à la fig. 12 réside dans le fait que l'action de la bobine 37 ne peut être réglée qu'au moyen de la pièce 36 tandis que celle de la bobine 37' peut être modifiée au moyen du potentiomètre 42.
Dans la variante de la fig. 13 la bobine 37 est branchée directement à la source 50. Elle est parcou rue par un courant alternatif qui engendre un champ exerçant sur la broche une action périodique dirigée vers le haut. L'amplitude de ce champ peut être ré glée en agissant sur la position axiale de la pièce 36. En fait ce champ est réglé de manière qu'en l'ab sence de courant dans la bobine 37', la broche soit soulevée de façon intermittente à la fréquence du courant. La bobine 37' est alimentée par la source 50 par l'intermédiaire de la diode 43 qui supprime une alternance sur deux. L'intensité de ce courant est réglable au moyen du potentiomètre 42.
A chaque période la broche est successivement soumise à une action répulsive (lorsque les deux bobines sont exci tées) qui déplace la broche vers le bas et à une ac tion dirigée vers le haut (lorsque la bobine 37 est seule excitée).
Dans la variante de la fig. 14 les bobines 37 et 37' sont alimentées en série par la source 50 et en gendrent des champs opposés. Une alternance sur deux est supprimée par la diode 43 et le courant est réglable au moyen du potentiomètre 42. La broche est soumise à une action résultante intermittente diri gée vers le bas. Elle est rappelée dans une position intermédiaire par les coussins élastiques formés par l'air s'échappant à travers les passages 40 et 41. Cette position intermédiaire peut être réglée en dépla çant axialement la pièce 36.
Dans la variante de la fig. 15 les deux bobines sont alimentées en parallèle par la source 50. Les conditions de fonctionnement sont les mêmes que dans le cas de la fig. 14.
Enfin dans la variante de la fig. 16, la bobine 37 est branchée entre deux phases de l'alimentation triphasée haute fréquence du moteur 28. Ce courant est redressé par une diode 52 et stabilisé par une in ductance 53. En l'absence de courant dans la bobine 37 ce courant engendre un champ pratiquement cons tant qui maintient la broche dans sa position supé rieure. Cette action peut être réglée en déplaçant axialement la pièce 36. La bobine 37' est alimentée par la source 50 par l'intermédiaire de la diode 43 qui supprime les alternances négatives. Les alter nances positives engendrent un champ opposé au champ continu provoquant une action répulsive de la broche vers le bas. Cette action est réglable à l'aide du potentiomètre 42.
Machine for drilling hard materials The subject of the present patent is a machine for drilling hard materials, in particular hard metals, ceramics, industrial stones, stones for dies, stones for watchmaking. This machine comprises a drill-holder spindle subjected to electromagnetic means imparting to it an axial vibratory movement superimposed on its rotary movement.
Machines of this type are described in N-e patents 352946 and 361235.
The machine according to the invention is characterized by the fact that the spindle turns in bearings with air sinets.
The appended drawing represents, by way of example, two embodiments of the object of the invention and variant details.
Figs. 1 and 2 are elevation and plan views of the first embodiment.
Figs. 3 and 4 are sectional views taken along lines III-III and IV-IV of FIG. 2.
Fig. 5 is a cross-sectional view at the level of the line V-V of FIG. 3.
Fig. 6 is an elevational view, partially in section, of the second embodiment.
Fig. 7 is a partial sectional view corresponding to FIG. 4.
Fig. 8 is a sectional view along the line VIII-VIII of FIG. 7 (corresponding to FIG. 5 of the first embodiment).
Fig. 9 is the electrical diagram of the first embodiment.
Fig. 10 is a variant of this diagram.
Fig. 11 is the electrical diagram of the second embodiment.
Figs. 12 to 16 are variants of the latter scheme. The first embodiment shown (fig. 1 to 5 and 9) comprises a casing formed by a casing 20, a cylindrical body 21 placed in this casing and closed at its two ends by two caps 22 and 23.
The drill spindle 24 rotates in two bearings with air bearings 25 and 26 mounted respectively in the body 21 and in the lower cap 23. In its middle part the spindle 24 carries the rotor 27 of a high three-phase motor. frequency of which the stator 28 is housed in an annular chamber 29 of the body 21. The index 30 designates the channel through which the son (not shown) arrive at the stator and 31, a hexapolar plug where these son are connected.
This motor makes it possible to rotate the spindle at speeds of the order of 60 to 120,000 revolutions / minute. The bearings are of the chamber type 32 (FIG. 5) and are supplied with pressurized air through an opening 33 and a duct 34 opening out in the center of the two bearings.
On the upper end of the pin 24 is attached a conical stud 35 engaging in a correspondingly shaped recess of a tubular part 36 screwed into the cap 22. This part constitutes the core of an electromagnet of which the coil 37 is embedded in the upper part of the body 2,1.
The axial play of the spindle 24 is limited downwards by the bearing 26 and upwards by the bearing 25. This play can be precisely adjusted by axially moving the bearing 26 by means of an eccentric device 38.
Coil 37 is supplied by a single-phase native alternating current taken from the alternator network as the case may be (fig. 9) via plug 29 and a potentiometer 42 so that at each alternation the pin 24 is lifted against its weight and then falls back under the action of the latter. The amplitude of this axial vibratory movement is related to the weight of the spindle and the amplitude of the magnetic field; it is limited by the axial play of the spindle between the bearings 25 and 26. It can be adjusted by acting on the potentiometer 42 and by moving the core 36, the latter acting on the air gap and the air rolling 40.
Part of the air passing through the bearings passes through 41 and 41 'and is discharged through a duct 39, (fig. 4), another through the lower part of the bearing 26, a third through the part 36. This air s 'therefore flows in part through the passages 41 and 41' which form two air cushions preventing the spindle from coming into contact with the parts which limit its axial movement.
Ultimately, the spindle rotates and vibrates in suspension in the air, which results in minimal wear and very quiet operation.
In the variant of the electrical diagram shown in FIG. 10, a diode 43 is provided in the supply circuit of the coil 37 which eliminates one alternation out of two and doubles the frequency of the vibratory movement. The second embodiment (fig. 6, 7, 8 and 11) differs from the first on the one hand, by the fact that the electromagnet comprises two coils 37 and 37 'arranged coaxially with one another. above the other, and on the other hand, by the fact that the bearings 25 and 26 are bearings with holes 44 (fig. 8).
In this embodiment, the end of the spindle is placed between the two coils 37 and 37 'so as to be alternately drawn upwards and pushed downwards.
The coil 37 is excited by the current of the network rectified by a bridge 45. The intensity of this current can be adjusted using the potentiometer 42. This intensity and the axial position of the part 36 are fixed so that the pin remains in its upper position, against its weight, when the coil 37 is energized.
The vibratory movement is generated by the coil 37 'which is traversed by the current from the source 50, one half of which is suppressed by the diode 43. This current generates a periodic field in opposition to the field of the coil 37 which causes a magnetic repulsion between the part 35 and the core 36 and the periodic descent of the spindle. The amplitude of the current passing through the coil 37 'is adjusted at the same time as the intensity of the current passing through the coil 37 by means of the potentiometer 42.
The only difference existing between this second embodiment and its variant shown in FIG. 12 resides in the fact that the action of the coil 37 can only be regulated by means of the part 36 while that of the coil 37 'can be modified by means of the potentiometer 42.
In the variant of FIG. 13 the coil 37 is connected directly to the source 50. It is traversed by an alternating current which generates a field exerting on the pin a periodic action directed upwards. The amplitude of this field can be adjusted by acting on the axial position of the part 36. In fact this field is adjusted so that in the absence of current in the coil 37 ', the spindle is raised in such a way. intermittent at the frequency of the current. Coil 37 ′ is supplied by source 50 via diode 43 which eliminates one alternation out of two. The intensity of this current is adjustable by means of the potentiometer 42.
At each period, the spindle is successively subjected to a repulsive action (when the two coils are energized) which moves the spindle downwards and to an action directed upwards (when the coil 37 alone is energized).
In the variant of FIG. 14 the coils 37 and 37 'are fed in series by the source 50 and generate opposing fields. Every second half-wave is suppressed by diode 43 and the current is adjustable by means of potentiometer 42. The spindle is subjected to a resulting intermittent downward action. It is returned to an intermediate position by the elastic cushions formed by the air escaping through the passages 40 and 41. This intermediate position can be adjusted by axially moving the part 36.
In the variant of FIG. 15 the two coils are supplied in parallel by the source 50. The operating conditions are the same as in the case of FIG. 14.
Finally, in the variant of FIG. 16, the coil 37 is connected between two phases of the three-phase high frequency power supply of the motor 28. This current is rectified by a diode 52 and stabilized by an inductance 53. In the absence of current in the coil 37, this current generates a practically constant field which maintains the spindle in its upper position. This action can be adjusted by moving the part 36 axially. The coil 37 'is supplied by the source 50 via the diode 43 which suppresses the negative half-waves. The positive alternations generate a field opposite to the continuous field causing a repulsive action of the spindle downwards. This action can be adjusted using potentiometer 42.